基礎設計說明

MTSTOOL的獨立基礎輔助設計工具介紹MTSTool鋼結構設計工具箱應用（二）齊軍帥1薛明2上海藍科鋼結構技術開發(fā)有限公司；上海國安園林景觀建設有限公司）摘要基礎作為獨立的部分一般不參與上部結構的分析，作為MTSTool鋼結構設計工具箱中的一個重要組成部分，MTSTool基礎模塊能夠獨立的完成平臺、短柱、杯口和高杯口基礎的設計要求，從規(guī)范的選擇到土層信息的編輯,再到基礎尺寸和內力的設定，基礎模塊很好的遵循常規(guī)設計的習慣性和條理性，把復雜的設計理念過程化作簡單的參數(shù)化操作，通過強大的用戶可干預性擴大了用戶群體的涉及面，以及不同地域不同設計思路的全面性。關鍵詞柱下獨立基礎基礎設計概述在結構設計中，排架和無地下室的框架結構，上部結構一般作為獨立的主結構體系進行設計。基礎部分不參與上部結構的建模分析，需獨立進行設計。對于柱下獨立基礎，《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2002相關章節(jié)和《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB5007-2002以及其它地方性基礎規(guī)范作出了相應的規(guī)定。但是，驗算部分比較多，而且如果是高杯口基礎，構造要求也比較復雜。設計人員手算的話，會有很大不便。因此，設計人員一般采用輔助軟件進行設計，然后根據(jù)計算書復核審查。但是目前大部分可以算基礎的軟件都僅提供給出平臺部分基礎設計，對于杯口、短柱或高杯口部分人需要設計人員自己考慮。MTSTool軟件的基礎模塊對于獨立基礎提供了多種形式的基礎設計，使設計人員能夠方便快速的完成獨立基礎設計。分類清晰，詳細的計算書可以很方便的供設計者檢查，同時對于初學者，也可以更好的理解相關規(guī)范。本文將介紹MTSTool獨立基礎設計模塊。柱下獨立基礎模塊介紹柱下獨立基礎設計模塊目前考慮的基礎設計規(guī)范有國家規(guī)范《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2002）和上海市規(guī)范《地基基礎設計規(guī)范》（DGJ08-11-1999）兩種?？紤]的上部結構類型有鋼柱和混凝土柱；柱子形式有單柱、雙柱、雙肢格構柱?；A類型有平臺基礎，短柱基礎，杯口基礎和高杯口基礎，同時對于單柱雙肢格構柱（高）杯口基礎，程序還可以讓用戶是否選取采用雙杯口。同時還考慮：1.地基信息：用戶可以打開地基庫對話框，對地基庫進行增加、編輯或刪除等。選定地基庫后，通過土層操作，對地基的土層信息進行編輯，如下圖。2.荷載：柱下獨立基礎考慮基本工況內力標準值和組合工況內力設計值兩種荷載，還考慮了基礎拉梁分擔彎矩的百分比，使用戶能夠很方便地根據(jù)自己需要選用?；竟r標準值主要有：（1） 恒荷載；（2） 活荷載；（3） 風荷載：包括上部結構傳來的左風荷載和右風荷載；（4） 地震荷載：上部結構傳來的重力代表值、水平地震和豎向地震；（5） 附加荷載：附加恒荷載和附加活荷載。用戶可以根據(jù)需要進行增加或刪除部分基本荷載公況，上面基本荷載工況界面如下：組合工況內力設計值主要有：（1） 基本組合；（2） 標準組合（選擇《地基基礎設計規(guī)范》DGJ08-11-1999時，沒有該項荷載組合）；（3） 準永久組合；另外用戶需要考慮是否進行抗震設計，組合工況內力設計值輸入界面如下。拄底內力NQdT)VxQdl)VyOdJ)Mx(kN,m)MyOdT.m)基本組合1100000140標準組合880000112椎永加a合55000070用戶可以輸入全部的荷載組合值，也可以通過內力簡化輸入設置。在下圖作用力編輯對話框中僅輸入設計值或標準值，通過設置相應的簡化系數(shù)，由程序計算其它組合值。3.荷載效應組合：根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001）和《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2002）選用。在“工況組合編輯”對話框中，列出了基本工況和各組合工況（略）。用戶可以對已有組合工況進行編輯等操作，也可自定義新工況。同時程序還提供了修改缺省組合參數(shù)（如下圖），使用戶更方便地選擇各種組合工況。程序默認組合方法為根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001）條文3.2.4的簡化規(guī)則。4.其它驗算：如下圖包括地基沉降驗算和軟弱下臥層驗算（選擇《地基基礎設計規(guī)范》DGJ08-11-1999時，僅有沉降驗算）。柱下獨立基礎設計實例基本參數(shù)信息：本工程地基資料為雜填土（0?1.2m）：Y=16.5kN/m3；粉土（1.2?5m,顆粒含量＞10%）：Y=16.5kN/m3，fak=135kpa,Es1=7.5Mpa；淤sat泥質粉土：fk=85kpa，Es2=2.5Mpa；地下水位位-1.2m。采取錐形高杯口基礎，基礎底面尺寸為2.7mX2.4m,如下圖。柱底內力基本組合值F=900kN,M=140kN?m,標準組合值和準永久組合值根據(jù)內力簡化計算有基本組合值求得。進行抗震設計,沉降驗算和軟弱下臥層驗算。驗算內容：驗算內容包括：承載力驗算,軟弱下臥層驗算,抗沖切驗算,抗剪切驗算,局部受壓驗算,底板配筋驗算,基礎短柱壓/拉彎承載力驗算,短柱配箍驗算,杯口抗彎驗算,變形驗算。MTSTOOL自動生成圖文并茂的詳細計算

書，由于篇幅有限，有局部刪減。地基承載力驗算地基承載力特征值計算地基承載力特征值：書，由于篇幅有限，有局部刪減。fa=fak+HbY*(b-3)+Hd*Ym*(d-0.5)=135+0.3x9x(3-3)+1.5xl3.5x(2-0.5)=165.375kPa地基抗震承載力特征值：faE弋a(chǎn)*fa=165.375x1.1=181.913kPa地基承載力驗算控制工況：標準組合工況內力：N=720kN；Vx=0kN；Vy=0kN；Mx=0kN*m；My=112kNm基底作用力標準值計算：基底豎向合力值：Fk+Gk=930.125kN基底Y向力矩值：Myk=112kNm基底平均壓力值：Pk=(Fk+Gk)/A=930.125/64800x104=143.538kPaW181.913，滿足基底最大壓力值：Pkmax=(Fk+Gk)/A+|Myk|/Wy=930.125/64800x104+112/2916000x106=181.947kPaW218.295,滿足基礎下臥土層承載力驗算查地基規(guī)范(GB50007-2002)表5.2.7,得地基壓力擴散角：Z=23°土層頂面處土的附加壓力值：pz=b*l*(pk-pc)/(b+2*z*tanZ)/(l+2*z*tanZ)=29.095kPa土層頂面處土的自重壓力值：Pcz=Ym*dz=10.8x5=54kPa經(jīng)深度修正后的土層承載力特征值：faz=fak+%z*(dz-°.5)*Ym=85+1x(5-0.5)x10.8=133.6kPa第1個土層壓力值：pz+pcz=83.095kPa第1個土層承載力特征值：faz=133.6283.095,滿足基礎抗沖切驗算控制工況：基本組合工況內力：N=900kN；Vx=0kN；Vy=0kN；Mx=0kN*m；My=140kN?m基底作用力計算：基礎與覆土自重設計值：G=278.07kN基底豎向力值：Fd=N+G=1178.07kN基底Y向力矩值：Myd=140kN?m沖切錐體抗沖切承載力計算：抗沖切承載力：珥=0.7邙h*bm*Ho*ft=446.6kN基底沖切壓力值：Fl=169.692kN<446.6kN,滿足按保守簡化方法(均布最大凈反力)計算的沖切壓力為：Fl=Al*(pmax-G/A)=176.504kN<446.6kN，滿足基礎抗剪切驗算控制工況：基本組合基底作用力和凈壓力分布同沖切驗算時，詳見沖切驗算抗剪切承載力：Fv=0.7*Ph*Av*ft=635.25kN經(jīng)積分計算，剪切壓力值：Fl=341.015kN<635.25kN,滿足按保守簡化方法(均布最大凈反力)計算的剪切壓力：Fl=Al*(pmax-G/A)=370.062kN<635.25kN，滿足控制工況下基礎局部受壓驗算按素混凝土驗算柱下基礎混凝土的局部受壓考慮局部受壓面上荷載均勻分布，取荷載分布影響系數(shù)：3=1基礎素混凝土軸心抗壓強度設計值：fcc=0.85*fc=0.85x9.6=8.16N/mm2控制工況：基本組合控制內力：N=900kN局部受壓面積：Al=Xc*Yc=1600cm2強度提咼系數(shù)：卩i=(Ab/Ai)o.5=2.625柱下局壓應力比：g=N/(?*fCc*卩i*Al)=0.2626W1，滿足基礎底板配筋驗算基礎底板X向配筋驗算控制工況、基底作用力和凈壓力分布同上基礎X向最大有效面積：Ax=8250cm2基礎X向實配鋼筋面積：Asx=18.096cm2基礎X向配筋率：psx=Asx/Ax*100=0.2193%三0.15%，滿足底板鋼筋總拉力：Fs=fbx*Abx*l=380.007kN相對受壓區(qū)高度：寧x/h0=27.388/400=0.06847Wgb=0.614，滿足底板鋼筋力臂長度：S=h0-x/2=386.306mm第1階抗彎承載力為：mu=Fs*S=146.799kN-m基底凈壓力對第1階截面彎矩為：118.286kN-mW146.799kN*m,滿足按(保守簡化方法)均布最大凈反力計算的截面彎矩：M=h2*(2*l+bc)*(pmax-G/A)/6=124.029kN?mW146.799kN*m,滿足基礎底板Y向配筋驗算控制工況、基底作用力和凈壓力分布同上基礎Y向最大有效面積：Ay=9150cm2基礎Y向實配鋼筋面積：Asy=14.137cm2基礎Y向配筋率：psy=Asy/Ay*100=0.1545%三0.15%，滿足底板鋼筋總拉力：Fs=fby*Aby*l=296.881kN相對受壓區(qū)高度：寧x/h°=18.92/400=0.0473Wgb=0.614,滿足底板鋼筋力臂長度：S=h0-x/2=390.54mm第1階抗彎承載力為：mu=Fs*S=115.944kN-m抗彎驗算取用的基底面積呈梯形分布，區(qū)域內地基凈壓力分布圖(kPa)如下基底凈壓力對第1階截面彎矩為：68.026kN-mW115.944kN*m,滿足按(保守簡化方法)均布最大凈反力計算的截面彎矩：M=h2*(2*l+bc)*(pmax-G/A)/6=91.543kN-m<115.944kN*m,滿足基礎短柱壓/拉彎承載力驗算短柱按素混凝土構件驗算壓/拉彎承載力控制工況和基頂內力：同上底部作用力計算：軸力：Nz=N+p*g*X*Y*Hz=940.517kN向彎矩：Myz=My+Vzx*Hz=140kN-m短柱X向尺寸：X=1050mm短柱Y向尺寸：Y=1050mm短柱計算長度：lo=2*(Hz-Hb)=1200mm軸心受壓承載力設計值：Nu0=V*fCc*X*Y=8996.4kNX向初始偏心距：E0x=Myz/Nz=148.854mmX向偏壓承載力設計值：Nux=V*fCC*Y*(X-2*Eox)=6445.632kN短柱壓彎應力比：g=Nz/Nu=N/min(Nu0,Nux)=0.1459<1,滿足基礎短柱配箍驗算短柱抗剪截面驗算控制工況和短柱作用力：同上max(X,Y)/min(X,Y)=1<4,取截面抗剪系數(shù)為0.25截面X向不受剪力作用，滿足要求向截面強度比：gy=Vyz/(0.25邙c*fc*X*Yo)=O<1.0,滿足短柱配箍驗算有效軸力：Na=min(N,0.3*fc*X*Y)=900kN取計算截面剪跨比：入=1.5杯口抗彎承載力驗算柱子插入杯口深度：h1=600mmX向抗彎承載力驗算控制工況和工況內力：同上柱后下角點彎矩計算：IMxl=max（-Mx+Vy*hi-0.5*N*Yc,0）=0kN?m杯口X向右側抗彎承載力計算杯頂焊接鋼筋網(wǎng)抗彎承載力：Ms=93.566kN?m杯壁箍筋抗彎承載力：Mg=27.445kN?m短柱縱筋抗彎承載力：Mz=101.599kN?m杯口抗彎承載力：Mu=Ms+Mg+Mz=222.61kN?mX向抗彎應力比：討MxI/Mu=0W1,滿足Y向抗彎承載力驗算控制工況和工況內力：同上柱左下角點彎矩計算：IMyI=max（-My-Vx*h1-0.5*N*Xc,0）=0kN?m杯口Y向右側抗彎承載力計算杯頂焊接鋼筋網(wǎng)抗彎承載力：Ms=93.566kN?m杯壁箍筋抗彎承載力：Mg=27.445kN?m短柱縱筋抗彎承載力：Mz=101.599kN?m杯口抗彎承載力：Mu=Ms+Mg+Mz=222.61kN?mY向抗彎應力比：討MJ/Mu=0W1,滿足基礎沉降驗算基礎沉降驗算控制工況：準永久組合工況內力：N=450kN；Vx=0kN；Vy=0kN；Mx=0kN*m；My=70kN?m基底豎向力值：Fc=N+Gk=450kN基底中心壓力值：Pz=F/A=101.871kPa基底中心自重壓力：Pc=27kPa基底中心附加壓力：P0=Pz-Pc=74.871kPa基底下各層土的壓縮情況如下：Zi(m)aiZiai(m)AZiai(m)Si(mm)SSi(mm)00.25030.15960.4790.47919.11719.117130.05030.6530.17520.92340.039As'3=1.255>0.025XS'i=1.001mm依G