地基基础设计及

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1、地基基础设计及 程序处理方法中国建筑科学研究院 PKPMCAD工程部 张志远张志远1概 述2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3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。 4.荷 载5

2、.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6.2基本组合71.2.1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81.2.2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1.391.2.3 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

3、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 101.3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111.3.1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 12131.4准永久组合 用于基础沉降计算 组合中不含地震和风 141.5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

4、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 15161.6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）170.018MNQ荷载作用点标高M=M+Q*HH19一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H1H2GABCD201.7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

5、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 21a 一层加载b 二层加载c 三层加载模拟施工荷载122a 一层结构b 二层结构c 三层结构模拟施工荷载1232429层框剪工程平面图25一次性加载26模拟施工荷载127模拟施工荷载228模拟

6、施工荷载329一次性加载和模拟施 工荷载1： N=2797030模拟施工荷载2(D+L): N=3264431模拟施工荷载3(D+L): N=2937332331.8 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 341.8.1 地震作用 不考虑地震的天然地

7、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351.9 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361.10吊车荷载问题 荷载 、荷载372.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382.1考

8、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39402.2 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413 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

9、部位有局部承压要求 局部承压计算方法 程序实现42434.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；444.1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

10、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45也可以输入海拔高度46474.2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48495、基础沉降计算505.1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515.2基础沉降公式 沉降计算公式回弹再压缩量计算525.2.

11、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：表5.3.6Zb(m)b220 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）646.3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657.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667.柱下独立基础设计677.1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

12、心有零应力区687.1.2 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。 697.1.3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：707.1.4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Pmaxea3a

13、bFkGk717.1.5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。727.1.6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2.5 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2004.6lh837.2墙下条形基础设计 荷载相关问题 荷载选取

14、 无柱节点荷载分配 基础设计 相关问题847.2.1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 无柱节点荷载的分配 基底面积重复计算问题857.2.2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86877.2.3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88

15、7.2.4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897.2.5剪力墙下条基的理解907.3桩承台设计917.3.1桩基础承载力设计 单桩基础 按压桩试验取值 极限承载力/2 初设计时按公式估算 桩极限端阻力，桩极限侧阻力由静载试验得到 程序提供计算工具 桩承台 考虑群桩效应问题（sp一般在0.93-1.0） 考虑弯距作用927.3.2桩承台基础内力计算 计算内容 桩反力的计算 柱对承台的冲切计算，剪切计算 桩对承台的冲切计算，剪切计算 底板抗弯（配筋）计算93N MF1F2FnN947.3.3墙下桩承台的处理 布置非承台桩 围区生成 注意围区的边界 筏板有限元计算957.4 整体基础 基础形式包括：基础梁（柱下条基）、筏板、梁桩、 筏桩