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1、理正岩土计算系列,北京理正软件设计研究院有限公司 技术支持 陈莹,基坑支护,简介 基本参数和操作 常见问题,3,简介,单元计算 10种规范 计算方法 经典法 弹性法:全量法、增量法 支护类型 排桩、连续墙、水泥土墙、土钉、放坡、双排桩 整体计算 支护结构的真三维有限元分析,4/20,简介常用支护形式,排桩 连续墙 钢筋混凝土连续墙 钢板桩 水泥土墙 格构式水泥土墙 墙中有桩 SMW工法 放坡 土钉 土钉+锚杆+坡前桩 双排桩 计算模型,5,单元计算基本信息,基本信息 内力计算方法 规范规程和基坑等级 尺寸参数 嵌固深度计算 冠梁参数 冠梁刚度估算 水平集中力 放坡 交互台宽和坡高,坡度自动生成
2、 超载 均布荷载 分布荷载 三角形荷载 建筑物荷载(北京规范),基坑等级,尺寸参数,冠梁参数,单元计算专题:嵌固深度,满足要求 力矩平衡或整体稳;抗渗稳定;构造要求。,6,1.确定弯矩零点:水平荷载标准值=水平抗力标准值 2.计算支点力 3.计算嵌固深度,力矩平衡 基坑规程4.1.1; 悬臂和单支点的排桩连续墙;,单元计算专题:嵌固深度计算,嵌固深度的安全系数; 系统默认规范值1.2; 基坑规程中取值也是1.2。,7,单元计算专题:嵌固深度计算,抗渗稳定 基坑规程4.1.3; 当基坑底为碎石土或砂土、基坑内排水且作用有渗流水压力时,要满足抗渗透稳定条件。 式中,1.2为抗渗嵌固系数; 构造要求
3、 基坑规程4.1.2; 悬臂式及单支点,hd0.3h(h基坑深度); 多支点支护结构, hd0.2h; 整体稳定 圆弧滑动简单条分法,基坑规程附录A;,8,单元计算专题:冠梁刚度计算,9,冠梁侧向刚度估算公式: 式中: K 冠梁刚度估算值; a桩、墙位置;一般取L长度的一半(最不利位置)。 L冠梁长度;如有内支撑,取内支撑间距;如无内支撑,取该边基坑边长。 EI冠梁截面抗弯刚度;其中I表示截面对x轴的惯性矩。,10,单元计算土层信息,土层参数 可设坑内加固土; 降水深度可随开挖变化; 可分层指定弹性计算方法; 土层物理参数; 水下物理参数如无条件做试验,可根据经验折减; 水土分算与合算; 如无
4、试验或经验数据,m值可用基坑规程公式计算,软件提供计算工具;,11,单元计算支锚信息,支锚信息 支锚类型:锚杆、锚索和内撑; 支锚刚度 锚杆试验值、经验值、基坑规程附录c公式、软件迭代; 内撑交互,可用基坑规程附录c公式,但有适用条件; 材料抗力 锚杆如进行锚杆设计,软件可计算; 内撑交互; 工况信息 可模拟拆撑、逆做、加楼板等;,锚杆刚度 四种方法:试验方法;用户根据经验输入;公式计算方法(建筑基坑支护规程JGJ120-99附录C);软件计算。 支撑刚度(举例说明) S支撑水平间距;Sa计算宽度,排桩用桩间距,地下连续墙用1,内支撑的刚度30MN/m,两种输入方法: 第一种按照实际情况输入
5、水平间距4m,支撑刚度刚度30MN/m; 第二种按计算单元输入 水平间距2m,支撑刚度刚度15MN/m;,适用条件:基坑周边支护结构荷载相同, 对撑,刚度大,等间距,单元计算专题:刚度和抗力,12,单元计算专题:刚度和抗力,锚杆材料抗力 影响抗倾覆和整体稳定计算 计算时取该值和锚固力二者之中较小值 如果进行了锚杆计算,则程序将根据锚杆计算的配筋结果自动计算抗拉力 内撑材料抗力 影响抗倾覆和整体稳定计算,与内撑长细比有关的调整系数结构手册,与工程形式有关的调整系数经验调整,抗压强度设计值,13,14,注: 1.锚杆与锚索的区别在于,前者用钢筋,后者用钢绞线; 2.锚杆锚索受拉,内撑受压,所以计算
6、材料抗力时,锚杆锚索 用抗拉强度设计值,内撑用抗压强度设计值; 3.刚性铰的刚度无限大,可用来模拟刚性楼板; 4.楼板也可用内撑模拟。,单元计算专题:刚度和抗力,单元计算专题:工况,全量法 软件自动生成,可设置地下室层数及层高控制拆撑的参数; 当自动生成拆撑工况时,深度在本层地下室顶板以下的锚杆和内撑,将被拆掉; 楼板用刚性铰来模拟,刚度无限大; 增量法 用户交互; 可以调整“开挖”,“加撑”,“拆撑”,“刚性铰”的位置和顺序; 楼板可用刚性铰模拟,也可用内撑模拟; 如涉及到“换撑”或用内撑模拟楼板,需先确定施工顺序及内撑位置,在“支锚信息”中把所有内撑按深度顺序交互完整,加撑中的顺序可以灵活
7、指定。,15,单元计算专题:工况,例1:拆撑做楼板 10m的基坑 在基坑顶面以下-3.5m和-7.0m各设一道内撑,超挖0.5m 地下室底板和顶板标高分别为-8m和-4.5m 例2:换撑做楼板 8m的基坑 在基坑顶面-4m处设一道内撑,超挖0.5m 地下室底板和顶板的标高分别为-7m和-3.5m 在-2m换加一道内撑。,16,17,单元计算计算项目,内力位移计算,桩配筋计算,锚杆计算,刚度折减系数:默认值0.85是参照建筑桩基规范JGJ94-94第53页公式中的系数,单元计算内力位移,18,支反力: 锚杆或内撑的内力标准值。,蓝色:弹性法;红色:经典法 双排桩特殊,查看土压力中的土压力是单位米
8、的; 工况图中的土压力是实际宽度的; 如果桩间距是1米时,两者一样。,地表沉降曲线三种计算方法出自基坑工程手册p215。,单元计算桩配筋计算,19,经典法和弹性法的切换。,上:基坑内外侧内力的最大值; 下:最大值对应的深度。,桩身配筋可以分段。,计算值:软件计算出来的内力标准值; 设计值:设计值=计算值折减系数分项系数基坑侧壁重要性系数; 实用值:可取计算值,也可根据经验调整。,单元计算桩配筋计算,20,此处内力为锚杆的水平方向内力,在此界面修改参数后,需点击“重新计算”,软件才会按照修改后的参数进行后续计算。,dHPB235 DHRB335 EHRB400 FRRB400 例如1E18 一根
9、直径为18的三级钢。,经典法和弹性法的切换。,单元计算数据和结果的保存,21,数据存盘到文件:保存输入的原始数据。,可将典型例题存入模板库,如常做某一地区的工程,可保存模板,使建模更方便。,22,单元计算数据和结果的保存,图: 可存成dxf文件;,计算书: 包括原始条件和计算结果; 可存成rtf文件,用word打开,或存成txt文本文件;,23,基坑整体,复杂基坑,计算结果,整体模型,24,基坑整体单元与整体的区别,基坑整体计算模型,采用空间整体协同有限元计算方法,考虑了支护结构、内支撑结构及土空间整体协同作用的线弹性有限元分析方法。 计算模型 主动侧土体简化成主动土压力 被动侧开挖面以下的土
10、体简化成水平弹簧 支护结构有限元剖分 与通用有限元软件的比较 支持国内多种规范 建模方便、操作简单,节省前处理的时间 计算结果符合设计要求,25,26,基坑整体设计流程,基坑整体方案设计,支撑道数 冠梁层以下的内支撑道数 冠梁层标高 冠梁层内支撑的标高 地下室层数 可控制拆撑工况 方案导入导出 数据备份和方案交流,27,基坑整体网线布置,分区数据对整体计算的影响 大部分影响 少数参数对整体计算没有影响 计算方法的选择 规范的选择 冠梁信息 分区数据的计算 可以计算嵌固深度 数据存盘,在单元计算中打开,输入支锚信息,计算,出计算书 分区地面高程 坑中坑,基坑整体支护布置,29,基坑整体标高系统,
11、标高系统可以地面为0,也可按照实际的海拔高程。 统一体系; 支护类型里面桩(墙)顶标高是相对该单元的地面而言;其余的标高都是相对本工程的0而言; 坑内坑; 冠梁层标高和支撑层标高 轴线的标高; 坑中坑的标高系统,30,至少需要 3种支护分区,至少需要 2种支护分区,至少需要 1种支护分区,基坑整体标高系统,31,基坑整体内撑布置,32,注意: 材料与截面要匹配; 修改截面和材料时一定要进入“从库中选取”,不能在“描述中修改”。,构件:冠梁腰梁、内撑、立柱、斜撑、锚杆;,基坑整体计算可以加锚杆,但不进行锚杆设计,只是在整体计算中考虑锚杆的刚度; 锚杆只能加在冠梁或者腰梁上; 加锚杆时需输入锚杆间
12、距和锚杆刚度,因为基坑整体不做锚杆设计,所以用户需在整体计算前知道锚杆的配筋等参数,通过试验或者基坑规程附录C的计算公式得到锚杆的刚度; 整体计算不能考虑锚杆的预加力; 整体计算的结果中没有给出锚杆的内力,如需要此数值,可近似计算,即用该点的位移乘以锚杆刚度,如果是预应力锚杆,可简单的把预加力+锚杆刚度*支点位移,作为锚杆内力控制值。,基坑整体锚杆相关内容,33,一.工具箱校核深基坑整体的计算结果的校核 校核时注意点位: 1.基坑内撑梁是按压弯构件计算,因此校核时应该用工具箱中柱截面。 2.由于基坑输出计算书中是梁的某个断面,因此柱截面校核时,选择普通柱或框架柱没有分别。 3.工具箱中输入的柱
13、长应为内撑梁实际长度。 4.基坑输出计算书中的内力值为标准值,应该将其乘以分项系数和基坑重要性系数后输入工具箱中计算。 5.基坑中轴力输出时,正值为拉力,在工具箱中,正值为压力。 6.工具箱中不能考虑扭矩的影响。,基坑整体计算结果校核,34,深基坑和工具箱的方向,矩形800600就是表示b*h,b=800mm,h=600mm,基坑整体计算结果校核,35,基坑软件出的结果:,基坑整体计算结果校核,36,内力结果: 分项系数1.25,基坑重要性系数1.0.,基坑整体计算结果校核,37,基坑整体计算结果校核,38,工具箱配置钢筋结果: (1)上部纵筋:4E18(1018mm2 =0.21%) As=
14、960mm2,配筋满足。 (2)下部纵筋:4E18(1018mm2 =0.21%) As=960mm2,配筋满足。 (3)左右纵筋:3E18(763mm2 =0.16%)分配As=1018mm2 As=960mm2, 配筋满足。 (4)竖向箍筋:d8200四肢箍(1005mm2/m sv=0.13%) Asv/s=750mm2/m, 配筋满足。 (5)水平箍筋:d8200三肢箍(754mm2/m sv=0.13%) Asv/s=750mm2/m, 配筋满足。,基坑整体计算结果校核,39,基坑侧竖向纵筋,挡土侧竖向纵筋,基坑侧水平纵筋,挡土侧水平纵筋,竖向拉结筋,水平拉结筋,基坑整体配筋示意图,
15、墙配筋示意图,40,内撑梁配筋示意图,基坑整体配筋示意图,41,基坑整体例题,工程条件 基坑:矩形基坑,长30m,宽24m,深10m,周边无建筑物 土层: 地面超载:10kpa 支护方案 排桩,直径0.8m,间距1.6m,嵌入深度5m, 桩顶标高0.00m,混凝土等级C30 内撑一道,标高-4.5m 冠梁1000*800(C40);腰梁800*600( C30 );内撑梁400*650( C30 );立柱d=500 ( C30 ),42,基坑整体模型的常见错误,轴线长度不合理 内撑两端不能撑在土上 内撑悬空 被轴线打断的内撑端点约束 截面和材料不匹配,节点之间的距离一般不能小于1m,否则计算和剖分的时候可能出错。,44,没有腰梁,内撑两端相当于支在桩间土上,不合理。建议加上腰梁。,45,错误:内撑悬空。,46,内撑梁两端的约束有问题。比如梁109和110,实际上是一根梁,只是中间被轴线打断,但是这里的连接却是铰接,这是不对的。,47,修改界面参数时需从库中选取,不能直接修改描述。,48,