YJK基础专题讲座第5~8节.ppt

YJK基础设计软件在工程设计应用中的几项突破性进展 北京盈建科软件有限责任公司2014年5月 1 内容大纲 基础设计的荷载及软件应用要点复杂基础设计要点基于桩土非线性分析的抗浮 人防设计防水板设计要点基于上部基础土共同作用的迭代计算方法用于沉降计算基础冲切抗剪分析与传统软件的对比和改进YJK基础建模的主要特点YJK设计结果管理的主要特点YJK基础施工图应用要点十 考虑基础变形对上部结构的影响 上部基础土共同分析模型的新应用 第5节基础沉降计算 基础沉降的计算方法和相关规范 建筑地基基础设计规范 GB50007 2011第5 3 12条 在同一整体大面积基础上建有多栋高层和低层建筑 宜考虑上部结构 基础与地基的共同作用进行变形分析 影响沉降的因素 上部刚度基础刚度桩土性质 分层总和法 密桩 疏桩 mindlin方法 基础回弹再压缩埋置较深时必须考虑 沉降结果为0反力小于自重应力 沉降计算中考虑了基础相互影响 基础之间的互相影响是普遍存在的 最终的附加应力 都应按 叠加原理 求和计算 特别对于一些带裙房的高层建筑 主楼下采用桩筏基础 裙房下采用桩承台基础或独立基础 主楼基础对群房基础的沉降有显著的影响 在程序中 对不同的基础下的附加应力 都按照 Boussinesq解 Mindlin解 的原理进行计算 沉降结果和有限元位移之间的关系 位移 按有限单元法计算 沉降 按分层总和法计算 沉降在节点位移得到后 计算基底压力 再计算附加压力 再分层总和计算沉降 计算过程如下 1 沉降试算确定初始桩刚度和基床反力系数 2 总刚度方程有限元求解 K F 板的弹性位移或变形 不是沉降s 3 节点位移换算成桩 土等效弹簧的变形量 得到桩顶荷载 桩反力 和基底压力 4 已知桩顶附加荷载和基底附加压力 计算沉降 如果没有选择二次计算 作为最终沉降计算结果 沉降迭代计算的必须要性 如果基础与土未脱离 基本如此 板底沉降和位移是相等的 但由于沉降计算的非线性 无法一次计算得到一致的位移和沉降 而传统软件直接将一次计算的板位移 弹性变形 作为沉降结果 是不对的 实际是节点位移 得到基底压力 按规范计算沉降 基础沉降的迭代计算流程和效果 YJK提供基础沉降迭代计算方法 1 沉降试算 确定初始桩刚度和基床反力系数 2 有限元试算 第一次有限元计算 用有限元计算得到的桩反力和基底压力计算沉降 用该沉降计算结果重新计算出桩土刚度 3 第二次有限元计算 用求出的桩土刚度代入总刚 再计算一次桩反力和基底压力 根据有限元计算得出的桩反力和基底压力计算沉降4 多次迭代直到位移和沉降小于允许值 沉降迭代的技术条件说明 1 软件对于沉降计算的准永久组合按独立的沉降模型进行计算 所以选择迭代计算沉降 只影响沉降的计算结果 2 沉降迭代收敛误差控制建议为预计最大沉降的5 最大次数一般建议在10次以内 软件最大允许迭代次数为50次 3 按 弹性地基梁板法 整体有限元计算的基础才进行迭代计算沉降 选择 倒楼盖法 进行计算时 软件不迭代计算沉降 4 只抗拔的锚杆是不用进行沉降计算的 用户可以修改锚杆 用桩建模 的抗压刚度小于1000 软件将对于桩抗压刚度的桩不迭代计算沉降 5 对于不分担上部结构荷载的土 比如按常规桩基设计的桩筏或者按筏板建模的防水板 也是不用进行沉降计算的 用户可以修改指定其抗压刚度小于100 对于刚度小于100的土 软件也不迭代计算沉降 平伐基础沉降迭代实例 沉降迭代效果 不迭代的位移 迭代的位移 不迭代的沉降 迭代的沉降 桩伐基础沉降迭代实例 沉降迭代效果 不迭代的位移 迭代的位移 不迭代的沉降 迭代的沉降 混合基础沉降迭代实例 沉降迭代效果 不迭代的位移 迭代的位移 不迭代的沉降 迭代的沉降 内容大纲 基础设计的荷载及软件应用要点复杂基础设计要点基于桩土非线性分析的抗浮 人防设计防水板设计要点基于上部基础土共同作用的迭代计算方法用于沉降计算基础冲切抗剪分析与传统软件的对比和改进YJK基础建模的主要特点YJK设计结果管理的主要特点YJK基础施工图应用要点十 考虑基础变形对上部结构的影响 上部基础土共同分析模型的新应用 第6节基础冲切抗剪分析与传统软件的对比和改进 基础冲切抗剪计算 控制筏板 承台 独基厚度的关键计算 34 采用有限元计算结果得出的桩土反力值 在内筒冲剪 墙柱冲切 桩冲切计算时 桩的反力和土的反力采用有限元计算结果得出的桩净反力值不能采用桩承载力特征值计算 筏板加厚很多 过于保守不能采用筏板下桩 土的平均反力计算 结果不合理 35 工程概况 上部为框筒结构 混凝土核心筒 钢框架 地下3层 地上54层 总高203m 下部为平筏基础 埋深为 15 0m 持力层为卵石 主筏板厚度2 0m 主楼下3 3m 核心筒下3 95m 传统软件内筒冲剪结果 38 平均净反力 总荷载 总面积 3 95m厚筏 冲切安全系数0 6 以此推算 筏板厚度增大到6 5m才能满足要求 YJK内筒冲剪结果 荷载 反力 冲切力 冲切安全系数是1 89 规范条文说明 对比 40 桩冲切计算依据 承台桩冲切 42 上部为剪力墙结构 地上14层 总高34 8m 下部为桩承台基础 埋深为 4 5m 持力层为碎石 传统软件的承台桩冲切结果 43 从800mm开始 每增加50mm试算一次 直到满足要求为止 最终 需要1250mm 才能满足要求 实际上桩都在柱 墙冲切锥内 不需要进行角桩冲切验算 桩基规范 5 9 8 对位于柱 墙 破坏锥体以外的基桩 YJK的承台冲切结果 44 计算柱冲切力时 如果桩在冲切锥内 则扣除桩反力 因此冲切力Fl为0 所有的桩都在柱墙冲切锥内 不再进行角桩冲切验算 验算结果 800mm厚的承台完全满足要求 多柱墙承台 桩筏板柱冲切计算依据 多柱墙承台 桩筏板柱冲切计算依据 承台的柱冲切验算必须考虑冲跨比影响 47 按照桩基规范 JGJ 2008 第5 9 7条执行 计算书如下 考虑冲跨比影响 按柱边和桩边位置确定冲切角 介于45度与75度之间 1 0 25 计算冲切力FL时 扣除冲切锥底面范围内的桩反力 本例中 3912 2 4890 2 978 0 柱冲切不够时可移动部分桩到柱的冲切破坏锥体内 48 将靠近柱的4根桩各向内移动100mm 原来软件按45度冲切锥计算 计入了4根桩的反力 49 柱冲切筏板时根据柱和桩的位置自动找出冲切破坏椎体 说明柱下桩应尽量布置在柱下的冲切破坏锥体以内 原来软件按45度算冲切锥 有2根桩在锥体内 冲切结果满足要求软件 柱冲切筏板的部分计算书 51 计算书 无桩时的计算公式 有桩时的计算公式 对带边框柱剪力墙按照墙肢和边框柱的组合截面抗冲切验算 左图为自动实现的合并冲切验算 即将边框柱和剪力墙合在一起 作为一个验算单元考虑 相当于一个异形柱 图中 白线为冲切锥与筏板底面的交线 蓝线为冲切临界截面 左图的其他情况 可通过人工交互的方式 指定需要 合算 的柱和墙肢 柱墙冲切图给出所有墙 柱的计算结果 短墙肢自动按照组合截面抗冲切验算 墙柱冲切与传统软件对比分析实例 结构不对称 基础布置不对称 变形不均匀 反力不均匀差别明显 300 400mpa 200 300mpa 上部荷载 16400 17300 16600 17500 两处的上部荷载接近 显然下面柱子冲切更不利 下面两个柱子由于基底反力小 冲切会更大 冲切验算应该更不利 柱墩布置应该更厚 原模型中错误设计为下面的柱墩是400厚 上面的是500 所以下面的应该更不容易满足要求 YJK反映了这种结论 下面两个的结果 JC 上面两个的结果 JC Jc错误采用了平均反力两处的验算结果很接近不能反映出下面两个由于反力小冲切不利的结论 结论 冲切验算必须使用实际反力 不能采用平均反力 这也是规范要求的 否则不能正确计算冲切力 冲切验算结果也就不能作为参考依据 基础计算可以考虑上部结构刚度 计算更真实的反力分布 冲切力更接近实际情况 该工程建议 调整柱墩的设置 YJK验算表明不足的位置 增加柱墩的厚度 或者改为上柱墩 该工程建议2 加厚区的布置调整 加厚区范围应该以超过冲切椎体范围为宜 参考YJK的图形 否则不能提升冲切承载力 基于基础有限元计算结果的基础抗剪验算 非有限元桩基承台剪切计算依据 依据 建筑桩基技术规范 JGJ94 2008 第5 9 10柱下独立桩基承台斜截面受剪承载力应按下列规定计算 1 非有限元桩基承台剪切计算依据 有限元计算的复杂桩基承台以及筏板的剪切计算依据 桩基承台剪切在YJK基础软件的实现方案 对于桩基承台 分简单承台和多柱墙复杂承台两种 分别采用 建筑桩基技术规范 JGJ94 2008 第5 9 10和 建筑地基基础设计规范 第8 4 10条相应规定 筏板剪切在基础软件的实现方案 按照 建筑地基基础设计规范 第8 4 10条规定进行筏板剪切验算 验算时取两个方向XY每条边的剪力平均值 取最大作为Vs验算 可以参照筏板剪力图进行校对 冲切抗剪小结 冲切破坏锥体下的反力 使用有限元结果的反力反力在计算书中输出 无桩时的反力包括水浮力考虑上部墙 柱和下部桩的位置关系 考虑冲跨比对于短肢墙 对于带边框柱墙按照组合截面计算冲切输出所有墙的结果 内容大纲 基础设计的荷载及软件应用要点复杂基础设计要点基于桩土非线性分析的抗浮 人防设计防水板设计要点基于上部基础土共同作用的迭代计算方法用于沉降计算基础冲切抗剪分析与传统软件的对比和改进YJK基础建模的主要特点YJK设计结果管理的主要特点YJK基础施工图应用要点十 考虑基础变形对上部结构的影响 上部基础土共同分析模型的新应用 基础的统一建模统一计算 建模的主要特点 集成所有基础形式的统一基础建模 基于AtuoCAD导图的快速建模 筏板布置 编辑极其方便 不依赖网格节点 支持任意形状编辑 支持移动复制镜像等复杂操作 强大的辅助编辑工具辅助自动建模 80 集成所有基础形式的基础建模Ribbon风格 平面和三维结合的布置方式 地质资料 独立基础 条基 拉梁 CAD导入 地基梁 筏板 承台 桩 基于AtuoCAD导图的快速建模 发行版 内测版扩充 筏板布置 编辑极其方便 布置不再依赖节点网格 支持加厚区 减薄区 开洞 后浇带 编辑灵活 筏板编辑功能进一步增强 实用的辅助工具 统一修改标高 地基承载力 阶高 自动的模型碰撞检查及合并 自动工程量统计 基础自动布置流程和常见问题 柱下独基 承台自动生成常见问题 柱下独基自动布置原则 1 计算各荷载标准组合作用下满足地基承载力要求的基础底面尺寸 并按取整后的最大值作为基础底面尺寸 2 进行各基本组合作用下基础抗冲切计算 得到满足冲切剪切要求的基础最小高度 并与独基参数中的 独立基础最小高度 比较取大值 3 还要保证底板挑出长度与基础高度比值小于2 5 对于锥型基础要保证锥型基础坡度不大于1 3 否则增加基础端部高度 柱边缘与最上阶基础边缘控制在50mm以内 承台自动布置原则 1 首先计算各荷载标准组合作用下满足桩承载力要求的基础底面尺寸 并按取整后的最大值作为承台底面尺寸 多柱墙时只能布置矩形承台 2 进行各基本组合作用下基础抗冲切 抗剪切计算 得到满足冲剪要求的基础最小高度 多柱下或剪力墙下独立基础 桩基承台的自动设计特点 多柱墙时在窗选范围内程序找出所有的墙与柱 并沿着最长墙肢的方向作为布置主方向 多柱墙外包区域为冲切截面 根据荷载数据 地基基础参数等相关数据自动生成基础尺寸 独立基础底面形心或承台桩中心可以选择几何中心 也可以是所有墙柱 恒 活 荷载组合的合力作用点 多柱下或剪力墙下独立基础 桩基承台最终计算不应该采用多柱墙外包区域 套用规范的公式 应该采用筏板相同的有限元分析 自动布置快速建模与精确验算结合的应用模式 如前所述 YJK基础设计软件提供了自动确定基础构件截面尺寸或数量的快速建模机制 大大减少了设计师的基础设计方案工作量 能有效提升设计效率和设计质量 但是自动布置只考虑主要影响因素 它是一种快速建模方式 但它只是设计的一种临时的状态 不能代替精确的全面验算 所以最终结果应该以计算分析菜单的计算结果为准 承台自动布置不满足要求的情况包括 独基自动布置不满足要求的情况包括 自动布置的独基很大 基础设计的第二部分菜单 基础计算及结果输出 三步操作 计算简图荷载图等 统一的计算菜单 反力 内力 沉降 配筋等计算结果 基础计算特点 统一的 一键 计算不同类别基础按固定次序计算 如拉梁 独基 防水板 承台不同类别基础等协调计算 如独基 地基梁不同计算内容顺序进行 有限元 承载力 冲切 抗剪 配筋 沉降最后的沉降计算考虑不同类型基础之间影响 不同基础类型调用不同计算方法 程序自动识别不同的基础类型 调用不同的方法 对基础进行分析计算 1 整体式基础 包括筏板 桩筏 地基梁等 调用有限元求解器计算 计算时可以考虑上部刚度 软件对复杂承台 复杂独基基础 包括多柱承台 墙下承台 多柱独基 墙下独基也按照有限元方法计算 2 分离式基础 包括单柱独基 单柱承台 墙下条基等分离式基础 调用相应的单构件基础算法 但是 如果单柱独基 单柱承台与地基梁连接 或者与筏板连接 软件也将它们按照有限元方法计算 为的是可以考虑它们和地梁或者和筏板的协同工作 无论采用有限元方法还是单基础算法 可以在统一的视图中查看计算结果 详细计算过程 1 导算荷载 覆土重 自重 水浮力 人防荷载 2 拉梁计算 3 整体式基础设计计算 沉降试算 有限元计算 重新形成弹簧刚度 第二次有限元计算 筏板内力计算 地基梁内力计算 复杂桩承台计算 4 分离式基础设计计算 单柱独基计算 单柱桩承台计算 墙下条基计算 5 冲切抗剪计算 6 沉降