YJK基础专题讲座第5~8节

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内容大纲一．基础设计的荷载及软件应用要点二．复杂基础设计要点三．基于桩土非线性分析的抗浮、人防设计四．防水板设计要点五．基于上部基础土共同作用的迭代计算方法用于沉降计算六．基础冲切抗剪分析与传统软件的对比和改进七．YJK基础建模的主要特点八．YJK设计结果管理的主要特点九．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δ；Kδ=F(δ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一．基础设计的荷载及软件应用要点二．复杂基础设计要点三．基于桩土非线性分析的抗浮、人防设计四．防水板设计要点五．基于上部基础土共同作用的迭代计算方法用于沉降计算六．基础冲切抗剪分析与传统软件的对比和改进七．YJK基础建模的主要特点八．YJK设计结果管理的主要特点九．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40PKPMYJK内筒荷载951396936211地基反力354795786117冲切力596601150094安全系数0.61.89计算结果不同的原因采用平均基底压力采用按弹性地基法计算的基底压力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300~400mpa200~300mpa上部荷载16400、1730016600、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-JCJc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一．基础设计的荷载及软件应用要点二．复杂基础设计要点三．基于桩土非线性分析的抗浮、人防设计四．防水板设计要点五．基于上部基础土共同作用的迭代计算方法用于沉降计算六．基础冲切抗剪分析与传统软件的对比和改进七．YJK基础建模的主要特点八．YJK设计结果管理的主要特点九．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；l不依赖网格节点；l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