PKPM高层之基础设计2

JCCAD软件及基础设计

独基、条基

地梁、筏板

桩基、桩筏中国建筑科学研究院结构所/软件所朱春明研究员

11、概述21.1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3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41.2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。52、地质资料输入及桩初设计62.1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72.2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。82.3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用于标高转换1011孔口标高39m，桩底标高-14.0m桩径1200mm,承载力特征征值12500kN±0.00标高为38.9m柱底标高-16.1m~-20.8m板厚4.0m~9.5m121.地质资资料输入/土层布置置/+（-）0.000绝对对标高______现程序改为为：“结构构物±0.000对对应的地质质资料标高高”答：如填0，要求地地质资料标标高系统与与基础输入入的结构标标高系统要要一致。如不是0，，要求地质质资料标高高系统与基基础输入的的结构标高高系统要可可不一致。。2.地质资资料输入/孔点输入入/修改系系数/孔点点标高______,探孔水水头标高______土层底底标高______（是否在在确定了1中的+-0.000绝对标标高后，这这些数据都都是填相对对标高，还还是人仍应应该填黄海海高程?)答：不一定定填黄海高高程，可以以自己任定定标高系统统。3.基础人人机交互输输入/参数数输入/基基本参数/基础设计计参数/室室外自然地地坪标高________(是否填填室外地坪坪的相对标标高?)答：基础交交互输入中中所有的标标高应与结结构标高系系统一致。。4.基础人人机交互输输入/参数数输入/基基本参数/基础设计计参数/一一层上部结结构荷载作作用点标高高_____(是否否填柱底的的相对标高高?)答：基础交交互输入中中所有的标标高应与结结构标高系系统一致。。132.4单桩承载力力试算已知桩的截截面及扩大大头尺寸和和指定孔点点给出各层图图的承载力力按指定的桩桩长计算承承载力14153.1荷载组合类类别和作用用三种组合基本组合基础设计标准组合(短期荷载载)用于承载力力设计裂缝计算准永久组合合沉降计算其它荷载组组合人防荷载3、荷载组合合163.2.1基本组合的的形式用于基础的的内力、配配筋等计算算三种组合形形式3.2基本组合173.2.2分项系数取取值（规范范）γG取值为:对结构有利利取1.0抗浮计算取取0.9永久荷载控控制的组合合取1.35其它取1.2可变荷载分分项系数取取值为：一般取1.4标准值>4kN/m2的工业房屋屋楼面结构构的活荷载载取1.3183.2.3恒载分项系系数（程序序）没有对结构构有利情况况，在基本本组合中恒恒载的分项项系数有1.2恒载为主取取1.35恒载为主的的情况中只只有恒和活活两种工况况193.2.4活荷载折减减设计楼面梁梁时按(4.1.2-1)条,根据楼面梁梁的从属面面积或建筑筑楼板用途途等因素确确定的折减减系数。PM导荷载时按按选择自动动生成并传传给基础程程序设计墙、柱柱和基础时时的折减系系数。通常输入按按楼层折减减系数有裙房时的的处理程序处理注意问题：：程序：两个个系数相乘乘关系规范：取小小值楼层不同时时的处理203.2.5地震作用不考虑地震震的天然地地基及基础础，参见抗抗震规范4.2.1条1 砌体房房屋2 地基主主要受力范范围内不存存在软弱黏黏性土层的的下列建筑筑1)一般般单层厂房房和单层空空旷房屋2)不超超过8层且且高度在25m以下的一般般民用框架架房屋3)基础础荷载与2)项相当当的多层框框架厂房3本规范范规定可不不进行上部部结构抗震震验算的建建筑213.3模拟施工过过程模拟施工荷荷载主要解解决高层结结构中准确确计算自重重作用下的的内力问题题梁端位移位移包括本层以下柱柱墙荷载累累计位移（（无本层以以上构件））本层荷载产产生的位移移本层以上荷荷载对产生生的位移各层相对位位移会对荷荷载分布产产生影响目前模拟施施工方法对于基础一一次加载和和模拟施工工荷载1相相同30层建筑筑D+L模拟施工荷荷载2与一一次加载相相差20%左右模拟施工荷荷载2只能能用于导算算基础荷载载模拟施工荷荷载3可以用于上上部结构计计算也可用用于基础计计算22a一层加载b二层加载c三层加载模拟施工荷荷载1模拟施工荷荷载一模拟施工荷荷载方法比比较23a一层结构b二层结构c三层结构模拟施工荷荷载1模拟施工荷荷载三2425263.4标准组合(也称短期期荷载)用于地基承承载力计算算和裂缝宽宽度计算273.4.1程序对标准准组合的处处理标准组合相相当于将基基本组合公公式中荷载载分项系数数设为1.0在抗震规范范中没有给给出标准组组合公式，，程序按荷荷载规范的的原则推导导的。否则则标准组合合中竖向地地震效应的的贡献将大大于其在基基本组合中中的贡献，，这违背与与荷载规范范的原则。。因此增加加竖向地地震效应应的组合合值系数数28293.5准永久组组合用于基础础沉降计计算组合中不不含地震震和风303.6人防荷载载梁元法采采用顶板板等效静静荷载的的数值按按比例作作用在柱柱、墙上上，然后后进行基基础设计计。由于于顶板等等效静荷荷载的数数值比底底板的大大，在计计算板的的内力和和配筋时时不必计计算底板板等效静静荷载。。板元法计计算时要要由用户户输入顶顶板等效效静荷载载和底板板等效静静荷载，，不平衡衡力桩或或土承担担。31323.7荷载相关关问题当前组合合，目标标组合TAT、、SATWE““最大组合合内力简简图”与与JC“目标组合合”的差差异一层荷载载作用点点标高33MNQ荷载作用用点标高高M’=M+Q*HH34一层上部部结构荷荷载作用用点标高高影响：独独基，桩桩承台；；作用：：剪力换换算成弯弯矩H1H2GABCD353.8荷载选用用原则不同计算算模型导导算的荷荷载总值值相近，，分布有有差异基础型式式：独立基础础（柱下下独立基基础和桩桩承台基基础）可以是非非同工况况荷载，，尽量多多的荷载载组合。。PK，TAT,SATWE,PMSAP整体基础础（柱下下条形基基础（基基础梁））、筏板板）同工况荷荷载。PM,TAT,SATWE,PMSAP墙下条形形基础可采用PM荷载,砖砖混荷载载。荷载参数数按需要要调整36荷载参数数的调整整根据建筑筑用途修修改可根据楼楼层数进进行修改改37吊车荷载载问题ＰＫ荷载载ＴＡＴ、、ＳＡＴＴＷＥ荷荷载384.1沉降计算算特点对结构的的安全，，建设成成本影响响大离散性大大，计算算结果不不准确，，需要对对计算结结果修正正（各地地区的经经验系数数）沉降计算算的核心心是分层层总和法法不同性质质的土需需要用不不同的方方法计算算无桩大开开挖基础础考虑回回弹再压压缩各种基础础类型的的沉降计计算在后后面分别别介绍4、基础沉沉降概述述394.2基础沉降降公式沉降计算公式回弹再压缩量计算404.2.1压缩层深深度取值值压缩层深深度Zn有两种判判断原则则1：按收敛原原则判断断：由计计算深度度向上取取厚度为为ΔZ的土层变变形值。。满足以以下条件件：表5.3.6ΔZb(m)b≤22<b≤44<b≤88<bΔZ(m)0.30.60.81.0ΔZ=0.3(1+lnb)414.2.2压缩层深深度取值值简化公公式压缩层深深度Zn有两种判判断原则则2：当无相邻邻荷载影影响，基基础宽度度在1-30m范围时，，基础中中点的地地基变形形计算深深度可按按下列简简化公式式计算Zn=b(2.5-0.4lnb)424.2.3沉降经验验系数s取值表5.3.5沉降计算经验系数s基底附加压力加权平均值Es(MPa)2.54.07.015.020.0Po≥fak1.41.31.00.40.2Po≤0.75fak1.11.00.70.40.2地区沉降降观测资资料及经经验确定定无地区经经验时取取下表的的数值435.1、地基承承载力修修正地基承载载力修正正公式如如下：5、柱下独独立基础础设计445.2承载力验验算荷载应该该采用标标准组合合。分为三种种情况无零应力力区单向偏心心有零应应力区双向偏心心有零应应力区455.2.1允许零应应力存在在的情况况有零应力力区《建筑抗震震设计规规范》(GB50011-2001)4.2.4条规定：：高宽比比大于4的高层建建筑，在在地震荷荷载作用用下基础础底面不不宜出现现拉力；；其它建筑筑，基础础底面与与地基土土之间零零应力区区面积不不应超过过基础底底面面积积的15%。对于工业业建筑，，由于弯弯距相对对于竖向向力来说说数值较较大，一一般允许许基础底底面存在在零应力力区。465.2.2无零应力力区承载载力验算算该情况相相当于规规范中的的轴心受受压或e<b/6情况e<b/6等价于Pmin>0这时应该该满足以以下条件件：475.2.3单向偏心心允许零零应力存存在的情情况规范给出出了最大大基底反反力公式式可根据力力平衡很很容易得得到各物物理量之之间的关关系要满足零零应力区区比例的的要求Pmaxea3abFk＋Gk485.2.4双向偏心心允许零零应力存存在的情情况大部分文文献都是是通过表表格来计计算的，，不利于于电算的的实现。。计算精精度也存存在一定定的问题题。另一种是是采用数数值计算算的方法法。495.2.5程序对零零应力存存在情况况的处理理程序中处处理零应应力区情情况在实际工工程中双双向偏心心情况居居多，严严格的单单向偏心心情况只只在排架架柱中或或框架结结构的个个别柱下下出现。。单向偏心心情况计计算简单单，是精精确解。。因此程程序先判判断单双双偏心，，然后再再分别按按不同的的方法计计算基底底反力。。程序采用用数值计计算方法法时不受压面面积<40%迭代精度度1.0%程序运行行发现的的问题荷载组合合不同造造成配筋筋时大偏偏心5051Area_l:不受压面面积与底底面积的的比值525.2.6线荷载的的处理独立基础础计算时时其上的的线荷载载作用功能背景景：底框框抗震墙墙优先考虑虑的方法法：独基基条基分分开迭代计算算独基底底面范围围内的线线荷载NN+qlN+ql’535.2.7构造柱荷荷载的处处理根据荷载载数值判判断是否否严格意意义上的的构造柱柱构造柱：：设无基基础柱，，分派无无柱节点点荷载非构造柱柱：采用基础础梁生成独基基，考虑虑荷载重重叠545.2.8基础底面面形心的的确定原则：与柱同心心荷载平移移到基础础底面形形心处调整方法法长宽比底面形心心与角度度555.3柱下独立立基础内内力、配配筋计算算计算内容容底板抗弯弯计算按按单向向偏心计计算柱对底板板冲切计计算按按单向偏偏心计算算多柱基础础存在的的问题暗梁抗剪剪，柱间间冲切板上配筋筋565.3.1柱下独立立基础内内力、配配筋计算算公式采用基本本组合按双向双双侧计算算（只用用MI）配筋按经经验公式式575.3.2独立基础础抗剪问问题钢筋混凝凝土基础础没有验算算的原因因抗剪抗冲切参照筏板板内筒冲冲剪计算算585.3.3浅基础底底板最小小配筋率率理解：l/h<1.0(pk<200kPa)无筋扩展展基础l/h<2.5柱下独立立基础l/h>2.5柱下平板板取值：依据：《建筑地地基基础础设计规规范理解解与应用用》。中中国建筑筑工业出出版社2004.6lh595.4局部承压压计算对于素混混凝土构构件程序实现现计算方法法：对于配置置间接配配筋的钢钢筋混凝凝土构件件605.5柱下独立立沉降计计算采用弹性性地基沉沉降计算算时选按按柔性基基础计算算也可用独独基与桩桩承台沉沉降计算算两种算法法参数输输入不同同，计算算结果一一样验算沉降降值和沉沉降差，，不满足足要求时时调整方方案考虑相邻邻基础影影响616、墙下条条形基础础设计626.1分配无柱柱节点荷荷载计算原则则：按节点周周围墙体体的长度度的比例例分配。。注意事项项无基础柱柱的设置置墙体长度度对结果果的影响响手工分配配方法636.2地基承载载力计算算承载力控控制基础础底面积积地基承载载力可借借鉴独基基部分按单位长长度线荷荷载计算算无柱节点点荷载的的分配基底面积积重复计计算问题题646.2.1底面积重重复利用用计算过过程按单位线线荷载计计算出所所有墙下下需要的的条基宽宽度和计计算面积积计算每段段条基的的计算面面积和实实际有效效面积的的比值k按比例k放大条基基宽度、、反复迭迭代最后后使实际际有效面面积>计算面积给出每段条条基的最终终放大系数数归并取整给出整个工工程的计算算面积和实实际面积65666.2.2双墙基础生生成条件两个墙体所所在的网格格必需是平平行且端头头对齐的两个墙体生生成的条基基底面重叠叠墙间距大时时需验算上上部受拉钢钢筋676.2墙下条形基基础内力计计算计算内容刚性基础满足扩散角角要求素混凝土Pj>300考虑抗剪抗冲切计算算底板抗弯（（配筋）计计算686.3墙下条形基基础沉降计计算采用柔性基基础假设在弹性地基基梁沉降计计算中完成成696.4剪力墙下条条基的理解解707、柱下条形形基础设计计717.1基础梁地基基承载力设设计按整体基础础算基础梁翼缘缘宽度与荷荷载相一致致有利于荷荷载的传递递注意覆土标标高727.2基础梁设计计指导思想想目前绝大多多数工程在在设计中都都是上部结结构和基础础分别计算算的，因此此我们在设设计基础时时必需把基基础的刚度度设得足够够大，这样样才不会因因为基础的的变形给上上部结构带带来不利的的影响。严格控制沉沉降差737.3上部结构刚刚度的假定定上部结构的的刚度对基基础内力计计算的影响响上部结构为为刚性，基基础在柱墙墙处的位移移为同一平平面（可倾倾斜）。通过对上部部结构刚度度矩阵的凝凝聚得到传传给基础的的刚度把上部结构构等代成具具有一定刚刚度的与基基础在柱墙墙节点处位位移协调的的交叉梁系系，该梁系系具有与地地基梁相同同的位置，，这时需要要输入各网网格间上部部刚度相对对与基础的的比值747.4基础梁内力力计算时要要考虑的因因素土反力的分分布情况。。均匀分布土对基础的的反力作用用与土的变变形有关文克勒地基基模型－基基床反力系系数是常、、量。广义文克勒勒模型－基基床反力系系数是变量量。参见《高层层建筑箱形形与筏形基基础技术规规范》(JGJ6-99)附录C中间反力小小边部反力力大757.4.1倒楼盖模型型的适用条条件参见《建筑地基基基础设计规规范》(GB50007-2002)的8.3.2条上部结构刚刚度较好荷载分布较较均匀条形基础梁梁的高度不不小于1/6柱距计算结果边边跨跨中及及第一内支支座的弯矩矩值要放大大767.4.2弹性地基基梁计算方方法文克勒模型型假设土为相相互独立的的弹簧弹簧刚度即即为基床反反力系数基床反力系系数为常量量广义文克勒勒模型假设土相互互之间有影影响基床反力系系数为变量量参见《高层层建筑箱形形与筏形基基础技术规规范》(JGJ6-99)附录C中间反力小小边部反力力大777.4.3文克勒模型型的基床反反力系数取取值基床反力系数K的推荐值地基一般特性土的种类K(KN／m3)松软土流动砂土、软化湿土、新填土流塑粘性土、淤泥及淤泥质土、有机质土1000～50005000～10000中等密实土粘土及亚粘土:软塑的 可塑的轻亚粘土:软塑的 可塑的砂土:松散或稍密的 中密的 密实的碎石土:稍密的 中密的黄土及黄土亚粘土10000～2000020000～4000010000～3000030000～5000010000～1500015000～2500025000～4000015000～2500025000～4000040000～50000密实土硬塑粘土及粘土硬塑轻亚土密实碎石土40000～10000050000～10000050000～100000极密实土人工压实的填亚粘土、硬粘土100000～200000坚硬土冻土层200000～1000000岩石软质岩石、中等风化或强风化的硬岩石微风化的硬岩石200000～10000001000000～15000000桩基弱土层内的摩擦桩穿过弱土层达密实砂层或粘土性土层的桩打至岩层的支承桩10000～500005000～1500008000000摘自本院地基所(TJ7—74)修改序号16“筏式基础的设计和计算”专题报告的附件之二。787.5沉降计算《建筑地基基基础设计规规范》(GB50007-2002)中5.3.10条强调“在同一体体积大面积积基础上建建有多栋高高层和低层层建筑，应应该按照上上部结构、、基础与地地基共同作作用进行变变形计算””。基础梁的沉沉降计算一一般采用柔柔性基础假假定不考虑基础础、上部结结构的刚度度考虑上部结结构刚度、、基础刚度度和地基变变形的沉降降计算方法法按柔性基础础计算沉降降得到计算沉沉降用基床床反力系数数用弹性地基基梁的计算算方法得到到各点的位位移，即考考虑上部结结构刚度和和基础刚度度的沉降797.6设计方案的的调整在弹性地基基梁设计时时，需要根根据计算结结果反复调调整设计方方案。主要要进行以下下调整：根据梁的内内力（弯矩矩、剪力））调整基础础梁翼缘宽宽度。基础础梁翼缘宽宽度会影响响土反力，，从而影响响基础的内内力。设置挑梁，，平衡端跨跨梁支座弯弯距。采取增加梁梁的截面和和数量、提提高混凝土土强度等级级等方法提提高基础梁梁的抗剪能能力。改变计算方方法，使计计算结果更更符合实际际情况。如如考虑上部部结构刚度度、不考虑虑抗扭刚度度。作地基处理理80817.6.1按荷载考虑虑翼缘宽度度的方法可以先按柱柱周围基础础梁（腹板板部分）的的刚度的比比例将节点点荷载分配配到各段基基础梁上，，再叠加上墙墙传来的线线荷载，根据合并后后的荷载估估算各段基基础梁翼缘缘的宽度。。经过弹性基基础梁计算算，得到基基础梁的内内力和基础础底反力，，再对基础梁梁的截面和和翼缘宽度度进行调整整调整。827.6.2伸缩缝的处处理设计成单肋肋梁伸缩缝处一一般都有两两道平行网网格线（轴轴线）。定义宽梁输输入在其中中荷载较大大的一条轴轴线上。没有布置梁梁的轴线上上的柱所在在节点必须须有梁连接接没有布置梁梁的轴线上上的线荷载载需要导算算到布梁的的网格线上上为了保证基基础刚度的的连续，搭搭在另外一一根轴线上上的横向梁梁需要通过过短梁连接接伸缩缝处处基础梁上上。设计成双肋肋梁只需布置两两根梁并布布置筏板当当做梁的翼翼缘即可。。两根梁之间间应该有横横向的梁相相连。83847.7梁元法计算算复合地基基勘察报告（（地基处理理报告）给给出处理后后的基床反反力系数：：需要按作地地基处理的的部位修改改基床反力力系数；没有提供处处理后的基基床反力系系数需要按照地地基处理后后土的压缩缩模量与原原有土的压压缩模量的的比值调整整基床反力力系数按地基承载载力改变的的情况调整整基床反力力系数。857.8局部承压计计算按规范的要要求应该验验算柱对梁梁肋的局部部承压程序处理方方法同柱下下独立基础础程序中没有有考虑加腋腋部分867.9基础梁平法法主要功能能编辑旧图功功能集中标注、、原位标注注信息修改改功能图文并茂的的连梁钢筋筋修改界面面地基梁裂缝缝验算功能能按裂缝控制制梁的配筋筋与立面画图图法切换877.9.1基础梁裂缝缝宽度计算算裂缝宽度大大的原因解决办法柔性防水钢筋网片88基础梁平法法施工图例例898.1不等厚筏板板处理子筏板概念念筏板厚度输输入注意事项不可重叠不可相交8、带肋筏板板基础设计计9091928.2承载力计算算筏板基础属属于整体基基础，验算算整体承载载力满足要要求即可P0<fa,Pmax<1.2fa由于还有重重心校核的的要求，一一般都会满满足Pmin>0筏板基础深深度修正系系数基底标高和和室外地坪坪标高覆土重外墙内部按按参数计算算外墙外部按按室外地坪坪到筏板上上表面计算算（容重18）938.3筏板重心较较核选用的荷载载组合带裙房结构构的处理产生差异的的原因：荷载梁布置情况况地下水948.4筏板基础内内力计算基础类型及及计算模型型选用平板基础(厚板)有限元计算算弹性地基梁梁计算基床系数调调整内筒冲剪计计算土反力取值值问题柱墩的作用用及注意事事项梁板基础(薄板)弹性地基梁梁有限元计算算板格冲切、、剪切计算算桩筏基础有限元计算算厚、薄板划划分原则按板和肋梁梁的相对刚刚度来划分分：梁为主要受受弯构件是是为薄板板为主要受受弯构件时时为厚板958.4.1梁元法与板板元法的差差异梁元法将筏板对刚刚度的贡献献折算成基基础梁的翼翼缘。程序序的处理方方法是按筏筏板的面积积除以周围围基础梁的的总长当做做基础梁一一侧的计算算翼缘宽度度。板元法筏板按板单单元计算，，肋梁是按按矩形梁单单元计算。。由于两种模模型中梁的的刚度是不不同的，得得到的内力力和配筋会会有差异。。968.5筏板基础抗抗剪、抗冲冲切计算按板格计算算平板基础内内筒冲、剪剪计算冲切计算和和剪切计算算的位置不不同内筒外边缘缘的确定978.6局部承压计计算按规范的要要求应该验验算柱对梁梁肋的局部部承压程序处理方方法同柱下下独立基础础程序中没有有考虑加腋腋部分988.7地梁筏板沉沉降计算弹性地基梁梁，筏板按柔性基础础计算考虑相邻基基础影响考虑基础及及上部刚度度影响方法：常规方法计计算沉降计算各点的基基于沉降的基基床反力系数数用基于沉降的的基床反力系系数计算弹性性地基梁的变变形998.8筏板绘图程序序功