1、技纵横建筑设计摘要: 根据 JCCAD 软件在多层工程设计中计算偏大的问题, 注重结构概念设计, 简要分析了独立基础设计的基本特点, 重点介绍了在 PKPM 基础 JCCAD 软件使用中关于独立基础计算偏大的合理使用及具体设计措施。关键词: JCCAD 软件独立基础合理设计关于 PKPM 基础 JCCAD 软件在独立基础应用中发现在2002 年升版后在多层框架工程设计中, 基础的基底面积大幅度增加, 尤其对于三层以下的框架角柱基础变化较为明显, 按照2002 版基础规范修改的精神, 基础规范比 89 规范更经济、更合理, 总体基底面积减小, 条形基础减小更加明显。但实际应用2002 年版基础
2、JCCAD 软件经过独立基础计算后发现对于大偏心柱基础基底面积普遍增大, 尤其对于一、二层框架结构基础较为显著。基于以上原因, 根据多年的工程设计实践和体会, 在PKPM 基础 JCCAD 软件使用中关于大偏心柱独立基础的合理计算及减小大偏心柱独立基础基底面积具体设计措施提出一些建议, 供设计人员参考并能有所启发。( 1) 关于 PKPM 基础 JCCAD 软件独立基础基底面积的计算在轴心荷载作用时:PkfaPk=( FK+GK) /APK- - 平均压力标准值;fa- - 修正后地基承载力特征值。当荷载采用包含地震作用的荷载组合时, 取地基土抗震承载力特征值。在偏心荷载作用时:除满足上式外,
3、 还应满足:PKmax1.2fa,PKmin0;PKmax(Kmin)= Pk=( FK+GK) /A MX/WXMy/Wy;Pkmax- - 基础底面边缘的最大压力标准值;Pkmin- - 基础底面边缘的最小压力标准值;W- - 截面抵抗矩。( 2) 关于 PKPM 基础 JCCAD 软件在大偏心柱基础基底面积确定, 默认按不出现拉应力采用迭代法进行计算, 即程序中内定基础尺寸不断迭代以逼近真值。( 1)建筑地基基础设计规范第 5.2.2 款第 2 条: 当偏心荷载作用时, 当偏心距 e b/6 时( 见图 1) , PKmax 应按下式计算 :PKmax=2( FK+GK) /3La,b-
4、 - 力矩作用方向基础底面边长,L- - 垂直于力矩作用方向的基础底面边长;a- - 合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。( 2)建筑抗震设计规范第 4.2.1 条: 下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算: 砌体结构。 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑: 1) 一般的单层厂房和单层空旷房屋; 2)不超过 8 层且高度在24m 以下的一般民用框架房屋 ; 3) 基础荷载与 2)项相当的多层框架厂房。 本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。注: 软弱粘性土层指 7 度、8 度和 9 度时, 地基承载力特征值分别小于 80、100 和 120kpa 的土层。第 4.
5、2.2 条: 天然地基基础抗震验算时 , 应采用地震作用效应标准组合, 且地基抗震承载力应取地基承载力特征值乘以地基抗震承载力调整系数计算。第 4.2.4 条; 高宽比大于 4 的高层建筑 , 在地震作用下基础底面不宜出现拉应力; 其他建筑 , 基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的 15%。( 3)高层建筑混凝土结构技术规程第 12.1.6 条: 高宽比大于 4 的高层建筑, 基础底面不宜出现零应力; 高宽比不大于 4 的高层建筑, 基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的 15%。计算时, 质量偏心较大的裙楼与主楼可分开考虑。( 1) 一般情况下, 必须保证
6、PKmin0, 基底压力处处都为正值。但是, 在个别情况下, 如对于低压缩型的硬土( 卵石层) 或在特殊荷载作用或在多组荷载组合中, 只对个别的荷载组合出现此种情况时, PKmin0( 即出现拉应力) 也是允许的, 但必须保证有 3/4的底面与土接触, 并要校核受压边缘的压力以及基础的倾覆稳定性。PKPM 基础 JCCAD 软件在 2006 年 6 月版: 基础底面压力的确定时新增加了独立基础底板最小配筋率的窗口, 新增加了承载力计算时底面受拉面积/ 基础底面积比值 ( 0- 0.3) 窗口。对于地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的多层框架建筑建议受拉面积可取 0.25, 这更有利独立基础
7、的计算, 计算结果与实际设计值相符。( 2) 合理计算天然地基及基础的抗震承载力验算对于符合规范要求不需要进行天然地基及基础的抗震承载力验算的多层框架结构不进行抗震验算, 在读取上部荷载时取消地震标准力组合值, 只读取其他正常标准组合即可。( 3) 合理确定框架柱的计算长度, 尽量缩短底层柱计算长度 ,减小柱底弯矩, 合理计算大偏心柱底内力。目前框架结构无地下室时, 底层层高的计算方法大体有以下三种:按混凝土结构设计规范第 7.3.11 条第 2 款: 框架结构底层层高从基础顶面到一层楼盖顶面的高度。参考砌体结构设计规范第 5.1.3 条, 但基( 下转 39 页)关于 PKPM 基础 JCC
8、AD 软件中独立基础计算偏大问题的探讨丁卫东, 陈春伟(兰州石油化工工程公司, 甘肃兰州 730060)0 引言1 关于 PKPM 基础 JCCAD 软件对于大偏心柱基础基底面积的计算2 设计规范对于大偏心柱基础基底面积的计算3 关于 PKPM 基础 JCCAD 软件对于大偏心柱基础基底面积的合理计算1202007 年( 第 36 卷) 第 4 期甘肃科技纵横( 上接 120 页) 础埋置较深且有刚性地坪并配构造钢筋时 , 底层层高可取室外地面以下 500mm 到一层楼盖顶面的高度。当为柱下独立基础, 基础埋置深度又较深时, 为了减小底层柱的计算长度和底层位移, 可在0.000 以下适当位置设
9、置基础拉梁, 此时宜将从基础顶面至首层顶面分为两层: 从基础顶面至拉梁顶面为一层, 从拉梁顶面至首层顶面为二层, 即将原结构增加一层进行分析。按照建筑地基基础设计规范第 8.2.6 条做成高杯口基础满足表 8.2.6 对杯壁厚度的要求, 则底层层高为从基础短柱顶面到一层楼盖顶面高度。基础短柱刚度与上部刚度比值16。抗震设计时, 当多层建筑的结构高宽比符合刚性建筑要求时, 对于无地下室的多层框架结构, 若埋置深度较浅, 建议采用第一种方法和计算方法。若埋置深度较深, 可采用第二、第三种方法和计算方法。也可采用第四种做法和计算方法。当采用第二种做法设置基础拉梁时, 从基础顶面至首层顶面的柱应按有关
10、规定予以加强, 拉梁按框架梁设计, 独立基础按偏心受压设计。当多层框架结构无地下室, 基础( 柱下独立基础) 埋置深度较浅, 此时若设拉梁, 一般设置在基础顶面, 拉梁可按轴心受力构件设计, 独立基础按中心受压设计。综上所述, 根据基础 JCCAD 软件在多层工程设计中计算偏大的问题, 针对独立基础设计的基本特点, 可以通过对于低压缩型的硬土( 卵石层) 或在特殊荷载作用或在多组荷载组合中 , 合理利用基础允许出现拉应力; 可以通过合理计算天然地基及基础的抗震承载力验算; 可以通过合理确定框架柱的计算长度 , 采取切实可行的设计措施, 尽量缩短底层柱计算长度, 减小柱底弯矩, 合理解决大偏心柱
11、基础基底面积偏大的问题, 可以保证独立基础设计的安全、可靠、经济、合理。R- r下面我们用方案一中所得数据, 对此种罐体模型计算容积和用料。罐体容积为 V=R2h+ 13H(r2+Rr+R2)将 H=0.87611 (cm), h=12.1824 (cm), R=3.0456 (cm) 代入, r=!3 R- H!3和 V 中, 得 r= !3 R- H!3=2.5398 (cm), V=376.525cm3其表面积S1=2RhS2=2R2 1+ H2! (R- r)2 - 2r2 1+ H2! (R- r)2S= 2R2+ 2r2+2R2 1+( HR- r)2 ! - 2r2 1+( HR
12、- r)2 ! +2Rh=367.636cm3以上数据与测量数据对比如下:名称圆柱的直径(cm) 圆柱的高(cm) 表面积计算(cm2) 液体容积计算(cm3)测量值(cm) 6.5739 (外径) 11.2162 367.41 382.5计算值(cm) 6.0912 12.1824 367.636 376.525由以上数据可以看出, 计算值与测量值吻合程度更好。方案四:罐底为球面承受冲罐压力的能力更强, 罐底的强度取决于以下几个因素: 材料的弹性模量、底部直径、材料的强度、球面半径以及在底部成形时金属的变薄程度。罐底球面半径常用公式 R球=d1/0.77 确定 , 实际取 R 球=45.72
13、mm, 底沟外壁夹角为 32,罐底沟内壁夹角为 5, 凸模圆弧为 1.016mm, 球面和罐底沟内壁圆弧为 1.524mm, 可以大大增加罐体强度, 此时球冠高 h1=1.0049。球冠受力情况如图 1:下面我们将方案三中所讨论的罐体模型的罐底改为球冠, 来计算罐体容积和用料。不妨设球冠封底对罐内液体容积的大小改变不大, 即球冠高h1 与体身底面在同一平面上。罐体容积为 V= R2h+ 13H(r2+Rr+R2)+R2h1-h36(h12+3R2)S 球冠=(h12+R2)其表面积S=2 (R2+h12)+2r2+2R2 1+( HR- r)2 ! - 2r2 1+( HR- r)2 ! +2
14、Rh将 H=0.87611 (cm), h=12.1824 (cm), R=3.0456(cm), h1=1.0049(cm)代入, V 和 S 中, 得 V=373.781cm3, S=390.635cm2以上数据与测量数据对比如下:名称圆柱的直径(cm) 圆柱的高(cm) 表面积计算(cm2) 液体容积计算(cm3)测量值(cm) 6.574(外径) 11.216 367.410 382.501计算值(cm) 6.091 12.182 390.636 390.635由以上数据可以看出, 罐体容积与测量容积相差 8.135cm3,这个误差产生于测量, 且罐底也增加了一部分容积。因此可以说计算值与测量值吻合程度比较好。从正圆柱体圆台圆柱体+ 圆台圆柱体+ 圆台+ 球冠逐步优化的过程中, 我们认为圆柱体+ 曲边梯形的旋转体这样的设计更加合理。( 实际现行易拉罐的形体也是这样的 )图 1“( 上接 66 页) 续投入。生态保护是一项复杂的系统工程, 加强生态环境保护与建设、维护生态安全, 实现全省经济社会的可持续发展是摆在我们面前的一项长期而艰巨的任务。只要全社会共同关注、积极参与,就能使生态环境保护与建设在社会经济可持续发展的过程中发挥积极的作用。
