基础设计专题讲座讲解ppt课件.ppt
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(JGJ6-99)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。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,60/150,5.3.2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,69/150,70/150,6.2.2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。严格控制沉降差,77/150,7.3上部结构刚度的假定,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,78/150,7.4基础梁内力计算时要考虑的因素,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。,79/150,7.4.1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,80/150,7.4.2弹性地基梁计算方法,土对基础的反力作用与土的变形有关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,81/150,7.4.3文克勒模型的基床反力系数取值,82/150,7.5沉降计算,建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)中5.3.10条强调“在同一体积大面积基础上建有多栋高层和低层建筑，应该按照上部结构、基础与地基共同作用进行变形计算”。基础梁的沉降计算一般采用柔性基础假定不考虑基础、上部结构的刚度考虑上部结构刚度、基础刚度和地基变形的沉降计算方法按柔性基础计算沉降得到计算沉降用基床反力系数用弹性地基梁的计算方法得到各点的位移，即考虑上部结构刚度和基础刚度的沉降,83/150,7.6设计方案的调整,在弹性地基梁设计时，需要根据计算结果反复调整设计方案。主要进行以下调整：根据梁的内力（弯矩、剪力）调整基础梁翼缘宽度。基础梁翼缘宽度会影响土反力，从而影响基础的内力。设置挑梁，平衡端跨梁支座弯距。采取增加梁的截面和数量、提高混凝土强度等级等方法提高基础梁的抗剪能力。改变计算方法，使计算结果更符合实际情况。如考虑上部结构刚度、不考虑抗扭刚度。作地基处理,84/150,7.6.1按荷载考虑翼缘宽度的方法,可以先按柱周围基础梁（腹板部分）的刚度的比例将节点荷载分配到各段基础梁上，再叠加上墙传来的线荷载，根据合并后的荷载估算各段基础梁翼缘的宽度。经过弹性基础梁计算，得到基础梁的内力和基础底反力，再对基础梁的截面和翼缘宽度进行调整调整。,85/150,7.6.2伸缩缝的处理,设计成单肋梁 伸缩缝处一般都有两道平行网格线（轴线）。定义宽梁输入在其中荷载较大的一条轴线上。没有布置梁的轴线上的柱所在节点必须有梁连接没有布置梁的轴线上的线荷载需要导算到布梁的网格线上为了保证基础刚度的连续，搭在另外一根轴线上的横向梁需要通过短梁连接伸缩缝处基础梁上。设计成双肋梁只需布置两根梁并布置筏板当做梁的翼缘即可。两根梁之间应该有横向的梁相连。,86/150,87/150,7.7梁元法计算复合地基,勘察报告（地基处理报告）给出处理后的基床反力系数：需要按作地基处理的部位修改基床反力系数；没有提供处理后的基床反力系数需要按照地基处理后土的压缩模量与原有土的压缩模量的比值调整基床反力系数按地基承载力改变的情况调整基床反力系数。,88/150,7.8局部承压计算,按规范的要求应该验算柱对梁肋的局部承压程序处理方法同柱下独立基础程序中没有考虑加腋部分,89/150,7.9基础梁平法主要功能,编辑旧图功能 集中标注、原位标注信息修改功能 图文并茂的连梁钢筋修改界面 地基梁裂缝验算功能 按裂缝控制梁的配筋与立面画图法切换,90/150,7.9.1基础梁裂缝宽度计算,裂缝宽度大的原因解决办法柔性防水钢筋网片,91/150,7.10梁抗剪不够的处理手段,增加梁的截面和数量提高混凝土强度等级考虑上部结构刚度不考虑抗扭刚度地基处理,92/150,93/150,基础梁平法施工图例,94/150,8、带肋筏板基础设计,95/150,8.1不等厚筏板处理,子筏板概念筏板厚度输入注意事项不可重叠不可相交,96/150,97/150,98/150,8.2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）,99/150,8.3筏板重心较核,选用的荷载组合带裙房结构的处理产生差异的原因：荷载地下水,100/150,8.4筏板基础内力计算,基础类型及计算模型选用平板基础(厚板)有限元计算弹性地基梁计算基床系数调整内筒冲剪计算土反力取值问题柱墩的作用及注意事项梁板基础(薄板)弹性地基梁有限元计算板格冲切、剪切计算桩筏基础有限元计算厚、薄板划分原则按板和肋梁的相对刚度来划分：梁为主要受弯构件是为薄板板为主要受弯构件时为厚板,101/150,8.4.1梁元法与板元法的差异,梁元法将筏板对刚度的贡献折算成基础梁的翼缘。程序的处理方法是按筏板的面积除以周围基础梁的总长当做基础梁一侧的计算翼缘宽度。 板元法筏板按板单元计算，肋梁是按矩形梁单元计算。由于两种模型中梁的刚度是不同的，得到的内力和配筋会有差异。,102/150,8.5筏板基础抗剪、抗冲切计算,按板格计算平板基础内筒冲、剪计算冲切计算和剪切计算的位置不同内筒外边缘的确定,103/150,8.6局部承压计算,按规范的要求应该验算柱对梁肋的局部承压程序处理方法同柱下独立基础程序中没有考虑加腋部分,104/150,8.7地梁筏板沉降计算,弹性地基梁，筏板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,105/150,8.8筏板绘图程序,功能：可接梁元法或板元法的计算结果带配筋的筏板剖面灵活的布置钢筋方式配筋量与计算量比较布置范围显示,106/150,107/150,108/150,弹性地基梁板人防计算,不接上部结构的结果荷载传递路径人防顶板-柱子、墙体-弹性地基梁板面等效荷载按顶板覆土厚度0.5米 梁式基础:5级取100kN/m2 ;6级取55kN/m2 筏板基础：无地下水： 5级取75kN/m2 ;6级取40kN/m2 有地下水： 5级取90kN/m2 ;6级取50kN/m2,109/150,9、平板基础设计,110/150,9.1承载力计算,按整体计算深度修正按室外地坪修正基底标高和室外地坪标高覆土重,111/150,9.2内力计算,优先选择板元法当设板带后可以用梁元法用升板规范的方法区分柱上板带和跨中板带柱网整齐,112/150,9.1有限元法常见问题,应力集中柱周围墙周围配筋方式平均配筋,113/150,9.2柱下平板基础抗冲切计算,计算公式破坏面的确定加柱墩的影响抗冲切配筋板下柱墩注意事项,114/150,9.3平板基础内筒冲减计算,注意事项内筒外围计算凹角情况,115/150,117/150,9.4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,118/150,10、桩基承台设计,119/150,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,120/150,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,121/150,N,122/150,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,123/150,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,124/150,11、桩筏、桩承台梁设计,125/150,11.1承载力计算,按标准组合计算验算各桩反力是否满足承载力要求验算桩重心与荷载重心是否重合考虑弯距作用,126/150,11.2桩筏有限元计算中土反力模型,弹性地基梁板模型上部结构刚度小简化模型 倒楼盖模型上部结构刚度大弹性理论有限压缩层模型 上部结构刚度小规范推荐 修正的弹性理论有限压缩层模型上部结构刚度小,127/150,11.3桩间土的作用,弹性地基梁板模型以基床系数表示 倒楼盖模型以分担百分比表示 弹性理论有限压缩层模型 自动计算修正的弹性理论有限压缩层模型自动计算,128/150,11.4基础形式及规范,基础形式，工程所在地区不同采用不同规范建筑地基基础设计规范GB5007-2002 ：天然地基或常规桩基 地基处理规范JGJ79-2002 ：复合地基 建筑桩基技术规范JGJ94-94 ：桩土共同分担计算方法 上海1999年的地基规范 ：沉降控制复合桩基 ，先由桩承担再由土承担,129/150,11.5复合地基,130/150,11.5.1复合地基深度,有桩地基处理深度按桩长计算无桩输入地基处理深度,131/150,11.6优化布桩方法,沉降试算承台桩-筏板桩梁下布桩,132/150,11.7承台梁基础的分析,按梁元计算，不用划分单元计算结果按梁方式输出梁弯矩图，剪力图，配筋图,133/150,134/150,135/150,11.8桩筏基础沉降计算,桩筏，桩梁最终沉降的计算采用单向压缩分层总和法土反力模型倒楼盖模型，文克尔模型，明德林模型，改进明德林模型基础形式及规范和内力计算一致,136/150,11.9混合基础,桩筏和筏板复合桩基和筏板,137/150,其它相关内容,138/150,网格编辑,139/150,承载力,140/150,承载力,141/150,AutoCAD基础图向基础模转化,一、基础图的加载二、选择转化的内容三、选择内容的处理四、图面标注内容的识别五、生成基础的模型数据,142/150,用下拉菜单项：文件(F)在该下拉菜单中选取：打开(O) 命令，打开基础图(DWG) 。此方法仅适用于该基础施工图是按1:1的比例绘制的图形文件。,一、AutoCAD基础图的加载,143/150,用下拉菜单项：图形转换在该下拉菜单中选取：插入DWG原图命令，打开基础图(DWG)。使用该方法，程序会要求用户输入该基础图的绘图比例。,144/150,示例,145/150,根据工程的实际情况，选择相关的内容程序可转化的内容如下图所示，逐个操作：,146/150,二、选择转化的内容,如选择轴网,选中的轴网同类实体会变虚，便于用户核查操作的正确性。,147/150,如选择承台,则选中的承台同类实体也会变虚。,148/150,三、选择内容的处理,在完成对基础图DWG的选择工作之后，可执行命令项：转换成基础模型数据中，要求用户输入转化生成的工程名称：,149/150,在该命令中，程序将根据已选择的内容生成新的平面图信息，如果该平面图与原图有出入，返回前面的相应命令，补全。,150/150,四、图面标注内容的识别,对于采用平法标注法绘制的基础梁基础平面图，程序可自动通过对基础梁标注信息的识别，提取到基础梁的截面和配筋信息。点取下拉菜单“识图”中的梁标注自动识别即可。,151/150,点取下拉菜单“识图”中的生成数据，即可生成基础的建模数据。至此，基础图转化基础模型的工作已完成，之后，用户可在PKPM系列软件的平台上，可使用此程序模块生成的数据信息。,五、生成基础模型数据,152/150,其它工程桩位导入方法,分别建两个目录上部结构目录（A）和基础目录（B）在B目录中转桩位图在A目录中设计上部结构将B目录中的jcsr.jc文件复制到A目录中,153/150,联系方式：E-mial:Tel.84276161,84276262,154/150,谢谢！,
