平板式筏基计算方法的探讨及应用

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1、平板式筏基计算方法的探讨及应用0GY1NFORMA0N平板式筏基计算方法的探讨及应用刘亮(深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司广州分公司广州510045)工程技术摘要:随着我国经济的飞速发展,城市里高层建筑也在迅猛发展,且大部分都是住宅,宾馆或办公写字揍型的高层建筑.这类建筑,柱一布置一觳比较规整,柱荷裁不大,上部建筑结构剐度比较好.其基础在设计过程中,需要着重考虑基础的设计条件结构选型(桩基.桩筏基.筏基等形式),天然地基的充分利用和解决相郐建筑物基础沉降影响等问题.关键词:平板式筏基计算方法中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1672-3791(2o10)0

2、6(a)一0028—02现有的筏板基础有限元计算程序,一一般均采用薄板弯曲单元对筏板基础进行离散,可考虑节点荷载和作用在单元上的分布荷载.为了更准确地计算筏基的内力,我们在分析中考虑了板中横向剪切变形的影响,并在程序中采用九节点,薄板通用的平板弯曲单元.九节点厚薄板通用的平板弯曲单元用于薄板和中等厚度板弯曲问题,均有计算收敛性好,精度高的特点,是一种性能良好的厚,薄板通用的平板弯曲单元.该单元也可有效地用于板结构在局部分布荷载作用下的分析,分析时取单元尺寸/C应小于2.5～3.0(2C×2C为局部荷载作用范国).当用等值的集中荷载代替作用在板上的局部分布荷载进行计算

3、工程中应用较为广泛的Winkler地基模型,一般认为,如选择合理的基床系数,把筏板基础作为Winkler地基上的板进行分析,内力计算结果是可信的.根据土与结构共同作用的分析原理,可得到如下方程:(【kr】+【ks】)6=F其中[Kr]为筏基的刚度矩阵Ks]为土介质的支承刚度矩阵;6为节点位移列向量;F为荷载列向量.求解上述方程,得到节点位移.有了节点位移,就可以得到节点内力,根据内力,按混凝土结构设计规范进行配筋设计.为了获得较为理想的节点内力,对于剪力,需先计算高斯点的值,再外推得到节点的值所有内力均采用绕点平均法整理输出.1平板式筏基的设计条件及计算基础的设计,

4、必须满足以下三个条件的要求.基础承受的荷重,不得超过地基的允许承载力,以保证安全.基础的总沉降量及差异沉降量必须控制在一定限值之内,以保证上部结构不致损坏.必须预先估计新建房屋本身及其任施工过程中的必要操作对毗邻房屋的影响,以便采取必要的保护措施.在保证安全使用的条件下,还要考虑它的综合经济效果.要求工期短,费用省,而这个费用和工期都不是仪仅考虑基础的本身,而是考虑到整个建筑物的建造和运行.在确定基础型式时,应当通盘考虑地基,基础及上部结构的刚度以及施工顺序,恰当地估计在整个施工和使用过程中町能发生的基础沉降及差异沉降.在此仅析天然地基上平板式筏基的设计条件:在天然

5、地基上应用平板式筏基,除了以上所述的条件外,最重要的是上部建筑荷载组合F总体轴力,弯矩等作用下,基底的最大压应力必须小于修正后地基承载力.这类筏基绝大部份是作为补偿式基础,只要持力层承载力高,又无软弱下卧屋,且建筑面积的刚度中心与基础形心接近或重合时,均可考虑采用平板式筏基.2平板式筏基的结构设计2.1地基基础结构方案选择高层建筑常用的基础结构型式为桩基础,采用预应力管桩基础,以强风化花岗岩为桩端持力层,由于场地基岩埋深相对较浅,地下室开挖后,最短有效桩长仅为2m左右,且场地局部地段在残积层中存在中风化岩孤石,对预应力管桩施工带来困难.采用人工挖孔桩基础,以中微风化

6、花岗岩为桩瑞持力层,人工挖孔桩成孔时要穿过坚硬=卜层进入稳定,完整的基岩,需要降水和爆破,且要等到龄期后才能进行桩的检测和验收,施工周期长,工程投资高,同时,人_』:挖孔桩还存在施工危险性高,容易对周边建筑物造成影响等缺点.2.2筏板基础的平面布置量使建筑物重心与筏基平面的形心霞合.筏基边缘宦外挑,挑出宽度应由地基条件,建筑物场地条件,柱距及柱荷载大小,使地基反力与建筑物重心重合或尽量减少偏心等因素综合确定,一般情况下,挑出宽度为边跨拄距的1/4～l/3.2.3选用恰当的地基模型和计算方法一个筏基可以包括有多个独立的受力系统:一是底板,另外就是加强结构系统.底板的板

7、底应力应符合公式的要求:Pkmm=(Fk+Gk)≤1.2fa平板筏基的内力分析,理论上有刚性板法和弹性地基梁,板法.对于刚性板法,它可按倒楼盖的假定进行设计,以板底净反力作为分布荷载,柱(墙)视为支座进行内力分.计算筏板由局部弯曲引起的内力.虽町以不考虑整体弯曲,但在端部附近范围内拟增大基底反力10%～20%;对于相邻柱问荷载与柱问距变化不大时,也可采用条带法计算.对f弹性地基梁,板法,由于计算元素数量多,运算工作量大,通常采用计算机程序辅助设计.将筏板设成两种基本单元舸肜弯曲板单元和板架梁单元,并提供三种地基模型:(1)文克尔地基模型;(2)分层总和法(义称有