基础设计专题讲座讲解ppt课件.ppt
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1、基础设计软件处理方法及工程应用,中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部,张志远,2/150,1、概述,3/150,1.1地基基础设计内容,荷载组合上部结构刚度地质资料地基承载力计算基础沉降计算基础内力、配筋计算绘施工图,4/150,1.2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-
2、99)上海地基基础设计规范等。,5/150,2、地质资料输入及桩初设计,6/150,2.1输入地质资料目的:,桩基础沉降计算承载力计算反力计算其它基础沉降计算,7/150,2.2地质资料内容,基底以上土的重度建筑物基底以下各层土的物理参数(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;无桩基础进行沉降计算压缩模量、土的重度和水头标高。,8/150,2.3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
3、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,9/150,也可以输入海拔高度,10/150,11/150,2.4单桩承载力试算,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,12/150,13/150,3、荷载组合,14/150,3.1荷载组合类别和作用,三种组合标准组合用于承载力设计基本组合(短期荷载)基础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,15/150,3.2基本组合,16/150,3.2.1基本
4、组合的形式,用于基础的内力、配筋等计算 三种组合形式,17/150,3.2.2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1.3,18/150,3.2.3恒载分项系数,没有对结构有利情况,在基本组合中恒载的分项系数有1.2恒载为主取1.35恒载为主的情况中只有恒和活两种工况,19/150,3.2.4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
5、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,20/150,3.2.5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,21/150,3.3模拟施工过程,模拟施工荷载主要解决高层结构中准确计算自重作用下的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
6、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,22/150,模拟施工过程,23/150,24/150,3.4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,25/150,3.4.1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,26/150,27/150,3.5准永久组合,用于基础沉降计
7、算组合中不含地震和风,28/150,3.6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。,29/150,3.6.1人防荷载组合系数,30/150,3.6.2人防顶板等效静荷载取值,31/150,3.6.3人防底板等效静荷载取值,32/150,3.6.4有桩人防底板等效静荷载取值,33/150,3.6.5程序对人防荷载的处理方法,梁元法: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。
8、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。,34/150,3.7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,35/150,荷载作用点标高,H,36/150,一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,37/150,不同计算模型导算的荷载总值相近,分布有差异基础型式: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
9、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,3.8荷载选用原则,38/150,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,39/150,4、基础沉降概述,40/150,4.1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,41/150,4.2基础沉降公式,42/150,4.2.1压缩层深度取值,压缩层深度Zn有两
10、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),43/150,4.2.2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),44/150,4.2.3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,45/150,5、柱下独立基础设计,46/150,5.1、地基承载力修正,地基承载力修正公式如下:,47/150,5.2承载力验算,荷载应该采用标准组合。分为三种情况无零应力区单向偏心有
11、零应力区双向偏心有零应力区,48/150,5.2.1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。,49/150,5.2.2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:,50/150,5.2.3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
12、例的要求,51/150,5.2.4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。,52/150,5.2.5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%,53/150,54/150,Area_l:不受压面积与底面积的比值,55/150,5.2.6线荷载的处理,独立基础计算时其
13、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,56/150,5.2.7构造柱荷载的处理,选择柱生成独立基础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,57/150,5.2.8基础底面形心的确定,原则:与柱同心调整方法长宽比底面形心与角度,58/150,5.3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,59/150,5.3.1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,60/150
14、,5.3.2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,61/150,5.3.3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2004.6,62/150,5.4局部承压计算,对于素混凝土构件,程序实现,计算方法:对于配置间接配筋的钢筋混凝土构件,63/150,5.5柱下独立沉降计算,采用弹性地基沉降计算时选按柔性基础计算也可用独基与桩承台沉降计算两种算法参数输入不同,计算结果一样验算沉降值和沉降差,不满足要求时调整方案考虑相邻基础影响,64/150,5.6多柱基础需手工验算的内容,冲切计算配筋
15、计算,65/150,6、墙下条形基础设计,66/150,6.1分配无柱节点荷载,计算原则:按节点周围墙体的长度的比例分配。注意事项无基础柱的设置墙体长度对结果的影响手工分配方法,67/150,6.2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无柱节点荷载的分配基底面积重复计算问题,68/150,6.2.1底面积重复利用计算过程,按单位线荷载计算出所有墙下需要的条基宽度和计算面积计算每段条基的计算面积和实际有效面积的比值k按比例k放大条基宽度、反复迭代最后使实际有效面积计算面积给出每段条基的最终放大系数归并取整给出整个工程的计算面积和实际面积,69
16、/150,70/150,6.2.2双墙基础生成条件,两个墙体所在的网格必需是平行且端头对齐的两个墙体生成的条基底面重叠墙间距大时需验算上部受拉钢筋,71/150,6.2墙下条形基础内力计算,计算内容刚性基础满足扩散角要求素混凝土Pj300考虑抗剪抗冲切计算底板抗弯(配筋)计算,72/150,6.3墙下条形基础沉降计算,采用柔性基础假设在弹性地基梁沉降计算中完成,73/150,6.4剪力墙下条基的理解,74/150,7、柱下条形基础设计,75/150,7.1基础梁地基承载力设计,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,76/150,7.2基础梁设计指导思想,目前绝大多
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