新版PKPM_JCCAD应用讲义

1、1 朱春明 研究员 中国建筑科学研究院软件所2l1 1，地质资料输入及桩初设计，地质资料输入及桩初设计l2 2，上部结构荷载，上部结构荷载l3 3，新规范承载力校核比较，新规范承载力校核比较l4 4，沉降计算方法，沉降计算方法l5 5，大底盘高层建筑基础设计施工难点与，大底盘高层建筑基础设计施工难点与JCCADJCCAD正确应正确应用用 l6 6，基础交互设计（，基础交互设计（ 桩基桩筏）桩基桩筏）l7 7，上下部结构共同作用，上下部结构共同作用，TATTAT和和SATWESATWE刚度刚度l8 8，厚板有限元计算，厚板有限元计算l9 9，高层建筑地基基础变刚度调平设计，高层建筑地基基础变刚度

2、调平设计l1010，平面整体表示法，平面整体表示法l11, 11, 基础计算工具箱基础计算工具箱3l平面坐标参照系l标高与建筑物标高的关系：以结构标高作标准。l土层名称及默认参数l桩尺寸初设计，承载力名称的转换。l与桩基规范的关系。l修改孔点信息可以对所有点起作用，减少修改工作量。45l孔口标高39m，桩底标高-14.0ml桩径1200mm,承载力特征值12500kNl 0.00标高为38.9ml柱底标高-16.1m -20.8ml板厚4.0m 9.5m67l按新荷载规范要求，程序按不同计算需要，生成三类荷载组合，即：基本组合，标准组合和准永久组合。基本组合:相当于原规范的设计荷载标准组合:相

3、当于原规范的标准荷载准永久组合:相当于原规范的准永久荷载 8l墙下条形基础可采用PM荷载或砖混荷载。lTAT, SATWE, PMSAP荷载l活荷载折减lTAT“最大组合内力简图”与JC“目标组合”910活载楼层不折减1112l用新规范计算的柱下独立基础底面边长与原规范相比减少了11%左右。中柱比边柱减少的多PM荷载计算比用TAT荷载计算减少的多l由于底面积减少，造成基础配筋量减少。l没偏心荷载减少得多;有偏心荷载减少得少浅基础承载力比较规范承载力校核计算式R，fk ， fak三者相近R与fa相近安全系数74规范pkRR=R+mb（B-3）+mdm(D-1.5)1089规范pff= fk+b（

4、b-3）+dm(d-0.5)f大于等于1.1fkp/pk=1.251.30f/R=1.11.201.0如1.1新规范pkfafa= fak+b（b-3）+dm(d-0.5)p/pk=1.251.30当fa 1.1 fak 时fa= ffa/R=1.01.201.0如0.914与桩基规范的比较：内容地基规范 50007-2002桩基规范 JGJ94-94承载力校核akRQ （8.5.4-1）aikRQ2 . 1max（8.5.4-2）RN （5.2-1）RNax2 . 1Im（5.2-2）3 . 124. 1/kQN2ukaQR 7 . 165. 1ukQR 桩身强度ccPfAQ (8.5.9)

5、c预制桩取 0.75，灌注桩取 0.60.7c预制桩取 1.0，干作业取 0.9，灌注桩取 0.60.7承台冲切0.84hp代 0.72 0)()(2hfahabFthpoxcoyoycoxl （8.5.17-1） Fl= F-Ni ox=0.84/(ox+0.2) oy=0.84/(oy+0.2)0)()(2hfahabFtoxcoyoycoxl（5.6-6） Fl= F-Ni ox=0.72/(ox+0.2) oy=0.72/(oy+0.2)剪切00hbfVths （8.5.18） 0 . 175. 100hbfVths （5.6.8）3 . 012. 0 , 4 . 13 . 05 .

6、12 . 0 , 0 . 34 . 1 16l沉降计算增加回弹量计算niiiiicicczzEps111)(17l一、半经验实体深基础法l二、从单桩出发考虑群桩作用的沉降计算法l建筑地基基础规范GB5007-2002l桩基规范JGJ94-94l上海地基规范DBJ08-11-1999方法（1） ：不考虑荷载沿桩身扩散，基底位于尖平面的实体深基础法。方法（2） ：考虑荷载沿桩身按4 角（为桩入土深度范围内各土层的内摩擦角深度加权平均值）扩散，基底位于桩尖平面的实体深基础法。 方法（3） ：考虑深度修正的实体深基础法：明显地可以看出采用方法（1）时，即不考虑桩侧压力扩散的方法，大部分的计算值大于实测

7、沉降量，深度修正的方法。 s = m(h) s 方法（4） ：从单桩出发考虑群桩作用的沉降计算 Mindlin 方法。它是建立在常用的单向压缩分层总和法基础上的一种沉降估算法， 方法（5） ： 建筑桩基技术规范JGJ94-94 充分考虑了上述两大类沉降计算方法即半经验 实体深基础法及从单桩出发考虑群桩作用法的优缺点，提出了等效作用分层总和法，该法既采用了符合实际的Mindlin 解又照顾了为广大设计人员手算所乐于采用的方法（1）的实体基础法。 mjmisijiijijojesEzzpss11)1( 桩基等效沉降系数定义为：弹性半空间中刚性承台群桩基础按Mindlin 解计算沉降量wm与刚性承台

8、下相同承台面积按 Boussincsq 解计算沉降量wB之比，即： e =wm/wB 桩基沉降计算经验系数 根据经验规定为桩长 l 相关的表达式： 100-7.020-5.97 . 1ll mlml2525 202122l1，大底盘多塔楼高层建筑应用现况 l 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%。 23l5栋1718层公寓楼和4栋2层商业用房、地下车库及配电站组成，公寓楼、商业用房、地下车库及配电站座落在一个大底盘上。基础采用梁

9、板式筏形基础，板厚800，梁高1000，基础底板底标高9.10m（配电站基础底板底标高10.80m），公寓楼、商业用房及配电站地下2层，中间地下车库地下1层，上覆3m厚的土体；公寓楼高60m,商业用房高8.40m，框架结构，柱网8.1m8.1m。整个建筑物东西长138.6m，南北宽103.35m，建筑面积约85800。24l（1）上部结构相对大底盘地下结构刚度大，基底反力不均匀，基础底板的不均匀变形，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。25l（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

10、后再浇筑“后浇带”砼。设置沉降缝影响地下空间的使用功能，一般已不采用，采用施工“后浇带”技术，在中、低压缩性土层一般在主体结构封顶后浇筑“后浇带”砼，但一般需1年或1年半时间，施工“后浇带”的保护以及在有地下水的地区，降水周期很长，费用开支可观，并增加施工难度。26l（3）高层建筑与纯地下车库的连接条件l由于使用功能要求，高层建筑与地下车库的连接可以采用柔性防水连接和刚性连接，柔性防水连接由于维护困难，费用高，较少采用；采用刚性连接的条件及连接时间也是当前工程急需研究的课题。例如北京太阳园工程地下2层车库，地上32层高层建筑，在主体结构施工至78层时，地下车库的30cm厚顶板与主体结构厚2.0

11、m的转换层连接，由于刚度相差悬殊，主体结构尚未封顶即出现多处裂缝，防水失效。27l充分利用：l 详细了解JCCAD的功能，有弹性地基梁模型（菜单3）与中厚板有限元模型（菜单5）。基础模型有：WINKLER地基，弹性半无限体解为基础的有限压缩层模型，弹性半无限体修正解为基础的有限压缩层模型，倒楼盖模型。可以考虑上部结构与基础共同作用，或不考虑。28l有效利用：l JCCAD直接读取上部结构的各种荷载的标准组合与基本组合，上部结构TAT，SATWE的凝聚刚度及底层网格。29l正确利用：l 理解地基基础设计的复杂性，岩土工程的复杂性在于各种土质地基条件千差万别，在不同成因和周围环境条件下表现出不同的

12、力学性质。地基基础按变形控制设计已为工程界共识，各种规范沉降计算的不统一及与实际情况的差异。l 施工工序及施工“后浇带”设置对计算的影响。整体计算与分开计算的结果不同如何应用。l 有限元计算结果与实际工程的差别。30l不同上部结构体型的地基反力及变形特征l主裙楼一体结构的荷载传递及变形特征l高层建筑与地下结构的连接及其灾害防治l大底盘高层建筑变形控制、设计的建筑措施、结构措施及其施工措施l“施工后浇带”设置技术及可不设置的条件3132l桩筏下桩布置的特点l 桩位的随意性，桩位自成网格l 桩位与荷载的相关性就地消化l 异形柱及剪力墙下桩的布置l常用方式：单桩布置，单桩拷贝，围桩承台。l梁下布桩筏

13、板应后布或不布。33l为方便桩筏的优化布桩设计,可对桩筏基础先按承台桩布置，然后再删除承台。程序的“删除承台”菜单改为只删除承台而保留桩（可用“删除桩”菜单删除桩）。最后布置筏板。34l不等高，不等厚l地质情况不一样情况l开大天井情况l水浮力与自重l有梁筏板基础下梁与地接触，板架空l设置后浇带35l1.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。l2.不同结构形式对差异沉降的反应是不同的。l3.规范条文中相关内容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

14、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

15、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。37l1.按TAT、SATWE、PMSAP的凝聚的上部结构刚度进行计算 l2.倒楼盖模型上部结构为刚性l3.不考虑上部结构刚度上部结构刚度为0383940414243l天然地基上的筏基及地基梁基础l桩基：常规桩基l 复合桩基（规范）桩土分担比不变l 复合桩基（上海）超承载力由土承担l复合地基：l有桩体，桩与筏板有垫层，按桩筏输入l无桩体，输入承载力及处理深度44l不等高，不等厚l地质情况不一样情况

16、l开大天井情况l水浮力与自重l有梁筏板基础下梁与地接触，板架空l设置后浇带45l沉降图，图层增删，沉降等值线图l反力图中承载力校核（最大值1.2，均值1.0），冲切校核，不足红字显示。设计值=特征值*2/1 . 66l交互配筋取值原则：不以峰值为标准，识别无用峰值。各网格取大，同截面网格取加权平均。l交互输入配筋区域。增加双层及多层配筋46l弹性地基板(梁)模型（WINKLER）土与桩按弹性假设 l倒楼盖模型按刚性板假设计算桩顶反力l有限压缩层法弹性解MINDLIN应力公式规范建议方法l有限压缩层法弹性解修正0.5ln(D/Sa)建研院方法47l板厚1.1米l桩长36米l油罐直径26.44米l

17、荷载300kPa48495051525354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（kN）1529155016051692183721051.3

18、77A=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/m55-140-120-100-80-60-40-200沉降上海规范Mindlin解Mindlin解修正Winkler解56050010001500200025003000反力上海规范Mindlin解Mindlin解修正Winkler解57l一、概述l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、

19、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。l针对上述情况，提出变刚度调平设计新理念 。58l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。其二，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。 59l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。60l二、技术经济效益l按上述变刚度调平设计理念和方法设计的框筒、框剪结构和主裙连体建筑已达十余项，均收到了