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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1基础专题讲座1、概述2基础专题讲座1.1地基基础设计内容v荷载组合v上部结构刚度v地质资料v地基承载力计算v基础沉降计算v基础内力、配筋计算v绘施工图3基础专题讲座1.2基础设计的有关规范v建筑地基基础设计规范(50007-2002)v建筑结构荷载荷载(GB50009-2001)v混凝土结构设计规范(50010-2002)v建筑抗震设计规范(GB50011-2001)v人民防空地下室设计规范(GB50038-94)v建筑桩基技术规范(JGJ94-94)v建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)v高层建筑箱
2、形与筏形基础技术规程(JGJ6- 99)v上海地基基础设计规范等。 4基础专题讲座2、地质资料输入及桩初 设计5基础专题讲座2.1输入地质资料目的：v桩基础沉降计算承载力计算反力计算v其它基础沉降计算6基础专题讲座2.2地质资料内容v基底以上土的重度v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；v无桩基础进行沉降计算压缩模量、土的重度和水头标高。 7基础专题讲座2.3在JC程序中注意问题v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
3、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v坐标系单位为m，孔点和结构平面有对应关系v 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。v土名称是代码，参数可改，可名称相同参数不 同8基础专题讲座也可以输入海拔高度 9基础专题讲座10基础专题讲座2.4单桩承载力试算v已知桩的截面及扩大头尺寸和指定孔点v给出各层图的承载力v按指定的桩长计算承载力11基础专题讲座12基础专题讲座3、荷载组合13基础专题讲座3.1荷载组合类别和作用v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v其
4、它荷载组合人防荷载14基础专题讲座3.2基本组合15基础专题讲座3.2.1基本组合的形式v用于基础的内力、配筋等计算 v三种组合形式16基础专题讲座3.2.2分项系数取值（规范）vG 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1.2v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1.317基础专题讲座3.2.3恒载分项系数v没有对结构有利情况，在基本组合中 恒载的分项系数有1.2v恒载为主取1.35v恒载为主的情况中只有恒和活两种工 况 18基础专题讲座3.2.4活荷载折减v设计楼面梁时按(4.1.2-1)条,根据楼面梁的
5、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v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 19基础专题讲座3.2.5地震作用v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20基础专题讲座3.3模拟施工过程v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v梁端位
6、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o各层相对位移会对荷载分布产生影响v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21基础专题讲座模拟施工过程22基础专题讲座23基础专题讲座3.4标准组合(也称短期荷载 )v用于地基承载力计算和裂缝宽度计算24基础专题讲座3.4.1程序对标准组合的处理v标准组合相当于将基本组合公式中荷载 分项系数设为1.0v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
7、大于其 在基本组合中的贡献，这违背与荷载规 范的原则。v因此增加竖向地震效应的组合值系数 25基础专题讲座26基础专题讲座3.5准永久组合v用于基础沉降计算v组合中不含地震和风 27基础专题讲座3.6人防荷载v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。v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。 28基础专题讲座3.6.1人防荷载组合系数29基础专题讲座3.6.2人防顶板等效静荷载取 值30基础专题讲座3.6.3人防底板等效静荷载取 值31基础
8、专题讲座3.6.4有桩人防底板等效静荷载 取值32基础专题讲座3.6.5程序对人防荷载的处理 方法v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。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。v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。33基础专题讲座3.7荷载相关问题v当前组合，目标组合vTAT、SATWE“最大组合内力简图”与 JC“目标组合”的差异v一层荷载作用点标高34基础专题讲座MNQ荷载作用点标高M=M+Q*HH35基础专题讲座一层上部结构荷载作用点标高影响：独基，桩
9、承台；作用：剪力换算成弯矩H1H2GABCD36基础专题讲座v不同计算模型导算的荷载总值相近，分布有差 异v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。v荷载参数按需要调整3.8荷载选用原则37基础专题讲座荷载参数的 调整根据建筑用途修改可根据楼层数进行修 改38基础专题讲座4、基础沉降概述39基础专题讲座4.1沉降计算特点v对结构的安全，建设成本影响大v离散性大，计算结果不准确，需要对计算
10、结 果修正（各地区的经验系数）v沉降计算的核心是分层总和法v不同性质的土需要用不同的方法计算v无桩大开挖基础考虑回弹再压缩v各种基础类型的沉降计算在后面分别介绍40基础专题讲座4.2基础沉降公式沉降计算公式回弹再压缩量计算41基础专题讲座4.2.1压缩层深度取值v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 ：表5.3.6Zb(m)b220这时应该满足以下条件：49基础专题讲座5.2.3单向偏心允许零应力存在的 情况v规范给出了最大基底反力公式v可根据力平衡很容易得到各物理量之间 的关系v要满足零应力区比例的要求Pmaxea3a bFkG
11、k50基础专题讲座5.2.4双向偏心允许零应力存在的 情况v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。v另一种是采用数值计算的方法。51基础专题讲座5.2.5程序对零应力存在情况的处 理v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。v程序采用数值计算方法时不受压面积2.5 柱下平板v取值：v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 2004.6lh61基础专题讲座5.4局部承压计
12、算对于素混凝土构件v程序实现v计算方法： 对于配置间接配筋的钢筋混凝土构件62基础专题讲座5.5柱下独立沉降计算v采用弹性地基沉降计算时选按柔性基础 计算v也可用独基与桩承台沉降计算v两种算法参数输入不同，计算结果一样v验算沉降值和沉降差，不满足要求时调 整方案v考虑相邻基础影响63基础专题讲座5.6多柱基础需手工验算的内容v冲切计算v配筋计算64基础专题讲座6、墙下条形基础设计65基础专题讲座6.1分配无柱节点荷载v计算原则：按节点周围墙体的长度的比例分配。v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66基础专题讲座6.2墙下条形基础地基承载力设 计v承载力控制基础底面积地基承载
13、力可借鉴独基部分按单位长度线荷载计算v无柱节点荷载的分配v基底面积重复计算问题67基础专题讲座6.2.1底面积重复利用计算过 程v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v计算每段条基的计算面积和实际有效 面积的比值kv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v给出每段条基的最终放大系数v归并取整v给出整个工程的计算面积和实际面积68基础专题讲座69基础专题讲座6.2.2双墙基础生成条件 v两个墙体所在的网格必需是平行且端 头对齐的v两个墙体生成的条基底面重叠v墙间距大时需验算上部受拉钢筋70基础专题讲座6.2墙下条形基础内力计算v计算内容刚性基础满足扩散角要求素
14、混凝土Pj300考 虑抗剪抗冲切计算底板抗弯（配筋） 计算71基础专题讲座6.3墙下条形基础沉降计算v采用柔性基础假设v在弹性地基梁沉降计算中完成72基础专题讲座6.4剪力墙下条基的理解73基础专题讲座7、柱下条形基础设计74基础专题讲座7.1基础梁地基承载力设计v按整体基础算v基础梁翼缘宽度与荷载相一致有利于荷 载的传递v注意覆土标高75基础专题讲座7.2基础梁设计指导思想v目前绝大多数工程在设计中都是上部结构和 基础分别计算的，因此我们在设计基础时必 需把基础的刚度设得足够大，这样才不会因 为基础的变形给上部结构带来不利的影响。v严格控制沉降差76基础专题讲座7.3上部结构刚度的假定v上部
15、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77基础专题讲座7.4基础梁内力计算时要考虑的 因素v土反力的分布情况。均匀分布文克勒地基模型基床反力系数是常量。广义文克勒模型基床反力系数是变量。78基础专题讲座7.4.1倒楼盖模型的适用条 件v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
16、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79基础专题讲座7.4.2弹性地基梁计算方法v土对基础的反力作用与土的变形有关v文克勒模型假设土为相互独立的弹簧 弹簧刚度即为基床反力系数基床反力系数为常量v广义文克勒模型假设土相互之间有影响基床反力系数为变量参见高层建筑箱形与筏形基础技术规范(JGJ6-99)附录 C中间反力小边部反力大80基础专题讲座7.4.3文克勒模型的基床反力系数 取值基床反力系数K的推荐值地基一般特性土的种类K(KNm3)松软土流动砂土、软化湿土、新填土 流塑粘性土、淤泥及淤泥质土、有机质土10005000 500010000中等密实土粘土及亚粘土:软塑的 可塑的 轻亚粘土:软塑的 可塑的 砂土:松散或稍密的 中密的 密实的 碎石土:稍密的 中密的 黄土及黄土亚粘土1000020000 2000040000 1000
