第3-4节-抗浮人防计算和防水板设计

YJK基础设计软件最新进展及工程应用案例分析北京盈建科软件股份有限公司2014年11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设计结果的管理的主要特点九．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3节基于桩土非线性分析的抗浮、人防设计抗浮设计当前常见方法及问题•使用楼板计算模块，倒楼盖计算模型；问题：•理想支座，只考虑局部弯曲作用；警示：楼板施工图模块，梁默认是不动支座，不适用基础底板计算•不能考虑局部抗浮问题；如局部（比如裙房）水浮力大于上部荷载，会有较大安全隐忧，基于不动支座的倒楼盖模型是无法模拟这种情况的。近几年有不少地下室因地下水的作用而造成工程事故•只验算整体抗浮，因计算手段缺乏未考虑局部抗浮问题；–未分析其上部荷载的分布和抗浮力的传递途径，未考虑局部范围因抗浮荷载小于水浮力，导致底板隆起，甚至造成地下室及上部结构构件大面积破坏；•底板计算中只验算强度不进行裂缝宽度的计算；•对地表水抗浮重要性认识不足；–地下水位较低的北方地区认为不存在水浮力，而很多工程事故是暴雨地表水引起；工程实例问题：YJK基础计算结果与传统楼板计算结果差异大•北京地区项目•2层地下室；•水头12米；传统计算方法配筋是构造•如果采用传统计算方法配筋不大（4500构造）；警示：很大的X向板底配筋，需要采取抗浮措施217cm^2YJK基础计算结果显示超筋警示：很大的Y向板底配筋，需要采取抗浮措施252cm^2YJK基础计算结果显示超筋板顶配筋最大34尚可接受原因分析除核心筒外基底压力全为0裙房部分水浮力大于上部荷载原因分析—三维位移更形象体现上浮效果局部明显上浮形成悬臂板工程实例总结•如果采用传统计算方法将无法计算出局部上抬效应，构造配筋（4500mm）；•带来较大的抗浮安全隐患基础抗浮设计的计算方法进展及应用基础工程的计算分析技术做法1单模型线性分析方法不考虑变形后结构是处于受拉或者受压状态，不区分抗拉和抗压刚度，用线性弹簧来模拟桩土。存在的问题是水浮力作用下，各点竖向位移相同，板无弯曲，根本计算不出来水浮力的效应。设计师基本不用采用该方法的软件计算水浮力基础工程的计算分析技术做法2多模型线性分析多模型线性分析，具体：对于高水工况，假定结构整体处于受拉状态，桩（包括锚杆）采用抗拉刚度进行计算，忽略土的刚度，采用了倒楼盖的计算模型；对于其他工况，假定结构整体处于受压状态，桩（包括锚杆）采用抗压刚度进行计算，考虑土的刚度；同时在含高水组合工况的内力叠加时，不是直接叠加，是采用高水工况部分与其他工况部分的包络取大。多模型-水浮力作用下的计算模型以下面复合桩基筏板基础、常规桩筏基础、平筏基础为例进行说明：多模型-非高水荷载的计算模型多模型-高水工况计算模型考虑到含高水工况组合情况下，地基土可能部分处于受拉状态，所以高水工况的计算模型中不考虑土的弹簧刚度、桩刚度取抗拉刚度，并且将上部的墙柱位置作为不动支座，用倒楼盖模型计算高水工况的内力，见下图：多模型-高水工况计算模型模型2多模型的线性分析方法存在问题高水工况的倒楼盖模型不能准确考虑上部荷载的不均匀和地基条件的不均匀影响；计算局部抗浮以及桩的抗拔承载力存在误差；必须采用更精确的计算模型？？发展方向单模型线性分析多模型线性分析非线性分析？变刚度模型（包络）流行方法，但有局限性（使用楼板模块、YJK的线性分析均属于）高水部分倒楼盖1.2水（高）其他荷载线弹簧（1.2恒+1.4活）没人用1.2恒+1.4活+1.2水（高）基础工程的非线性本质基础工程非线性源于边界条件非线性：1）土只能承担压力，不能承担拉力；2）普通桩、抗拔锚杆等拉压刚度不同，差异很大。变刚度模型无水、水浮力较小时桩土刚度水浮力引起基础上抬时桩土刚度是变刚度的YJK引入拉压刚度不同非线性分析方法不满足叠加原理，不能按单工况计算，组合工况叠加或者包络，应按荷载组合后（比如1.2恒+1.4活-1.2高浮）作用进行计算；考虑结构的实际变形确定刚度取值l对于处于受压状态的部分，桩（包括锚杆）采用抗压刚度进行计算，考虑土的刚度l而对于处于受拉状态的部分，桩（包括锚杆）采用抗拉刚度进行计算，忽略土的刚度；分析方法上，要采用迭代的非线性计算方法。基础工程中需要进行非线性分析的情况如果地基土或者桩出现了部分受压部分受拉的情况，就应该通过考虑土桩抗拉抗压刚度不同的非线性迭代计算方法进行分析。基础工程中需要进行非线性分析的情况最常见的情况包括：1）进行人防设计的工程；2）抗浮设防水位比较高的工程；3）上部结构荷载特别不均匀的工程；4）较大水平力荷载的工程；非线性分析方法在YJK中的应用默认含高水组合；默认含人防组合；用户可以指定；合理设桩土刚度-抗拔刚度要自己设置对于桩，软件默认是拉压刚度相同的。所以对于需要考虑桩拉压不同的情况，需要交互指定桩的抗拉刚度。最常见的是抗拔锚杆，可以利用【桩定义修改桩刚度】功能指定抗拉刚度值，并指定抗压刚度为0。对于普通桩，如果不考虑其抗拔作用，可以修改其抗拉刚度为0；如果考虑其抗拔作用，指定一个抗拉刚度值。地基土的基床系数软件默认是只抗压不抗拉的，所以不需要指定抗拉刚度为0。桩的抗压刚度和抗拔刚度软件默认生成的桩的抗拉抗压刚度是相同的。l需对桩分别设置不同的抗拉抗压刚度，来模拟普通桩的抗拉和抗压刚度不同，或者模拟只能抗拔的抗拔锚杆。V1.6抗拔刚度=承载力特征值/允许位移（10mm）估算非承台桩承台桩抗拔锚杆【按桩定义】修改刚度生成数据后取消修改点恢复默认【按桩定义】修改刚度【按桩定义】修改刚度技术条件：可以按桩定义分别修改抗压刚度、抗拉刚度和抗弯刚度；如果仅仅桩长不同，也建议定义为不同的桩，方便按桩定义指定不同的桩刚度；非线性分析进程提示使用要点要考虑上部结构刚度；要合理设定桩土刚度；高水组合要计入全部上部结构荷载包括覆土自重——不再采用理想支座的倒楼盖模型计算高水效应水浮力计算参数低水、高水区别；什么情况下考虑；低水性质是永久荷载起抵消部分恒载的有利作用，一般不考虑（海边城市会考虑）高水工况对应“抗浮设防水位”可变荷载，会增加组合l标准抗浮组合（1.0恒-水标准组合系数*浮）l增加同数目的抗浮基本组合（原基本组合-水基本组合系数*浮）。l各项计算（承载力、配筋等），考虑上述两种组合；高水工况采用非线性分析含高水工况组合默认采用非线性分析方法；含高水工况的工况组合，线性分析时内力不是简单地进行叠加，而是对于高水部分与非高水部分进行包络取大。以1.2恒+1.4活-1.2浮（高）为例，其结果取1.2恒+1.4活与1.2浮（高）结果的较不利者；高水性质是可变荷载是不利作用，大部分工程需要考虑整体抗浮验算结果输出输出了考虑桩抗拔承载力的整体抗浮验算结果局部抗浮是否满足依据什么？•桩抗拔承载力•筏板配筋桩抗拔承载力桩抗拔承载力筏板配筋云图YJK非线性抗浮计算方法在上部结构荷载不均匀工程中的应用案例与传统倒楼盖包络方法对比2层有抽柱2层有抽柱抽柱处荷载只有其他部位的20%水浮力大于竖向荷载水浮力52KN/m^2三维位移变形比较倒楼盖模型无法计算出柱下位移基于倒楼盖模型的多模型分析方法结果基于倒楼盖模型的多模型分析方法结果基于倒楼盖模型的多模型分析方法结果非线性分析方法结果-抗浮工况抽柱处上抬80多毫米不含活载工况组合起到了控制作用，如1.2恒+1.4风Y–1.2浮（高）配筋云图结果比较基于倒楼盖模型的多模型分析方法结果-X顶基于倒楼盖模型的多模型分析方法结果-Y顶基于非线性方法结果-X顶（红框区域）基于非线性方法结果-Y顶（红框区域）基于倒楼盖模型的多模型分析方法结果-X底基于倒楼盖模型的多模型分析方法结果-Y底基于非线性方法结果-X底（红框区域）基于非线性方法结果-Y底（红框区域）结论高水工况的基于倒楼盖的模型，不能考虑上部荷载的不均匀；水位比较高的情况下，结果可能是偏于不安全的。基于非线性的分析模型能准确模拟水和上部荷载的相对关系，支座关系更加真实，所以可以准确模拟出水上抬效应。水浮力52KN/m^230水位较低时两个方法模型结果对比基于倒楼盖模型的三维位移基于非线性方法结果-三维位移上抬量比较小11毫米基于倒楼盖模型的多模型分析方法结果-X顶配筋基于倒楼盖模型的多模型分析方法结果-Y顶配筋基于非线性方法结果-X顶（构造）基于非线性方法结果-Y顶（构造）水浮力比较小情况下两者接近基于非线性方法结果基于倒楼盖模型的多模型分析方法结果总结1）水浮力比较大的情况下，倒楼盖计算高水工况，存在比较大的误差。特别是上部荷载比较小的地方，如果柱下位置出现上浮，倒楼盖的不动支座假定是不成立的，所以倒楼盖模型的计算结果偏小较多。2）水浮力比较小的情况下（倒楼盖的不动支座假定基本成立情况下），倒楼盖计算高水工况与V1.5的非线性迭代方案比较接近。非线性分析能准确模拟抗浮•所以，采用非线性方法计算水浮力计算是更准确的，其能够准确计算水浮力和上部荷载共同作用下基础的受力状态，推荐采用该方案。•而线性分析方法只适用于倒楼盖的不动支座假定基本成立情况，所以对于水浮力比较大的情况下，计算结果偏于不安全；而水浮力比较小的情况下，计算结果偏于保守。使用YJK进行抗浮验算实例及常见问题分析计算配筋异常原因分析及如何处理工程案例1-水池类结构•该工程水浮力比较大接近自重设置了不按【基本组合考虑基础自重与覆土重】这意味着几个含高水的组合总荷载为向上荷载•结构整体是漂浮起来的。•YJK对于含高水组合按非线性迭代分析，即认为土只能受压不能受拉。•所以这些组合下，结构成为了机构了。见位移图。•考虑基础自重和覆土重。位移结果内力结果结论-水浮力组合考虑全部实际荷载参数设置：•考虑全部荷载•包括自重和覆土重；•否则出现上部荷载压不住水浮力•本来柱下是无上抬的，跨度会算大了另外一个类似的工程疑问是部分区域配筋特别大（510cm^2)?【文本结果】查看压重和浮力的统计未计入自重和覆土重：11654941423952计入自重和覆土重17636281423952X顶最大28计入自重和覆土重17636281423952Y顶最大52计入自重和覆土重17636281423952X底最大29计入自重和覆土重17636281423952Y底最大28工程案例2-水浮力大于上部荷载了异常的三维位移变形异常的三维位移变形异常的配筋结果背景•该工程整体抗浮不过；•原方案是设置抗浮锚杆，但是模型中尚未对锚杆建模；•结论：需要进行锚杆设计，考虑锚杆和筏板共同作用进行工程计算分析。工程案例3-整体抗浮不过上部荷载不均匀局部有明显上抬局部配筋很大总结•1参数设置：基本组合要考虑自重和覆土重；否则上部荷载很可能压不住水浮力•2考虑上部结构刚度•3首先查看【文本结果】【抗浮稳定性验算】结果-------整体抗浮满足要求是最低标准•4查看三维位移结果以及配筋，检查局部抗浮情况局部明显上抬内力和配筋也会过大整体抗浮或者局部抗浮不过的措施•1）检查抗浮水浮力是否过大（可能施加错误）；也可以调整水浮力的组合系数；•2）否则只能：增加覆土等压重、增设抗拔锚杆等；2.考虑抗拉锚杆的设计要点兼具抗拔作用的承压桩；只抗拔的抗拔锚杆；现版本，只有抗拔刚度的桩；新版本，桩类型增加锚杆类；抗拔刚度的设置•要合理设置抗拔刚度，不宜过小（可想象为橡皮筋拉筏板），否则计算的抗拔力太小而失真，起不到抗浮作用；抗拔刚度的设置•一般需现场试验数据，否则建议参考：•嵌岩锚杆：EA/L*折减系数（据施工是否采用预拉措施，若则可取较大值）–抗拔承载力/允许位移V1.6新增的锚杆的特点锚杆—只起抗拔作用无抗压承载力和水平承载力•锚杆不分担上部荷载，抗压刚度为0。抗拔刚度按=抗拔承载力/允许位移。•允许用户通过【基础计算及结果输出】的【桩刚度】调整桩抗压抗拉刚度。V1.6新增的锚杆的特点-