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9-9-基础计算-高级选项介绍

发布时间:2017-08-07




 

高级选项

【基础计算及结果输出】模块的【计算选项】【高级选项】,见下图:

柱墙荷载施加方法

提供两种选项,见下图:

默认选项是考虑板厚和柱、墙实际尺寸,可以一定程度上减缓应力集中现象,示意如下图:

如果偏于安全考虑,可以选择按结点集中力施加,将不再按板厚作用范围分散。

钢筋支座长度取法

《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》(独立基础、条形基础、筏形基础及桩基承台)11G101-382页给出了支座区域非贯通筋长度按净跨的1/3设置的要求。

YJK【基础施工图】模块按此规定执行,并提供参数控制,见下图:

软件取区域内各单元的最大值作为支座或跨中的钢筋计算结果。

1.5以前版本,软件默认的支座区域为支座左右各1m范围,其余为跨中的区域。这样的取法对支座两边区域取值过小,跨中区域过大,造成房间中部按跨中区域得出的配筋值过大的不合理现象,有时还造成房间中部裂缝宽度计算值过大。

1.5及之后版本调整了支座跨中区域的计算原则,默认取平法施工图的计算原则,并在【计算选项】菜单提供了参数进行控制,见下图:

支座长度取法:

1)指定长度(米),默认为1m。

以前版本采用1m 和网格划分尺度的较大者,所以该选项对应旧方案。选用此方案,软件直接按该指定值确定支座两边长度。

2按等效跨度比例,默认同平法施工图,按0.333

选择此选项,软件计算部分按等效跨度乘以该比例值,并且按不小于指定长度(默认1m)取值确定支座长度。

与施工图的细微区别是:施工图计算时没有最小长度限制,但进行了按50mm的取整。

为方便用户查看支座统计实际采用的区域长度,【基础计算及结果输出】【配筋】的用户界面上增加了绘制支座长度功能。见下图:

             

沉降计算

新沉降试算方法

基床系数的计算公式:

K=P/s

式子中:P为基底压力,s为沉降。

1旧版本的土基础系数确定方法及问题

软件的旧版本土基础系数确定方法是:以相连同的大筏板多边形为计算对象进行基床系数试算,按平均反力、不考虑回弹再压缩、取所有荷载的相互影响计算中心点的沉降,并以中心点沉降为代表值估算基床系数,同一个相连同的大筏板多边形内所有单元按相同基床系数值。

旧的基床系数试算中存在几个常见的问题:

1)由于沉降试算未考虑回弹再压缩,如果基础埋置较深使得土自重应力大于上部总荷载,沉降计算值会为0,将无法根据K=P/s估算基床系数,软件将采用默认值。

2)取所有荷载的相互影响计算中心点的沉降,并以中心点沉降为代表值估算基床系数。由于一般情况下中心点沉降最大而且考虑其他荷载相互影响取值偏大,基床系数计算值偏小甚至远小于实际经验值;

3)如果地质条件复杂,只考虑中心点沉降值估算土基床系数,代表性不足误差会过大。

2V1.6以后版本提供的新沉降试算方法估算桩土刚度的改进要点

针对沉降试算中的不完善之处,YJK软件在最新的V1.6版本提供了新沉降试算方法,用户选项界面见下图:

 

新沉降试算方法估算桩土刚度的改进要点是:

1)基床系数计算按可考虑回弹再压缩参数、考虑相互影响距离参数(见下图),计算相连同的大筏板多边形各处的沉降值,按各处平均沉降值估算平均基床系数,多边形内各处的基床系数均取该值。相比旧的沉降试算方法,基床系数值会大些,更接近工程经验。

2)桩刚度试算中,抗压刚度试算计算桩平均反力时不考虑【锚杆】分担上部荷载;而且抗拔刚度取值为抗拔承载力除以允许位移(10mm)估算,抗拔刚度不再默认抗压抗拉刚度相同需要用户自己调整抗拔刚度。

3)复合桩基工程情况,如果桩承载力不足情况下可部分考虑土的承载能力。新沉降试算可以实现按指定比例确定桩土刚度,实现人为控制最终桩土反力分担比例。桩土分担比例的用户参数见下图:

沉降迭代控制参数

包括两项:最大迭代次数、收敛误差控制,见下图:

一般采用默认值即可。

如果沉降迭代后位移和沉降误差还是比较大,可以适当增加收敛误差控制值,可以取最大沉降值的5~10%

最大迭代次数一般不建议超过10。软件迭代算法收敛速度较快,如果10次尚不能收敛,说明沉降迭代进入了震荡,单纯增加迭代次数是不能改善计算结果的,可以考虑适当增加控制误差

基本模型采用沉降模型的桩土刚度

软件计算流程是先进行内力配筋等基本模型计算,然后进行沉降计算。所以,若需要实现承载力、配筋结果计算用的基本模型也采用沉降迭代后的刚度,则需要计算两次

第一次在【高级选项】勾选【“基本模型”采用“沉降模型”的桩土刚度】得到沉降迭代后的基础刚度;

第二次不要再【生成数据】勾选【“基本模型”采用“沉降模型”的桩土刚度】进行计算

注意:一旦重新【生成数据】,沉降模型的桩土刚度将重新置0,需要重新按上述两步进行操作方可。

现在一般工程的基础承载力、配筋设计都不考虑沉降迭代的桩土刚度,这种做法已经比较成熟。而迭代的桩土刚度减小沉降差同时会使大多数工程的内力配筋增大很多,除非是上部荷载与地质资料都比较均匀的基础类型。

【指定土层最大厚度、【指定计算最小深度】

《地基规范》、《桩基规范》关于土层厚度和总深度的规定见下文。

《地基规范》第5.3.7地基变形计算深度zn应符合式(5. 3. 7)的规定。当计算深度下部仍有较软土层时,应继续计算。

5.3.7

式中:△s′i——在计算深度范围内,第i层土的计算变形值(mm);

s′n——在由计算深度向上取厚度为△z的土层计算变形值(mm),△z按表5. 3. 7确定。

表5.3.7 △z

b(m)

≤2

2<b≤4

4<b≤8

b>8

z(m)

0.3

0.6

0.8

1.0

《桩基规范》第5.5.15条:对于单桩、单排桩、疏桩复合桩基础的最终沉降计算深度Zn,可按应力比法确定,即Zn处由桩引起的附加应力、由承台土压力引起的附加应力与土的自重应力符合下式要求:

而上海市的《地基基础设计规范》第7.4.3条:压缩层厚度应自计算点所处桩位的桩端平面算至土层附加应力等于土层自重应力的10%处止。附加应力计算时应考虑相邻基础的影响。

软件默认执行上述规范规定,而【指定土层最大厚度】、【指定计算最小深度】提供了用户自行指定最大厚度及最小深度的功能。

一般不需要指定。但某工程的地质资料比较复杂多变,按规范自动确定的最小深度可能各处差异过大导致沉降差也偏大,此时可以人为确定【指定计算最小深度】

Mindlin计算沉降用桩附近荷载

按照桩基有关设计规范(如《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008 5.5.14 条、《上海市 地基基础设计规范》第 7.4.1 条),单桩 mindlin 沉降计算的桩顶力应采用桩顶附加荷载。

以前版本偏于保守地按未扣除土自重应力的桩总反力来计算沉降。本版本增加了按桩 顶附加荷载计算单桩 mindlin 沉降的选项,见下图:

桩附加荷载的计算原则是:

1)桩反力,减去桩分担的土自重荷载,并增加了桩自重(按桩体积乘以混凝土容重 25);

2)非有限元计算的承台桩,桩分担的土自重,按承台中心点计算土自重应力,乘以总 面积得到总自重荷载,平均分配给各桩。

3)有限元计算的承台桩或筏板桩,桩分担的土自重比例按单桩反力与总反力的比例确 定。

Mindlin用精确积分(长径比小于10应勾选)

Mindlin计算沉降时,依据《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008附录F,按考虑柱径影响的Mindlin(明德林)解计算应力影响系数

规范给出了应力影响系数表。如果不勾选【Mindlin用精确积分(长径比小于10应勾选)】,软件中将按该表数据进行沉降求解。我们注意到规范的表格,只给出了桩长径比L/D10~100的结果,那么对于长径比小于10的情况,软件只能按10的表格结果来进行计算,可能会存在较大误差。另外,长径比L/D、深度参数M = Z/L、距离参数N=ρ/L,表格给出的查表间隔也较大,这也会带来一定计算误差。

通过该选项,软件提供了完全基于考虑柱径影响的Mindlin(明德林)的数值积分精确解可以大大提供计算精度

拉梁扭矩折减系数

软件在【计算选项】【高级选项】中增加【拉梁扭矩折减系数】参数,允许对拉梁的扭矩进行折减,默认值为 0.4

若拉梁因为扭矩导致箍筋过大,可以进行折减。

防水板设计

水浮力(高)和人防同时考虑

人民防空地下室设计规范》(GB 50038-2005494条提出:在确定核武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用下防空地下室基础荷载组合时,当地下水位以下无桩基防空地下室基础采用箱基或筏基,且按表492及表493规定的建筑物自重大于水的浮力,则地基反力按不计入浮力计算时,底板荷载组合中可不计入水压力;若地基反力按计入浮力计算时,底板荷载组合中应计入水压力。对地下水位以下带桩基的防空地下室,底板荷载组合中应计入水压力

注意两点:

1)该条文未明确指出是低水还是抗浮设防水位;

2)软件计算地基反力时均是按全部荷载考虑的,所以只要考虑水浮力和人防荷载同时作用,就应该有同时包括水浮力、人防的荷载组合;

软件目前认为人防荷载、抗浮设防水两种极端荷载情况不会同时出现,所以默认组合中只考虑人防和低水组合(如果勾选考虑低水)、不考虑人防和高水同时组合

如果工程设计中需要考虑人防和高水同时作用,可以通过自定义荷载组合增加组合,见下图:

而防水板如果要实现水浮力(高)和人防同时考虑,需要在【基础计算及结果输出】模块的【计算选项】【高级选项】勾选,见下图:

内力积分法计算对独基影响(新)

 

两桩承台设计

建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)5.9.7条提出:对于柱下两桩承台,宜按深受弯构件(lo/h<5.0lo1.15 lnln为两桩净距)计算受弯、受剪承载力,不需要进行受冲切承载力计算。

软件对于跨高比小于5的两桩承台设计提供了三种设计选项,用户界面见下图:

1)按深受弯构件计算,按纵筋+分布筋方式配筋

受弯计算按《混凝土结构设计规范GB 50010-2010附录G的第G.0.2条的相关规定进行;抗剪计算按《混凝土结构设计规范GB 50010-2010附录G的第G.0.4条的相关规定进行,并按适用于受集中力作用的G.0.4-2公式进行计算,此时按水平分布筋和竖向分布筋相同计算;

纵筋和分布筋在构造上执行《混凝土结构设计规范GB 50010-2010附录G的第G.0.12条的深梁有关构造要求。

2)按深受弯构件计算,按纵筋+箍筋方式配筋

受弯计算按《混凝土结构设计规范GB 50010-2010附录G的第G.0.2条的相关规定进行;抗剪计算按《混凝土结构设计规范GB 50010-2010附录G的第G.0.4条的相关规定进行,并按适用于受集中力作用的G.0.4-2公式进行计算,此时按水平分布筋为0计算;

纵筋构造上执行《混凝土结构设计规范GB 50010-2010附录G的第G.0.12条的深梁有关构造要求。

箍筋构造上不执行《混凝土结构设计规范GB 50010-2010附录G的第G.0.12条的深梁有关构造要求,执行普通梁的有关规定。

3)按普通梁设计

对于跨高比小于5的两桩承台设计不执行《建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)5.9.7的规定,按普通梁进行抗弯和抗剪计算配筋,并执行普通梁的构造要求。

 

抗拔屈服值与承载力比

这是非线性计算的中间控制变量;

当输入1.0的时候,达到1.0倍的承载力就屈服了,锚杆退出工作;当输入很大比如100,锚杆永远不会退出工作;理想输入1.0,但是非线性计算的不稳定,过于严格,锚杆很容易失效,所以应该尽量放大几倍;

对于所有锚杆没有达到承载力,应该没有影响

体元刚度折减系数

对于图示较厚的筏板,软件提供了三维实体元计算功能。

参数选项见下图:

三维网格厚度,默认为0.5米。

【生成数据】后,提供【实体网格】供用户查看三维实体网格的划分结果,见下图:

勾选实体元参数后,有如下特点:

1)计算时,软件会对所有原来板元计算的构件采用实体元进行基本模型的有限元计算。

2)而沉降、抗浮非线性分析仍然采用板元进行有限元计算。

3)其所有计算及设计结果仍然通过原来的菜单进行查看,包括反力、承载力、内力、配筋及冲切抗剪等。

软件还提供了VTK模式查看实体有限元的计算结果,见下图:

体元相比板元偏刚一些,软件提供了体元刚度折减系数参数,见下图:

一般采用默认值即可。

梁元法计算梁筏的地基梁内力配筋

技术条件如下:

1)只地基梁的内力配筋采用梁元计算模型的结果,软件自动计算梁元法、板元法两个计算模型,承载力、沉降、冲切等其它结果仍采用板元法结果。

2)梁元法中筏板的刚度贡献简化为地基梁翼缘,翼缘宽度确定方法是:按各房间面积除周长,将其加到梁一侧,另一侧采用同样方法有另一房间确定,最后两侧宽度叠加成整体后形成梁的总翼缘宽度。

3)等效T型地基梁的梁肋是在上部还是下部不影响内力计算结果,但是会影响配筋结果。与传统软件提供肋梁肋向上控制参数不同,YJK通过比较地基梁底标高与板底标高来自动识别:如果筏板底标高大于地基梁底标高(+1毫米),即为T型地基梁;否则为倒T型梁。

4)梁元模型的荷载,只考虑上部结构荷载的影响,对于筏板的板面荷载不传递到梁元上,即认为筏板的板面荷载还是由板元下面的土来承担。

5)只有弹性地基梁板法支持该功能,倒楼盖法不支持。

地基梁承载力考虑重叠面积修正

技术条件:按联通的地基梁面积重叠之和与地基梁总面积的比值平均分配到每段梁上,并且可以通过参数确定是否考虑地基梁的面积重叠。

举例来说,如下共七段地基梁,重叠面积A1A

地基梁每段扣减面积的百分比均为(A1+A2/ 1~7号地基梁面积和)

参数使用的建议:

1)由于地基梁基础在计算时把两个方向的梁在交叉节点处的底面积重复计算了一次,而使地基梁地基反力有所减少,这对于地基承载力验算来说是偏于不安全的。勾选该参数,可以确保地基承载力的安全性;

2)由于基础设计时一些有利因素没有考虑到,特别是高层建筑。软件对于该参数,默认为不勾选,即不考虑重叠面积修正。因此,计算中是否考虑进行底面积重复利用修正应根据具体情况,或根据经验来决定。

 

有限元基础考虑高差引起附加弯矩

基础接上部荷载(力)的作用点是上部结构底部。一般来说,上部结构的底部与基础顶部有一定高差。所以在基础计算中,应考虑上部传递下来的水平荷载效应,水平力引起的附加弯矩。见下图:

高差引起的附加弯矩对非有限元基础(简单独基、简单承台)影响在之前版本中均已考虑。本版本增加了高差引起的附加弯矩对有限元计算基础的影响功能,并通过参数控制是否考虑其影响(默认不考虑),见下图:

软件还在【基础计算及结果输出】【上部荷载】菜单下,增加可以显示基础高差及考虑附加弯矩后的弯矩值的功能,见下图:

保留小数点的进位控制

软件图面的数值标注默认是按用户指定的保留小数点位数,按照45入原则进行标注的。软件在【计算选项】【高级选项】中增加参数,允许用户指定大于N时就执行进位。

如该参数指定为1,那么一个数值10.112,保留两位是10.12,保留一位是10.2

 

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