關(guān)于獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

關(guān)于獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

獨(dú)立基礎(chǔ)的計(jì)算獨(dú)立基礎(chǔ)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本形式，在工業(yè)設(shè)施中得到廣泛使用。對(duì)柱下天然地基上的獨(dú)立基礎(chǔ),其主要計(jì)算內(nèi)容包括3個(gè)方面:滿足地基承載力要求所需要的基礎(chǔ)底面尺寸;滿足不發(fā)生沖切破壞所需要的基礎(chǔ)高度;滿足正截面抗彎要求所需要的基底受力鋼筋。本文就獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)所涉及的荷載讀取、獨(dú)立基礎(chǔ)拉梁設(shè)置談幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。1在獨(dú)立基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)期間的負(fù)荷組合類型的選擇1.1荷載效應(yīng)的確定按照GB50007—2002《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《基礎(chǔ)規(guī)范》)的規(guī)定,地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),所采用的荷載效應(yīng)最不利組合與相應(yīng)的抗力限值應(yīng)按下列規(guī)定:(1)按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí),傳至基礎(chǔ)或承臺(tái)底面上的荷載效應(yīng),應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。相應(yīng)的抗力應(yīng)采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。(2)計(jì)算地基變形時(shí),傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng),應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合,不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用。相應(yīng)的限值應(yīng)為地基變形允許值。(3)在確定基礎(chǔ)或樁臺(tái)高度、支擋結(jié)構(gòu)截面、計(jì)算基礎(chǔ)或支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力、確定配筋和驗(yàn)算材料強(qiáng)度時(shí),上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)組合和相應(yīng)的基底反力,應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合,采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。1.2總體驗(yàn)算及驗(yàn)算的問題根據(jù)GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《抗震規(guī)范》)的規(guī)定,下列建筑可不進(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算:(1)規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的建筑。(2)地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱黏性土層的下列建筑:①一般的單層廠房和單層空曠房屋;②砌體房屋;③不超過8層且高度在24m以下的一般民用框架和框架-抗震墻房屋;④基礎(chǔ)荷載與③項(xiàng)相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗震墻房屋。軟弱黏性土層指7度、8度和9度時(shí),地基承載力特征值分別小于80kPa、100kPa和120kPa的土層。1.3模型2:不考慮地震計(jì)算作用在基礎(chǔ)上的輸出通過對(duì)規(guī)范的簡(jiǎn)要闡述,再結(jié)合軟件,在應(yīng)用PKPM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),不能直接用SATWE底層柱、墻、支撐最大組合內(nèi)力文件(WDCNL*.OUT)。通過分析,可以看出:(1)確定基礎(chǔ)底面積時(shí),應(yīng)該采用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合值,而不是承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合。該標(biāo)準(zhǔn)組合值在(WDCNL*.OUT)文件中沒有輸出。(2)計(jì)算地基變形時(shí),要采用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合,不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用,此值在(WDCNL*.OUT)文件中沒有輸出。(3)關(guān)于《抗震規(guī)范》所述的有些抗震建筑的基礎(chǔ),可以不考慮地震計(jì)算作用的,應(yīng)不考慮作用在基礎(chǔ)上的地震組合,故應(yīng)采用“恒+活”、“恒+活+風(fēng)”。首先,如果在SATWE計(jì)算中選擇計(jì)算地震力,在WDCNL*.OUT中沒有單獨(dú)輸出“恒+活+風(fēng)”組合;其次,對(duì)于“恒+活”組合而言,在WDCNL*.OUT中輸出的也只是由可變荷載效應(yīng)控制的“1.2D+1.4L”組合,并未輸出永久荷載效應(yīng)控制下的“1.35D+0.98L”。而在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),內(nèi)力設(shè)計(jì)值應(yīng)該是取二者的較大值。并且在通常情況下“1.35D+0.98L”組合起控制作用,僅當(dāng)樓面荷載比較大,即活載與恒載的比值>2.8的情況下,才取“1.2D+1.4L”。(4)對(duì)于柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),即使是采用最大組合內(nèi)力進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì),其計(jì)算結(jié)果也可能偏不安全,因?yàn)楦鶕?jù)《地基規(guī)范》中5.2.1條和5.2.2條的規(guī)定,當(dāng)偏心荷載作用時(shí):Fk+GkA±MkW≤1.2faFk+GkA±ΜkW≤1.2fa(1)從(1)式可以看出,影響基礎(chǔ)底面積大小的主要因素有兩個(gè),一個(gè)是軸力,另一個(gè)是彎矩。當(dāng)某種內(nèi)力為最大值時(shí),由此而產(chǎn)生的其他內(nèi)力有可能很小,比如說,最大軸力所對(duì)應(yīng)的彎矩和剪力值有可能很小,由這種組合計(jì)算出來的基礎(chǔ)并不一定是最不利組合計(jì)算出來的;而次軸力所對(duì)應(yīng)的彎矩和剪力值有可能很大,由這種組合計(jì)算出來的基礎(chǔ)有可能是最不利組合計(jì)算出來的。(5)在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),不考慮如《抗震規(guī)范》或《高規(guī)》中的增大和調(diào)整系數(shù),而WDCNL*.OUT文件中輸出結(jié)果是調(diào)整后的值。1.4荷載轉(zhuǎn)換系數(shù)通過以上分析可知,基礎(chǔ)底面積計(jì)算時(shí)一般應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值,而PKPM軟件底層柱、墻、支撐最大組合內(nèi)力文件(WDCNL*.OUT)輸出的是設(shè)計(jì)值,不可以直接作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的依據(jù)。選用標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)可采用一種簡(jiǎn)化的計(jì)算方法:設(shè)計(jì)值/換算系數(shù)=標(biāo)準(zhǔn)值。以下就換算系數(shù)的選擇進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。過去使用舊規(guī)范時(shí),一般在民用建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算中,常需將荷載標(biāo)準(zhǔn)值換算成設(shè)計(jì)值,近似地將恒活標(biāo)準(zhǔn)值乘以1.25的轉(zhuǎn)換系數(shù)得到設(shè)計(jì)值,這是基于舊規(guī)范恒載的分項(xiàng)系數(shù)1.2、活載分項(xiàng)系數(shù)1.4的前提。在新荷載規(guī)范中,恒載控制時(shí)恒載的分項(xiàng)系數(shù)為1.35,活載的分項(xiàng)系數(shù)實(shí)為1.4×0.7=0.98,此時(shí)在將標(biāo)準(zhǔn)值換算成設(shè)計(jì)值時(shí),換算系數(shù)需重新考慮。過去使用舊規(guī)范時(shí),可近似地認(rèn)為轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.25,是恒載標(biāo)準(zhǔn)值所占總荷載標(biāo)準(zhǔn)值中的份額乘以分項(xiàng)系數(shù)1.2與活載標(biāo)準(zhǔn)值所占總荷載標(biāo)準(zhǔn)值中的份額乘以分項(xiàng)系數(shù)1.4這兩者之和,也就是設(shè)計(jì)值,再除以恒載和活載標(biāo)準(zhǔn)值之和的比值的結(jié)果。據(jù)此可反算出恒載標(biāo)準(zhǔn)值所占總荷載標(biāo)準(zhǔn)值中的份額和活載標(biāo)準(zhǔn)值所占總荷載標(biāo)準(zhǔn)值中的份額(或者叫權(quán)重)。據(jù)此權(quán)重,可計(jì)算出2002年新規(guī)范恒載控制時(shí)的轉(zhuǎn)換系數(shù),即恒載的分項(xiàng)系數(shù)為1.35,活載的分項(xiàng)系數(shù)實(shí)為1.4×0.7=0.98時(shí),分別乘以恒載或活載標(biāo)準(zhǔn)值所占總荷載標(biāo)準(zhǔn)值中的份額,再除以恒載和活載標(biāo)準(zhǔn)值之和,而得到新的轉(zhuǎn)換系數(shù)。為簡(jiǎn)化計(jì)算過程,設(shè)舊規(guī)范時(shí)恒載標(biāo)準(zhǔn)值所占總標(biāo)準(zhǔn)值權(quán)重為1,則活載所占權(quán)重為a倍的恒載,權(quán)重即為a,簡(jiǎn)化認(rèn)為舊規(guī)范時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)1.25,是恒載標(biāo)準(zhǔn)值所占總荷載標(biāo)準(zhǔn)值中的份額乘以分項(xiàng)系數(shù)1.2與活載標(biāo)準(zhǔn)值所占總荷載標(biāo)準(zhǔn)值中的份額乘以分項(xiàng)系數(shù)1.4這兩者之和,再除以恒活標(biāo)準(zhǔn)值之和而得到的轉(zhuǎn)換系數(shù),則:1.2×1+1.4a=1.25(1+a),解得:a=0.333據(jù)此權(quán)重,可計(jì)算出新規(guī)范恒載控制時(shí)的轉(zhuǎn)換系數(shù):(1.35×1+0.98×0.333)/(1+0.333)=1.257,近似取1.26。所以,荷載標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值互換時(shí)的轉(zhuǎn)換系數(shù),筆者建議取1.26較合理。由上述可知,1.26是基于恒載占到總荷載75%時(shí)的轉(zhuǎn)換系數(shù)。表1是假定當(dāng)恒載占到總荷載的80%～90%時(shí)對(duì)應(yīng)計(jì)算出的轉(zhuǎn)換系數(shù)。由此可見,對(duì)于民用建筑的柱、基礎(chǔ)等構(gòu)件,轉(zhuǎn)換系數(shù)宜取1.26～1.31。其實(shí)采用哪個(gè)系數(shù)均無所謂對(duì)錯(cuò),也都沒有安全問題,只是對(duì)恒載與活載所占總荷載的權(quán)重,人為估計(jì)得偏大或偏小些。2獨(dú)立牽引梁配置2.1樁基結(jié)構(gòu)內(nèi)信托力值的特點(diǎn)表3根據(jù)《抗震規(guī)范》的規(guī)定,框架柱下獨(dú)立基礎(chǔ)有下列情況之一時(shí),宜沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置基礎(chǔ)拉梁:(1)一級(jí)框架和Ⅳ類場(chǎng)地上的二級(jí)框架。(2)各柱基承受的重力荷載代表值差別較大。(3)基礎(chǔ)埋置較深,或各基礎(chǔ)埋置深度差別較大。(4)地基主要受力層范圍內(nèi)存在軟弱黏性土層、液化土層和嚴(yán)重不均勻土層。(5)樁基承臺(tái)之間。設(shè)置基礎(chǔ)拉梁的主要目的是,加強(qiáng)獨(dú)立基礎(chǔ)之間的整體性,調(diào)整柱基之間的不均勻沉降,減小首層柱的計(jì)算高度。除上述情況外,一般可不設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。2.2獨(dú)立拉梁配置建議當(dāng)采用PKPM軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),拉梁的計(jì)算方法可以選用下列兩種方法之一。2.2.1主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在PMCAD中設(shè)置拉梁層,應(yīng)注意以下問題:(1)輸入兩個(gè)模型,模型1將框架柱嵌固在基礎(chǔ)頂面,模型2增加輸入一拉梁層。(2)拉梁層的拉梁應(yīng)按框架梁設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí),拉梁應(yīng)按相應(yīng)抗震等級(jí)的框架梁設(shè)計(jì)箍筋加密區(qū)。(3)拉梁層沒有樓板,在PMCAD建模時(shí)定義該層樓面板厚為“0”,樓面恒活荷載全部為“0”,結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)再定義彈性樓板(彈性膜),并用總剛分析的方法進(jìn)行分析計(jì)算。(4)拉梁上有填充墻時(shí),應(yīng)將其折算成梁間線荷載(恒載)輸入在拉梁上。(5)設(shè)有拉梁層的框架結(jié)構(gòu)宜計(jì)算兩次,模型1將框架柱嵌固在基礎(chǔ)頂面進(jìn)行計(jì)算;模型2時(shí),SATWE軟件的總信息中的參數(shù)“地下室層數(shù)”定義為“1”,將拉梁層定義為1層地下室,“回填土對(duì)地下室約束相對(duì)剛度比”可填“1”,以考慮地基土一定的約束?？蚣芰?、柱配筋取兩次整體計(jì)算結(jié)果的較大值。(6)拉梁可以平衡柱底彎矩,在JCCAD中將[基本參數(shù)]菜單中的參數(shù)“拉梁承擔(dān)彎矩比例”輸入合適的比值,程序在進(jìn)行柱下獨(dú)立基礎(chǔ)計(jì)算時(shí)給予考慮。(7)首層樓面以下、基礎(chǔ)頂面以上的框架柱,宜取拉梁層以上和以下框架柱縱向受力鋼筋的較大值通長(zhǎng)配筋?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí),拉梁層以下框架柱的箍筋宜全高加密。拉梁縱向受力鋼筋除應(yīng)滿足計(jì)算要求外,正彎矩鋼筋應(yīng)全部拉通,負(fù)彎矩鋼筋50%拉通。2.2.2模型2:拉梁“彎矩比例”的輸入取拉梁所拉結(jié)的柱子中軸力較大值的1/10作為拉梁的軸心拉(壓)力,拉梁應(yīng)按軸心受拉(壓)構(gòu)件計(jì)算?？梢圆捎肎J軟件計(jì)算拉梁,首先將相鄰兩柱軸力較大值的1/10輸入“軸拉力設(shè)計(jì)值”,其次將“彎矩設(shè)計(jì)值”輸入,注意當(dāng)拉梁上有填充墻或其他豎向荷載時(shí),