王永永

(張家口供電公司電力設(shè)計院,河北張家口075000)

1 概 述

當(dāng)設(shè)計上部結(jié)構(gòu)荷載過大,采用柱下交梁基礎(chǔ)不能滿足地基承載力要求或雖然能夠滿足要求,但基底間凈距很小,或要加強(qiáng)基礎(chǔ)剛度,這時即可采用筏型基礎(chǔ).對于筏板基礎(chǔ)的設(shè)計,手工計算很繁瑣,所以可以直接采用PKPM軟件的JCCAD對筏板進(jìn)行設(shè)計.具體步驟為:

PKPM→JCCAD→地基資料輸入→基礎(chǔ)人機(jī)交互輸入→建立新數(shù)據(jù)文件→參數(shù)輸入(基本參數(shù)→地梁筏板)→荷載輸入(讀取荷載→SATWE)→基礎(chǔ)布置(筏板→圍區(qū)布板)→樁筏筏板四邊有限元計算.

2 筏板設(shè)計原理

以下筏板設(shè)計原理及所用公式按照規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002以及規(guī)范《高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JGJ6-99確定.

2.1 筏板類型確定

筏形基礎(chǔ)分梁板式和平板式兩種類型,應(yīng)根據(jù)地基土質(zhì)、上部結(jié)構(gòu)體系、柱距、荷載大小以及施工等條件確定.本文以平板式筏形基礎(chǔ)為例進(jìn)行說明.

2.2 筏形基礎(chǔ)平面尺寸確定

筏形基礎(chǔ)的平面尺寸應(yīng)根據(jù)地基土的承載力上部結(jié),構(gòu)的布置及荷載分布等因素按本規(guī)范第五章有關(guān)規(guī)定確定.對單幢建筑物,在地基土比較均勻的條件下,基底平面形心宜與結(jié)構(gòu)豎向永久荷載重心重合.當(dāng)不能重合時,在荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下,偏心距e宜符合下式要求:

2.3 驗算抗沖切承載力

1)平板式筏基的板厚應(yīng)能滿足受沖切承載力的要求.板的最小厚度不宜小于400 mm.計算時應(yīng)考慮作用在沖切臨界截面重心上的不平衡彎矩所產(chǎn)生的附加剪力.距柱邊h 0/2處沖切臨界截面的最大剪應(yīng)力τ max應(yīng)按公式(3-2)、(3-3)、(3-4)計算(圖3-1).板的最小厚度不應(yīng)小于400 mm.

圖1 內(nèi)柱沖切臨界界面

當(dāng)柱荷載較大,等厚度筏板的受沖切承載力不能滿足要求時,可在筏板上面增設(shè)柱墩或在筏板下局部增加板厚或采用抗沖切箍筋來提高受沖切承載能力.

2)平板式筏基內(nèi)筒下的板厚應(yīng)滿足受沖切承載力的要求,其受沖切承載力按下式計算:

2.4 驗算距內(nèi)筒邊緣或柱邊緣ho處筏板的受剪承載力

平板式筏板除滿足受沖切承載力外,尚應(yīng)驗算距內(nèi)筒邊緣或柱邊緣h0/2處筏板的受剪承載力.

受剪承載力應(yīng)按下式驗算:

2.5 計算方法選取

以下計算方法選取按照規(guī)范《高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JGJ6-99確定.

倒樓蓋法是以基底凈反力為荷載,柱子為支座按普通樓蓋計算筏板內(nèi)力的方法.

當(dāng)?shù)鼗容^均勻、上部結(jié)構(gòu)剛度較好,且柱荷載及柱間距的變化不超過20%時,筏形基礎(chǔ)可僅考慮局部彎曲作用,按倒樓蓋法進(jìn)行計算.計算時地基反力可視為均布,其值應(yīng)扣除底板自重.

當(dāng)?shù)鼗容^復(fù)雜、上部結(jié)構(gòu)剛度較差,或柱荷載及柱間距變化較大時,筏基內(nèi)力應(yīng)按彈性地基梁板方法進(jìn)行分析.

本例采用倒樓蓋法進(jìn)行計算;可自行用彈性地基梁法計算并進(jìn)行比較.

按倒樓蓋法計算的梁板式筏基,其基礎(chǔ)梁的內(nèi)力可按連續(xù)梁分析,邊跨跨中彎矩以及第一內(nèi)支座的彎矩值宜乘以1.2的系數(shù).考慮到整體彎曲的影響,梁板式筏基的底板和基礎(chǔ)梁的配筋除滿足計算要求外,縱橫方向的支座鋼筋尚應(yīng)有1/2～1/3貫通全跨,且其配筋率不應(yīng)小于0.15%;跨中鋼筋應(yīng)按實際配筋全部連通.

按倒樓蓋法計算的平板式筏基,柱下板帶和跨中板帶的承載力應(yīng)符合計算要求.

柱下板帶中在柱寬及其兩側(cè)各0.5倍板厚的有效寬度范圍內(nèi)的鋼筋配置量不應(yīng)小于柱下板帶鋼筋的一半,且應(yīng)能承受作用在沖切臨界截面重心上的部分不平衡彎矩Mp的作用.Mp應(yīng)按下列公式計算:

式中:

Mp——板與柱之間的部分不平衡彎矩;

α m——不平衡彎矩傳至沖切臨界截面周邊的彎曲應(yīng)力系數(shù);

考慮到整體彎曲的影響,柱下筏板帶和跨中板帶的底部鋼筋應(yīng)有1/2～1/3貫通全跨,且配筋率不應(yīng)小于0.15%;頂部鋼筋應(yīng)按實際配筋全部連通;

對有抗震設(shè)防要求的平板式筏基,計算柱下板帶受彎承載力時,柱內(nèi)力應(yīng)考慮地震作用不利組合.

3 PKPM筏板設(shè)計

3.1 軟件功能簡介

PKPM軟件中JCCAD軟件功能如下:

1)可完成柱下獨立基礎(chǔ)、墻下條形基礎(chǔ)、彈性地基梁、帶肋筏板、柱下平板、墻下筏板、柱下獨立樁基承臺基礎(chǔ)、樁筏基礎(chǔ)、樁格梁基礎(chǔ)、及單樁的設(shè)計工作.同時軟件還可完成由上述多種基礎(chǔ)組合起來的大型混合基礎(chǔ)設(shè)計,而且一次處理的筏板塊數(shù)可達(dá)10塊.軟件可處理的獨基包括倒錐型、階梯型、現(xiàn)澆或預(yù)制杯口基礎(chǔ)、單柱、雙柱、或多柱基礎(chǔ);條基包括磚、毛石、鋼筋混凝土條基(可帶下臥梁)、灰土及混凝土基礎(chǔ);筏板基礎(chǔ)的梁肋可朝上或朝下;樁基包括預(yù)制混凝土方樁、圓樁、鋼管樁、水下沖(鉆)孔樁、沉管灌注樁、干作業(yè)法樁和各種形狀的單樁或多樁承臺.

2)軟件可充分利用上部結(jié)構(gòu)CAD軟件形成的各種信息,避免重復(fù)工作,最大限度地減少設(shè)計人員的負(fù)擔(dān).軟件從PMCAD軟件生成的數(shù)據(jù)庫中自動提取首層結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)、軸線、柱子、墻的布置信息,當(dāng)軸線不滿足要求時可增加軸線,軟件還可讀取PMCAD、PK、TAT、SAT WE軟件在傳下來的各種荷載,并按需要進(jìn)行不同的荷載組合.讀取的上部結(jié)構(gòu)荷載可以同人工輸入的荷載相互疊加.此外軟件還能夠提取TAT繪制柱施工圖生成的柱鋼筋數(shù)據(jù),用來畫基礎(chǔ)柱的插筋.這樣用戶可以很方便地使用“基礎(chǔ)人機(jī)交互輸入”菜單統(tǒng)一布置各類基礎(chǔ),布置荷載,和繪制施工圖.這些信息傳送下來的條件是運行PMCAD主菜單的 A、1、2和 3項,生成“工程名·JAN”、“TATDA1·PM”、“LAYDAN ·PM”和“DATW·PM”文件;運行 TAT 和SATWE分別生成“TOJLQ ·TAT”、“TATJC·TAT”、“COLMGB·TAT”、“COLUMN ·ST L”和“WDCNL·SAT”文件.

3)對于整體基礎(chǔ),如交叉地基梁、筏板、樁筏基礎(chǔ),軟件可采用多種方法考慮上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)的影響,這些方法包括:TAT上部結(jié)構(gòu)剛度凝聚法,上部結(jié)構(gòu)剛度無窮大的倒樓蓋法,上部結(jié)構(gòu)等代剛度法.

4)軟件具有多種自動化功能,如程序可根據(jù)荷載和基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)自動計算出獨立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)的截面積與配筋,自動進(jìn)行柱下承臺樁設(shè)置,自動調(diào)整交叉地基梁的翼緣寬度,自動確定筏板基礎(chǔ)中梁翼緣寬度,自動進(jìn)行獨立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)的碰撞檢查,如發(fā)現(xiàn)有底面迭合的基礎(chǔ)自動選擇雙柱基礎(chǔ)、多柱基礎(chǔ)、或雙墻基礎(chǔ).同時程序又留有充分的人工干預(yù)功能,使軟件既有較高的自動化程度,又有極大的靈活性.

5)軟件對整體基礎(chǔ)可采用多種計算模型,如交叉地基梁可采用文克爾模型---即普通彈性地基梁模型進(jìn)行分析,又可采用考慮土壤之間相互作用的廣義文克爾模型進(jìn)行分析.對于筏板基礎(chǔ)程序可按彈性地基梁有限元法計算,也可按MINDLIN理論的中厚板有限元法計算.對筏板的沉降計算程序提供了規(guī)范的假設(shè)附加壓應(yīng)力已知的方法,和剛性底板假定、附加應(yīng)力為未知的計算方法.

6)軟件有很強(qiáng)的交互功能和繪圖功能,通過基礎(chǔ)交互輸入菜單可很方便地布置各種類型、形狀各異的基礎(chǔ),以及確定各種計算參數(shù),供隨后的計算分析使用.通過繪平面圖菜單可將所布置的基礎(chǔ)全部繪制在一張圖紙上,畫出筏板鋼筋,標(biāo)注各種尺寸、說明.通過繪制地基梁菜單可畫出不同分析方法計算出的梁施工圖.利用畫詳圖菜單可繪出獨基、條基、連梁、樁基、承臺的大樣圖,對獨基、條基還可將詳圖畫在平面圖上.

7)軟件完成設(shè)計后,也同時完成了主要工程量統(tǒng)計,如混凝土用量、鋼筋用量、砌體用量、墊層用量等,為概預(yù)算軟件提供數(shù)據(jù).

3.2 PKPM設(shè)計步驟

PKPM(結(jié)構(gòu))→JCCAD→地基資料輸入→基礎(chǔ)人機(jī)交互輸入→建立新數(shù)據(jù)文件→參數(shù)輸入(基本參數(shù)→地梁筏板)→荷載輸入(讀取荷載→SAT WE)→基礎(chǔ)布置(筏板→圍區(qū)布板)→樁筏筏板四邊有限元計算.

(1)“有限元計算”點擊進(jìn)入“PKPM樁筏筏板有限元計算”界面,軟件可自動完成有限元計算內(nèi)容,完成該步之后可以自動退出.

(2)“計算結(jié)果圖形輸出”點擊彈出如下對話框:

計算結(jié)果輸出:

“荷載選擇”中可以先選擇“總信息”,“計算結(jié)果”可依次進(jìn)行“配筋簡圖PJXX.T及修改”,“梁板彎矩圖ZFBM.T”,“配筋量圖ZFPJ.T”圖形輸出.

“配筋簡圖以及修改”:

在“荷載選擇”中也可以單就其中一組荷載組合進(jìn)行圖形輸出:

最終配筋及其它輸出圖形將轉(zhuǎn)化為AUTOCAD圖.

通過以上可以看出,對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,應(yīng)用建筑設(shè)計軟件PKPM可以進(jìn)行大部分的設(shè)計計算,其中JCCAD亦可以對絕大多數(shù)的基礎(chǔ)形式進(jìn)行設(shè)計,設(shè)計的關(guān)鍵是要對建筑結(jié)構(gòu)及地基相關(guān)規(guī)范相當(dāng)熟悉,尤其是一些關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)的確定,至于軟件的學(xué)習(xí)基本上可以按部就班.

[1]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002.中國建筑工業(yè)出版社

[2]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2002.中國建筑工業(yè)出版社

[3]《PKPM軟件從入門到精通》楊星著,中國建筑工業(yè)出版社