地基设计基础知识

建筑基础设计要点及ＪＣＣＡＤ程序注意事项中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所张志远2/70概述地基基础设计内容–地质资料–荷载组合–地基承载力计算–基础内力、配筋计算–基础沉降计算3/70地质资料输入及桩初设计坐标系–相对坐标，单位m标高–与结构标高统一土名称–是代码，参数可该，可名同参数不同土层顺序一致–个别孔点没有某土层是用土层厚度调整单桩承载力试算地质资料4/70也可以输入海拔高度地质资料5/70地质资料6/70荷载组合三种组合–标准组合•用于承载力设计–基本组合•基础设计–准永久组合•沉降计算荷载7/70荷载相关问题两个概念–当前组合，目标组合一个标高地震作用上部结构荷载的理解–荷载分布荷载8/70荷载选用原则墙下条形基础可采用PM荷载或砖混荷载。TAT,SATWE,PMSAP荷载活荷载折减TAT、SATWE“最大组合内力简图”与JC“目标组合”荷载参数按需要调整荷载9/70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荷载10/70地基承载力设计基本区别：–以标准组合为设计依据–桩承载力特征值承载力11/70柱下独立基础地基承载力设计承载力控制基础底面积按双向弯矩设计独基上线荷载作用承载力12/70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pk≤RR=[R]+mbγ（B-3）+mdγm(D-1.5)1．089规范p≤ff=fk+ηbγ（b-3）+ηdγm(d-0.5)f大于等于1.1fkp/pk=1.25~1.30f/R=1.1~1.201.0如1.1新规范pk≤fafa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm(d-0.5)p/pk=1.25~1.30当fa1.1fak时fa=ffa/R=1.0~1.201.0如0.9承载力13/70独基基础自动生成步骤：–节点选择–参数输入–基础计算–碰撞检查–重新计算承载力14/70构造柱荷载的处理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–分配荷载承载力15/70基础底面形心的确定原则：–与柱同心调整方法–长宽比–底面形心与角度承载力16/70墙下条形基础地基承载力设计承载力控制基础底面积基底面积重复计算问题无柱节点荷载的分配承载力17/70墙下条基底面积重复利用原理实现实例条基计算面积条基有效面积条基有效面积承载力18/70基础梁地基承载力设计按整体基础算注意覆土标高承载力19/70筏板基础地基承载力设计深度修正按室外地坪到基底承载力20/70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•桩端阻力，桩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isiapppaaLquAqR承载力21/70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）3.1~24.1/kQN2ukaQR7.1~65.1ukQR桩身强度ccPfAQ(8.5.9)ψc——预制桩取0.75，灌注桩取0.6~0.7ψc——预制桩取1.0，干作业取0.9，灌注桩取0.6~0.7承台冲切0.84hp代0.720)]()([2hfahabFthpoxcoyoycoxl（8.5.17-1）Fl=F-∑Niox=0.84/(λox+0.2)oy=0.84/(λoy+0.2)0)]()([2hfahabFtoxcoyoycoxl（5.6-6）Fl=F-∑Niox=0.72/(λox+0.2)oy=0.72/(λoy+0.2)剪切00hbfVths（8.5.18）0.175.100hbfVths（5.6.8）3.012.0,4.13.05.12.0,0.34.1承载力22/70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–局部承压计算按单向偏心计算–抗剪？多柱基础存在的问题浅基础底板最小配筋率–理解–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内力配筋23/70浅基础底板最小配筋率理解：–l/h1.0(pk200kPa)无筋扩展基础–l/h2.5柱下独立基础–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2004.6lh内力配筋24/70浅基础抗剪素混凝土基础钢筋混凝土基础–没有验算的原因•抗剪•抗冲切AfVts366.007.0hbfVth0m7.0hbfVth内力配筋25/70墙下条基基础内力计算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剪力墙下条基的理解内力配筋26/70桩承台基础内力计算计算内容–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）计算内力配筋27/70基础梁内力计算基础梁含义–交叉梁模型计算要点–土反力考虑方法•弹性地基梁模型：基床反力系数取值•文克尔假定：基床反力系数常量•广义文克尔假定：基床反力系数变量–上部结构刚度–剪切计算，抗弯（配筋）计算内力配筋28/70梁元法常见问题基床反力系数取值–按土的类型取值–根据深度调整–广义文克尔假定内力配筋29/70梁元法中考虑上部结构刚度方法内力配筋30/70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地基处理内力配筋31/70实例：巴黎城实例：巴黎城梁截面抗剪强度不足的数量基本没有混凝土强度等级C402倍的等代上部结构刚度不考虑抗扭刚度梁截面抗剪强度不足数量又减少了40%左右混凝土强度等级C403倍的等代上部结构刚度计算时梁截面抗剪强度不足数量又减少了50%左右。混凝土强度等级C401倍的等代上部结构刚度计算梁截面抗剪强度不足数量减少了50%左右。增加混凝土强度等级C30－C40采用普通弹性地基梁模式计算，有相当多的梁截面抗剪强度不足。当混凝土强度等级采用C30抗减强度验算结果方案调整措施32/70梁元法中抗震缝、伸缩缝的处理方法1–将宽梁偏心布置在任一排柱轴线上–另外还要布置与宽梁垂直方向上的梁•保证相邻两个柱节点之间有梁连接，使柱子荷载不丢失并能传到宽梁上方法2–双轴线上布置两根肋梁。对于梁式基础可在双轴线处局部布置一个筏板，就做成了一个双梁基础–弹性地基梁计算时，如考虑抗扭刚度则个别梁抗剪截面不够，当不考虑梁的抗扭刚度则不会出现抗剪强度不够的情况内力配筋33/70内力配筋34/70弹性地基梁板人防计算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内力配筋35/70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•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•有限元计算内力配筋36/70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–板下柱墩注意事项内力配筋37/70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–内筒外边缘的确定内力配筋38/70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–上部结构刚度小内力配筋39/70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–自动计算内力配筋40/70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内力配筋41/70梁下布桩基础的分析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，配筋图内力配筋42/7043/7044/70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筏板有限元计算内力配筋45/70有限元法常见问题应力集中–柱周围–墙周围配筋方式–平均配筋内力配筋46/70基础沉降计算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–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沉降计算47/70浅基础沉降计算独立基础、墙下条基–按柔性基础计算–考虑相邻基础影响沉降计算48/70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沉降计算49/70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。•明德林应力公式法沉降计算50/70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•和内力计算一致沉降计算51/707其它相关内容52/70局部承压计算计算方法：按同心对称原则确定＝blblnAAA35.1lclclAfF程序实现53/704.6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AW0.1e54/70筏板基础沉降缝的处理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55/70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与立面画图法切换56/707.2基础梁平法施工图例57/70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58/70筏板基础沉降缝的处理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59/70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60/70基础工具箱介绍61/70AutoCAD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62/70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63/70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。64/70示例65/70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：66/70二、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。67/70如选择承台,则选中的承台同类实体也会变虚。68/70三、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：69/70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