筏板有限元基础基础1_.ppt
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010-64517375,84276161-2162中国建筑科学研究院朱春明研究员2007.41内容l1,大底盘高层建筑基础设计简介l2,上部结构荷载的正确使用l3,上下部结构共同作用l4,沉降、内力计算及地基模型的选择l5,大底盘高层建筑基础交互设计l6,厚板有限元计算改正l7,变刚度调平设计方法应用介绍2一、大底盘多塔楼高层建筑基础设计简介l1,大底盘多塔楼高层建筑应用现况l每年城镇竣工的建筑面积达5亿平方米。
大底盘多塔楼高层建筑、地下商场、地下车库建筑以及大跨空间、多层地下结构的出现,在目前住宅小区建设以及大型公建项目中都占有非常重要的地位,其面积可达总竣工建筑面积的10%。
3工程实例:
北京巴黎城(北京院)43层,大底盘尺寸210m200m4工程实例:
北京西雅图(冶研院)34层,大底盘尺寸230m220m5沉降图6例:
北化东四环西区住宅及商业工程北化东四环西区住宅及商业工程(地基所)18层,大底盘尺寸138m103m7工程实例:
上海陆家嘴金融贸易区X2地块(茂尔盛maunsell深圳公司)35层,大底盘尺寸127m160m82、给地基基础设计与施工带来的问题l
(1)上部结构塔楼相对大底盘地下结构刚度大,荷载不均匀,基底反力不均匀,基础底板的不均匀变形。
设计不当会引起基础开裂。
例如国贸二期工程底板裂缝,防水失效;昆明建筑大厦梁板式筏基开裂,底板防水失效。
92、给地基基础设计与施工带来的问题l
(2)目前解决大底盘高层建筑不均匀沉降的办法一是设置沉降缝,二是设置施工“后浇带”,待沉降基本稳定后再浇筑“后浇带”砼。
(北京降水费用:
在6个月以内100120元/平米,612个月150170元/平米)l(3)高层建筑与纯地下车库的连接相当于主塔楼与裙房的连接103,JCCAD软件1112二、二、上部结构荷载的正确使用上部结构荷载的正确使用lPM荷载lTAT,SATWE,PMSAP荷载l子结构的凝聚荷载l“一次加荷”,l“模拟施工1”,“模拟施工2”,“模拟施工3”l活荷载楼层折减l一层荷载作用点标高1314活载楼层不折减15l1,荷载楼面折减系数的影响l在PM交互输入的楼面折减不但影响梁的设计也影响柱与基础的设计(与楼层折减系数连乘)l规范:
荷载楼面折减系数应只影响梁。
l2,基础设计是否不考虑地震效应组合(在地基规范3.0.4没有提地震效应组合)?
l基础设计应考虑地震效应组合。
抗震设计应依据抗震规范,桩基设计还应依据桩基规范,有地方规范(规程)应优先按地方规范设计。
(类比:
荷载规范中也没有提地震效应组合)16l3,地震效应组合会发生竖向力增加或减小(力不平衡)l按静力概念理解地震效应组合与风荷载组合,认为竖向力不应增加或减小。
实际发现力不平衡。
l原因是底层地震内力是通过CQC方法得到,CQC是一种用于单个构件的地震内力统计方法,将CQC以后的内力作为荷载来进行整体分析是一种近似,就会发生力不平衡的这种现象。
17l4,SATWE等增加“模拟施工3”,基础设计如何取用?
l“模拟施工3”实是分层刚度分层加载方法l“模拟施工1”实是整体刚度分层加载方法l“模拟施工3”大大改善了“一次加荷”与“模拟施工1”中的竖向刚度不均匀造成竖向荷载传递不合理现象。
l“施工模拟2”是专为基础设计生成,是一种人工近似。
l建议:
优先采用“施工模拟3”+上下部结构共同作用l采用“施工模拟1”+上下部结构共同作用l采用“一次加荷”+上下部结构共同作用l“施工模拟2”(不应考虑上下部结构共同作用)l竖向刚度不均匀结构举例:
l框架剪力墙结构,内砼筒体+外钢框架结构18MNQ荷载作用点标高M=M+Q*HH19一层上部结构荷载作用点标高影响:
独基,桩承台;作用:
剪力换算成弯矩H1H2GABCD20三,上下部结构共同作用TAT,SATWE,PMSAP刚度l1.上部结构计算时假设基础不变形,是固端约束:
实际结构的基础会沉降且可能不均匀。
差异沉降会对上部结构产生次内力。
l2.不同结构形式对差异沉降的反应是不同的。
l3.地基规范条文中相关内容2122上部结构刚度的影响l1,按TAT、SATWE、PMSAP的凝聚的上部结构刚度进行计算lTAT,SATWE,PMSAP刚度凝聚的过程实际上是将上部结构作为整个上下部结构的子结构,对于基础筏板计算是一个准确解。
l2,倒楼盖模型上部结构为刚性(计算局部内力)l3,不考虑上部结构刚度上部结构刚度为023巴黎城单塔计算24考虑上部的沉降图不考虑上部的沉降图25配筋值比较l考虑上部不考虑上部(mm2/m)lX上筋49554184lY上筋59927694lX下筋94149461lY下筋6945823426四、基础四、基础沉降、内力计算及地基模型的选择沉降、内力计算及地基模型的选择l沉降=附加压应力引起的沉降+回弹再压缩计算l桩基可不考虑回弹再压缩27桩基沉降计算方法桩基沉降计算方法l一、半经验实体深基础法l二、从单桩出发考虑群桩作用的沉降计算法l建筑地基基础规范GB5007-2002l桩基规范JGJ94-94l上海地基规范DBJ08-11-19992829四、四、沉降、内力计算及沉降、内力计算及地基模型的选择地基模型的选择l算例:
油罐设计算例:
油罐设计l板厚1.1米l桩长36米l油罐直径26.44米l荷载300kPa30313233位置(离中心距m)02.424.827.229.1212.02比值中心处结果桩数1713192430总桩94上海规范沉降12612512011197801.575MINDLIN解沉降(mm)10510410196.791.285.11.234M=1952kNm/mMINDLIN解桩反力(kN)1338137214261449163025391.898A=6862mm2/m修正解沉降(mm)98.197.997.195.894.192.41.065M=620kNm/m修正解桩反力(kN)1529155016051692183721051.377A=2364mm2/mWINKLER解沉降(mm)92.793.093.894.991.197.40.952M=-840kNm/mWINKLER解桩反力(kN)1779178618011822184518691.051A=2761mm2/m34沉降比较35桩反力比较36五、大底盘高层建筑基础大底盘高层建筑基础交互输入交互输入l11、工程拼装、工程拼装l2、筏板复杂情况介绍、筏板复杂情况介绍l3、提供多种优化布桩方式、提供多种优化布桩方式l44、DWGDWG图转桩位图转桩位l55、外接荷载、外接荷载3711、工程拼装、工程拼装望京望京B11-1项目项目B区(区(34层)382、筏板复杂情况介绍、筏板复杂情况介绍l不等高,不等厚l开大天井情况l水浮力l抗水架空板l设置后浇带393、桩布置方式的选择、桩布置方式的选择l桩筏下桩布置的特点l桩位的随意性,桩位自成网格l桩位与荷载的相关性就地消化l常用方式:
单桩布置,单桩拷贝,围桩承台。
l梁下布桩筏板应后布或不布。
l优化布桩可对桩筏基础先按承台桩布置,然后再删除承台4044、DWGDWG图转桩位图转桩位(万豪世纪中心万豪世纪中心万豪世纪中心万豪世纪中心)41万豪世纪中心万豪世纪中心l场区原设计为嘉利来世贸广场,由地上33层办公楼(A1座,高度约128m)、24层办公楼(A2座)、1115层公寓楼、4层群楼及外围大面积纯地下车库组成,各部分均设三层地下室,基础埋深为14.718.0m。
l1995年,进行了基坑土方开挖和33层办公楼(A1座)桩基施工,办公楼区域工程桩总数约2000根,400的预应力管桩,桩长约67m,桩顶标高约在23.30m左右,桩中心距为1.2m,设计单桩竖向承载力标准值为1000kN。
此后原工程因故停工,基坑废弃并陆续被回填。
l2003年北京美邦亚联公司承接该项目,对设计方案重新进行了调整,定位为办公、酒店高层建筑及大底盘商用裙房结构的大型综合性建筑体。
其中酒店部分地上34层,建筑高度128.2m,地下3层,基础埋深18.20m,位置局部对应于原A1座33层办公楼。
裙房地上35层,地下3层,框筒结构,桩筏基础。
4255、外接荷载、外接荷载CCTV4355、外接荷载、外接荷载4455、外接荷载、外接荷载4555、外接荷载、外接荷载4644、外接荷载、外接荷载47地震48六、厚板有限元计算改正l
(一)筏板计算前处理l
(二)筏板“后浇带”计算l(三)筏板计算后处理49
(一)筏板计算前处理l基础筏板中厚板有限元计算前处理特点:
l
(1)单元尺寸可调节,能解决任意体量的筏板单元划分l
(2)调用上部结构底层柱、墙及筏板上的梁肋构成初网格,形成房间l(3)用四边形(8节点)及三角形(6节点)高精度等参单元进行自动加密l(4)减少人工干预,增加可操作性50工程实例:
北京巴黎城43层,大底盘尺寸210m200m51网格划分图52网格划分图(局部)53工程实例:
望京望京B11-1项目项目B区区34层,大底盘尺寸176m47m54网格划分图55网格划分图(局部)56
(二)筏板“后浇带”计算57计算原理l计算时分成“后浇带”前内力计算与“后浇带”后内力计算。
l“后浇带”前内力是按独立的几块板分开计算,相互不连接,不传递弯矩与剪力。
l“后浇带”后内力是按整体计算弯矩与剪力。
l总内力是将前后内力进行叠加。
通过设置加荷比例系数来模拟“后浇带”浇注时间。
l考虑“后浇带”的计算使内力更加合理,配筋更加节省。
58工程实例:
北京恒富家园59设后浇带60设置加荷比例系数l0.0=不设l1.0=永久设l0.5=完成一半61不设后浇带(系数为0)沉降图连续62不设后浇带(系数为0.5)沉降图在后浇带处不连续63(三)筏板计算后处理lJCCAD提供以下筏板配筋模式:
l
(1)板带方式配筋;l
(2)分区域均匀配筋;l(3)新板带方式配筋(新增)64新板带方式配筋6566七、变刚度调平设计方法应用介绍l对于高层建筑桩筏、桩箱基础,按传统设计理念是只重视满足总体承载力和沉降要求,忽略上部结构、承台、桩、土的相互作用共同工作特性,采用均匀布桩,甚至对边角桩实施加强,由此导致基础沉降呈蝶形分布、反力呈马鞍形分布,主裙差异变形显著,基础整体弯距和核心区冲切力过大,虽然基础板配筋较多,但有的基础板和上部结构仍有裂缝出现乃至影响正常使用。
l针对上述情况,提出变刚度调平设计新理念。
67调平设计基本内涵l基本内涵是:
首先,考虑框筒、框剪结构的荷载与刚度分布特点和相互作用引起的应力场不均,实施变刚度布桩(视地质条件实施,变桩长、桩径、桩距)强化核心区,弱化核心区外围;对于刚度相对弱化区考虑桩土共同分担荷载。
68调平设计作法l对于主楼裙房联体建筑,则按强化主体弱化裙房的原则设计,主体采用桩基,裙房则应首选天然地基,其次为复合地基、疏短桩基。
l采用JCCAD程序进行上部结构、承台、桩、土的共同作用分析,调整布桩,使差异沉降趋于最小,合理确定箱、筏承台的板厚与配筋。
69巴黎城单塔计算(均匀/非均匀布桩)70考虑上部的沉降图(均匀/非均匀布桩)71考虑上部刚度的配筋值l均匀布桩非均匀布桩(mm2/m)lX上筋76794955lY上筋137335992lX下筋152859414lY下筋11325694572例子:
威海海悦国际大厦威海海悦国际大厦7374威海海悦国际大厦威海海悦国际大厦CFG桩复合地基桩复合地基l海悦国际大厦由主楼与裙楼组成,主裙楼连体。
主楼建筑物地上30层,裙楼地上4层,地下2层,建筑高度99.90M,外框内筒结构,平面呈矩形,整个建筑物东西长142.5m,南北宽44m,建筑面积约12万平方米。
采用筏基,CFG桩复合地基。
75威海海悦国际大厦威海海悦国际大厦设计方案1、核心筒部分CFG桩桩长22m,桩径400mm,桩间距1.6m左右,单桩承载力特征值为800KN,桩数
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- 有限元 基础