新版PKPM_JCCAD應(yīng)用講義

1、1 朱春明 研究員 中國(guó)建筑科學(xué)研究院軟件所2l1 1，地質(zhì)資料輸入及樁初設(shè)計(jì)，地質(zhì)資料輸入及樁初設(shè)計(jì)l2 2，上部結(jié)構(gòu)荷載，上部結(jié)構(gòu)荷載l3 3，新規(guī)范承載力校核比較，新規(guī)范承載力校核比較l4 4，沉降計(jì)算方法，沉降計(jì)算方法l5 5，大底盤(pán)高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工難點(diǎn)與，大底盤(pán)高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工難點(diǎn)與JCCADJCCAD正確應(yīng)正確應(yīng)用用 l6 6，基礎(chǔ)交互設(shè)計(jì)（基礎(chǔ)交互設(shè)計(jì)（ 樁基樁筏）樁基樁筏）l7 7，上下部結(jié)構(gòu)共同作用，上下部結(jié)構(gòu)共同作用，TATTAT和和SATWESATWE剛度剛度l8 8，厚板有限元計(jì)算，厚板有限元計(jì)算l9 9，高層建筑地基基礎(chǔ)變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)，高層建筑地基基礎(chǔ)變剛度調(diào)

2、平設(shè)計(jì)l1010，平面整體表示法，平面整體表示法l11, 11, 基礎(chǔ)計(jì)算工具箱基礎(chǔ)計(jì)算工具箱3l平面坐標(biāo)參照系l標(biāo)高與建筑物標(biāo)高的關(guān)系：以結(jié)構(gòu)標(biāo)高作標(biāo)準(zhǔn)。l土層名稱(chēng)及默認(rèn)參數(shù)l樁尺寸初設(shè)計(jì)，承載力名稱(chēng)的轉(zhuǎn)換。l與樁基規(guī)范的關(guān)系。l修改孔點(diǎn)信息可以對(duì)所有點(diǎn)起作用，減少修改工作量。45l孔口標(biāo)高39m，樁底標(biāo)高-14.0ml樁徑1200mm,承載力特征值12500kNl 0.00標(biāo)高為38.9ml柱底標(biāo)高-16.1m -20.8ml板厚4.0m 9.5m67l按新荷載規(guī)范要求，程序按不同計(jì)算需要，生成三類(lèi)荷載組合，即：基本組合，標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合?；窘M合:相當(dāng)于原規(guī)范的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)組合:相當(dāng)

3、于原規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)荷載準(zhǔn)永久組合:相當(dāng)于原規(guī)范的準(zhǔn)永久荷載 8l墻下條形基礎(chǔ)可采用PM荷載或磚混荷載。lTAT, SATWE, PMSAP荷載l活荷載折減lTAT“最大組合內(nèi)力簡(jiǎn)圖”與JC“目標(biāo)組合”910活載樓層不折減1112l用新規(guī)范計(jì)算的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)底面邊長(zhǎng)與原規(guī)范相比減少了11%左右。中柱比邊柱減少的多PM荷載計(jì)算比用TAT荷載計(jì)算減少的多l(xiāng)由于底面積減少，造成基礎(chǔ)配筋量減少。l沒(méi)偏心荷載減少得多;有偏心荷載減少得少淺基礎(chǔ)承載力比較規(guī)范承載力校核計(jì)算式R，fk ， fak三者相近R與fa相近安全系數(shù)74規(guī)范pkRR=R+mb（B-3）+mdm(D-1.5)1089規(guī)范pff= fk+b（b

4、-3）+dm(d-0.5)f大于等于1.1fkp/pk=1.251.30f/R=1.11.201.0如1.1新規(guī)范pkfafa= fak+b（b-3）+dm(d-0.5)p/pk=1.251.30當(dāng)fa 1.1 fak 時(shí)fa= ffa/R=1.01.201.0如0.914與樁基規(guī)范的比較：內(nèi)容地基規(guī)范 50007-2002樁基規(guī)范 JGJ94-94承載力校核akRQ （8.5.4-1）aikRQ2 . 1max（8.5.4-2）RN （5.2-1）RNax2 . 1Im（5.2-2）3 . 124. 1/kQN2ukaQR 7 . 165. 1ukQR 樁身強(qiáng)度ccPfAQ (8.5.9)c

5、預(yù)制樁取 0.75，灌注樁取 0.60.7c預(yù)制樁取 1.0，干作業(yè)取 0.9，灌注樁取 0.60.7承臺(tái)沖切0.84hp代 0.72 0)()( 2hfahabFthpoxcoyoycoxl （8.5.17-1） Fl= F-Ni ox=0.84/(ox+0.2) oy=0.84/(oy+0.2)0)()( 2hfahabFtoxcoyoycoxl（5.6-6） Fl= F-Ni ox=0.72/(ox+0.2) oy=0.72/(oy+0.2)剪切00hbfVths （8.5.18） 0 . 175. 100hbfVths （5.6.8）3 . 012. 0 , 4 . 13 . 05 .

6、 12 . 0 , 0 . 34 . 1 16l沉降計(jì)算增加回彈量計(jì)算niiiiicicczzEps111)(17l一、半經(jīng)驗(yàn)實(shí)體深基礎(chǔ)法l二、從單樁出發(fā)考慮群樁作用的沉降計(jì)算法l建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范GB5007-2002l樁基規(guī)范JGJ94-94l上海地基規(guī)范DBJ08-11-1999方法（1） ：不考慮荷載沿樁身擴(kuò)散，基底位于尖平面的實(shí)體深基礎(chǔ)法。方法（2） ：考慮荷載沿樁身按4 角（為樁入土深度范圍內(nèi)各土層的內(nèi)摩擦角深度加權(quán)平均值）擴(kuò)散，基底位于樁尖平面的實(shí)體深基礎(chǔ)法。 方法（3） ：考慮深度修正的實(shí)體深基礎(chǔ)法：明顯地可以看出采用方法（1）時(shí)，即不考慮樁側(cè)壓力擴(kuò)散的方法，大部分的計(jì)算值大于實(shí)

7、測(cè)沉降量，深度修正的方法。 s = m(h) s 方法（4） ：從單樁出發(fā)考慮群樁作用的沉降計(jì)算 Mindlin 方法。它是建立在常用的單向壓縮分層總和法基礎(chǔ)上的一種沉降估算法， 方法（5） ： 建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-94 充分考慮了上述兩大類(lèi)沉降計(jì)算方法即半經(jīng)驗(yàn) 實(shí)體深基礎(chǔ)法及從單樁出發(fā)考慮群樁作用法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了等效作用分層總和法，該法既采用了符合實(shí)際的Mindlin 解又照顧了為廣大設(shè)計(jì)人員手算所樂(lè)于采用的方法（1）的實(shí)體基礎(chǔ)法。 mjmisijiijijojesEzzpss11)1( 樁基等效沉降系數(shù)定義為：彈性半空間中剛性承臺(tái)群樁基礎(chǔ)按Mindlin 解計(jì)算沉降量wm與剛性承

8、臺(tái)下相同承臺(tái)面積按 Boussincsq 解計(jì)算沉降量wB之比，即： e =wm/wB 樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)定為樁長(zhǎng) l 相關(guān)的表達(dá)式： 100-7.020-5.97 . 1ll mlml2525 202122l1，大底盤(pán)多塔樓高層建筑應(yīng)用現(xiàn)況 l 每年城鎮(zhèn)竣工的建筑面積達(dá)5億平方米。大底盤(pán)多塔樓高層建筑、地下商場(chǎng)、地下車(chē)庫(kù)建筑以及大跨空間、多層地下結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，在目前住宅小區(qū)建設(shè)以及大型公建項(xiàng)目中都占有非常重要的地位，其面積可達(dá)總竣工建筑面積的10%。 23l5棟1718層公寓樓和4棟2層商業(yè)用房、地下車(chē)庫(kù)及配電站組成，公寓樓、商業(yè)用房、地下車(chē)庫(kù)及配電站座落在一個(gè)大底盤(pán)上?；A(chǔ)采用

9、梁板式筏形基礎(chǔ)，板厚800，梁高1000，基礎(chǔ)底板底標(biāo)高9.10m（配電站基礎(chǔ)底板底標(biāo)高10.80m），公寓樓、商業(yè)用房及配電站地下2層，中間地下車(chē)庫(kù)地下1層，上覆3m厚的土體；公寓樓高60m,商業(yè)用房高8.40m，框架結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)8.1m8.1m。整個(gè)建筑物東西長(zhǎng)138.6m，南北寬103.35m，建筑面積約85800。24l（1）上部結(jié)構(gòu)相對(duì)大底盤(pán)地下結(jié)構(gòu)剛度大，基底反力不均勻，基礎(chǔ)底板的不均勻變形，引起基礎(chǔ)開(kāi)裂，例如國(guó)貿(mào)二期工程底板裂縫，防水失效；昆明建筑大廈梁板式筏基開(kāi)裂，底板防水失效。25l（2）目前解決大底盤(pán)高層建筑不均勻沉降的辦法一是設(shè)置沉降縫，二是設(shè)置施工“后澆帶”，待沉降基本穩(wěn)

10、定后再澆筑“后澆帶”砼。設(shè)置沉降縫影響地下空間的使用功能，一般已不采用，采用施工“后澆帶”技術(shù)，在中、低壓縮性土層一般在主體結(jié)構(gòu)封頂后澆筑“后澆帶”砼，但一般需1年或1年半時(shí)間，施工“后澆帶”的保護(hù)以及在有地下水的地區(qū)，降水周期很長(zhǎng)，費(fèi)用開(kāi)支可觀，并增加施工難度。26l（3）高層建筑與純地下車(chē)庫(kù)的連接條件l由于使用功能要求，高層建筑與地下車(chē)庫(kù)的連接可以采用柔性防水連接和剛性連接，柔性防水連接由于維護(hù)困難，費(fèi)用高，較少采用；采用剛性連接的條件及連接時(shí)間也是當(dāng)前工程急需研究的課題。例如北京太陽(yáng)園工程地下2層車(chē)庫(kù)，地上32層高層建筑，在主體結(jié)構(gòu)施工至78層時(shí)，地下車(chē)庫(kù)的30cm厚頂板與主體結(jié)構(gòu)厚2.

11、0m的轉(zhuǎn)換層連接，由于剛度相差懸殊，主體結(jié)構(gòu)尚未封頂即出現(xiàn)多處裂縫，防水失效。27l充分利用：l 詳細(xì)了解JCCAD的功能，有彈性地基梁模型（菜單3）與中厚板有限元模型（菜單5）?；A(chǔ)模型有：WINKLER地基，彈性半無(wú)限體解為基礎(chǔ)的有限壓縮層模型，彈性半無(wú)限體修正解為基礎(chǔ)的有限壓縮層模型，倒樓蓋模型?？梢钥紤]上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)共同作用，或不考慮。28l有效利用：l JCCAD直接讀取上部結(jié)構(gòu)的各種荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合與基本組合，上部結(jié)構(gòu)TAT，SATWE的凝聚剛度及底層網(wǎng)格。29l正確利用：l 理解地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，巖土工程的復(fù)雜性在于各種土質(zhì)地基條件千差萬(wàn)別，在不同成因和周?chē)h(huán)境條件下表現(xiàn)出不同

12、的力學(xué)性質(zhì)。地基基礎(chǔ)按變形控制設(shè)計(jì)已為工程界共識(shí)，各種規(guī)范沉降計(jì)算的不統(tǒng)一及與實(shí)際情況的差異。l 施工工序及施工“后澆帶”設(shè)置對(duì)計(jì)算的影響。整體計(jì)算與分開(kāi)計(jì)算的結(jié)果不同如何應(yīng)用。l 有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工程的差別。30l不同上部結(jié)構(gòu)體型的地基反力及變形特征l主裙樓一體結(jié)構(gòu)的荷載傳遞及變形特征l高層建筑與地下結(jié)構(gòu)的連接及其災(zāi)害防治l大底盤(pán)高層建筑變形控制、設(shè)計(jì)的建筑措施、結(jié)構(gòu)措施及其施工措施l“施工后澆帶”設(shè)置技術(shù)及可不設(shè)置的條件3132l樁筏下樁布置的特點(diǎn)l 樁位的隨意性，樁位自成網(wǎng)格l 樁位與荷載的相關(guān)性就地消化l 異形柱及剪力墻下樁的布置l常用方式：?jiǎn)螛恫贾?，單樁拷貝，圍樁承臺(tái)。l梁下布樁

13、筏板應(yīng)后布或不布。33l為方便樁筏的優(yōu)化布樁設(shè)計(jì),可對(duì)樁筏基礎(chǔ)先按承臺(tái)樁布置，然后再刪除承臺(tái)。程序的“刪除承臺(tái)”菜單改為只刪除承臺(tái)而保留樁（可用“刪除樁”菜單刪除樁）。最后布置筏板。34l不等高，不等厚l地質(zhì)情況不一樣情況l開(kāi)大天井情況l水浮力與自重l有梁筏板基礎(chǔ)下梁與地接觸，板架空l(shuí)設(shè)置后澆帶35l1.上部結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)假設(shè)基礎(chǔ)不變形，是固端約束 ：實(shí)際結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)會(huì)沉降且可能不均勻。差異沉降會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力。l2.不同結(jié)構(gòu)形式對(duì)差異沉降的反應(yīng)是不同的。l3.規(guī)范條文中相關(guān)內(nèi)容5. 3. 10 在同一整體大面積基礎(chǔ)上建有多棟高、低層建筑，沉降計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基的共同作用。713

14、 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)和地基的共同作用。對(duì)建筑體型、荷載情況、結(jié)構(gòu)類(lèi)型和地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析， 確定合理的建筑措施、 結(jié)構(gòu)措施和地基處理方法。8. 3. 2 柱下條形基礎(chǔ)的計(jì)算，除應(yīng)符合本規(guī)范第 8.2.7 條一、二款的要求外，尚應(yīng)符合下列原則： 1 在比較均勻的地基上，上部結(jié)構(gòu)剛度較好，荷載分布較均勻，且條形基礎(chǔ)梁的高度不小于 1/6 柱距時(shí)，地基反力可按直線分布，條形基礎(chǔ)梁的內(nèi)力可按連續(xù)梁計(jì)算，此時(shí)邊跨跨中彎矩及第一內(nèi)支座的彎矩值宜乘以 1.2 的系數(shù)；8. 4. 10 當(dāng)?shù)鼗帘容^均勻、上部結(jié)構(gòu)剛度較好、梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小于 1/6，且相鄰柱荷載及柱間距的變

15、化不超過(guò) 20%時(shí)，筏形基礎(chǔ)可僅考慮局部彎曲作用。筏形基礎(chǔ)的內(nèi)力，可按基底反力直線分布進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)基底反力應(yīng)扣除底板自重及其上填土的自重。 當(dāng)不滿(mǎn)足上述要求時(shí)， 筏基內(nèi)力應(yīng)按彈性地基梁板方法進(jìn)行分析。37l1.按TAT、SATWE、PMSAP的凝聚的上部結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行計(jì)算 l2.倒樓蓋模型上部結(jié)構(gòu)為剛性l3.不考慮上部結(jié)構(gòu)剛度上部結(jié)構(gòu)剛度為0383940414243l天然地基上的筏基及地基梁基礎(chǔ)l樁基：常規(guī)樁基l 復(fù)合樁基（規(guī)范）樁土分擔(dān)比不變l 復(fù)合樁基（上海）超承載力由土承擔(dān)l復(fù)合地基：l有樁體，樁與筏板有墊層，按樁筏輸入l無(wú)樁體，輸入承載力及處理深度44l不等高，不等厚l地質(zhì)情況不一樣

16、情況l開(kāi)大天井情況l水浮力與自重l有梁筏板基礎(chǔ)下梁與地接觸，板架空l(shuí)設(shè)置后澆帶45l沉降圖，圖層增刪，沉降等值線圖l反力圖中承載力校核（最大值1.2，均值1.0），沖切校核，不足紅字顯示。設(shè)計(jì)值=特征值*2/1 . 66l交互配筋取值原則：不以峰值為標(biāo)準(zhǔn)，識(shí)別無(wú)用峰值。各網(wǎng)格取大，同截面網(wǎng)格取加權(quán)平均。l交互輸入配筋區(qū)域。增加雙層及多層配筋46l彈性地基板(梁)模型（WINKLER）土與樁按彈性假設(shè) l倒樓蓋模型按剛性板假設(shè)計(jì)算樁頂反力l有限壓縮層法彈性解MINDLIN應(yīng)力公式規(guī)范建議方法l有限壓縮層法彈性解修正0.5ln(D/Sa)建研院方法47l板厚1.1米l樁長(zhǎng)36米l油罐直徑26.44

17、米l荷載300kPa48495051525354位置（離中心距m） 02.424.827.229.1212.02比值中心處結(jié)果樁數(shù)1713192430總樁94上海規(guī)范沉降12612512011197801.575MINDLIN解沉降（mm）10510410196.791.285.11.234M=1952 kNm/mMINDLIN解樁反力（kN）1338137214261449163025391.898A=6862 mm2/m修正解沉降（mm） 98.197.997.195.894.192.41.065M= 620 kNm/m修正解樁反力（kN）1529155016051692183721051

18、.377A=2364 mm2/mWINKLER解沉降（mm）92.793.093.894.991.197.40.952M=-840 kNm/mWINKLER解樁反力（kN）1779178618011822184518691.051A=2761 mm2/m55-140-120-100-80-60-40-200沉降上海規(guī)范Mindlin解Mindlin解修正Winkler解56050010001500200025003000反力上海規(guī)范Mindlin解Mindlin解修正Winkler解57l一、概述l對(duì)于高層建筑樁筏、樁箱基礎(chǔ)，按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念是只重視滿(mǎn)足總體承載力和沉降要求，忽略上部結(jié)構(gòu)、承臺(tái)、

19、樁、土的相互作用共同工作特性，采用均勻布樁，甚至對(duì)邊角樁實(shí)施加強(qiáng)，由此導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降呈蝶形分布、反力呈馬鞍形分布，主裙差異變形顯著，基礎(chǔ)整體彎距和核心區(qū)沖切力過(guò)大，雖然基礎(chǔ)板配筋較多，但有的基礎(chǔ)板和上部結(jié)構(gòu)仍有裂縫出現(xiàn)乃至影響正常使用。l針對(duì)上述情況，提出變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)新理念 。58l基本內(nèi)涵是：首先，考慮框筒、框剪結(jié)構(gòu)的荷載與剛度分布特點(diǎn)和相互作用引起的應(yīng)力場(chǎng)不均，實(shí)施變剛度布樁（視地質(zhì)條件實(shí)施，變樁長(zhǎng)、樁徑、樁距）強(qiáng)化核心區(qū)，弱化核心區(qū)外圍；對(duì)于剛度相對(duì)弱化區(qū)考慮樁土共同分擔(dān)荷載。其二，采用JCCAD程序進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)、承臺(tái)、樁、土的共同作用分析，調(diào)整布樁，使差異沉降趨于最小，合理確定箱、筏承臺(tái)的板厚與配筋。 59l對(duì)于主樓裙房聯(lián)體建筑，則按強(qiáng)化主體弱化裙房的原則設(shè)計(jì)，主體采用樁基，裙房則應(yīng)首選天然地基，其次為復(fù)合地基、疏短樁基。60l二、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益l按上述變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)理念和方法設(shè)計(jì)的框筒、框剪結(jié)構(gòu)和主裙連體建筑已達(dá)十余項(xiàng)，均收到