地基的基础设计和程序处理方法应用

地基的基础设计和程序处理方法应用 2 概述 3 地基基础设计内容 荷载 上部结构刚度 局部承压 沉降计算 承载力计算 地质资料 基础内力 配筋计算 4 基础设计的有关规范 建筑地基基础设计规范 50007 2002 建筑结构荷载荷载 GB50009 2001 混凝土结构设计规范 50010 2002 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 人民防空地下室设计规范 GB50038 94 建筑桩基技术规范 JGJ94 94 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2002 高层建筑箱形与筏形基础技术规程 JGJ6 99 上海 地基基础设计规范 等 5 荷载 6 1荷载组合类别和作用 三种组合基本组合基础设计标准组合 短期荷载 用于承载力设计裂缝计算准永久组合沉降计算其它荷载组合人防荷载 7 2基本组合 8 1 2 1基本组合的形式 用于基础的内力 配筋等计算三种组合形式 9 1 2 2分项系数取值 规范 G取值为 对结构有利取1 0抗浮计算取0 9永久荷载控制的组合取1 35其它取1 2可变荷载分项系数取值为 一般取1 4标准值 4kN m2的工业房屋楼面结构的活荷载取1 3 10 1 2 3活荷载折减 设计楼面梁时按 4 1 2 1 条 根据楼面梁的从属面积或建筑楼板用途等因素确定的折减系数 PM导荷载时按选择自动生成并传给基础程序设计墙 柱和基础时的折减系数 通常输入按楼层折减系数有裙房时的处理 11 1 3标准组合 也称短期荷载 用于地基承载力计算和裂缝宽度计算 12 1 3 1程序对标准组合的处理 标准组合相当于将基本组合公式中荷载分项系数设为1 0在抗震规范中没有给出标准组合公式 程序按荷载规范的原则推导的 否则标准组合中竖向地震效应的贡献将大于其在基本组合中的贡献 这违背与荷载规范的原则 因此增加竖向地震效应的组合值系数 13 14 1 4准永久组合 用于基础沉降计算组合中不含地震和风 15 1 5人防荷载 梁元法采用顶板等效静荷载的数值按比例作用在柱 墙上 然后进行基础设计 由于顶板等效静荷载的数值比底板的大 在计算板的内力和配筋时不必计算底板等效静荷载 板元法计算时要由用户输入顶板等效静荷载和底板等效静荷载 不平衡力桩或土承担 注意 板面荷载与板底荷载左右的时间差 16 17 1 6荷载相关问题 当前组合 目标组合TAT SATWE 最大组合内力简图 与JC 目标组合 的差异一层荷载作用点标高上部结构柱 墙底内力作为基础设计的荷载 组成部分 18 0 0 19 20 一层上部结构荷载作用点标高影响 独基 桩承台 作用 剪力换算成弯矩 21 1 7模拟施工过程 模拟施工荷载主要解决高层结构 尤其是框剪结构 中准确计算自重作用下的杆件 基础中主要是框架柱和剪力墙 内力问题梁端位移位移包括本层以下柱墙荷载累计位移 无本层以上构件 本层荷载产生的位移本层以上荷载对产生的位移各层相对位移会对荷载分布产生影响目前模拟施工方法对于基础一次加载和模拟施工荷载1相同30层建筑D L模拟施工荷载2与一次加载相差20 左右模拟施工荷载2只能用于导算基础荷载模拟施工荷载3可以用于上部结构计算也可用于基础计算 22 a一层加载 b二层加载 c三层加载 模拟施工荷载1 23 a一层结构 b二层结构 c三层结构 模拟施工荷载1 24 25 29层框剪工程平面图 26 一次性加载 27 模拟施工荷载1 28 模拟施工荷载2 29 模拟施工荷载3 30 一次性加载和模拟施工荷载1 N 27970 31 模拟施工荷载2 D L N 32644 32 模拟施工荷载3 D L N 29373 33 34 1 8荷载选用原则 不同计算模型导算的荷载总值相近 分布有差异校核方法 选同工况 当前组合 比较荷载总值基础型式 独立基础 柱下独立基础和桩承台基础 可以是非同工况荷载 尽量多的荷载组合 PK TAT SATWE PMSAP整体基础 柱下条形基础 基础梁 筏板 同工况荷载 PM TAT SATWE PMSAP墙下条形基础可采用PM荷载 砖混荷载 荷载参数按需要调整 35 1 8 1地震作用 不考虑地震的天然地基及基础 参见抗震规范4 2 1条1砌体房屋2地基主要受力范围内不存在软弱黏性土层的下列建筑1 一般单层厂房和单层空旷房屋2 不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋3 基础荷载与2 项相当的多层框架厂房3本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑 36 1 9荷载参数的调整 根据建筑用途修改 可根据楼层数进行修改 37 1 10吊车荷载问题 荷载 荷载 38 2 上部结构刚度 为什么要考虑上部结构刚度规范要求挖掘基础潜力那些计算要考虑上部结构刚度沉降计算内力 配筋计算考虑上部结构刚度对计算结果的影响考虑上部结构刚度方法倒楼盖模型的适用条件 39 2 1考虑上部结构刚度的方法 上部结构的刚度对基础内力计算的影响上部结构为刚性 基础在柱墙处的位移为同一平面 可倾斜 通过对上部结构刚度矩阵的凝聚得到传给基础的刚度把上部结构等代成具有一定刚度的与基础在柱墙节点处位移协调的交叉梁系 该梁系具有与地基梁相同的位置 这时需要输入各网格间上部刚度相对与基础的比值 40 41 2 2倒楼盖模型的适用条件 参见 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 的8 3 2条上部结构刚度较好荷载分布较均匀条形基础梁的高度不小于1 6柱距计算结果边跨跨中及第一内支座的弯矩值要放大 42 3局部承压计算 什么条件下需要进行局部承压计算规范对那些部位有局部承压要求局部承压计算方法程序实现 43 44 4 地质资料输入及桩初设计 目的沉降计算 所有基础 承载力计算 桩基础 反力计算 桩基础 内容土的重度 压缩模量 水头标高各层土的物理参数 特定应力范围下的压缩模量 端阻系数 侧阻系数等 水头标高 计算承载力时需要持力层图的地基承载力特征值 45 4 1在JC程序中注意问题 标高统一 绝对高程和结构标高有换算关系地质资料 基础底标高 一层荷载作用点标高必须在同一坐标系为了方便输入地质资料增加了参数 建筑 0 00相对的绝对标高 程序自动换算绝对标高与相对标高坐标系单位为m 孔点和结构平面有对应关系各孔点土层要一致 以保证能够通过插值得到任意一点的土层信息 孔点的个别土层厚度可以为零 土名称是代码 参数可改 可名称相同参数不同 46 也可以输入海拔高度 47 48 4 2单桩承载力试算 目的 已知桩的截面及扩大头尺寸和指定孔点给出各层图的承载力按指定的桩长计算承载力 49 50 5 基础沉降计算 51 5 1沉降计算特点 对结构的安全 建设成本影响大离散性大 计算结果不准确 需要对计算结果修正 各地区的经验系数 沉降计算的核心是分层总和法不同性质的土需要用不同的方法计算无桩大开挖基础考虑回弹再压缩各种基础类型的沉降计算在后面分别介绍 52 5 2基础沉降公式 53 5 2 1压缩层深度取值 压缩层深度Zn有两种判断原则1 按收敛原则判断 由计算深度向上取厚度为 Z的土层变形值 满足以下条件 Z 0 3 1 lnb 54 5 2 2压缩层深度取值简化公式 压缩层深度Zn有两种判断原则2 当无相邻荷载影响 基础宽度在1 30m范围时 基础中点的地基变形计算深度可按下列简化公式计算Zn b 2 5 0 4lnb 55 5 2 3沉降经验系数 s取值 地区沉降观测资料及经验确定无地区经验时取下表的数值 56 5 3独立基础沉降计算 可用弹性地基梁沉降计算菜单或桩基承台及独基沉降计算菜单验算绝对沉降和相对沉降 57 5 4墙下条基沉降计算 按柔性基础计算验算沉降差 58 5 5地梁沉降计算 弹性地基梁按柔性基础计算考虑相邻基础影响考虑基础及上部刚度影响方法 常规方法计算沉降计算各点的基于沉降的基床反力系数用基于沉降的基床反力系数计算弹性地基梁的变形 59 5 6筏板基础沉降计算 桩 梁 按整体基础计算带裙房结构分块计算 控制沉降差桩 筏 桩 梁可以考虑后浇带上部结构 基础 地基共同作用梁元法沉降计算时考虑方法板元法沉降计算时考虑方法和内力计算一致倒楼盖模型 文克尔模型 明德林模型 改进明德林模型 60 5 6 1筏板基础沉降计算 优先采用缩小差异沉降的方法分区域输入筏板进行沉降计算按沉降完成的速度决定算法修改土的压缩模量调整配筋 61 5 7桩承台沉降计算 桩承台最终沉降的计算采用单向压缩分层总和法 不同方法的区别在于土附加应力的算法 桩间距 6d 可按实体深基础法 明德林应力公式法 62 6 承载力计算 荷载选取地基承载力修正是否地震作用不同类型基础计算特点独基 条基 桩承台 单桩基础梁 筏板桩筏 63 6 1独基 条基和桩承台承载力计算 承载力计算决定基础底面尺寸基础底面形心确定土重计算 64 6 筏板承载力计算 筏板基础属于整体基础 验算整体承载力满足要求即可P00筏板基础深度修正系数基底标高和室外地坪标高覆土重外墙内部按参数计算外墙外部按室外地坪到筏板上表面计算 容重18 65 6 3基础梁地基承载力验算 按整体基础算基础梁翼缘宽度与荷载相一致有利于荷载的传递注意覆土标高承载力修正深度按室外地坪到基础底标高计算 66 7 基础内力 配筋计算 柱下独立基础墙下条形基础桩承台基础梁筏板 67 7 柱下独立基础设计 68 7 1承载力验算详解 分为三种情况无零应力区单向偏心有零应力区双向偏心有零应力区 69 7 1 2允许零应力存在的情况 有零应力区 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 4 2 4条规定 高宽比大于4的高层建筑 在地震荷载作用下基础底面不宜出现拉力 其它建筑 基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15 对于工业建筑 由于弯距相对于竖向力来说数值较大 一般允许基础底面存在零应力区 70 7 1 3无零应力区承载力验算 该情况相当于规范中的轴心受压或e0这时应该满足以下条件 71 7 1 4单向偏心允许零应力存在的情况 规范给出了最大基底反力公式可根据力平衡很容易得到各物理量之间的关系要满足零应力区比例的要求 72 7 1 5双向偏心允许零应力存在的情况 大部分文献都是通过表格来计算的 不利于电算的实现 计算精度也存在一定的问题 另一种是采用数值计算的方法 73 7 1 6程序对零应力存在情况的处理 程序中处理零应力区情况在实际工程中双向偏心情况居多 严格的单向偏心情况只在排架柱中或框架结构的个别柱下出现 单向偏心情况计算简单 是精确解 因此程序先判断单双偏心 然后再分别按不同的方法计算基底反力 程序采用数值计算方法时不受压面积 40 迭代精度1 0 程序运行发现的问题荷载组合不同造成配筋时大偏心 74 75 Area l 不受压面积与底面积的比值 76 7 1 7柱下独立基础内力 配筋计算 计算内容底板抗弯计算按单向偏心计算柱对底板冲切计算按单向偏心计算多柱基础存在的问题暗梁抗剪 柱间冲切板上配筋 77 7 1 8柱下独立基础内力 配筋计算公式 采用基本组合按双向双侧计算 只用MI 配筋按经验公式 78 7 1 9独基设计相关问题 线荷载的处理构造柱的处理 79 7 1 10线荷载的处理 独立基础计算时其上的线荷载作用优先考虑的方法 分开迭代计算独基底面范围内的线荷载 N ql N ql 80 7 1 11构造柱荷载的处理 仅有自重的构造柱无基础柱有其他荷载传来的构造柱的处理生成独基考虑荷载重叠分配荷载 81 7 1 12基础底面形心的确定 原则 与柱同心荷载平移到基础底面形心处调整方法长宽比底面形心与角度 82 7 1 13独立基础抗剪问题 钢筋混凝土基础没有验算的原因抗剪抗冲切 参照筏板内筒冲剪计算 83 7 1 14浅基础底板最小配筋率 理解 l h2 5柱下平板取值 依据 建筑地基基础设计规范理解与应用 中国建筑工业出版社2004 6 84 7 2墙下条形基础设计 荷载相关问题荷载选取无柱节点荷载分配基础设计相关问题 85 7 2 1墙下条形基础地基承载力设计 承载力控制基础底面积地基承载力可借鉴独基部分按单位长度线荷载计算