筏板有限元基础基础PPT课件.ppt

1 筏板有限元基础适用于大底盘 多塔的新设计方法 电话 010 64517375 84276161 2162 中国建筑科学研究院朱春明研究员2007 4 2020年3月21日星期六 2 内容 1 大底盘高层建筑基础设计简介2 上部结构荷载的正确使用3 上下部结构共同作用4 沉降 内力计算及地基模型的选择5 大底盘高层建筑基础交互设计6 厚板有限元计算改正7 变刚度调平设计方法应用介绍 2020年3月21日星期六 3 一 大底盘多塔楼高层建筑基础设计简介 1 大底盘多塔楼高层建筑应用现况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 2020年3月21日星期六 4 工程实例 北京巴黎城 北京院 43层 大底盘尺寸210m 200m 2020年3月21日星期六 5 工程实例 北京西雅图 冶研院 34层 大底盘尺寸230m 220m 2020年3月21日星期六 6 沉降图 2020年3月21日星期六 7 例 北化东四环西区住宅及商业工程 地基所 18层 大底盘尺寸138m 103m 2020年3月21日星期六 8 工程实例 上海陆家嘴金融贸易区X2地块 茂尔盛maunsell深圳公司 35层 大底盘尺寸127m 160m 2020年3月21日星期六 9 2 给地基基础设计与施工带来的问题 1 上部结构塔楼相对大底盘地下结构刚度大 荷载不均匀 基底反力不均匀 基础底板的不均匀变形 设计不当会引起基础开裂 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 2020年3月21日星期六 10 2 给地基基础设计与施工带来的问题 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 待沉降基本稳定后再浇筑 后浇带 砼 北京降水费用 在6个月以内100 120元 平米 6 12个月150 170元 平米 3 高层建筑与纯地下车库的连接相当于主塔楼与裙房的连接 2020年3月21日星期六 11 3 JCCAD软件 2020年3月21日星期六 12 2020年3月21日星期六 13 二 上部结构荷载的正确使用 PM荷载TAT SATWE PMSAP荷载子结构的凝聚荷载 一次加荷 模拟施工1 模拟施工2 模拟施工3 活荷载楼层折减一层荷载作用点标高 2020年3月21日星期六 14 2020年3月21日星期六 15 活载楼层不折减 2020年3月21日星期六 16 1 荷载楼面折减系数的影响在PM交互输入的楼面折减不但影响梁的设计也影响柱与基础的设计 与楼层折减系数连乘 规范 荷载楼面折减系数应只影响梁 2 基础设计是否不考虑地震效应组合 在地基规范3 0 4没有提地震效应组合 基础设计应考虑地震效应组合 抗震设计应依据抗震规范 桩基设计还应依据桩基规范 有地方规范 规程 应优先按地方规范设计 类比 荷载规范中也没有提地震效应组合 2020年3月21日星期六 17 3 地震效应组合会发生竖向力增加或减小 力不平衡 按静力概念理解地震效应组合与风荷载组合 认为竖向力不应增加或减小 实际发现力不平衡 原因是底层地震内力是通过CQC方法得到 CQC是一种用于单个构件的地震内力统计方法 将CQC以后的内力作为荷载来进行整体分析是一种近似 就会发生力不平衡的这种现象 2020年3月21日星期六 18 4 SATWE等增加 模拟施工3 基础设计如何取用 模拟施工3 实是分层刚度分层加载方法 模拟施工1 实是整体刚度分层加载方法 模拟施工3 大大改善了 一次加荷 与 模拟施工1 中的竖向刚度不均匀造成竖向荷载传递不合理现象 施工模拟2 是专为基础设计生成 是一种人工近似 建议 优先采用 施工模拟3 上下部结构共同作用采用 施工模拟1 上下部结构共同作用采用 一次加荷 上下部结构共同作用 施工模拟2 不应考虑上下部结构共同作用 竖向刚度不均匀结构举例 框架剪力墙结构 内砼筒体 外钢框架结构 2020年3月21日星期六 19 荷载作用点标高 H 2020年3月21日星期六 20 一层上部结构荷载作用点标高影响 独基 桩承台 作用 剪力换算成弯矩 2020年3月21日星期六 21 三 上下部结构共同作用TAT SATWE PMSAP刚度 1 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 2 不同结构形式对差异沉降的反应是不同的 3 地基规范条文中相关内容 2020年3月21日星期六 2020年3月21日星期六 22 23 上部结构刚度的影响 1 按TAT SATWE PMSAP的凝聚的上部结构刚度进行计算TAT SATWE PMSAP刚度凝聚的过程实际上是将上部结构作为整个上下部结构的子结构 对于基础筏板计算是一个准确解 2 倒楼盖模型上部结构为刚性 计算局部内力 3 不考虑上部结构刚度上部结构刚度为0 2020年3月21日星期六 24 巴黎城单塔计算 2020年3月21日星期六 25 考虑上部的沉降图不考虑上部的沉降图 2020年3月21日星期六 26 配筋值比较 考虑上部不考虑上部 mm2 m X上筋49554184Y上筋59927694X下筋94149461Y下筋69458234 2020年3月21日星期六 27 四 基础沉降 内力计算及地基模型的选择 沉降 附加压应力引起的沉降 回弹再压缩计算桩基可不考虑回弹再压缩 2020年3月21日星期六 28 桩基沉降计算方法 一 半经验实体深基础法二 从单桩出发考虑群桩作用的沉降计算法建筑地基基础规范GB5007 2002桩基规范JGJ94 94上海地基规范DBJ08 11 1999 2020年3月21日星期六 29 2020年3月21日星期六 30 四 沉降 内力计算及地基模型的选择 算例 油罐设计板厚1 1米桩长36米油罐直径26 44米荷载300kPa 2020年3月21日星期六 31 2020年3月21日星期六 32 2020年3月21日星期六 33 2020年3月21日星期六 34 2020年3月21日星期六 35 沉降比较 2020年3月21日星期六 36 桩反力比较 2020年3月21日星期六 37 五 大底盘高层建筑基础交互输入 1 工程拼装2 筏板复杂情况介绍3 提供多种优化布桩方式4 DWG图转桩位5 外接荷载 2020年3月21日星期六 38 1 工程拼装望京B11 1项目B区 34层 2020年3月21日星期六 39 2 筏板复杂情况介绍 不等高 不等厚开大天井情况水浮力抗水架空板设置后浇带 2020年3月21日星期六 40 3 桩布置方式的选择 桩筏下桩布置的特点桩位的随意性 桩位自成网格桩位与荷载的相关性 就地消化常用方式 单桩布置 单桩拷贝 围桩承台 梁下布桩 筏板应后布或不布 优化布桩 可对桩筏基础先按承台桩布置 然后再删除承台 2020年3月21日星期六 41 4 DWG图转桩位 万豪世纪中心 2020年3月21日星期六 42 万豪世纪中心 场区原设计为嘉利来世贸广场 由地上33层办公楼 A1座 高度约128m 24层办公楼 A2座 11 15层公寓楼 4层群楼及外围大面积纯地下车库组成 各部分均设三层地下室 基础埋深为14 7 18 0m 1995年 进行了基坑土方开挖和33层办公楼 A1座 桩基施工 办公楼区域工程桩总数约2000根 400的预应力管桩 桩长约6 7m 桩顶标高约在23 30m左右 桩中心距为1 2m 设计单桩竖向承载力标准值为1000kN 此后原工程因故停工 基坑废弃并陆续被回填 2003年北京美邦亚联公司承接该项目 对设计方案重新进行了调整 定位为办公 酒店高层建筑及大底盘商用裙房结构的大型综合性建筑体 其中酒店部分地上34层 建筑高度128 2m 地下3层 基础埋深18 20m 位置局部对应于原A1座33层办公楼 裙房地上3 5层 地下3层 框筒结构 桩筏基础 2020年3月21日星期六 43 5 外接荷载CCTV 2020年3月21日星期六 44 5 外接荷载 2020年3月21日星期六 45 5 外接荷载 2020年3月21日星期六 46 5 外接荷载 2020年3月21日星期六 47 4 外接荷载 2020年3月21日星期六 48 地震 2020年3月21日星期六 49 六 厚板有限元计算改正 一 筏板计算前处理 二 筏板 后浇带 计算 三 筏板计算后处理 2020年3月21日星期六 50 一 筏板计算前处理 基础筏板中厚板有限元计算前处理特点 1 单元尺寸可调节 能解决任意体量的筏板单元划分 2 调用上部结构底层柱 墙及筏板上的梁肋构成初网格 形成房间 3 用四边形 8节点 及三角形 6节点 高精度等参单元进行自动加密 4 减少人工干预 增加可操作性 2020年3月21日星期六 51 工程实例 北京巴黎城43层 大底盘尺寸210m 200m 2020年3月21日星期六 52 网格划分图 2020年3月21日星期六 53 网格划分图 局部 2020年3月21日星期六 54 工程实例 望京B11 1项目B区34层 大底盘尺寸176m 47m 2020年3月21日星期六 55 网格划分图 2020年3月21日星期六 56 网格划分图 局部 2020年3月21日星期六 57 二 筏板 后浇带 计算 2020年3月21日星期六 58 计算原理 计算时分成 后浇带 前内力计算与 后浇带 后内力计算 后浇带 前内力是按独立的几块板分开计算 相互不连接 不传递弯矩与剪力 后浇带 后内力是按整体计算弯矩与剪力 总内力是将前后内力进行叠加 通过设置加荷比例系数来模拟 后浇带 浇注时间 考虑 后浇带 的计算使内力更加合理 配筋更加节省 2020年3月21日星期六 59 工程实例 北京恒富家园 2020年3月21日星期六 60 设后浇带 2020年3月21日星期六 61 设置加荷比例系数 0 0 不设1 0 永久设0 5 完成一半 2020年3月21日星期六 62 不设后浇带 系数为0 沉降图连续 2020年3月21日星期六 63 不设后浇带 系数为0 5 沉降图在后浇带处不连续 2020年3月21日星期六 64 三 筏板计算后处理 JCCAD提供以下筏板配筋模式 1 板带方式配筋 2 分区域均匀配筋 3 新板带方式配筋 新增 2020年3月21日星期六 65 新板带方式配筋 2020年3月21日星期六 66 2020年3月21日星期六 67 七 变刚度调平设计方法应用介绍 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 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 针对上述情况 提出变刚度调平设计新理念 2020年3月21日星期六 68 调平设计基本内涵 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 2020年3月21日星期六 69 调平设计作法 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 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 2020年3月21日星期六 70 巴黎城单塔计算 均匀 非均匀布桩 2020年3月21日星期六 71 考虑上部的沉降图 均匀 非均匀布桩 2020年3月21日星期六 72 考虑上部刚度的配筋值 均匀布桩非均匀布桩 mm2 m X上筋76794955Y上筋137335992X下筋152859414Y下筋113256945 2020年3月21日星期六 73 例子 威海海悦国际大厦 2020年3月21日星期六 74 2020年3月21日星期六 75 威海海悦国际大厦CFG桩复合地基 海悦国际大厦由主楼与裙楼组成 主裙楼连体 主楼建筑物地上30层 裙楼地上4层 地下2层 建筑高度99 90M 外框内筒结构 平面呈矩形 整个建筑物东西长142 5m 南北宽44m 建筑面积约12万平方米 采用筏基 CFG桩复合地基 2020年3月21日星期六 76 威海海悦国际大厦设计方案 1 核心筒部分CFG桩桩长22m 桩径400mm 桩间距1 6m左右 单桩承载力特征值为800KN 桩数为182根 2 柱下CFG桩桩长19m 桩径400mm 桩间距1 6m左右 单桩承载力特征值为700KN 桩数为451根 3 主楼部分基础底板厚1 6m 核心筒部分板厚2 2m 4 裙房部分采用梁板式基础 梁尺寸是800mm宽1400mm高 板厚0 5m 5 主裙楼之间设后浇带 6 裙房的抗浮设计不设置抗拔桩 利用建筑物的自重和配重平衡水浮力 7 筏板砼强度等级是C40 CFG桩砼强度等级是C30 受拉受压的钢筋是三级钢