服務與支持

Service and support

`

1-YJK沉降計算的使用要點及案例

發布時間:2016-07-13

?

?

YJK基礎沉降計算的使用要點及案例

?

?

1 沉降計算的有關規范規定

1沉降驗算的規范規定

問題1哪些需要驗算沉降

《建筑地基基礎設計規范》第3.0.2條規定“設計等級為甲級、乙級的建筑物,均應按地基變形設計,并規定六類情形下的丙類建筑物,仍應作變形驗算。

是否需要進行基礎沉降驗算,軟件不自動判斷,由用戶根據上述規范條件判斷。

問題2:建筑物沉降驗算滿足要求的判斷標準

所謂地基變形驗算,即要求地基的變形計算值在允許的范圍內:

????????????? ?????????????? (1

式中:

地基的允許變形值,按《建筑地基基礎設計規范》5.3.4條取值。

《地基規范》5.3.4給出了建筑物的地基變形允許值,控制指標包括沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。

《樁基規范》表5.5.4給出了建筑樁基沉降變形允許值,控制指標包括沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。

YJK基礎軟件統一給出所有基礎的沉降驗算結果,見下圖:

沉降量應查看沉降等值線圖,軟件以等值線加數值的方式給出所有基礎的沉降量計算結果。注意兩點:1)樁沉降是包括了土沉降及樁身壓縮的總值;2)考慮回彈再壓縮情況(一般是基礎埋深超過5米情況),沉降總值要查看【沉降+回彈再壓縮變形等值線圖】。

傾斜指基礎傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值;局部傾斜指砌體承重結構沿縱向6m10m內基礎兩點的沉降差與其距離的比值。所以對于沉降差、傾斜、局部傾斜結果,用戶可以通過軟件的【兩點沉降差】來自行檢查。

2沉降計算方法規范規定
地基規范5.3.5

計算地基變形時,地基內的應力分布,可采用各向同性均質線性變形體理論。其最終變形量可按下式進行計算:

式中:

s——地基最終變形量(mm);

s′——按分層總和法計算出的地基變形量(mm);

ψs——沉降計算經驗系數,根據地區沉降觀測資料及經驗確定,無地區經驗時可根據變形計算深度范圍內壓縮模量的當量值(Es)、基底附加壓力按表535取值;

n——地基變形計算深度范圍內所劃分的土層數(535);

p0——相應于作用的準永久組合時基礎底面處的附加壓力(kPa);

Esi——基礎底面下第i層土的壓縮模量(MPa),應取土的自重壓力至土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段計算;

zi、zi-1——基礎底面至第i層土、第i-1層土底面的距離(m);

ai、ai-1——基礎底面計算點至第i層土、第i-1層土底面范圍內平均附加應力系數,可按本規范附錄K采用。

從《地基規范》第5.3.5條總結沉降計算的基本要點

1地基內的應力分布,可采用各向同性均質線性變形體理論。彈性半無限體地基模型Boussinesq計算表面力(地梁、獨基、筏板單元)引起的應力分布Mindlin計算空間任意力(樁側阻力和樁端阻力)引起的應力分布;

2按分層總和法計算出地基變形量,并引入沉降計算經驗系數,對分層總和法的結果進行修正;

3)地質資料參數中影響沉降結果的最重要指標是土的壓縮模量(MPa),應取土的自重壓力至土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段計算。

《地基規范》附錄R 樁基礎最終沉降量計算

R01 樁基礎最終沉降量的計算采用單向壓縮分層總和法:

式中:s——樁基最終計算沉降量(mm);

m——樁端平面以下壓縮層范圍內土層總數;

Esj,i——樁端平面下第j層土第i個分層在自重應力至自重應力加附加應力作用段的壓縮模量(MPa);

nj——樁端平面下第j層土的計算分層數;

hj,i——樁端平面下第j層土的第i個分層厚度,(m);

σj,i——樁端平面下第j層土第i個分層的豎向附加應力(kPa),可分別按本附錄第R.0.2條和第R.0.4條的規定計算;

ψp ——樁基沉降計算經驗系數,各地區應根據當地的工程實測資料統計對比確定。

R02 采用實體深基礎計算樁基礎最終沉降量時,采用單向壓縮分層總和法按本規范第535條~第538條的有關公式計算。

R04 給出了采用明德林應力公式方法進行樁基礎沉降計算的規定。

《地基規范》附錄R可以看出

1樁基礎按分層總和法計算出地基變形量,并引入沉降計算經驗系數,對分層總和法的結果進行修正。

2樁基沉降可以采用R02實體深基礎計算或者R04明德林應力公式方法,兩者都是采用分層總和法。區別在于附加應力計算一個采用Boussinesq、一個采用Mindlin計算;沉降經驗系數規定也不同。

《樁基規范》樁基礎沉降計算

556 對于樁中心距不大于6倍樁徑的樁基,其最終沉降量計算可采用等效作用分層總和法。

注意:《樁基規范》5.5.6條的方法與《地基規范》附錄R01等代實體深基礎公式的區別是增加了一個樁基等效沉降系數,所以稱為等效作用分層總和法。

5514 對于單樁、單排樁、樁中心距大于6倍樁徑的疏樁基礎的沉降計算應符合下列規定:

1 承臺底地基土不分擔荷載的樁基。樁端平面以下地基中由基樁引起的附加應力,按考慮樁徑影響的明德林(Mindlin)解附錄F計算確定。將沉降計算點水平面影響范圍內各基樁對應力計算點產生的附加應力疊加,采用單向壓縮分層總和法計算土層的沉降,并計入樁身壓縮se。

2 承臺底地基土分擔荷載的復合樁基。將承臺底土壓力對地基中某點產生的附加應力按Boussinesq解(附錄D)計算,與基樁產生的附加應力疊加,采用同本條第1款相同方法計算沉降。

軟件提供了按實體深基礎計算(只有一個沉降值)Mindlin計算(每樁一個沉降值)兩種方法計算樁承臺,參數設置見下圖:

《地基規范》關于回彈再壓縮的規定

《地基規范》5.3.10給出了地基土的回彈變形量計算公式。

《地基規范》5.3.11給出了地基土的回彈再壓縮變形計算公式。

當建筑物地下室基礎埋置較深時(大于5米),基礎沉降應考慮回彈再壓縮變形,否則可能會出現由于土自重應力大于土反力而附應力為0沉降為0的結果。

《地基規范》關于土層厚度和總深度的規定

《地基規范》第5.3.7地基變形計算深度zn應符合式(5. 3. 7)的規定。當計算深度下部仍有較軟土層時,應繼續計算。

5.3.7

式中:△s′i——在計算深度范圍內,第i層土的計算變形值(mm);

s′n——在由計算深度向上取厚度為△z的土層計算變形值(mm),△z按表5. 3. 7確定。

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

《樁基規范》關于土層厚度和總深度的規定

《樁基規范》第5.5.15條:對于單樁、單排樁、疏樁復合樁基礎的最終沉降計算深度Zn,可按應力比法確定,即Zn處由樁引起的附加應力、由承臺土壓力引起的附加應力與土的自重應力符合下式要求:

而上海市的地基基礎設計規范7.4.3條:壓縮層厚度應自計算點所處樁位的樁端平面算至土層附加應力等于土層自重應力的10%處止。附加應力計算時應考慮相鄰基礎的影響。

沉降經驗系數的規范規定

1建筑地基基礎設計規范GB 50007-20115.3.5

給出了分層總和法的沉降計算經驗系數計算方法,見5.3.5。

適用于獨基、地梁、條基、筏板等基礎。

2建筑地基基礎設計規范GB 50007-2011附錄R .0.3

實體深基礎樁基沉降計算經驗系數ψps應根據地區樁基礎沉降觀測資料及經驗統計確定。在不具備條件時,ψps值可按表R03選用。

3建筑地基基礎設計規范GB 50007-2011附錄R .0.5

采用明德林應力公式計算樁基礎最終沉降量時,相應于作用的準永久組合時,軸心豎向力作用下單樁附加荷載的樁端阻力比α和樁基沉降計算經驗系數ψpm應根據當地工程的實測資料統計確定。無地區經驗時,ψpm值可按表R. 05選用。

4樁基規范等效作用分層的等效沉降系數和沉降經驗系數

樁基規范5.5.9條: 樁基等效沉降系數ψe可按下列公式簡化計算:

5.5.9-1

5.5.9-2

式中:nb——矩形布樁時的短邊布樁數,當布樁不規則時可按式(5.5.9-2)近似計算,nb>1; nb=1時,可按本規范式(5.5.14)計算;

C0、C1、C2——根據群樁樁徑比Sa/d、長徑比L/d及基礎長寬比Lc/Bc,按本規范附錄E確定;

Lc、Bc、n——分布為矩形承臺的長、寬及總樁數。

樁基規范5.5.11條給出了樁基沉降經驗系數ψ的表,見下表:

可見《樁基規范》的等效作用分層法與《地基規范》的實體深基礎計算方法比較:

1)均是采用彈性半空間表面荷載下Boussinesq應力解計算附加應力,用分層總和法計算沉降。

2《樁基規范》的等效作用分層法增加了一個等效沉降系數ψe。

3)沉降經驗系數計算有所差異。

2 沉降計算基本原理及軟件計算過程

1沉降計算基本原理

在荷載作用下,地基土將在x,y,z三個方向發生變形,其中z向的變形將引起基礎的沉降。過大的沉降不僅影響建筑物的正常使用,而且還會造成建筑物結構的損壞,為保證建筑物的安全性和正常使用,必須對地基變形特別是不均勻沉降加以控制。

沉降的大小主要取決于土的壓縮性(地質資料中的壓縮模量參數)和建筑物的荷載,并與基礎的面積、埋深和形狀有關。沉降的計算示意如下圖:

沉降計算基本要素,可以總結如下:

1)沉降是壓力引起的,即各類基礎的地基反力/樁反力引起

各類基礎的地基反力計算原則是:(1)簡單獨立基礎、條形基礎、簡單承臺等非有限元基礎平均反力假定計算,其反力等效為一個矩形均布荷載;(2)有限元基礎(包括筏板、地基梁及復雜獨立基礎、復雜承臺)反力按有限元計算的反力,筏板單元、地基梁基礎按矩形均勻荷載,樁反力按考慮樁徑影響的力分布(一般分摩擦型、端承型分布模式)。

有限元基礎沉降計算依賴于土反力分布,土反力分布依賴于樁土剛度;而樁土剛度依賴沉降結果。所以必須采用迭代方法才能準確地得到土實際反力分布、沉降以及樁土剛度。

YJK基礎軟件提供了基于位移和沉降一致為目標的迭代沉降計算方法,可以更加準確得到實際土反力分布及沉降結果。

2)按分層總和法計算沉降,附加應力大小和土壓縮模量是決定性要素

各層土的沉降值由本層土的附加應力大小和土壓縮模量決定,即 ,附加應力越大,沉降越大;壓縮模量越小,沉降越大。

非樁基礎土層分層厚度、最大深度《地基規范》第5.3.7條執行;樁基按1米厚度,最大深度按《樁基規范》第5.5.15條,如果選擇了《上海地基規范》執行上海市的《地基基礎設計規范》第7.4.3,見下圖:

土層分層厚度、最大深度還可以由用戶直接指定,見下圖:

3)考慮荷載對沉降的相互影響,相互影響距離越大沉降越大

疊加各荷載對某沉降點的應力貢獻考慮荷載對沉降的相互影響,所以相互影響距離越大沉降結果越大。樁基,考慮相互影響距離根據《樁基規范》第5.5.14條取0.6倍樁長為半徑范圍;其他基礎無規范規定,實踐中多取3~20米。

計算各荷載對某沉降點的應力貢獻時,各類表面力(非樁基礎的地基反力)按Boussinesq;樁反力按考慮樁徑影響的Mindlin。

4)沉降計算經驗系數

地基總是由不同的土層組成,因此分層總和法是計算沉降量最常用的方法。但是,由于理論上做了一些與實際情況不完全符合的假設以及其他影響因素,計算值往往與實測值不盡相符,甚至相差很大。我國規范通過引入沉降計算經驗系數,對分層總和法的結果進行修正,得到最終沉降量。

對上述理論計算值按規范規定考慮沉降計算經驗系數進行修正。

2回彈再壓縮計算原理

基坑開挖后,由于地基卸載,基坑底會出現回彈變形。在新增荷載作用下,又發生再壓縮變形。特別對于一些高層建筑,由于基礎埋置較深,地基的回彈再壓縮變形往往在總沉降中占重要地位。某些高層建筑設置3~4層(甚至更多)地下室時,總荷載有可能等于或小于該深度土的自重壓力,這高層建筑地基沉降變形將由地基回彈再壓縮變形決定。

當勾選沉降計算考慮回彈再壓縮時,計算最終沉降量時計入回彈再壓縮變形,并認為各層地基土的回彈再壓縮模量與壓縮模量之比為定值——“回彈再壓縮模量與壓縮模量之比。

一般來說,坑底土的回彈變形受到側壁的約束,呈現邊緣、中間的趨勢。因此,再壓縮變形的起始面應該是一個曲面。軟件中,認為起始面的再壓縮變形量都為0。

8.6.22? 再壓縮變形的起始面

在軟件中,筏板被劃分成若干板單元,認為每個板單元下的基底壓力各不相同,因此,各個板單元下的再壓縮變形也各不相同。軟件按下式計算各個板元下地基土的再壓縮變形:

????????????? ????????????? ???????????????? (25

式中:

——

再壓縮變形經驗系數,取1.0;

N

——

計算土層數,按變形比確定;

——

i層土,用于計算再壓縮變形的豎向應力;

Esi

——

i層土的壓縮模量;

△Z

——

計算土層厚度,程序中取1.0m。

用于計算再壓縮變形的豎向應力由本單元及其附近單元下的基底壓力引起,其值符合Boussinesq解及其積分形式。用于計算再壓縮變形的基底壓力符合以下規定:

????????????? ????????????? 26

????????????? ????????????? 27

式中:

P

上部荷載準永久值組合下,各板元下的基底壓力;

Pc

開挖土的自重應力。

3軟件中沉降計算的基本流程

沉降計算程序流程如下:







沉降計算在總流程中的位置????????????? 沉降計算流程圖

沉降計算的流程如下:

1步:接力基礎建模模塊,讀入各類基礎的尺寸、埋深等信息;接力地質資料模塊,讀入各勘探點下的土層分布信息;接力設計分析模塊,讀入基底壓力和樁反力。

2步:扣除土自重應力,得到基底附加壓力和樁頂附加荷載。

3步:計算地基土附加應力分布。

第4步:視不同基礎類型,按相應規范條文計算最終沉降量。

第5步:以圖形和文本的方式表達計算結果。在圖形顯示時,可切換至等值線模式或維云圖模式,更直觀的查看計算結果。

?

注意:基坑開挖引起地基土卸載,土的彈性效應使基坑底面產生一定的回彈,隨著基礎施工進展直至建筑物加載等于開挖基坑的土重,會發生回彈后的再壓縮變形。如果基礎埋置比較深(超過5米),這部分變形引起的沉降也應計入最終沉降量。

4軟件中各類基礎沉降計算的三情況

1)獨立基礎、地基梁、筏板

依據《地基規范》第5.3.5條進行計算,包括計算厚度、計算深度、沉降經驗系數均采用該條規定。

2)承臺按等效作用分層總和法

依據《樁基規范》5.5.6條進行計算,簡稱為等效作用分層總和法,或稱為實體深基礎計算方法(地基規范的法)。

3)單樁沉降(承臺選擇按Mindlin方法、樁筏、梁下布樁)

依據《樁基規范》5514條進行計算,簡稱為Mindlin方法。

3 沉降計算的參數設置

沉降計算的有關參數見下圖:

【迭代計算】

建議勾選。

對于樁筏筏板彈性地基梁等整體有限元基礎,采用迭代計算方法能更準確得到土反力的分布,沉降計算結果更加接近實際情況。

【考慮相互影響距離】

根據《樁基規范》5.5.14條,考慮相互影響距離建議0.6倍樁長為半徑的范圍。土相互影響距離無規范具體規定,實踐中多取320米。

軟件區分mindlin方法(單樁)、分層總和法(土)為兩個參數,見下圖:

相互影響距離越大,沉降計算結果就越大。對該參數的使用建議是:(1)使用mindlin方法,可按規范規定取0.6倍樁長;(2)分層總和法、等效作用法的相互影響距離無具體規范規定,建議一般取值在20m以內。

【沉降經驗系數】

該參數也區分mindlin方法(單樁)、分層總和法(土)設置為兩個參數。

【分層總和、等效作用法的沉降經驗系數】

適用于獨立基礎、地基梁、條基、筏板及選擇【等效作用法】的承臺基礎,界面見下圖:

輸入1.0時自動按規范公式計算,具體是:

獨立基礎、地基梁、條基、筏板等非樁基礎執行建筑地基基礎設計規范GB 50007-20115.3.5給出的分層總和法的沉降計算經驗系數計算方法,見5.3.5。

選擇【等效作用法】的承臺基礎執行的是樁基規范5.5.9條給出了樁基等效沉降系數、5.5.11條給出了樁基沉降經驗系數。

注意:承臺基礎如想執行建筑地基基礎設計規范GB 50007-2011附錄R .0.3規定,目前版本需要用戶估算系數自行填入

可以考慮增加承臺計算方法選項,地基所建議

。

Mindlin的沉降經驗系數】

適用于樁筏、按有限元計算的復雜承臺、梁下布樁及選擇【Mindlin】的承臺基礎,界面見下圖:

?

mindlin計算方法計算單樁沉降,需要用戶輸入經驗系數值。可參照《建筑地基基礎設計規范GB 50007-2011附錄R .0.5有關規定。

承臺沉降計算方法

見下圖:

包括【等效作用法】和【Mindlin】方法兩個選項,分別對應《樁基規范》5.5.6條的等效作用分層法、《樁基規范》第5.5.14條的Mindlin方法。

回彈再壓縮

見下圖。

基礎埋深超過5.0米時建議考慮,否則會出現由于土反力大于地基反力導致地基附加力為0,沉降計算結果為0。

回彈再壓縮有關參數如無地勘數據,可以采用軟件初始默認值。

Mindlin方法的端阻力α、側阻力β參數

根據《樁基規范》附錄F有關規定,樁反力的分布包括樁端、樁身均勻、樁身線性增長三種模式,其比例分別為α、β、1-α-β,見下圖:

參數為設置α、β/1 α),見下圖。

摩擦型樁α設為0、端承樁α設為1.0。樁基規范》附錄F.0.3建議樁側分布一般按均布,即可以設置β/1 α)為1;而取0將模擬側阻力沿樁身線性增長

目前無法適應多樁型共存的工程。

。

4 基底附加壓力、樁頂附加荷載的計算

1計算原理

一般的天然土層,在自重應力的長期作用下,變形早已完成,只有增加于地基上的壓力P0,才能引起地基產生新的變形。基底附加壓力P0按下式計算:

????????????? ??????????????????????? (2

式中:

P

由上部荷載、基礎自重、覆土(回填土)重引起的基底壓力。這種壓力分布在基礎與地基的接觸面上,因此又被稱為接觸壓力;

根據孔口標高和水頭標高,計算基底以上土的加權平均浮重度,根據地質資料各層土的重度確定;

d

埋深, 根據地質資料的孔口標高與基礎底標高的高度差確定。

計算參數對話框

不同類型的基礎,基底壓力P的含義不同,程序自動按基礎類型取相應的值:

1)筏板:每個單元下的基底壓力P各不相同,它們來自整體式基礎有限元分析的結果。

2)地基梁:有限元計算時一根地基梁被劃分成N個小梁段。因此,程序將連續分布的基底壓力離散成每個小梁段的基底壓力Pi。


Pi

柱荷載

地基梁

Pi

?


??? 筏板基底壓力P示意圖????????????????? 地基梁基底壓力P示意圖

3)獨立基礎:認為獨立基礎下的基底壓力均勻分布。

4)樁承臺基礎:將承臺、樁、樁間土看做整體,基底壓力均勻分布,作用面位于樁端平面,而不是承臺底面。

獨立基礎和樁承臺基礎的基底壓力P按下式計算:

???????????????????? (3

式中:

F

上部荷載的準永久值組合;

G

基礎自重和覆土重之和。

??? 獨立基礎的基底壓力????????? ? 樁承臺基礎的基底壓力

樁筏基礎的壓縮層位于樁端平面以下,只有在新增應力的作用下,地基土才會發生新的變形。新增應力與樁頂附加荷載有關,當考慮樁間土分擔荷載時,還與承臺底的土壓力有關。

樁筏基礎樁頂附加荷載就是準永久值組合下的樁反力,承臺樁頂附加荷載Q0按下式計算:

?? ????????????? ????????????? ??????????????? (4

式中:

Q

樁頂反力,由上部結構荷載、筏板自重、覆土重引起。程序中用的Q整體式基礎有限元分析的結果;

基底以上土的加權平均重度;

d

筏板的埋深;

A

筏板的面積;

n

樁數。

2基底附加壓力、樁頂附加荷載的查看

在【基礎計算及結果輸出】【基礎沉降】中可以查看基底附加壓力、樁頂附加荷載的結果,見下圖:

5 附加應力計算

基底附加壓力和樁頂附加荷載的作用下,土中產生附加應力,進而產生變形,造成基礎沉降。計算附加應力,是沉降計算的關鍵一步。程序中,采用彈性半無限體地基模型Boussinesq解和Mindlin解,考慮基礎之間的互相影響,采用應力疊加原理,計算附加應力。其中,Boussinesq解給出的是荷載作用于彈性半無限體表面的應力解,可用于計算獨立基礎、樁承臺基礎、筏板下的附加應力;Mindlin解給出的是荷載作用于彈性半無限體內部的應力解,可用于計算樁基礎下的附加應力。

1獨基、樁承臺、筏板下的附加應力

獨立基礎形心下的附加應力按下式計算:

????????????? ????????????? ?????????? (5

式中:

i個獨立基礎下的基底附加壓力(kN/m2);

j個獨基單位均布壓力下,對第i個獨基中心點深度z處引起的豎向應力。由Boussinesq公式及其積分形式給出:

????????????? 6?????????????

式中各變量的含義見下圖:

獨立基礎附加應力計算簡圖

樁承臺基礎形心下的附加應力采用與獨立基礎相同的方法,不同的是:獨立基礎中z為應力計算點到獨基底面的深度,樁承臺基礎中z為應力計算點到樁端平面的深度。

對于筏板基礎、地基梁基礎,程序將其劃分成若干單元,認為每個單元下的基底附加壓力各不相同,各單元形心下的附加應力,不僅受本單元下基底壓力的影響,還受其他單元的影響。軟件中采用分塊集中力法計算各板元下的應力分布:

????????????? ????????????? ??????????? (7

式中:

i單元下的基底附加壓力;

j單元單位均布壓力下,對i單元中心點深度z處引起的壓應力。由Boussinesq公式及其積分形式給出。

筏板附加應力計算簡圖

2常規樁基下的附加應力

樁基礎壓縮層的附加應力,由樁頂附加荷載引起。程序根據樁在土中的工作性狀,將樁側阻力和樁端阻力簡化為作用在彈性半無限體內不同深度處的集中力,按《樁基規范》(JGJ94-2008)附錄F給出的考慮樁徑影響的Mindlin應力影響系數,求解樁端壓縮層的附加應力。群樁荷載作用下,樁端壓縮層深度z處的附加應力,不僅由本樁引起,還受其他樁的影響,二者按下式疊加:

????????????? ????????????? 8

式中:

m

樁數;

σz,i

樁端壓縮層的豎向應力,z為應力計算點距離樁頂的深度;

σzp,ij

端阻力對應力計算點引起的附加應力;

σzsr,ij

均勻分布側阻力對應力計算點產生的附加應力;

σzst,ij

三角分布側阻力對應力計算點產生的附加應力。

????????????? ,,????????????? 9

式中:

l

樁長;

、、

考慮樁徑影響的Mindlin應力影響系數,軟件已將《樁基規范》(JGJ94-2008)附錄FMindlin應力影響系數表編制到程序中;

Q

樁頂附加荷載。

樁頂附加荷載與樁側阻力、樁端阻力組成平衡力系:

????????????? ????????????? ???????? (10

式中:

樁端阻力;

均勻分布樁側阻力;

三角分布樁側阻力;

樁端阻力比;

均勻分布側阻力占總側阻力的比例,程序默認取0。


=

+

+

Q

αQ

βQ

(1-α-β)Q


?

樁頂附加荷載與端阻力、側阻力組成的平衡力系

當勾選自動計算Mindlin應力公式中的樁端阻力比時,程序根據極限端阻力、側阻力標準值計算,否則以用戶指定的為準。自動計算遵循下式:

????????????? ????????????? ????????????????????? (11

式中:

Qpk

極限端阻力標準值;

Qsk

極限側阻力標準值,程序中按《樁基規范》(JGJ94-20085.3節相關規定計算QpkQsk。

在計算參數對話框中輸入樁端阻力比

對于變剛度布樁的基礎,長、短樁之間的互相影響按以下原則計算:

長樁下的計算點,計入短樁引起的附加應力

短樁下的計算點,若位于長樁的樁端平面以上,則不計長樁影響,若位于樁端平面以下,則計入長樁引起的附加應力。

長、短樁之間的互相影響

3復合樁基下的附加應力

對于考慮樁間土貢獻的復合樁基,計算樁端壓縮層的附加應力時還應考慮承臺底的土壓力。其中,承臺底土壓力對地基中某點產生的附加應力按Boussinesq解計算,并與基樁產生的附加應力疊加:

????????????? ????????????? ??????? (12

式中:

n

板單元數目;

m

樁數;

i下的附加應力;

單元j下基底附加壓力Pj對計算點引起的附加應力;

,、,

j的端阻力、均勻分布側阻力、三角分布側阻力對計算點引起的附加應力。

?

復合樁基下附加應力計算簡圖

4考慮基礎之間的互相影響

基礎之間的互相影響是普遍存在的,最終的附加應力,都應按疊加原理求和計算。特別對于一些帶裙房的高層建筑,主樓下采用樁筏基礎,裙房下采用樁承臺基礎或獨立基礎,主樓基礎對群房基礎的沉降有顯著的影響。在程序中,對不同的基礎下的附加應力,都按照Boussinesq+Mindlin的原理進行計算。

考慮基礎之間的互相影響距離越大,沉降越大。

根據《樁基規范》5.5.14條,考慮相互影響距離建議0.6倍樁長為半徑的范圍。土相互影響距離無規范具體規定,實踐中多取3到20米。

6 各類基礎的沉降計算方法

實際上,地基總是由不同的土層組成,《建筑地基基礎設計規范》、《樁基規范》和《箱筏規范》中關于最終變形量的計算公式,都是基于分層總和法的基本原理,并考慮實際觀測值和理論計算值的統計誤差,加以修正。壓縮層厚度,根據規范要求,按應力比變形比控制。

各類基礎的沉降計算方法可以用下圖來示意:

各類基礎的沉降計算規定方法,包括《地基規范》第5.3.5條、地基規范》附錄R、《樁基規范》5.5.65514,均可以統一用下式表達:

其要點如下:

1按分層總和法計算沉降,是基本方法;

2單層土的沉降量由附加應力、壓縮模量決定;

附加應力由考慮相關范圍內的基礎反力疊加得到,附加應力計算時按“Boussinesq解+mindlin解”求解。

3)對沉降計算值乘以沉降計算經驗系數進行修正,不同基礎類型修正系數執行不同規定。

1簡單獨立基礎的沉降

只計算中心處的沉降,每個獨立基礎給出形心點一個沉降值。

其要點是:

1)依據《地基規范》第5.3.5條進行沉降計算,沉降計算土層厚度、深度及沉降計算經驗系數均執行該條規定;

2)簡單獨立基礎地基反力及附加反力按平均反力假定進行計算;

2按【等效作用法】求解的樁承臺基礎的沉降

勾選【等效作用法】計算承臺沉降時,見下圖:

按承臺、樁、樁間土組成的等代墩體,按《樁基規范》5.5.6等效作用分層總和法計算墩體形心處的沉降,每個墩體給出一個沉降值。

沉降計算經驗系數包括兩項進行連乘1樁基規范5.5.9條的樁基等效作用系數ψe;2樁基規范5.5.11條給出的樁基沉降計算經驗系數ψ。

3筏板(包括有限元計算的復雜獨立基礎承臺)、地基梁的沉降

計算每個板有限元單元中心處的沉降,一塊筏板按單元給出若干個沉降值。同理,計算每個梁單元中心處的沉降,一根地基梁按單元給出若干個沉降值。

其要點是:

1)依據《地基規范》第5.3.5條進行沉降計算,沉降計算土層厚度、深度及沉降計算經驗系數均執行該條規定;

2按有限元實際反力分布計算附加力,是否考慮【沉降迭代】影響反力分布及沉降結果。

4樁筏基礎、梁下布樁基礎及按mindlin求解承臺的沉降

計算每根樁的樁端沉降和樁身壓縮,取二者之和作為樁頂的沉降。

需要用戶輸入經驗系數值。可參照《建筑地基基礎設計規范GB 50007-2011附錄R .0.5有關規定。

筏板的沉降,通過等值線圖來表達:

7 沉降迭代計算

1位移與沉降計算過程的不同

位移:按有限單元法計算。根據總剛度方程,按有限元求解位移δ,,這里δ是板的彈性位移或變形。

沉降按分層總和法計算。在得到節點位移后,計算基底壓力、附加壓力,再分層總和計算沉降。計算過程如下:

1沉降試算確定初始樁剛度和基床反力系數;

2總剛度方程,有限元求解位移; Kδ=F? (δ板的彈性位移或變形,不是沉降s);

3節點位移換算成樁、土等效彈簧的變形量,得到樁頂荷載(樁反力)和基底壓力;

4)根據樁頂附加荷載和基底附加壓力,按分層總和法計算沉降。

所以位移與最終沉降在實際工程中計算結果是完全不同的,用戶常常容易混淆者的區別。

所以, 可以得到結論:基床系數K越大,則位移δ越小。

沉降考慮基礎相互影響,總附加反力是不變的,影響沉降的是基底壓力(樁反力)分布,基床系數通過影響基底壓力(樁反力)分布改變沉降結果,一般是部分區域沉降變大部分減小。

2YJK提出的沉降迭代計算原理

前面講述了基礎線性計算的基床系數沉降、位移δ與最終沉降是完全不同的。

考慮到大部分情況下基礎與樁土未脫離,板底樁底沉降和位移從理論上數值應該是相等的。而線性分析無法一次計算得到一致的位移和沉降,于是樁剛度和土基床系數的非線性屬性和沉降計算的非線性就有必要考慮了,程序提供了需要兩者協調時的迭代計算方法進行求解。

???

圖-9沉降迭代計算用戶界面

基礎沉降的多次迭代計算過程如下:

(1)沉降試算,確定初始樁剛度和基床系數的初始值K0;

(2)有限元計算,得到基底壓力Pi和位移δi;

(3)按分層總和法計算沉降Si;

(4)判斷位移δi是否等于沉降Si,若不等于,說明K需要修正。按Pi/Si修正基床系數K。若等于,說明K取值合理,位移等于沉降;

(5)多次迭代直到位移和沉降重合。

從迭代過程可以看出,由于基礎計算中考慮了上部結構剛度,基礎計算采用了整體有限元計算,沉降計算采用分層總和法,并考慮基礎間的互相影響,迭代以有限元位移值和沉降值一致為目標,因此,這種沉降計算體現了上部結構、基礎、地基的綜合因素。

比較沉降不迭代和迭代計算結果,一般迭代后的沉降值和沉降差減少,土和樁之間的反力差增大,剛度呈現外大里小的倒鍋蓋形分布。

具體應用需注意以下內容:

1軟件對于沉降計算的準永久組合按獨立的沉降模型進行計算,也就是說,軟件對沉降迭代計算采用了另外一個不同于原有的用于承載力、配筋設計基本模型獨立模型。所以選擇迭代計算沉降,只影響沉降的計算結果,不影響承載力、配筋等其他結果。承載力、配筋計算分別是標準組合和基本組合(即基本模型)。基床系數、樁剛度查看區分【沉降模型】、【基本模型】,見下圖:

2如果需要實現承載力、配筋結果計算用的基本模型也采用沉降迭代后的剛度,則需要計算兩次。第一次在【高級選項】勾選【“基本模型”采用“沉降模型”的樁土剛度】,第二次不要再【生成數據】勾選【“基本模型”采用“沉降模型”的樁土剛度】進行計算。

現在我們一般工程的基礎承載力、配筋設計都不考慮沉降迭代的樁土剛度,已經比較成熟了,迭代的樁土剛度減小沉降差同時會使大多數工程的內力配筋增大很多,除非是上部荷載與地質資料都比較均勻的基礎類型。

3沉降迭代收斂誤差控制建議為預計最大沉降的5%,最大次數一般建議在10次以內,軟件最大允許迭代次數為50次。

4按“彈性地基梁板法”整體有限元計算的基礎才進行迭代計算沉降,選擇“倒樓蓋法”計算不能迭代計算。

?

3某工程平筏基礎沉降迭代算例

經過6次迭代計算的結果如下:

?????

不迭代的基床系數(每點相同)?????????????? 迭代后的基床系數(每點不同)

不迭代的沉降圖?????????????????????????????? 不迭代的位移圖

迭代后的沉降圖???????????????????????????????? 迭代后的位移圖

4復合樁基沉降迭代算例

沉降迭代計算也適合于計算類似于一片區域有樁(主樓)、一片區域無樁(裙房)復合樁基礎,這種基礎由于有樁主樓一定能夠計算出樁沉降、而無樁裙房一般附加荷載很小或為0,造成一塊筏板內部會產生很大的沉降差。以如下基礎為例:

主樓下基床系數為0,裙房區域基床系數為10000。

如果不進行沉降迭代,主樓樁沉降與裙房區域沉降差異很大,而經過沉降迭代后,主樓樁剛度與裙房區的基床系數都是變化的:

經過5次沉降迭代后,主樓與裙房區的沉降與位移協調了,并且主樓下面的樁沉降與板沉降也協調了,主樓與裙房區的沉降圖、位移圖如下:

8 沉降計算結果查看

1沉降圖形結果

軟件在【基礎計算及結果輸出】【基礎沉降】中給出了多種沉降有關的圖形結果,用戶界面見下圖:

軟件給出了多種圖形結果,包括:

沉降等值線圖】

根據沉降計算對象(單樁、板元)的沉降結果,繪制出沉降等值線。

無論是否勾選【考慮回彈再壓縮】,板元沉降都是未考慮回彈再壓縮的沉降值。本結果只能作為不用考慮回彈再壓縮情況下的沉降驗算依據。

【位移等值線圖】

根據各節點的有限元計算的彈性位移結果繪制的等值線,不是沉降。

【筏板中心點平均沉降及回彈再壓縮變形】

按平均反力假定計算的筏板中心點沉降有關結果(平均沉降、回彈量、回彈再壓縮變形量),即每塊筏板只標注一組沉降數值。

與【沉降計算書】的文本結果是一致的,可以查看詳細的計算過程。但是該結果是按平均反力假定計算得到的,不能作為最終沉降結果的驗算依據。

回彈再壓縮變形等值線圖

如果基礎埋深超過5.0米時建議考慮回彈再壓縮,這里給出板元回彈再驗算結果的等值線圖。

沉降+回彈再壓縮變形等值線圖

基礎埋深超過5.0米時考慮回彈再壓縮,此時最終的沉降結果應該是沉降+回彈再壓縮變形,所以應該此結果為沉降驗算依據。

2沉降計算書

查看沉降計算書分幾種情況:

1)筏板中心點沉降計算書

點擊【沉降計算書】,然后選中要查看的筏板,軟件彈出沉降計算書,其給出的是按平均反力假定計算的筏板中心點沉降有關結果的計算過程及結果,見下圖:

筏板中心點沉降計算書,不是沉降等值線結果的計算書。一般也不能作為沉降驗算的最終依據。

2筏板板元沉降計算書

筏板(包括有限元計算的復雜獨立基礎)的沉降計算以板元為基本單元,這樣計算的筏板結果才會符合實際出現各處有差異。沉降以板元結果為依據,通過等值線方式進行沉降結果圖形展示。

查看具體板元計算書,操作步驟如下:

第一步:【基礎沉降】【沉降等值線圖】中,勾選【單元邊線】,繪制出有限元單元網格線,見下圖。該步也可直接點擊【網格劃分】,只要有網格劃分結果(單元邊線)即可。

第二步:點擊【構件信息】,選中要看出的單元邊線,彈出該單元的各項內容計算書,找到沉降計算部分,見下圖:

3單樁沉降計算書

【基礎沉降】【沉降等值線圖】中(或其他有樁的圖形中均可),點擊【構件信息】,選中要看出的樁,彈出該樁的各項內容計算書,找到沉降計算部分,見下圖:

4地基梁沉降計算書

在【基礎沉降】【沉降等值線圖】中(或其他有地基梁的圖形中均可),點擊【構件信息】,選中要看出的地基梁,彈出該地基梁的各項內容計算書,找到沉降計算部分即可。

5)獨立基礎沉降計算書

獨立基礎分簡單獨立基礎、有限元獨立基礎兩種。兩種獨立基礎的沉降計算書都是通過構件信息查看。區別在于:前者選擇獨基邊線;后者同筏板選擇板元邊線。

6)承臺沉降計算書

承臺沉降軟件提供了【等效作用法】、【mindlin方法】兩種計算方法。兩種獨立基礎的沉降計算書都是通過構件信息查看。區別在于:【等效作用法】選擇選擇承臺來查看;mindlin方法】單樁選擇樁來查看。

7)砌體條基沉降計算書

在【基礎沉降】【沉降等值線圖】中(或其他有砌體條基的圖形中均可),點擊【構件信息】,選中要看出的砌體條基,彈出該砌體條基的各項內容計算書,找到沉降計算部分即可。

?

?

9 沉降計算常見問題及案例

1 土層壓縮模量、基床系數與位移、沉降的關系

1)基床系數取值與地質資料中的土層壓縮模量E關系

基床系數取值與地質資料中的土層壓縮模量E正相關,即土層壓縮模量越大土質越好,則基床系數取值應該越大。

如果選擇軟件自動根據地質資料試算基床系數,則能體現這個規律;如果是用戶直接指定或者修改基床系數,則由用戶決定是否體現基床系數取值與地質資料中的土層壓縮模量E正相關關系。

2)基床系數與位移關系

基床系數大小會反應在土彈簧的剛度中。而位移與剛度的關系體現為有限元方程式:

K*δ=F

其中: K 總剛度矩陣;

δ位移;

F 荷載向量;

所以基床系數和位移是反比例關系,即整體基床系數越大,沉降越小。

土層壓縮模量與位移無直接關系。

3)基床系數、土壓縮模量E與沉降關系

沉降值由本層土的附加應力大小和土壓縮模量決定,即 ,附加應力越大,沉降越大;壓縮模量越小,沉降越大。

而基床系數大小只會一定程度上影響樁土壓力分布,從而影響附加應力大小,而且基床系數會使得附加應力值,部分區域增大,部分區域變小。

這里要注意一個常見的誤解:基床系數越大,沉降越小。因為人為指定修改基床系數,只會改變基底壓力分布,間接調整了各處的附加應力大小,如果地質資料中壓縮模量不變情況下,沉降結果變化不大,一般部分區域增加,部分區域減少。

2 沉降結果為0

沉降是基底附加壓力、樁頂附加荷載等力所引起的,所以沉降為0一定是基底附加壓力、樁頂附加荷載0。

一般有兩種情況引起:

1)地質資料的孔口標高輸出信息有誤,導致土自重應力過大

通過【地質資料】【三維土層】檢查地質資料標高是否明顯錯誤,下圖某錯誤地質資料的案例

然后查看【標準孔點】的【結構正負0對應的地質資料標高和【孔點編輯】的【孔口標高】并修改正確,見下圖:

?

?

2)基礎埋置較深,導致土自重應力大于上部結構荷載引起基底附加壓力、樁頂附加荷載0。此種情況下,應該勾選【考慮回彈再壓縮】以沉降+回彈再壓縮變形作為最終的沉降量,見下圖:

3平筏沉降突變——鋸齒狀沉降如何產生的

以某工程為例,沉降結果見下圖:

相鄰單元沉降差值很大,基本是地質資料產生的,可以查看板元沉降計算書(軟件操作參考本章第14.8沉降計算結果查看內容)來進行比較分析,見下圖:

可以看出:兩孔點對應的地質資料出現明顯差異,右圖中的沉降計算點位置的E=25的土層。

4樁筏沉降突變如何產生的

以某工程為例,沉降結果見下圖:

相鄰沉降差值很大,除了可能是地質資料產生的外,也可能由于計算土層控制深度不一致引起(單樁沉降深度判定依據《樁基規范》第5.5.15)。可以查看單樁沉降計算書(軟件操作參考本章第14.8沉降計算結果查看內容)來進行比較分析,見下圖:

5毫米沉降計算書如下圖,第一層土即滿足深度要求

C:\Documents and Settings\Administrator\My Documents\Tencent Files\136418460\Image\Image3\Q{XP@A6ALL05~414Z_)C%3O.jpg

12毫米沉降計算書如下

C:\Documents and Settings\Administrator\My Documents\Tencent Files\136418460\Image\Image3\OT)~Y$TY)OJATJLVIJB)986.jpg

第一層土不滿足計算深度要求,還要繼續計算下去,結果遇到土層壓縮模量突變,產生沉降突變。

5沉降計算考慮水浮力
1)沉降計算的水位

沉降計算應采用正常使用極限狀態下作用的準永久組合,那么沉降計算的水位一般不應該取抗浮設防水位(最高水位)或者歷史最低水位??刹捎贸D昶骄换蛘咂渌煽拷ㄗh值。

2)水浮力對沉降的影響及參數設置

水位對基礎沉降計算的影響體現在兩個方面:土自重應力計算、樁土反力計算。

軟件沒有獨立的沉降計算水位參數,對應土自重應力計算、樁土反力計算的水位參數分別是孔口水頭標高和最低水位參數。

土自重應力計算及孔口水位參數

土自重應力計算時,水位以下的土要取浮重度。孔口水頭標高設置見下圖:

如果不同位置水頭不同,可以通過孔點編輯來實現,見下圖:

水位越高,土自重應力越小,附加應力會減少,沉降越小。

樁土反力及最低水位參數

一般情況下,沉降計算時是不需要考慮水位對樁土反力的影響,即直接用1.0+0.5活的準永久組合樁土反力來計算沉降。

如果沉降計算水位高于基礎底板,那么可以考慮水位對樁土反力的減少作用,從而減少沉降值??赏ㄟ^設置最低水位來實現這種影響,參數設置界面見下圖:

這樣就可以在用于沉降計算的準永久組合中增加水浮力這一項,減少樁土反力,從而減少沉降。

對于內力、承載力計算也要考慮最低水位影響,且與沉降計算的水位不一致情況的工程。設計中要注意分兩個不同模型,分別設置對應的最低水位并取對應的設計驗算結果。

?

?

  • 北京群: 212816819
    天津群: 158293947
    山東群: 264356107
    濟南群: 84178739
    上海群: 137304688
    西北群: 307978548
    深圳群: 152239327
    湖北群: 426324028
    福建群: 228305842
    湖南群: 228305842
    廣東群: 205955153
    江蘇群: 379018799
    山西群: 819946442
    河北群: 
    369240994  
    河南群: 399287354
    新疆群: 325473696
    廣西群:
    310964293 
    貴州群:
    338109771 
    云南群:
    291834191 
    江西群:
    436751940 
    安徽群:
    204493842 
    重慶、成都群: 178715252
  • 微信二維碼

  • 010-5957-5867

超碰人人_超碰曰口干天天种夜夜爽_9久9久女女热精品视频