筏板有限元基础适用于大底盘 多塔的 新设计方法PPT课件

1、1一、大底盘多塔楼高层建筑基础设计简介 1，大底盘多塔楼高层建筑应用现况 每年城镇竣工的建筑面积达5亿平方米。大底盘多塔楼高层建筑、地下商场、地下车库建筑以及大跨空间、多层地下结构的出现，在目前住宅小区建设以及大型公建项目中都占有非常重要的地位，其面积可达总竣工建筑面积的10%。 第1页/共80页2工程实例：北京巴黎城（北京院） 43层，大底盘尺寸210m200m第2页/共80页3工程实例：北京西雅图（冶研院）34层，大底盘尺寸230m220m第3页/共80页4沉降图第4页/共80页5例：北化东四环西区住宅及商业工程北化东四环西区住宅及商业工程（地基所） 18层，大底盘尺寸138m103m第5

2、页/共80页6工程实例：上海陆家嘴金融贸易区X2地块（茂尔盛maunsell深圳公司） 35层，大底盘尺寸127m160m第6页/共80页72、给地基基础设计与施工带来的问题 （1）上部结构塔楼相对大底盘地下结构刚度大，荷载不均匀，基底反力不均匀，基础底板的不均匀变形。设计不当会引起基础开裂。例如国贸二期工程底板裂缝，防水失效；昆明建筑大厦梁板式筏基开裂，底板防水失效。第7页/共80页82、给地基基础设计与施工带来的问题 （2）目前解决大底盘高层建筑不均匀沉降的办法一是设置沉降缝，二是设置施工“后浇带”，待沉降基本稳定后再浇筑“后浇带”砼。（北京降水费用：在6个月以内100120元/平米，61

3、2个月150170元/平米） （3）高层建筑与纯地下车库的连接相当于主塔楼与裙房的连接第8页/共80页93,JCCAD软件第9页/共80页10第10页/共80页11二、二、上部结构荷载的正确使用 PM荷载 TAT, SATWE, PMSAP荷载 子结构的凝聚荷载 “一次加荷”， “模拟施工1”， “模拟施工2”， “模拟施工3” 活荷载楼层折减 一层荷载作用点标高第11页/共80页12第12页/共80页13活载楼层不折减第13页/共80页14 1，荷载楼面折减系数的影响 在PM交互输入的楼面折减不但影响梁的设计也影响柱与基础的设计（与楼层折减系数连乘） 规范：荷载楼面折减系数应只影响梁。 2，

4、基础设计是否不考虑地震效应组合（在地基规范没有提地震效应组合）？ 基础设计应考虑地震效应组合。抗震设计应依据抗震规范，桩基设计还应依据桩基规范，有地方规范(规程)应优先按地方规范设计。（类比：荷载规范中也没有提地震效应组合）第14页/共80页15 3，地震效应组合会发生竖向力增加或减小（力不平衡） 按静力概念理解地震效应组合与风荷载组合，认为竖向力不应增加或减小。实际发现力不平衡。 原因是底层地震内力是通过CQC方法得到，CQC是一种用于单个构件的地震内力统计方法，将CQC以后的内力作为荷载来进行整体分析是一种近似，就会发生力不平衡的这种现象。第15页/共80页16 4，SATWE等增加“模拟

5、施工3”，基础设计如何取用？ “模拟施工3”实是分层刚度分层加载方法 “模拟施工1”实是整体刚度分层加载方法 “模拟施工3”大大改善了“一次加荷”与“模拟施工1”中的竖向刚度不均匀造成竖向荷载传递不合理现象。 “施工模拟2”是专为基础设计生成，是一种人工近似。 建议：优先采用“施工模拟3”+上下部结构共同作用 采用“施工模拟1”+上下部结构共同作用 采用“一次加荷”+上下部结构共同作用 “施工模拟2”（不应考虑上下部结构共同作用） 竖向刚度不均匀结构举例： 框架剪力墙结构，内砼筒体+外钢框架结构第16页/共80页17MNQ荷载作用点标高M=M+Q*HH第17页/共80页18一层上部结构荷载作用

6、点标高影响：独基，桩承台；作用：剪力换算成弯矩H1H2GABCD第18页/共80页19三，上下部结构共同作用TAT,SATWE,PMSAP刚度 1.上部结构计算时假设基础不变形，是固端约束 ： 实际结构的基础会沉降且可能不均匀。 差异沉降会对上部结构产生次内力。 2.不同结构形式对差异沉降的反应是不同的。 3.地基规范条文中相关内容第19页/共80页5. 3. 10 在同一整体大面积基础上建有多栋高、低层建筑，沉降计算时应考虑上部结构、基础与地基的共同作用。713 设计时，应考虑上部结构和地基的共同作用。对建筑体型、荷载情况、结构类型和地质条件进行综合分析， 确定合理的建筑措施、 结构措施和地

7、基处理方法。8. 3. 2 柱下条形基础的计算，除应符合本规范第 8.2.7 条一、二款的要求外，尚应符合下列原则： 1 在比较均匀的地基上，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度不小于 1/6 柱距时，地基反力可按直线分布，条形基础梁的内力可按连续梁计算，此时边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值宜乘以 1.2 的系数；8. 4. 10 当地基土比较均匀、上部结构刚度较好、梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小于 1/6，且相邻柱荷载及柱间距的变化不超过 20%时，筏形基础可仅考虑局部弯曲作用。筏形基础的内力，可按基底反力直线分布进行计算，计算时基底反力应扣除底板自重及其上填

8、土的自重。 当不满足上述要求时， 筏基内力应按弹性地基梁板方法进行分析。第20页/共80页21上部结构刚度的影响 1，按TAT、SATWE、PMSAP的凝聚的上部结构刚度进行计算 TAT,SATWE,PMSAP刚度凝聚的过程实际上是将上部结构作为整个上下部结构的子结构，对于基础筏板计算是一个准确解。 2，倒楼盖模型 上部结构为刚性（计算局部内力） 3，不考虑上部结构刚度 上部结构刚度为0第21页/共80页22巴黎城单塔计算第22页/共80页23考虑上部的沉降图 不考虑上部的沉降图第23页/共80页24配筋值比较 考虑上部 不考虑上部 （mm2/m） X上筋 4955 4184 Y上筋 5992

9、 7694 X下筋 9414 9461 Y下筋 6945 8234第24页/共80页25四、基础四、基础沉降、内力计算及地基模型的选择 沉降=附加压应力引起的沉降+回弹再压缩计算 桩基可不考虑回弹再压缩niiiiicicczzEps111)(第25页/共80页26桩基沉降计算方法 一、半经验实体深基础法 二、从单桩出发考虑群桩作用的沉降计算法 建筑地基基础规范GB5007-2002 桩基规范JGJ94-94 上海地基规范DBJ08-11-1999第26页/共80页27第27页/共80页28四、四、沉降、内力计算及地基模型的选择 算例：油罐设计 板厚1.1米 桩长36米 油罐直径26.44米 荷

10、载300kPa第28页/共80页29第29页/共80页30第30页/共80页31第31页/共80页32位置（离中心距m） 02.424.827.229.1212.02比值中心处结果桩数1713192430总桩94上海规范沉降12612512011197801.575MINDLIN解沉降（mm）10510410196.791.285.11.234M=1952 kNm/mMINDLIN解桩反力（kN）1338137214261449163025391.898A=6862 mm2/m修正解沉降（mm） 98.197.997.195.894.192.41.065M= 620 kNm/m修正解桩反力（k

11、N）1529155016051692183721051.377A=2364 mm2/mWINKLER解沉降（mm）92.793.093.894.991.197.40.952M=-840 kNm/mWINKLER解桩反力（kN）1779178618011822184518691.051A=2761 mm2/m第32页/共80页33-140-120-100-80-60-40-200沉降上海规范Mindlin解Mindlin解修正Winkler解第33页/共80页34050010001500200025003000反力上海规范Mindlin解Mindlin解修正Winkler解第34页/共80页35

12、五、大底盘高层建筑基础交互输入 1 1、工程拼装 2、筏板复杂情况介绍 3、提供多种优化布桩方式 4 4、DWGDWG图转桩位 5 5、外接荷载第35页/共80页361 1、工程拼装望京B11-1项目B区（34层）第36页/共80页372、筏板复杂情况介绍 不等高，不等厚 开大天井情况 水浮力 抗水架空板 设置后浇带第37页/共80页383、桩布置方式的选择 桩筏下桩布置的特点 桩位的随意性，桩位自成网格 桩位与荷载的相关性就地消化 常用方式：单桩布置，单桩拷贝，围桩承台。 梁下布桩筏板应后布或不布。 优化布桩可对桩筏基础先按承台桩布置，然后再删除承台第38页/共80页394 4、DWGDWG

13、图转桩位( (万豪世纪中心万豪世纪中心) 第39页/共80页40万豪世纪中心万豪世纪中心 场区原设计为嘉利来世贸广场，由地上33层办公楼（A1座，高度约128m）、24层办公楼（A2座）、1115层公寓楼、4层群楼及外围大面积纯地下车库组成，各部分均设三层地下室，基础埋深为14.718.0m。 1995年，进行了基坑土方开挖和33层办公楼（A1座）桩基施工，办公楼区域工程桩总数约2000根，400的预应力管桩，桩长约67m，桩顶标高约在 23.30m左右，桩中心距为1.2m，设计单桩竖向承载力标准值为1000kN。此后原工程因故停工，基坑废弃并陆续被回填。 2003年北京美邦亚联公司承接该项目

14、，对设计方案重新进行了调整，定位为办公、酒店高层建筑及大底盘商用裙房结构的大型综合性建筑体。其中酒店部分地上34 层，建筑高度128.2m，地下3层，基础埋深18.20m，位置局部对应于原A1座33层办公楼。裙房地上35 层，地下3层，框筒结构，桩筏基础。第40页/共80页415 5、外接荷载 CCTV第41页/共80页425 5、外接荷载第42页/共80页435 5、外接荷载第43页/共80页445 5、外接荷载第44页/共80页454 4、外接荷载第45页/共80页46地震第46页/共80页47六、厚板有限元计算改正 （一）筏板计算前处理 （二）筏板“后浇带”计算 （三）筏板计算后处理第4

15、7页/共80页48（一）筏板计算前处理 基础筏板中厚板有限元计算前处理特点： (1) 单元尺寸可调节,能解决任意体量的筏板单元划分 (2) 调用上部结构底层柱、墙及筏板上的梁肋构成初网格,形成房间 (3) 用四边形(8节点)及三角形(6节点)高精度等参单元进行自动加密 (4) 减少人工干预，增加可操作性第48页/共80页49工程实例：北京巴黎城43层，大底盘尺寸210m200m第49页/共80页50网格划分图第50页/共80页51网格划分图（局部）第51页/共80页52工程实例：望京B11-1项目B区34层，大底盘尺寸176m47m第52页/共80页53网格划分图第53页/共80页54网格划分

16、图（局部）第54页/共80页55（二）筏板“后浇带”计算第55页/共80页56计算原理 计算时分成“后浇带”前内力计算与“后浇带”后内力计算。 “后浇带”前内力是按独立的几块板分开计算，相互不连接，不传递弯矩与剪力。 “后浇带”后内力是按整体计算弯矩与剪力。 总内力是将前后内力进行叠加。通过设置加荷比例系数来模拟“后浇带”浇注时间。 考虑“后浇带”的计算使内力更加合理，配筋更加节省。第56页/共80页57工程实例：北京恒富家园第57页/共80页58设后浇带第58页/共80页59设置加荷比例系数l0.0 =不设l1 .0 =永久设l0 .5 =完成一半第59页/共80页60不设后浇带（系数为0）

17、沉降图连续第60页/共80页61不设后浇带（系数为0.5）沉降图在后浇带处不连续第61页/共80页62（三）筏板计算后处理 JCCAD提供以下筏板配筋模式： (1)板带方式配筋； (2)分区域均匀配筋； (3)新板带方式配筋（新增）第62页/共80页63新板带方式配筋第63页/共80页64第64页/共80页65七、七、变刚度调平设计方法应用介绍 对于高层建筑桩筏、桩箱基础，按传统设计理念是只重视满足总体承载力和沉降要求，忽略上部结构、承台、桩、土的相互作用共同工作特性，采用均匀布桩，甚至对边角桩实施加强，由此导致基础沉降呈蝶形分布、反力呈马鞍形分布，主裙差异变形显著，基础整体弯距和核心区冲切力

18、过大，虽然基础板配筋较多，但有的基础板和上部结构仍有裂缝出现乃至影响正常使用。 针对上述情况，提出变刚度调平设计新理念 。第65页/共80页66调平设计基本内涵 基本内涵是：首先，考虑框筒、框剪结构的荷载与刚度分布特点和相互作用引起的应力场不均，实施变刚度布桩（视地质条件实施，变桩长、桩径、桩距）强化核心区，弱化核心区外围；对于刚度相对弱化区考虑桩土共同分担荷载。第66页/共80页67调平设计作法 对于主楼裙房联体建筑，则按强化主体弱化裙房的原则设计，主体采用桩基，裙房则应首选天然地基，其次为复合地基、疏短桩基。 采用JCCAD程序进行上部结构、承台、桩、土的共同作用分析，调整布桩，使差异沉降趋于最小，合理确定箱、筏承台的板厚与配筋。 第67页/共80页68巴黎城单塔计算（均匀/非均匀布桩）第68页/共80页69考虑上部的沉降图（均匀/非均匀布桩）第69页/共80页70考虑上部刚度的配筋值 均匀布桩 非均匀布桩（mm2/m） X上筋 7679 4955 Y上筋 13733 5992 X下筋 15285 9414 Y下筋 11325 6945第70页/共80页71例子：威海海悦国际大厦第71页/共80页72第72页/共80页73威海海悦国际大厦CFG桩复合地基 海悦国际大厦由主楼与裙楼组成，主裙楼连体。主楼建筑物地上30层，裙楼地上4层，地下2层，建筑高度99.90M，外框内