第一章软件功能特点及概况
一、软件功能
基础设计软件JCCAD是PKPM系统中功能最为纷繁复杂的模块。其主要功能特点概括说明如下:
1、适应多种类型基础的设计
可自动或交互完成工程实践中常用诸类基础设计,其中包括柱下独立基础、墙下条形基础、弹性地基梁基础、带肋筏板基础、柱下平板基础(板厚可不同)、墙下筏板基础、柱下独立桩基承台基础、桩筏基础、桩格梁基础等基础设计及单桩基础设计,还可进行由上述多类基础组合的大型混合基础设计,以及同时布置多块筏板的基础的设计。
可设计的各类基础中包含多种基础形式:独立基础包括倒锥型、阶梯型、现浇或预制杯口基础及单柱、双柱、多柱的联合基础、墙下基础;砖混条基包括砖条基、毛石条基、钢筋混凝土条基(可带下卧梁)、灰土条基、混凝土条基及钢筋混凝土毛石条基;筏板基础的梁肋可朝上或朝下;桩基包括预制混凝土方桩、圆桩、钢管桩、水下冲(钻)孔桩、沉管灌注桩、干作业法桩和各种形状的单桩或多桩承台。
2、接力上部结构模型
基础的建模是接力上部结构与基础连接的楼层进行的,因此基础布置使用的轴线、网格线、轴号,基础定位参照的柱、墙等都是从上部楼层中自动传来的,这种工作方式大大方便了用户。
基础程序首先自动读取上部结构中与基础相连的轴线和各层柱、墙、支撑布置信息(包括异形柱、劲性混凝土截面柱和钢管混凝土柱),并可在基础交互输入和基础平面施工图中绘制出来。
如果是需要和上部结果两层或多个楼层相连的不等高基础,程序自动读入多个楼层中基础布置需要的信息。
3、接力上部结构计算生成的荷载
自动读取多种PKPM上部结构分析程序传下来的各单工况荷载标准值。有平面荷载(PMCAD建模中导算的荷载或砌体结构建模中导算的荷载)、SATWE荷载、PMSAP荷载、PK荷载等。
程序按要求自动进行荷载组合。自动读取的基础荷载可以与交互输入的基础荷载同工况叠加。此外,软件还能够提取利用PKPM柱施工图软件生成的柱钢筋数据,用来画基础柱的插筋。
4、将读入的各荷载工况标准值按照不同的设计需要生成各种类型荷载组合
基础中用的荷载组合与上部结构计算所用的荷载组合是不完全相同的。程序自动按照《荷载规范》和《地基规范》的有关规定,在计算基础的不同内容时采用不同的荷载组合类型。
在计算地基承载力或桩基承载力时采用荷载的标准组合;在进行基础抗冲切、抗剪、抗弯、局部承压计算时采用荷载的基本组合;在进行沉降计算时采用准永久组合。在进行正常使用阶段的挠度、裂缝计算时取标准组合和准永久组合。程序在计算过程中会识别各组合的类型,自动判断是否适合当前的计算内容。
5、考虑上部结构刚度的计算
《地基规范》等规范规定在多种情况下基础的设计应考虑上部结构和地基的共同作用。JCCAD软件能够较好的实现上部结构、基础与地基的共同作用。JCCAD程序对地基梁、筏板、桩筏等整体基础,可采用上部结构刚度凝聚法、上部结构刚度无穷大的倒楼盖法、上部结构等代刚度法等多种方法考虑上部结构对基础的影响,其主要目的就是控制整体性基础的非倾斜性沉降差,即控制基础的整体弯曲。
6、提供多样化、全面的计算功能满足不同需要
对于整体基础的计算,软件提供多种计算模型,如交叉地基梁既可采用文克尔模型(即普通弹性地基梁模型进行分析),又可采用考虑土壤之间相互作用的广义文克尔模型进行分析。筏板基础既可按弹性地基梁有限元法计算,也可按Mindlin理论的中厚板有限元法计算,还可按一般薄板理论的三角形板有限元法分析。筏板的沉降计算提供了规范的假设附加压应力已知的方法和刚性底板假定、附加应力为未知的两种计算方法。当需要考虑建筑物上部的共同作用时,程序又可以提供诸如上部结构刚度凝聚法、上部结构刚度无穷大的倒楼盖法和上部结构等代刚度法等方法,来考虑上部结构对基础的影响。
7、设计功能自动化、灵活化
对于独立基础、条形基础、桩承台等基础,软件可按照规范要求及用户交互填写的相关参数自动完成全面设计,包括不利荷载组合选取、基础底面积计算、按冲切计算结果生成基础高度、碰撞检查、基础配筋计算和选择配筋等功能。对于整体基础,软件可自动调整交叉地基梁的翼缘宽度、自动确定筏板基础中梁肋计算翼缘宽度。同时程序还允许用户修改程序已生成的相关结果,并提供按用户干预重新计算的功能。
8、完整的计算体系
对各种基础形式可能需要依据不同的规范、采用不同的计算方法,但是无论是哪一种基础形式,程序都提供承载力计算、配筋计算、沉降计算、冲切抗剪计算、局部承压计算等全面的计算功能。
9、辅助计算设计
这方面软件提供各种即时计算工具,辅助用户建模、校核。比较典型的有:
桩基设计时提供了【桩数量图】和【局部桩数】菜单项,可用来查看平面各处需要布置的桩数。程序即时给出在用户选定的荷载组合下算出的柱、墙下桩的数量图,并给出当前荷载的重心位置,这些数据为桩的布置提供了合理的依据。
【重心校核】菜单随时计算用户选定的区域的外荷载重心与基础筏板的形心,以及二者之间的偏心。【桩重心校核】随时计算用户选定的区域内的所有桩的重心位置。
筏板基础的冲切抗剪性能是筏板设计的重要依据,程序提供了【柱冲切板】、【异形柱】、【墙冲切板】、【内筒冲剪】等菜单命令随时进行柱、墙等竖向构件对板的冲剪计算。
【局部承压】菜单随时校验基础截面尺寸。
10、提供大量简单实用的计算模式
针对基础设计中不同方面的内容,结合多年用户的工程应用,给出若干简单实用合理的计算设计方案。比较典型的有:
提供专门的防水板计算模型对柱下独基、柱下条基、桩承台等加防水板的防水板部分进行计算。考虑到防水板一般较薄,程序在筏板有限元计算时采用柱和墙底作为支座不动,没有竖向变形的计算模式。
对于布置在柱下独基、桩承台之间的拉梁,使其承受部分上柱、墙传来的部分弯矩,从而减少独基或承台的尺寸。对拉梁本身按照柱和墙底作为不动支座的交叉梁系或两端支撑梁计算。
提供了上部结构荷载的“平面荷载”模式,它的生成过程和结果与传统的手工导算荷载相近。由于假设柱、墙或支撑沿竖向没有位移,所以各柱、墙或支撑承担的荷载主要和它们支撑的荷载面积有关,而与它们本身的刚度无关。“平面荷载”可避免三维计算的柱墙之间荷载分布差距过大的失真现象,用于整体型基础和条形基础的设计,一般可以得到比较理想的结果。
11、导入AutoCAD各种基础平面图辅助建模
对于地质资料输入和基础平面建模等工作,程序提供以AutoCAD的各种基础平面图为底图的参照建模方式。程序自动读取转换AutoCAD的图形格式文件,操作简便,充分利用周围数据接口资源,提高工作效率。
12、施工图辅助设计
可以完成软件中设计的各种类型基础的施工图,包括平面图、详图及剖面图。施工图管理风格、绘制操作与上部结构施工图相同。软件依照《制图标准》、《建筑工程设计文件编制深度规定》、《设计深度图样》等相关标准。对于地基梁提供了立剖面表示法、平面表示法等多种方式,还提供了参数化绘制各类常用标准大样图功能。
13、地质资料的输入
提供直观快捷的人机交互方式输入地质资料,充分利用勘察设计单位提供的地质资料,完成基础沉降计算和桩的各类计算。
综上所述,基础设计软件JCCAD以基于二维、三维图形平台的人机交互技术建立模型,界面友好,操作顺畅;它接力上部结构模型建立基础模型、接力上部结构计算生成基础设计的上部荷载,充分发挥了系统协同工作、集成化的优势;它系统地建立了一套设计计算体系,科学严谨地遵照各种相关的设计规范,适应复杂多样的多种基础形式,提供全面的解决方案;它不仅为最终的基础模型提供完整的计算结果,还注重在交互设计过程中提供辅助计算工具,以保证设计方案的经济合理;它使设计计算结果与施工图设计密切集成,基于自主图形平台的施工图设计软件经历十多年的用户实践、成熟实用。
二、JCCAD主菜单及操作流程
进入PKPM系列软件的主菜单后,在屏幕右上角的专业分页上用鼠标选择“基础设计”菜单,进入JCCAD主菜单,见下图。
菜单(1)提供基础模型数据相关命令,包括“保存工程文件”,“导出基础数据”,“导出PBIM模型”,“恢复模型”,“导入DWG图”。
菜单(2)包括基础模型、地质模型、分析设计、板元法计算、结果查看、基础施工图等模块相关的操作命令。
菜单(3)提供快捷命令如下,包括“平面显示”,“三维线框显示”,“三维渲染显示”,“保存DWG图”,“导出T图”,“显示控制”,“点点距离”,“点线距离”,“改字大小”等命令”。
利用JCCAD软件完成基础设计的操作流程如下:
首先,进入JCCAD的【基础模型】菜单前,必须完成运行:结构的【建筑建模与荷载输入】、或砌体结构的【砌体结构建模与荷载输入】、或者钢结构的【三维模型与荷载输入】项目。 如果要接力上部结构分析程序(如:SATWE、PMSAP、PK等)的计算结果,还应该运行完成相应程序的内力计算。
然后,在JCCAD的【基础模型】菜单中,可以根据荷载和相应参数自动生成柱下独立基础、墙下条形基础及桩承台基础,也可以交互输入筏板、基础梁、桩基础的信息。柱下独基、桩承台、砖混墙下条基等基础在本菜单中即可完成全部的建模、计算、设计工作;弹性地基梁、桩基础、筏板基础在此菜单中完成模型布置,再用后续计算模块进行基础设计。
在【分析设计】菜单中,可以完成弹性地基梁基础、肋梁平板基础等基础的设计及独基、弹性地基梁板等基础的内力配筋计算,可以完成桩承台的设计及桩承台和独基的沉降计算,可以完成各类有桩基础、平板基础、梁板基础、地基梁基础的有限元分析及设计。
在【结果查看】菜单中查看各类分析结果、设计结果,并且可以输出详细计算书及工程量统计结果。
最后在基础施工图中,可以完成以上各类基础的施工图。
三、JCCAD软件运行环境
本程序是Windows版程序,可与 Windows2000, Windows 7,Windows XP,Windows vista,Windows 8,Windows 10兼容。
第二章地质模型
地质资料是建筑物周围场地地基状况的描述,是基础设计的重要信息。如果要进行沉降计算,就必须有地质资料数据。通常情况下在进行桩基础的设计时也需要地质资料数据。在使用JCCAD软件进行基础设计时,用户必须提供建筑物场地的各个勘测孔的平面坐标、竖向土层标高和各个土层的物理力学指标等信息,此等信息应在地质资料文件(内定后缀为.dz)中描述清楚。
地质资料文件可通过人机交互方式生成,也可用文本编辑工具直接填写。本节说明人机交互方式生成的方法,而用文本编辑工具直接填写的文件格式见附录A。
JCCAD可以将用户提供的勘测孔的平面位置自动生成平面控制网格,并以形函数插值方法自动求得基础设计所需的任一处的竖向各土层的标高和物理力学指标,并可形象地观察平面上任意一点和任意竖向剖面的土层分布和土层的物理力学参数。
由于用途不同,对土的物理力学指标要求也不同。因此,可以将JCCAD地质资料分成两类:有桩地质资料和无桩地质资料。有桩地质资料需要每层土的压缩模量、重度、土层厚度、状态参数、内摩擦角和粘聚力等六个参数;而无桩地质资料只需每层土的压缩模量、重度、土层厚度等三个参数。
地质资料输入的步骤一般应为:
(1)归纳出能够包容大多数孔点的土层的分布情况的“标准孔点”土层,并点击【标准孔点】菜单,再根据实际的勘测报告修改各土层物理力学指标承载力等参数进行输入。
(2)点击【输入孔点】菜单,将“标准孔点土层”布置到各个孔点。
(3)进入【动态编辑】菜单对各个孔点已经布置土层的物理力学指标、承载力、土层厚度、顶层土标高、孔点坐标、水头标高等参数进行细部调节。也可以通过添加、删除土层补充修改各个孔点的土层布置信息。
因程序数据结构的需要,程序要求各个孔点的土层从上到下的土层分布必须一致,在实际情况中,当某孔点没有某种土层时,需将这种土层的厚度设为0厚度来处理,因此,孔点的土层布置信息中,会有0厚度土层存在,程序允许对0厚度土层进行编辑。
(4)对地质资料输入的结果的正确性,可以通过【点柱状图】、【土剖面图】、【画等高线】、【孔点剖面】菜单进行校核。
(5)重复步骤(3)、步骤(4),完成地质资料输入的全部工作。
下面对【地质模型】菜单项的内容,进行详细的介绍:
点取【地质模型】菜单项,进入地质资料输入界面。
如果编辑已有的地质资料文件,可以在“地质资料”菜单中点“打开DZ文件”,选择要编辑的文件,并点取“打开”按钮。屏幕显示地质勘探孔点的相对位置和由这些孔点组成的三角单元控制网格,如下图所示。用户即可利用地质资料输入的相关菜单观察地质情况,进行补充和修改已有的地质资料。
交互方式生成的地质资料文件与用文本编辑工具直接填写的文件,采用相同的格式。
注意:如果用户希望采用其它工程已形成好的地质资料文件,请将该文件拷贝到当前工作目录下调用,以防工程数据备份时缺失数据。
地质资料文件记录了建筑物场地的每个勘探孔点的位置、孔点土层布置信息、土层的物理力学指标和孔点组成的三角单元控制网格等所有信息。其内容详述如下:
(1) 每个勘探孔柱状图的土层分布及各土层的物理力学参数。土层分布指土层的名称、厚度、土层底面的标高和图幅。土层的物理力学参数指土的重度Gv(用于沉降计算)、相应压力状态下的压缩模量 Es(用于沉降计算)、内摩擦角 (用于沉降及支护结构计算)、粘聚力c(用于支护结构计算)和计算桩基承载力的状态参数(对于各种土有不同的含义)。
提示:无桩基础土层的物理力学参数只需压缩模量Es、重度、土层厚度。
(2) 所有孔点在任意坐标系下的位置坐标。在基础设计时,可通过平移与旋转将勘探孔平面坐标转成建筑底层平面的坐标。
(3) 以勘探孔点作为节点顺序编号,将节点连线划分成多个不相重叠的三角形单元,并将三角形单元编号。程序将以这些三角形单元为控制网格,利用形函数插值的方法得到控制网格内部和附近的地质土层分布。
进入菜单【地质模型】,当在“选择地质资料文件”对话框中键入文件名后,屏幕显示交互生成地质资料文件状态,其右侧菜单区如上图的子菜单。下面将分节描述【地质模型】的各个菜单的功能。
一、岩土参数
菜单【岩土参数】用于设定各类土的物理力学指标。点击【岩土参数】菜单后,屏幕弹出“默认土参数表”,见下图。表中列出了19类常见的岩土的类号、名称、压缩模量、重度、内摩擦角、粘聚力、状态参数。
用户应根据自己实际的土质情况对如上默认参数修改,特别是需要用到的那些土层的参数。程序给出“默认土参数表”,是为了方便用户在此基础上修改。用户修改后,点击“确定”按钮使修改数据有效。
提示:
(1)程序对各种类别的土进行了分类,并约定了类别号,见下表。
(2)无桩基础只需压缩模量参数,不需要修改其它参数。
(3)所有土层的压缩模量不得为零。
土的名称 | |||||
土类号 | 土名称 | 土类号 | 土名称 | 土类号 | 土名称 |
1 | 填土 | 71 | 粉砂 | 81 | 风化岩 |
2 | 淤泥 | 72 | 细砂 | 82 | 中等风化岩 |
3 | 淤泥质土 | 73 | 中砂 | 83 | 微风化岩 |
4 | 黏性土 | 74 | 粗砂 | 84 | 新鲜基岩 |
5 | 红黏土 | 75 | 砾砂 |
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6 | 粉土 | 76 | 角砾 |
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| 77 | 圆砾 |
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| 78 | 碎石 |
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| 79 | 卵石 |
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二、标准孔点
菜单【标准孔点】用于生成土层参数表――描述建筑物场地地基土的总体分层信息,作为生成各个勘察孔柱状图的地基土分层数据的模板。
每层土的参数包括:层号、土层类型、土层厚度、极限侧摩擦力、极限桩端阻力、压缩模量、重度、内摩擦角、粘聚力和状态参数等12个信息。
首先用户应根据所有勘探点的地质资料,将建筑物场地地基土统一分层。分层时,可暂不考虑土层厚度,把土层其它参数相同的土层视为同层。再按实际场地地基土情况,从地表面起向下逐一编土层号,形成地基土分层表。这个孔点可以作为输入其它孔点的“标准孔点土层”。
点击【标准孔点】菜单后,屏幕弹出“标准地层层序”表,表中列出了已有的或初始化的土层的参数表,见下图。
某层土的参数输完后,可通过 “添加”按钮输入其它层的参数,也可用“插入”、“删除”按钮进行土层的调整。
按前述的地基土分层表的次序层层输入,最终形成“土层参数表”。
提示:
地质资料中的标高可以按相对与上部结构模型中一致的坐标系输入,也可按地质报告的绝对高程输入。当选择前一种输入方法时应该将地质报告中的绝对高程数值换算成与上部结构模型一致的建筑标高;当选择后一种输入方法时地质资料输入中的所有标高必需按绝对高程输入,并在“±0.00绝对标高”填入上部结构模型中±0.00标高对应的绝对高程。
“土层参数表”中参数都可修改,其中由“默认土参数表”确定的参数值也可修改,且其值修改后不会改变“默认土参数表”中相应值,只对当前土层参数表起作用。
标高及图幅框内的“孔口标高”项的值,用于计算各层土的层底标高。第一层土的底标高为孔口标高减去第一层土的厚度;其它层土的底标高为相邻上层土的底标高减去该层土的厚度。
允许同一土层类型多次在土层参数表中出现,用户可根据需要自行修改土层名称。
当某层土的厚度在不同勘探点下不相同而其它参数均相同时,可设为同一层土。不同的土层厚度可用【单点编辑】菜单的修改土层底标高来实现,也可以在后面介绍的【动态编辑】中修改。
三、输入孔点
点击【输入孔点】菜单后,用户可用光标依次输入各孔点的相对位置(相对于屏幕左下角点)。孔点的精确定位方法同PM。一旦孔点生成,其土层分层数据自动取【标准孔点】菜单中“土层参数表”的内容。
在平面上输入孔点时可导入孔位。
一般地质勘测报告中都包含AutoCAD格式的钻孔平面图(DWG图)。用户可导入该图直接将孔点位置导入,这样做可大大方便孔点输入。
点击【基础模型】菜单中的【导入DWG图】,将画好的钻孔平面图插入到当前显示图中,屏幕上会弹出如下图所示的对话框。
孔点选取可以按层选取也可以单点选取,然后点击【选择钻孔】按钮在右边的平面图里选择孔点。
孔点选择完毕后点击鼠标右键,在弹出的对话框中选择【完毕】,然后在【导入图形放大倍数】对话框中输入导入图形的比例,通过输入的比例控制导入图形放大或者缩小的倍数,设置完毕后点【选择基准点】选择插入的基准点,并且点击【导入】,完成孔位的导入。
四、复制孔点
用于土层参数相同勘察点的土层设置。也可以将对应的土层厚度相近的孔点用该菜单进行输入,然后再编辑孔点参数。
五、删除孔点
用于删除多余的勘测点。
六、单点编辑
点击【单点编辑】菜单后,光标点取要修改的孔点,屏幕弹出下图所示的“孔点土层参数表”对话框。对话框中包括“标高及图幅”和“土层参数表”两部分内容。“标高及图幅”中的孔口标高、探孔水头标高、孔口坐标(X,Y)以及“土层参数表”中的每一土层的土层底标高、各土层物理参数都可修改。同时可用“删除”按钮删除某层土。用“Undo”按钮恢复删除的土层。
点击【单点编辑】菜单后,只能选取一个孔位进行土层参数修改。若要修改另一个孔位,则必须再次点击【单点编辑】菜单。如果某土层物理参数修改后的结果适用于其它所有孔点,那么,可用“用于所有点”控件打勾来操作完成。
七、动态编辑
程序允许用户选择要编辑的孔点,程序可以按照点柱状图和孔点剖面图两种方式,显示选中的孔点土层信息,用户可以在图面上修改孔点土层的所有信息,修改的结果将直观的反映在图面上,方便用户理解和使用。下面就动态编辑进行详细介绍。
点击【动态编辑】,用光标在屏幕上点取要编辑的孔点如下图:
单击鼠标右键完成孔点拾取后,右侧菜单如下图所示:
程序提供三种显示土层分布图的方式:孔点柱状图、孔点剖面图、多点剖面图。用户可以通过点击菜单项【剖面类型】进行切换。
下面的图分别显示了柱状图和剖面图的显示方式。
点击【孔点编辑】进入孔点编辑状态,将鼠标移动到要编辑的土层上,土层会动态加亮显示,表示当前操作是对土层操作,如土层添加、土层参数编辑、土层删除。见下两图:
将鼠标移动到要编辑的土层中间位置时,土层间会动态加亮显示,表示当前操作是对土层间操作,如添加土层、孔点信息、0厚度的土层参数修改,如果用户想编辑当前选中的土层,单击鼠标右键,弹出菜单选择相应的修改功能。见下两图:
选择【结束编辑】用来退出当前的孔点编辑状态,返回上级菜单。
选择【添加土层】用来在当前土层之上添加新的土层。
选择【修改土层】用来修改当前选中的土层中的参数。输入参数对话框见下图:
选择【删除土层】用来删除土层操作,用户可以根据如下的对话框选择删除的方式:
选择【孔点信息】,弹出如下的对话框,用户可以修改当前孔点的坐标、标高等信息。
如果土层间有0厚度的土层存在,当选中土层间后,鼠标右侧菜单会有【0厚度编辑】菜单,用户可选择【0厚度编辑】菜单的子菜单来编辑“0厚度土层”的信息。
点击【标高拖动】菜单,程序进入孔点土层标高拖动修改状态,这时用户可以拾取土层的顶标高进行拖动来修改土层的厚度。当鼠标移动到土层顶标高时,程序会动态加亮显示土层顶标高,并显示出其标高值,点击鼠标左键确认拖动当前的选中状态,移动鼠标,程序自动显示当前鼠标的位置对应的标高,当再次点击鼠标“左”键时,就完成了土层标高的拖动操作。
如果拖动的位置由多层的“0厚度土层”,则程序会要求用户选择是哪一个。
完成土层的编辑、添加、删除操作后,程序会根据修改结果重绘当前视图。
以上操作图例是在孔点柱状图显示方式上进行的,孔点剖面图的操作与上面的操作相同。
八、点柱状图
菜单【点柱状图】用于观看场地上任何点的土层柱状图。
进入菜单后,用光标连续点取平面位置的点,“Esc”键退出后,屏幕上显示这些点的土层柱状图,如下图所示:
提示:
点土层柱状图时,取点为非孔点时提示区中虽然会显示“特征点未选中”,但点取仍有效。该点的参数取周围节点的差值结果。
右边菜单【桩承载力】是为特殊需要而设计的。
当选择右边菜单【桩承载力】时,先输入下图的桩信息:
程序根据规范规定选择合适土层作为桩的持力层,每个持力层给出桩长范围及其对应的竖向承载力、水平承载力、抗拔承载力的最大最小值,通过比较可以容易地确定桩的初步方案,包括桩的施工方法、桩长、桩径、桩承载力。设计人员既可输入具体桩长求算承载力,又可输入承载力求算桩长。
九、土剖面图
菜单【土剖面图】用于观看场地上任意剖面的地基土剖面图。
进入菜单后,用光标点取一个剖面后,则屏幕显示此剖面的地基土剖面图,如下图所示。
十、画等高线
菜单【画等高线】用于查看场地的任一土层、地表或水头标高的等高线图。
点击【画等高线】菜单后,屏幕的主区显示已有的孔点及网格,右上的对话框显示的条目区有地表、土层1底、土层2底、……、水头等项。光标选择要绘制等高线的条目,则显示等高线图,如下图所示。
参数说明:
“地表”:指孔口的标高;
“水头”:指探孔水头标高;
“土层1底、土层2底、……”:指第1层土层底部的标高、第2层土层底部的标高……等。
每条等高线上标注的数值为相应的标高值。
提示:
若地表或水头或某层土底的标高全场相同,则对应等高线图空白。
第三章基础模型
JCCAD【基础模型】主菜单主要功能为:接力上部结构与基础相连接的柱墙布置信息及荷载信息,补充输入基础面荷载、或附加柱墙荷载,交互输入基础模型数据等信息,是后续基础计算设计的基础。
第一节 概述
一、本菜单根据用户提供的上部结构、荷载以及相关地基资料的数据,完成以下计算与设计:
(1)人机交互布置各类基础,主要有柱下独立基础、墙下条形基础、桩承台基础、钢筋混凝土弹性地基梁基础、筏板基础、梁板基础、桩筏基础等;
(2)柱下独立基础、墙下条形基础和桩承台的设计是根据用户给定的设计参数和上部结构计算传下的荷载,自动计算,给出截面尺寸、配筋等。在人工干预修改后程序可进行基础验算、碰撞检查;
(3)桩长计算;
(4)钢筋混凝土地基梁、筏板基础、桩筏基础是由用户指定截面尺寸并布置在基础平面上。这类基础的配筋计算和其他验算须由JCCAD的其他菜单完成;
(5)可对柱下独基、墙下条基、桩承台进行碰撞检查,并根据需要自动生成双柱或多柱基础及剪力墙下基础;
(6)可人工布置柱墩或者自动生成柱墩;
(7)可以在筏板基础下布置复合地基,复合地基可以不布置复合地基桩。如果有需要,也可以输入复合地基桩进行相关计算;
(8)可由人工定义和布置拉梁和圈梁,基础的柱插筋、填充墙、平板基础上的柱墩等,以便最后汇总生成画基础施工图所需的全部数据;
(9)可以通过导入DWG文件的方式输入各种基础模型;
二、本菜单运行的必要条件
(1)已完成上部结构的模型、荷载数据的输入。程序可以接以下建模程序生成的模型数据和荷载数据:PMCAD、砌体结构、钢结构STS和复杂空间结构建模及分析;
(2)如果要读取上部结构分析传来的荷载还应该运行相应的程序的内力计算部分。这些程序包括:SATWE、PMSAP、STWJ、PK、砌体结构等程序;
(3)如果要自动生成基础插筋数据还应运行画柱施工图程序。
三、菜单介绍
如果是第一次进入JCCAD,程序会自动读取上部结构模型信息及荷载信息。
如果用户是在“SATWE核心的集成设计”或“PMSAP核心的集成设计”下进入JCCAD,程序读取上部PMCAD的模型信息,程序默认按SATWE荷载、PMSAP荷载、PM荷载排序优先读取排序考前的荷载来源。
如果用户是在“Spas+PMSAP的集成设计”下进入JCCAD,程序读取上部Spas的模型信息,程序默认按PMSAP荷载、STWJ荷载排序优先读取排序考前的荷载来源。
用户可以在【参数】【荷载】【荷载工况】菜单下切换荷载来源。
图中主区显示了PMCAD、砌体结构或STS与基础相连的上部结构平面布置图,包括轴线与柱和墙。其中,柱的截面形式基本与上部结构相同,个别截面类型只保留了与基础设计有关的外围截面信息。如果有基础数据,则还会画出基础的布置情况简图。
第二节 更新上部数据
当已经存在基础模型数据,上部模型构件或荷载信息发生变更,需要重新读取时,可执行该菜单。程序会在更新上部模型信息(包括构件、网格节点、荷载等)的同时,并保留已有的基础模型信息。
注意:基础布置的时候,一些构件或者荷载信息是依托网格节点布置的,如附加点荷载布置在节点上,附加线荷载布置在网格线上,地基梁布置在网格线上,如果上部模型修改或者删除了这些节点或者网格,执行【更新上部】后JCCAD中布置在这些网格节点上的荷载或者基础构件会丢失。另外,通过JCCAD中【节点网格】菜单中布置的节点网格,执行【更新上部】后将会被删除。
第三节 参数
V 4.1版本JCCAD所有参数统一设置在一个菜单下,增加参数查询、参数说明功能,方便使用。增加参数导入导出功能,对于同一工程多次计算或者不同工程采用相同参数,不用重复设置。
在后续的【计算分析】菜单里也有参数设置菜单,该菜单不包含荷载、独基、条基、承台参数设置项,其它功能与【基础模型】里菜单设置项的功能完全一致,且两个菜单内容是联动的,即同一个参数无论在【基础模型】里设置还是在【计算分析】设置,效果一致。
一、总信息
本菜单用于输入基础设计时一些全局性参数。各个参数含义及其用途如下叙述。
“结构重要性系数”:对所有混凝土基础构件有效,应按《混凝土规范》第3.3.2条采用,最终影响所有混凝土构件的承载力设计结果。该值不应小于1.0,其初始值为1.0。
“多墙冲板墙肢长厚比”:该参数决定“多墙冲板”时,每个墙肢的长厚比例,默认值为8,即短肢剪力墙的尺寸要求。“多墙冲板”相关内容详见本手册第五章【结果查看】【冲切剪切计算】相关内容。
“拉梁承担弯矩比例”:指由拉梁来承受独立基础或桩承台沿梁方向上的弯矩,以减小独基底面积。基础承担的弯矩按照1.0-拉梁承担比例进行折减,即填0时拉梁不承担弯矩,填0.2时拉梁承担20%,填1.0时拉梁承担100%弯矩。该参数只对与拉梁相连的独基、承台有效,拉梁布置在【基础模型】【上部构件】菜单里完成。
“《建筑抗震规范》6.2.3柱底弯矩放大系数”:该参数的设置主要参考《建筑抗震规范》6.2.3条相关内容,对地震组合下结构柱底的弯矩进行放大。
注意:在JCCAD里,程序不区分结构是否为框架结构,用户只要设置了该参数放大系数项,那么程序会对所有柱子地震组合下的弯矩进行放大。
“活荷载按楼层折减系数”:该参数主要是针对《建筑结构荷载规范》5.1.2条,对传给基础的活荷载按楼层折减。注意该参数是对全楼传基础的活荷载按相同系数统一折减。
“自动按楼层折减活荷载”:该参数与“活荷载按楼层折减系数”作用一致,不同的是,勾选该参数,程序会自动判断每个柱、墙上面上部楼层数,然后自动按《建筑结构荷载规范》表格5.1.2的内容折减活荷载,所以,对于上部结构楼层数相差较大的建筑,勾选该项考虑活荷载折减应该更为精确。这时查询活荷载的标准值时会发现活荷载的数值已经发生变化。
注意: SATWE计算程序里的“传给基础活荷载”折减设置项对JCCAD不起作用,用JCCAD进行基础设计,活荷折减设置需要在JCCAD里完成。
“分配无柱节点荷载”:选择项打“√”后,程序可将墙间节点荷载或被设置成“无基础柱”的柱子的荷载分配到节点周围的墙上,从而使墙下基础不会产生丢荷载情况。分配荷载的原则为按周围墙的长度加权分配,长墙分配的荷载多,短墙分配的荷载少。其中“无基础柱”在【基础模型】【墙下条基】【自动布置】【无基础柱】菜单里指定。该功能主要适用于砌体结构中的构造柱不想单独布置基础,同时又保证构造柱荷载不丢失。
“平面荷载按轴线平均”:选择项打“√”后,程序会将PM荷载中同一轴线上的线荷载做平均处理。砌体结构同一轴线上多段线荷载大小不一致,导致生成的条基宽度大小不一致,勾选该项后,同一轴线荷载平均,那么生成的条基宽度一致。
“混凝土容重”: 计算基础自重时的混凝土容重。
“覆土平均容重”: 该参数与“室内地面标高”参数相关联,用于计算独基、条基、弹性地基梁、桩承台基础顶面以上的覆土重,如果基础顶面上有多层土,则输入平均容重。
“室外地面标高”: 用于计算筏板基础承载力特征值深度修正用的基础埋置深度(d=室外地面标高-筏板底标高)。
“室内地面标高” : 用于计算独基、条基、弹性地基梁、桩承台基础覆土荷载。该参数对筏板基础的板上覆土荷载不起作用,筏板覆土在“筏板荷载”里定义。
地区选择:
“国家”:相关计算参考国家规范。
“广东”:相关计算参考广东规范,主要是独基抗剪计算、桩承载力校核等。
二、荷载
1、荷载工况:
“荷载来源”:该菜单用于选择本模块采用哪一种上部结构传递给基础的荷载来源,程序可读取PM导荷和砖混荷载(都称平面荷载)、PK、SATWE、PMSAP、STWJ荷载。JCCAD读取上部结构分析程序传来的与基础相连的柱、墙、支撑内力,作为基础设计的外荷载,。
平面荷载 : 读取上部PM荷载。PM荷载与SATWE荷载区别:两者导荷方式不一样,PM荷载是荷载逐层传递,墙、柱等竖向构件仅作为传力构件;SATWE荷载是空间分析的结果,墙、柱等竖向构件因刚度不同而影响荷载分配传递。两者导荷结果,对于单个构件可能会不太一样,但荷载总值一样。砖混结构可选PM荷载,其他结构建议选SATWE荷载。
PK/STS-PK3D : 读取上部钢结构厂房三维设计模块计算的柱底荷载。
SATWE荷载 : 读取上部SATWE荷载。PM荷载与SATWE荷载区别:两者导荷方式不一样,PM荷载是荷载逐层传递,墙、柱等竖向仅作为传力构件;SATWE荷载是空间分析的结果,墙、柱等竖向构件因刚度不同而影响荷载分配传递。两者导荷结果,对于单个构件可能会不太一样,荷载总值应该一致。砖混结构可选PM荷载,其他结构建议选SATWE荷载。
STWJ荷载 : 读取上部STWJ荷载。
PMSAP荷载 : 读取上部PMSAP荷载。
若要选用某上部结构设计程序生成的荷载工况,则点击左侧相应项。选取之后,在右侧的列表框中相应荷载项前显示√,表示荷载选中。程序读取相应程序生成的荷载工况的标准内力当做基础设计的荷载标准值,并自动按照相关规范的要求进行荷载组合。
对于每种荷载来源,程序可选择它包含的多种荷载工况的荷载标准值。
提示:
(1)对话框的右面荷载列表中只显示运行过的上部结构设计程序的标准荷载。
(2)用户要读取单榀PK荷载,必须先在【荷载】【读取单榀pk荷载】菜单下读取并并且布置单榀PK荷载。
(3)如果本工程计算基础时不用计算地震荷载组合,则可在右面的列表框中将地震荷载作用标准值前面的√去掉。
“用平面荷载替换空间计算程序SATWE等的恒载”:读取空间分析结果荷载通常符合工程实际,但有时候一些局部的荷载导算还是想看看手工导荷的结果,同时又想兼顾空间分析的水平力及弯矩的影响,则可以勾选该项。
水浮力参数:
“历史最低水位” : 勾选该项,输入相应的低水位(常规水位)标高,除准永久组合外的其他所有荷载组合都将增加常规水荷载工况。
“历史最高水位” : 勾选该项,输入相应的高水位(抗浮水位)标高,程序会增加两组抗浮组合(基本抗浮“1.0恒+1.4抗浮水”与标准抗浮“1.0恒+1.0抗浮水”)。
在参数里如果设置了常规水或者抗浮水,筏板上回自动计算并布置对应工况的水浮力荷载,在【筏板】【布置】【筏板荷载】菜单会自动增加常规水荷载工况或抗浮水工况,用户可查看或编辑水浮力荷载值。
“水浮力的基本组合分项系数” : 勾选“历史最高水位”,可以在此处修改基本抗浮“1.0恒+1.4抗浮水”组合里水的分项系数。
“水浮力的标准组合分项系数” : 勾选“历史最高水位”,可以在此处修改标准抗浮“1.0恒+1.0抗浮水”组合里水的分项系数。
人防荷载参数:
“人防等级” : 指定整个基础的人防等级,程序会增加两组人防基本组合,“筏板荷载”菜单增加人防底板等效静荷载工况。
“底板等效静荷载” : 交互修改筏板底人防等效静荷载,在参数里如果设置人防等级及人防底板等效静荷载,在【筏板】【布置】【筏板荷载】菜单会自动增加人防荷载工况,筏板上会自动布置人防底板等效静荷载,用户可编辑或查看该人防底板荷载。
对于有局部人防的工程,可以通过【筏板荷载】单独编辑某一区域或者某一块筏板的人防等级及底板等效静荷载的方法来实现。
人防底板等效静荷载作用方向通常向上,JCCAD规定向上荷载为负值,所以尺寸底板等效静荷载一般输入负值。
人防顶板等效荷载通过接力上部结构柱墙人防荷载方式读取,读取后如果填写了“底板等效静荷载”参数后,在荷载显示校核中可查看。
2、荷载组合:
荷载组合系数及荷载分项系数:
程序按《建筑结构荷载规范》相关规定默认生成各个荷载工况的分项系数及组合值系数,用户可以通过程序里的菜单分别修改恒载、活荷载、风荷载、吊车荷载、竖向地震、水平地震的分项系数及组合值系数。
荷载组合列表里的所有组合公式可以手工编辑,还可以通过“添加荷载组合”添加新的荷载,或者通过“删除荷载组合”对于程序默认的荷载组合进行删除。
天然地基基础如果出现零应力区或者锚杆、桩出现受拉的时候,可通过非线性迭代方式准确计算桩土反力,对有些工程初步确定基础方案时,或考虑计算效率问题,可以通过如上图中调整非线性参数来指定某些荷载组合下不进行迭代计算。
三、地基承载力
本项参数用于输入地基承载力的确定方式及相关系数。
程序提供五种确定承载力的方法,如下图所示:
其中因为“中华人民共和国国家标准GB50007-2011--综合法”和“北京地区建筑地基基础勘察设计规范》--综合法”需输入的参数相同,“中华人民共和国国家标准GB50007-2011--抗剪强度指标法”和“上海市工程建设规范DGJ08-11-2010——抗剪强度指标法”需输入的参数也相同,所以归纳为3种方法来说明其相关参数:
(1)选取“中华人民共和国国家标准GB50007-2011--综合法”或“北京地区建筑地基基础勘察设计规范》--综合法”后,屏幕显示如下图的参数对话框。
其参数名和初始值为:
“地基承载力特征值fak (kPa)”:其初始值为180;
“地基承载力宽度修正系数ηb”:其初始值为0;
“地基承载力深度修正系数ηd”:其初始值为1;
“基底以下土的重度g(kN/m3)”:其初始值为20;
“基底以上土的重度gm(kN/m3)”:其初始值为20;
“承载力修正用基础埋置深度d (m)”:此参数不能为负值,该参数初始值为1.2米。对于有地下室的情况,采用筏板基础时应自室外地面标高算起,其他情况如独基、条基、梁式基础从室内地面标高算起。
“地基抗震承载力调整系数”:用户需要根据《抗震规范》相关规定填写该系数,程序默认值为1;
(2)选取“中华人民共和国国家标准GB50007-2011--抗剪强度指标法”或“上海市工程建设规范DGJ08-11-2010——抗剪强度指标法” 后,屏幕显示如下图的参数对话框。
其参数名和初始值为:
“土的粘聚力标准值ck (kPa)”:其初始值为0;
“土的内摩擦角标准值φk°”:其初始值为1;
“基底以下土的重度 (kN/m3)”:其初始值为20;
“基底以上土的重度 (kN/m3)”:其初始值为20;
“基础埋置深度d (m)”:说明同(1)综合法;
(3)选取“上海市地方标准《地基规范》DGJ08-11-2010——静桩试验法” 后,屏幕显示下图的参数对话框。
其参数名和初始值为:
“地基承载力设计值fd (kPa)”:其初始值为180;
“浅基础地基承载力抗震调整系数”:其初始值为1.0。该值即γRE;
“桩承载力验算的参考规范”:包括国家规范及广东规范。选择不同的规范,在后续桩承台计算菜单及板元法计算菜单,校核桩承载力的时候将根据这里的选择项执行不同的规范内容。
四、独基自动布置
本菜单用于输入独基自动布置的相关参数。
“独基类型”:设置要生成的独基的类型,目前程序能够生成的独基类型包括:锥形现浇、锥形预制、阶形现浇、阶形预制、锥形短柱、锥形高杯、阶形短柱、阶形高杯。
“独基础最小高度(mm)”:指程序确定独立基础尺寸的起算高度。若冲切计算不能满足要求时,程序自动增加基础各阶的高度。其初始值为600mm。
“独基底面长宽比”:用来调整基础底板长和宽的比值。其初始值为1。该值仅对单柱基础起作用。
“承载力计算时基础底面受拉面积/基础底面积(0-0.3)”:程序在计算基础底面积时,允许基础底面局部不受压。程序该值默认为0,表示不允许出现基底压力为0 的区域。有些独基底面积大小受弯矩控制,那么这里输入一定基底面积受拉面积,独基的底面积会减小。
“受剪承载力系数”:该值默认为0.7,双击可以修改。
“计算独立基础时考虑独立基础底面范围内的线荷载作用”:若“√”,则计算独立基础时取节点荷载和独立基础底面范围内的线荷载的矢量和作为计算依据。程序根据计算出的基础底面积迭代两次。
“刚性独基进行抗剪计算”:按《地基规范》8.2.9条规定,独基短边尺寸小于柱宽加两倍基础有效高度的时候,应该验算柱边或者基础变阶处的受剪承载力。程序执行这条规定的时候,还会同时检查独基长边尺寸是否也满足该条件,如果长边也满足该条件,则独基是一个刚性基础,程序默认不验算剪切承载力。只有勾选该选项,程序才执行抗剪切承载力验算。
五、承台自动布置
本菜单用于输入承台自动布置的相关参数。
“承台类型”:设置要生成的承台的类型。目前没程序自动布置的承台类型包括锥形现浇、锥形预制、阶形现浇、阶形预制四类。
“承台尺寸模数(mm)”:承台尺寸模数在计算承台底面积时起作用,默认值为100mm,软件自动生成桩承台时,计算得到的承台尺寸为模数的倍数。
“承台阶数”:此参数设置自动生成承台的阶数。只对四桩以上矩形承台起作用。
“承台阶高”:该参数对所有承台均起作用,其值为承台每阶高的初值,承台最终的高度由冲切及剪切结果控制。
“桩长(m)”:该值用于为每根桩赋初始桩长值,初始值为10m,单桩桩长参数仅用来为桩长赋予初始值,最终选用的桩长还需要在桩长计算、修改中进行计算及修改。
“桩间距”:指承台内桩形心到桩形心的最小距离。单位为mm或桩径倍数,其初始值分别为1500mm或3倍桩径。单位的转换可点击右侧三角标志实现。此参数用来控制桩布置情况,程序在计算承台受弯时要根据此参数调整布桩情况,程序以用户填写的“桩间距”为最小距离计算抵抗弯矩所需的桩间距和桩布置。填写这个参数需满足规范要求,可参见《桩基规范》第3.3.3表3.3.3及4.2.1条填写。
“桩边距”:指承台内桩形心到承台边的最小距离。单位为mm或桩径倍数,其初始值分别为750mm或1倍桩径。单位的转换可点击右侧三角标志实现。
三桩承台围区生成切角参数:
“不切角” : 该参数只对通过“围桩承台”命令生成的承台有效。
“垂直于角平分线” : 桩中心到切角边的垂直距离,切角线垂直于角平分线。该参数只对通过“围桩承台”命令生成的承台有效。
“垂直于边线切角” : 桩中心到切角边的垂直距离,切角线垂直于等腰三角形或者等边三角形底边。该参数只对通过“围桩承台”命令生成的承台有效。
“桩承载力按共同作用调整” : 勾选该项时,程序按《建筑桩基技术规范》第5.2.5条规定,考虑承台效应后对单桩承载力特征值进行调整。
“矩形两桩承台按梁构件计算”: 勾选该项时,程序按深受弯构件计算两桩承台配筋,参考《混凝土结构设计规范》附录G相关规定。
六、条基自动布置
本菜单用于输入条基自动布置的相关参数。
“条基类型”:灰土基础、素混凝土基础、钢筋混凝土基础、带卧梁钢筋混凝土基础、毛石片石基础、砖基础、钢混毛石基础;
砖放脚尺寸:
“无砂浆缝(mm)”:设置无砂浆缝的砖基础放脚尺寸,其初始值为60mm;
“有砂浆缝(mm)”:设置有砂浆缝的砖基础放脚尺寸,其初始值为60mm;
“毛石条基顶部宽(mm)”:其初始值为600;
“毛石条基-台阶宽(mm)”:用来调整毛石基础放角的尺寸,用户应按毛石的尺寸来填写。 其初始值为150;
毛石条基:
“台阶宽(mm)”:设置毛石条基台阶宽度;
“台阶高(mm)”:设置毛石条基台阶高度;
“毛石条基顶部宽mm”:设置毛石条基顶部宽度。
“无筋基础台阶宽高比”:用来设置无筋基础台阶宽高比,初始值为1:1.5;
七、沉降
本菜单用于输入沉降算相关的参数。
“构件沉降”:以单个构件为单位(独基、承台、单块筏板、地基梁、条基),按规范算计算构件中心点沉降。计算你的时候将单个基础视为刚性块,基础本身不变形。通常对于单柱下独基、桩承台等基础可以参考该沉降值。对于筏板、地基梁、条基的构件沉降计算结果,视工程具体情况适当参考。
“单元沉降”:以有限元划分的网格单元为单位,计算单元中心点沉降。
“独基”:目前程序对于独基构件沉降提供两种计算方法:国家规范《建筑地基基础设计规范》50007-2011分层总和法及上海规范《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010分层总和法。
“桩基”:对于桩基,目前程序提供六种沉降计算方法:地基规范(《建筑地基基础设计规范》50007-2011)等代墩基法,地基规范明德林应力公式法,桩基规范(《建筑桩基计算规范》JGJ 94-2008)等效作用分层总和法,桩基规范明德林应力公式法,上海地基规范(《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010)等代实体法,上海地基规范明德林应力公式法。
“地基梁”:地基梁的构件沉降,程序提供柔性沉降和刚性沉降两种算法。
“筏板”:筏板构件沉降计算程序提供三种计算方法:地基规范分层总和法,箱基规范(《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》JGJ 6-2011)弹性理论法,箱基规范分层总和法。
“单元沉降柔性算法”:假设整个基础为柔性基础计算沉降。详见本说明书“第七章 技术条件”。
“单元沉降刚性算法”:假设整个基础为刚性基础计算沉降。详见本说明书“第七章 技术条件”。
八、计算设计
。
本菜单用于输入分析设计的主要参数。
“计算模型”:
弹性地基模型:适用对于上部结构刚度较低的结构(如框架结构、多层框架剪力墙结构),其中1模型为简化模型,在计算中将土与桩假设为独立的弹簧;3模型;4模型是对3模型的一种改进,与3模型不同的是对土应力值进行修正,即乘0.5ln(/
)。其中
为土表面结点间距,
为有效最大影响距离。
“WINKLER模型”:假设土或者桩为独立弹簧,上部结果及基础作用在地基上,压缩“弹簧”产生变形及内力。是工程设计常用模型,虽然简单,但受力明确。当考虑上部结构刚度时将比较符合实际情况。
“Mindlin模型”:假设土与桩为弹性介质,采用Mindlin应力公式求取压缩层内的应力,利用分层总和法进行单元节点处沉降计算并求取柔度矩阵,根据柔度矩阵可求桩土刚度矩阵。由于是弹性解,计算结果中会出现一些问题筏板边角处反力过大,筏板中心沉降过大,筏板弯矩过大并出现配筋过大或无法配筋等情况。
“修正Mindlin模型”:是对“Mindlin模型”的一种改进,与3模型不同的是对土应力值进行修正,即乘0.5ln(/
)。其中
为土表面结点间距,
为有效最大影响距离。是考虑地基土非弹性的特点进行修正,在弹性应力相叠加时考虑应力扩散的局限性。是根据建研院地基所多年研究成果编写的模型,可以参考使用。
“倒楼盖模型”:为早期手工计算常采用的模型,对于上部结构刚度较高的结构(如剪力墙结构、没有裙房的高层框架剪力墙结构)。计算时不考虑整个基础的整体弯曲,只考虑局部弯曲作用。
“上部结构刚度影响”:考虑上下部结构共同作用计算比较准确反应实际受力情况,可以减少内力节省钢筋。
因为平铺在地基上的大面积筏板基础(或其它整体式基础,如地基梁等)在其筏板平面外的刚度是很弱的。在上部结构不均匀荷载作用下容易产生较大的变形差,导致筏板内力和配筋的增加。考虑基础与上部结构工作的原理是把上部结构的刚度叠加到基础筏板上,使其基础平面外刚度大大增加,从而大大增加抵抗上部结构传来的不均匀荷载的能力,减少变形差,减少内力与配筋,达到设计的经济合理性。详见技术条件。
要想考虑上部结构影响应在上部结构计算时,在计算控制参数中,点取“生成传给基础的刚度”,如下图。SATWE软件生成的的刚度文件是SATFDK.SAT,PMSAP软件生成的的刚度文件是SAPFDK.SAP。
“剪力墙考虑高度”:基础计算的时候,考虑上部剪力墙对基础的约束影响,将剪力墙视为深梁,剪力墙高度即为深梁高度。
“锚杆杆体弹性模量”:对于带锚杆的工程,程序会自动计算锚杆受拉刚度,程序按照《高压喷射扩大头锚杆技术规程》计算锚杆刚度,其计算公式如下,本参数即为公式中的ES
式中: Kt——锚杆的轴向刚度系数(kN/m);
As——锚杆杆体界面面积(m2);
Es——锚杆杆体弹性模量(kN/m2);
Lc——锚杆杆体的变形计算长度(m)
“桩的嵌固系数(铰接0~1刚接)”: 该参数在0~1之间变化反映嵌固状况,无桩时此项系数不出现在对话框上。其隐含值为0。对于铰接的理解比较容易,而对于桩顶和筏板现浇在一起也不能一概按刚接计算,要区分不同的情况,对于混凝土受弯构件(或节点),需要混凝土、纵向钢筋、箍筋一起受力才能完成弯矩的传递。由于一般工程施工时桩顶钢筋只将主筋伸入筏板,很难完成弯矩的传递,出现类似塑性铰的状态,只传递竖向力不传递弯矩。如果是钢桩或预应力管桩伸入筏板一倍桩径以上的深度,就可以认为是刚接。
“后浇带施工前加荷比例(0-1)”:这个参数与后浇带的布置配合使用,解决由于后浇带设置后的内力、沉降计算和配筋计算、取值。后浇带将筏板分割成几块独立的筏板,程序将计算有、无后浇带两种情况。并根据两种情况的结果求算内力、沉降及配筋。填0取整体计算结果,填1取分别计算结果,取中间值a计算结果按下式计算:
实际结果=整体计算结果*(1-a)+ 分别计算结果*a
a值与浇后浇带时沉降完成的比例相关。
“有限元网格控制边长”:设置有限元网格划分的单元边长。
“网格划分方法”:目前软件提供两种网格划分方式:铺砌法与Delaunay拟合法
“使用边交换算法”: Delaunay三角剖分算法具有严格的稳定性,因此理论上所有模型都可划分成功,但由于几何计算的精度问题,还是存在例外情况, 当采用Delaunay拟合法进行网格划分失败时,采用此参数有效提高网格划分成功率。
“自动将防水板边缘按固端处理”:对于带防水板的工程,防水板边的嵌固方式因工程不同而有差异,可以通过本参数设置防水板边的嵌固条件,勾选为固接,否则为铰接。
“荷载施加考虑柱实际尺寸”:当柱截面较大时,按照节点施加柱上荷载,节点处的应力集中被夸大,造成浪费。
“配筋到柱边”:勾选此项后,柱边的单元采用柱与单元交界面上内力最大值进行配筋,可有效缓解非由于网格尺寸引起的配筋差异。
“按柔性法确定基床系数”:勾选此项后,软件对各单元进行沉降计算并考虑相互影响再反推基床系数。
“箍筋间距”:设置地基梁计算的箍筋间距。
“子筏板基床系数单独计算”:不勾选此项时,软件对相连或者相互包含的区域作为一个整体进行基床系数的计算;勾选此项后,软件对每块筏板单独计算基床系数。
“线性方程组解法”:软件提供了“PARDISO”、“MUMPS”两种线性方程组求解器。均为大型稀疏对称矩阵快速求解方法;并支持并行计算,当内存充足时,CPU核心数越多,求解效率越高;“PARDISO”内存需求较“MUMPS”稍大,在32位下,由于内存容量存在限制,“PARDISO”虽相较于“MUMPS”求解更快,但求解规模略小。一般情况下,“PARDISO”求解器均能正确计算,若提示错误,可更换为“MUMPS”求解器。若由于结构规模太大仍然无法求解,则建议使用64位程序并增加机器内存以获取更高计算效率。
“基础设计采用沉降模型桩土刚度”:当不勾选此项时,软件按照前处理中的基床系数与桩刚度直接计算内力并进行设计;勾选此项后,软件将会根据沉降结果反推基床系数,再进行内力计算与设计。
“板单元内弯矩剪力统计依据”: 原有版本桩筏筏板有限元计算结果弯矩与剪力统计依据是单元高斯点的最大值,V2.2版本提供两种解决方案,第一种是取单元高斯点的最大值,第二种是平均值。
“非线性迭代控制次数”:此参数可控制沉降以及各组合计算的非线性迭代次数。
“迭代误差控制参数”:为了在允许误差范围内提高计算效率,以及基础设计自身的特点,软件按照位移差进行迭代控制,如需提高精度,用户可以进行修改。
九、材料信息
本菜单用于设置所有基础构件的混凝土强度等级、钢筋强度等级,保护层厚度及最小配筋率。
对于梁以外的混凝土构件承载力验算,计算构件有效高度(厚度)的时候,程序会用构件实际高度(厚度)-(材料信息表里的保护层厚度+12.5mm)作为有效高度(厚度),其中12.5mm为程序默认主筋的半径。计算梁配筋的时候考虑到箍筋的影响,保护层厚度算法为梁的实际高度-(材料信息表里的保护层厚度+22.5mm),其中22.5mm为默认纵筋半径(12.5mm)+箍筋直径(10mm)。
最小配筋率如果在材料信息表里输入0,则程序按《混凝土结构设计规范》要求取0.2和45ft/fy(%)中的较大者。
第四节 荷载
一、上部荷载显示校核
本菜单用于显示校核JCCAD读取的上部结构柱墙荷载及JCCAD输入的附加柱墙荷载。当用户选择某种荷载组合或者荷载工况后,程序在图形区显示出该组合的荷载图,同时在左下角命令行显示该组合或者是工况下的荷载总值、弯矩总值、荷载作用点坐标,便于用户查询或打印。
【网格上弯矩换算成线荷载】:对于线荷载,如果有平面内弯矩时,可以通过该选项将弯矩导算为相应的梯形线荷载显示。
【线荷载按荷载总值显示】:轴线上线荷载默认按荷载总值显示,如果希望按每延米显示,则可不勾选该选项。
【按柱形心显示节点荷载】:对于柱子上的节点荷载,程序默认按局部坐标系显示,既显示在柱形心上并考虑柱的偏心和转角,如果希望将该荷载按全局坐标系显示,则可不勾选该选项,这时程序将节点荷载显示在柱对应的节点上。局部坐标系与全局坐标系转换时,节点荷载轴力值N不变,弯矩和剪力值需要根据柱转角及柱相对节点偏心值进行坐标变换。
【区域荷载】:对于具体的荷载组合有效,显示每个荷载组合下指定区域内的荷载总值及荷载作用点。程序将在平面图上输出相应区域内对应组合的合力作用点及荷载总值,同时输出合力作用点的坐标。“区域荷载”的T图结果程序自动保存在当前工程目录下的“基础模型”文件夹里。
【荷载写图】:将荷载图输出为T图,可以批量输出,也可以按选择的荷载组合输出。
如果需要将基础平面上荷载图即时存为T图,还可以点击主程序右下角工具栏中的“导出T图”“导出dwg图”按钮将荷载图导出保存。
柱下节点荷载通常包括五项内容:N、Mx、My、Vx、Vy,N为轴力,向下为正值(压力),向上为负值(拉力),当轴力为负值的时候,程序显示所有荷载字体颜色为紫色,否则为绿色;Mx,My分别为X向弯矩及Y向弯矩,弯矩方向按右手螺旋法则确定。Vx,Vy,分别为沿X轴方向的剪力及沿Y轴方向剪力,方向为沿轴正向为正值,沿轴负向为负值;
荷载显示默认按局部坐标系显示,既考虑柱的偏心和转角显示在柱形心。
对于墙上荷载,程序默认显示五项内容:N为轴力,M为面内弯矩,M2为面外弯矩,Sx,Sy分别为X向剪力及Y先剪力。墙的荷载坐标系方向规则与墙两个节点的顺序有关,X轴正向为“左节点”指向“右节点”,Y方向为X轴逆时针90°方向。“左节点”、“右节点”的查看方式:点击右下角工具栏“绘图选项”菜单,显示内容勾选“节点号”,双击墙所在网格线,右侧弹出属性框会显示“左节点”、“右节点”节点号。
二、上部荷载编辑
1、点荷编辑
点击后,再点取要修改节点,屏幕弹出下图所示的此节点各工况荷载的轴力、弯矩和剪力的对话框。修改相应的荷载值后,切换到布置荷载选项在平面布置图上按节点布置即可。
注意:这里的荷载是作用点在节点上的,而屏幕显示的荷载可能是作用在柱形心上(由图形管理菜单中显示内容参数控制)。在此情况下,当柱有偏心或转角时,二者值不同,二者按矢量平移原则互相换算。
2、线荷编辑
点击后,再点取要修改网格线,屏幕弹出下图所示的此网格线现行各工况荷载的线荷载q和弯矩M对话框。点取相应的数值即可修改荷载。
3、荷载导入、导出
用户通过“荷载导出”功能将已经读取或者手工输入的荷载导出为固定格式的EXCEL文本,同时可以将已经保存过的EXCEL荷载文件导入到基础模型中。
导出的EXCEL文件默认分两页,一页为“点荷载”,一页为“墙梁荷载”。
荷载文件的输出内容包括:节点编号及即节点荷载的作用点坐标(如果是墙梁荷载则输出网格编号及网格对应的起点和终点的节点坐标)、荷载分量值(两个方向的水平剪力、轴力、两个方向的弯矩)、SATWE(或者PMSAP等空间分析程序)的恒载标准值、活载标准值,X向风荷载标准值、Y向风荷载标准值、X向地震荷载、Y向地震荷载、竖向地震荷载,PM(或者砌体QITI程序)的平面恒载、平面活载,用户输入的附加恒载、附加活载,吊车荷载(共8组)。为便于用户只对一部分荷载数据进行编辑,导入导出的荷载形式可以进行预先选择,在上图所示的对话框中对于需要导入导出的荷载项进行勾选尽可。
三、附加墙柱荷载编辑
本菜单用于用户输入柱墙下附加荷载,允许输入点荷载和线荷载。附加荷载包括恒载效应标准值和活载效应标准值。若读取了上部结构荷载,如PK荷载、SATWE荷载、平面荷载等,则附加荷载会与上部结构传下来的荷载工况进行同工况叠加,然后再进行荷载组合。
通过【附加墙柱荷载编辑】菜单,实现对于附加荷载的编辑。点荷载按全局坐标系输入,弯矩的方向遵循右手螺旋法则,即轴力方向向下为正,剪力沿坐标轴方向为正,线荷载按网格的局部坐标系输入。
一般来说,框架结构首层的填充墙荷载,在上部结构建模时没有输入。当这些荷载是作用在基础上时,就应按附加荷载输入。筏板上的设备面荷载可以载筏板荷载菜单输入。
四、自定义荷载编辑
本菜单用于在JCCAD输入新的荷载工况,通过本菜单,用户可以定义、布置、编辑新的荷载工况。
定义并且布置新的荷载工况后,程序会默认在荷载组合里增加一组标准组合1.0+1.0*自定义工况及基本组合1.2恒+1.4*自定义工况,如果用户需要增加或者修改荷载组合,可以在【参数】【荷载组合】里做相应操作。
五、读PK文件荷载
若要读取PK荷载,需要先点取【选PK文件】菜单。用户可点击对话框中左边的“选择PK文件”按钮,在选取PK程序生成的柱底内力文件*.jcn后,接着在屏幕上显示的平面布置图中,点取该榀框架所对应的轴线。
在完成PK的柱底内力文件*.jcn与平面布置图中的轴线匹配之后,在对话框中,选定PK的柱底内力文件*.jcn,就会在对话框的右侧列表框中,显示出其对应的轴线号。下图表示PK的pk-4.JCN榀框架荷载作用在3、4的轴线上。
只有经过本菜单设定后,用户才能在【读取荷载】菜单的“选择荷载类型”对话框中点取【PK荷载】。
点击上图对话框中的“清除文件”和“清除轴线”按钮,程序将清除所有*.jcn和所有轴线号,用于重新设定。
第五节 独基
独立基础是一种分离式的浅基础。它承受一根或多根柱或者墙传来的荷载,基础之间可用拉梁连接在一起以增加其整体性。
本菜单用于独立基础模型输入,并提供根据设计参数和输入的荷载自动计算独基几何尺寸功能,也可人工定义布置。
本菜单可实现功能如下:
1、可自动将所有读入的上部荷载效应,按《地基规范》要求选择基础设计时,需要的各种荷载组合值,并根据输入的参数和荷载信息自动生成独立基础数据。程序自动生成的基础设计内容包括:地基承载力计算、冲剪计算、底板配筋计算。
2、当程序生成的基础的角度和偏心与设计人员的期望不一致时,程序可按照用户修改的基础角度、偏心或者基础底面尺寸,重新验算。
3、剪力墙下自动生成独基时,程序会将剪力墙简化为成柱子,再按柱下自动生成独基的方式生成独基,柱子的截面形状取剪力墙的外接矩形。
4、程序对布置的独立基础提供图形文本两种方式验算结果。
5、对于多柱独立程序提供上部钢筋计算功能。
注意:
(1)当选中的柱上没有荷载作用(即柱所在节点上无任何节点荷载)时,执行程序【自动生成】菜单,程序将无法生成柱下独基,如需要则可用【独基布置】菜单交互生成。
(2)若设计的基础为混合基础时,如在柱下独基自动生成前布置了地基梁,程序将不再自动生成位于地基梁端柱下的独基。
一、人工布置
用于人工布置独基,人工布置独基之前,要布置的独基类型应该已经在类型列表中,独基类型可以是用户手工定义,也可以是用户通过【自动生成】方式生成的基础类型。点【人工布置】菜单程序会同时弹出“基础构件定义管理”菜单及基础布置参数菜单,如下图所示。
可以通过两种方式修改基础定义,一种方式是在“基础构件定义管理”列表中选择相应的基础类型,点击“修改”按钮,这种方式是按基础类型修改基础定义。另一种方式,双击需要修改的基础,程序弹出“构件信息”对话框,点击右上角的“修改定义”按钮,弹出如下独基定义对话框,在对话框中可输入或修改基础类型、尺寸、标高、移心等信息。
对于人工布置的独基,程序自动验算该独基是否满足设计要求,在基础平面图上输出每个独基的地基承载力、冲切剪切验算结果。
提示:
(1)柱下独基有8种类型,分别为锥形现浇、锥形杯口、阶形现浇、阶形杯口、锥形短柱、锥形高杯口、阶形短柱、阶形高杯口。
(2)在独基类别列表中,某类独基以其长宽尺寸显示。
(3)在已有的独基上也可进行独基布置,这样已有的独基被新的独基代替。
(4)【定义类别】和【独基布置】两个菜单也可用于人工设计独基。
(5)在对话框,若某类独基被删除后,则程序也删除其相应的柱下独基(即基础平面图上相应的柱下独基也消失)。如删除所有独基类别,则等同于删除所有柱下独基。
(6)短柱或高杯口基础的短柱内的钢筋,程序没有计算,需用户另外补充。
二、自动生成
1.【单柱基础】【双柱基础】【多柱墙基础】
用于独基自动设计。点击后,在平面图上选取需要程序自动生成基础的柱、墙。
基础底标高是相对标高,其相对标准有两个,一个是相对柱底,即输入的基础底标高相对柱底标高而言,假如在PMCAD里,柱底标高输入值为-6米,生成基础时选择相对柱底,且基础底标高设置为-1.5米,则此时真实的基础底标高应该是-7.5米;另一个标准是相对正负0,即如果在PMCAD里输入的柱底标高-6米,生成基础是基础底标高选择相对正负0,且输入-6.5米,那么此时生成的基础真实底标高就是-6.5米。
提示:
(1)基础平面图上柱下独基以黄线显示。
(2)柱下独基平面图中,将光标移动到某个独基上可显示其类别、形状和尺寸。
(3)在已布置承台桩的柱下,不自动生成独基。
【双柱基础】
该命令可以对指定的双柱生成双柱独基。生成双柱独基的时候,程序会先将双柱简化为一个“单柱”,简化的“单柱”截面形状取的是双柱的外接矩形,荷载取两个柱子轴力、剪力、弯矩叠加,弯矩叠加双柱轴力产生的附加弯矩。独基冲剪验算的时候也是按简化后的柱子及叠加后荷载计算。
【多柱墙基础】:
该菜单用于自动生成多柱、多墙、多柱墙下独基。生成多柱墙独基的时候,程序会先将多柱、多墙、多柱墙简化为一个“单柱”,简化的“单柱”截面形状取的是多柱、多墙、多柱墙的外接矩形,荷载取柱子、墙的轴力、剪力、弯矩叠加,弯矩叠加柱墙轴力产生的附加弯矩。独基冲剪验算的时候也是按简化后的柱子及叠加后荷载计算。
独基布置方向,如果是多柱独基则按简化后的“单柱”方向布置,如果是多柱墙基础或者是多墙基础,则独基按最长墙肢方向布置。
注意:程序限定自动生成的独基长宽尺寸不能超过30m。
双柱独基、多柱墙独基生成的还可以设置独基底面形心位置是按简化后的“单柱”形心布置还是按叠加后的合力作用点布置。通常来说,按荷载合力作用点布置受力更合理,更经济。
双柱、多柱墙独基程序自动计算基础顶面钢筋:程序将上部多柱荷载及基底反力作用于独基,每个方向按等间距取10个不利截面计算该方向基础顶部钢筋,最后单方向取包络值。
2.【独基归并】
输入相应的归并差值尺寸,程序根据输入的尺寸对独基进行归并。
3.【单独计算书】
本菜单用于输出单个独基的详细计算过程,单独计算书内容包括设计资料(独基类型、材料、尺寸、荷载、覆土、承载力、上部构件信息、参考规范),独基底面积计算过程,独基冲剪计算过程,独基配筋计算过程。
独基单独计算程序默认输出每项计算内容里请控制作用的荷载组合的计算过程,如果想看所有荷载组合的计算过程,可以点右下角工具栏的【输出控制】菜单,将“计算结果简略输出”项不勾选。
4.【总计算书】
本菜单用于输出所有独基的验算结果,内容包括平均反力、最大反力、受拉区面积百分比、冲切系数、剪切系数,并输出所有校核先是否满足要求。
其中独基受拉区百分比如果超过【参数】【独基自动布置】参数里设定的允许受拉区百分比的话,程序会提示不满足。
冲切安全系数及剪切安全系数大于等于1表示满足要求,小于1则不满足要求。
第六节 地基梁
地基梁(也称基础梁或柱下条形基础)是整体式基础。设计过程是由用户定义基础尺寸,然后到后面计算分析菜单计算,从而判断基础截面是否合理。基础尺寸选择时,不但要满足承载力的要求,更重要的是要保证基础的内力和配筋要合理。
本菜单用于输入各种钢筋混凝土基础梁,包括普通交叉地基梁、有桩无桩筏板上的肋梁、墙下筏板上的墙折算肋梁、桩承台梁等。
一、布置
用于定义各类地基梁尺寸和布置地基梁。用户可用“新建”、“修改”钮来定义和修改地基梁类型。点击新建后,屏幕上弹出下图所示“地基梁定义”对话框。
输入地基梁肋宽、梁高和梁底标高以及带翼缘尺寸及偏心后,点“确认”生成或修改一种地基梁类型。
可用“删除”钮删除已有的某类地基梁。
当要布置地基梁时,可选取一种地基梁类型,再在平面图上用围区布置、窗口布置、轴线布置、直接布置等方式沿着网格线布置地基梁。布置的时候,若以勾选“随墙”,地基梁按墙或者柱中心布置,如果勾选“偏轴”,则地基梁沿网格线布置,布置时可以通过设置“偏轴移心”来设定地基梁偏轴距离,实现偏心布置。
二、编辑
1. 【延伸到板】
对于梁板基础,板边梁端通常齐平布置,程序默认布置的梁梁端不会与板边对齐,可以通过本菜单将梁端自动延伸到板边。
操作布置:点【延伸到板】->选择要板边->选择要延伸到板边的地梁。
注意:如果梁端到板边已经布置了网格线,则【延伸到板】的命令无效,可以通过直接在已有网格线上布置地梁的方式来实现梁端与板边齐平。
2. 【翼缘宽度】
用于程序根据荷载的分布情况,基础梁肋宽、高信息自动生成基础梁翼缘宽度,在考虑这些情况之后,程序对在同一轴线上基础梁肋宽、高相同的梁生成相同宽度的翼缘。点取后先输入翼缘放大系数,程序自动计算得到的翼缘宽度乘以放大系数后得到最终翼缘宽度。由于承载力计算并不是确定翼缘宽度的唯一因素,因此这里通常要输入一个大于1.0的系数,让生成的翼缘宽度有一定的安全储备。
另外,如果计算出来的翼缘宽度大于5米,则程序不自动生成翼缘宽度,并且提示翼缘宽度大于5米。这样做的目的是考虑实际工程一般地梁基础翼缘宽度都不会大于5米。
3. 【翼缘删除】
用于删除【翼缘宽度】菜单生成的基础梁翼缘信息,只保留梁肋信息。这一菜单的设置主要是为了便于反复试算【翼缘宽度】而设定的。生成的翼缘宽度不满足要求时,可以用其删除翼缘数据,再调整基础梁肋尺寸(可以改变归并结果),然后再生成翼缘宽度。
第七节 筏板
本菜单用于布置筏板基础,并进行有关筏板计算。可以完成如下功能:
定义并布置筏板、子筏板、修改板边挑出尺寸、定义布置相应荷载。
子筏板:在已有筏板范围内嵌套布置一块筏板,嵌套布置筏板的厚度、标高、板上荷载等的定义与常规筏板一致,嵌套布置范围内筏板属性是替代关系。
提示:
(1)筏板可以是有桩筏板、无桩筏板、带肋筏板、墙下筏板和柱下平板;
(2)在图上常规筏板以白色边线围成的多边形表示,防水板以蓝色边线表示;
(3)子筏板与大筏板间的关系尽量是包含与被包含全子集关系;
(4)筏板内的加厚区、下沉的积水坑和电梯井都称之为子筏板。子筏板应该在原筏板的内部。在每块筏板内,允许设置加厚区;
(5)积水坑、电梯井、加厚区的设置采用与布置筏板相同的方法输入;
一、布置
1. 【筏板防水板】
用于布置各类筏板及防水板。筏板底标高按相对标高输入。筏板属性可以设置为“普通筏板”或者是“防水板”。对于普通天然地基筏板,程序会在后续【分析计算】菜单给出板底基床系数建议值,对于属性设置为“防水板”的基础及桩筏基础,程序默认将板底基床系数设置为0,即筏板底没有土反力。
筏板的布置有两种方式:
“挑边布置”:依托网格生成筏板。
围区布置筏板对网格线的要求:筏板布置需要参照网格线,采用围区方式生成。要使给定的围区能形成筏板,那一定要满足所围区域内的网格线能形成闭合区域的要求。当网格线不能满足闭合要求时,用户需要补充网格线使其闭合。
补充输入网格线有两种方法:
(1)在PMCAD的【建筑模型和荷载输入】中,通过菜单项【轴线输入】提供的功能,将筏板布置需要的网格线补充输入。用户应优先考虑采用这种方法。
(2)在JCCAD的【基础模型】中,通过菜单项【网格节点】提供的功能,将筏板布置需要的网格线补充输入。
在上述对话框“挑出宽度”中,只提供一项“挑出宽度”参数,这是按一般情况下的筏板要求设置的,即假定多边线筏板的每一边挑出网线的距离是一样的。当实际工程的筏板周边挑出的宽度不同时,用户可以通过之后的【修改板边】菜单项,修改筏板边的挑出宽度。挑出宽度可以输入正值(板边向外挑),也可以输入负值(板边向内收缩)。
“自由布置”:用户可以在屏幕上按任意多边形布置筏板。
输入筏板厚度和板底标高后,点“确认”按钮则生成或修改一种筏板类型。
2. 【筏板局部加厚】
本菜单用于对已有筏板布置局部加厚区,加厚方式可以“上部加厚”及“下部加厚”,加厚值h表示在已有板厚的基础上增加的厚度。加厚区之间尽量不要局部搭接重叠。
加厚区的荷载要重新布置,加厚区后续计算的时候基床系数默认取大板的基床系数。
3. 【筏板局部减薄】
本菜单用于对已有筏板布置局部布置减薄区域,减薄区域可以是“上部减薄”及“下部减薄”,减薄值h表示在已有板厚的基础上减少的厚度。减薄区之间尽量不要局部搭接重叠。如果筏板减薄值h大于等于筏板厚度,那么减薄区域程序自动按开洞处理。
减薄区的荷载要重新布置,减薄区后续计算的时候基床系数默认取大板的基床系数。
4. 【电梯井】
本菜单用于在筏板上布置电梯井及集水坑,可以设置井底及坑底的筏板厚度及板底标高,可以像普通筏板一样设置电梯井或者集水坑的挑出宽度。
5. 【筏板开洞】
本菜单用于在筏板上布置洞口。
6. 【后浇带】
本菜单用于在基础上布置后浇带,后浇带可以不封闭。
7. 【筏板荷载】
通过本菜单定义、布置、编辑筏板上的荷载。荷载包括恒载、活荷载、覆土、水浮力、人防荷载。荷载布置方式可以是以整板为单位布置,也可以以围区网格为单位布置,还可以按用户自由围区的方式布置荷载。
板面荷载布置的时候,如果布置方式选择“点选筏板满布”,那么荷载是替换关系,如果选择“网格围区布置”或者“自由围区布置”,则荷载是叠加关系。
例如,如果原来筏板上布置了10kN/㎡的恒荷载,这个时候重新定义一个恒荷载5kN/㎡,并且选择“点选筏板满布”,那么板面的恒载值由原来的10kN/㎡替换为5kN/㎡,如果选择“网格围区布置”或者“自由围区布置”方式布置,那么相应的局部区域内的板面荷载计算值为满布值与局部区域值叠加15 kN/㎡。
覆土荷载布置的时候,可以通过勾选“挑出单独布置”勾选项,程序自动形成筏板的挑边局部区域,每个挑边区域内的覆土荷载可以通过荷载“荷载修改”菜单单独修改。操作时“点选筏板满布”,并且勾选“挑檐单独修改”,覆土荷载布置后,点取荷载修改选项,点选或框选需要修改覆土的挑边范围,右键,弹出的荷载值输入框里输入新的覆土荷载。计算时该区域荷载值与筏板满布值叠加处理。
对于水浮力与人防荷载,需要在【参数】【荷载工况】菜单里,勾选相应的设置项。
勾选“历史最低水位”,并且输入相应的水位标高,程序会在“板面荷载”菜单里自动生成“水浮力-常规”的荷载工况,用户可以在筏板上按工程实际布置并且编辑该荷载工况。勾选“历史最高水位”,并且输入相应的水位标高,程序会在“板面荷载”菜单里自动生成“水浮力-抗浮”的荷载工况。对于同一个工程,抗浮水位标高不一样的情形(如坡地上水位不一样的情形),则可以在“板面荷载”定义不同“水浮力-抗浮”工况荷载值,并且布置到相应区域即可。
对于同一工程局部人防荷载不一样的情况,需要在【参数】【荷载工况】菜单里勾选考虑人防荷载,在“板面荷载”菜单里会自动生成“人防底板等效静荷载”的荷载工况,用户可以通过删除面载、荷载修改功能调整人防底板等效静荷载值和布置的区域,从而实现筏板局部人防的功能。
例如,某工程裙楼下人防等级为6B级(核),主楼下6级核,操作步骤如下:先在【参数】【荷载工况】下人防等级选择6B级(核),人防底板等效静荷载输入-30。然后进入【筏板】【布置】菜单,点“板面荷载”,工况选择“人防底板等效静荷载”,点“新建”,弹出的对话里选择6级核,并且将6级核的底板等效静荷载布置到主楼范围即可。也可通过“荷载修改”功能将主楼下的人防荷载改为6级核即可。
二、编辑
1.【综合编辑】
通过本菜单可以对已经布置的筏板进行编辑修改,包括修改板边挑出、对筏板进行增补和切割,同时对已经布置的筏板还可以进行镜像、复制、移动。
对于筏板上已经布置的板面荷载,筏板的镜像、复制、移动功能同样有效,进在镜像、复制、移动筏板的同时,筏板上的荷载也是随着一起镜像、复制、移动的。
2.【改板信息】
对于已经布置筏板的板厚、板底标高及筏板的类型进行修改。
3. 【重心校核】
通过该项菜单,用户可以查看任何荷载组下上部荷载作用点与基础形心的偏移。同时还可以查看准永久组合下的偏心距比值是否符合规范要求。同时该菜单会显示每个组合下的荷载总值,筏板的最大反力、最小反力及平均反力(这里的反力是假设整个板是刚性板,没有变形计算出的反力值),对于初步校核基础承载力是否满足要求有一定参考价值。重心校核的结果可以输出为Word格式的文本计算书,同时在基础平面图上输出校核结果。图形结果自动保存在工程文件件下的“地基基础”文件夹里。
具体操作步骤:
点【筏板】【编辑】【重心校核】,选择相应的荷载组合,程序会在平面里显示该荷载组合下的荷载总值,荷载作用点坐标,该荷载下基础的最大反力值,最小反力值及平均反力值(反力值都是假设基础为刚性基础而得到,所以通过该菜单得到的基础的反力分布是线性分布)。如果选择的组合是标准组合,程序还会显示修正后的基底承载力值,以方便用于承载力校核。如果选择的准永久组合,程序会显示荷载作用点与基础线性的偏心距比值,用于校核基础是否满足《地基规范》8.4.2的要求。
4.【抗浮验算】
《地基规范》5.4.3条要求,建筑物基础存在浮力作用时,应进行抗浮稳定性验算。点击该菜单项,并且选择相应的筏板,程序弹出如下对话框:
验算结果也可以输出为Word文本格式,方便整理计算书。
第八节 桩基承台
一、人工布置
用于人工布置桩承台,人工布置桩承台之前,要布置的桩承台类型应该已经在类型列表中,承台类型可以是用户手工定义,也可以是用户通过“自动布置”方式生成的基础类型。点“人工布置”菜单程序会同时弹出“基础构件定义管理”菜单及基础布置参数菜单,如下图所示。
可以通过两种方式修改基础定义,一种方式是在“基础构件定义管理”列表中选择相应的基础类型,点击“修改”按钮,这种方式是按基础类型修改基础定义。另一种方式,双击需要修改的基础,程序弹出“构件信息”对话框,点击右上角的“修改定义”按钮,弹出如下独基定义对话框,在对话框中可输入或修改基础类型、尺寸、标高、移心等信息。
程序对人工布置的桩承台会自动进行桩反力、冲切、剪切验算,并将验算结果显示的平面布置图上,供用户参考。
二、自动布置
1. 【单柱承台】【多柱墙承台】
用于承台自动设计。点击相应菜单后,在平面图上用围区布置、窗口布置、轴线布置、直接布置等方式布置选取需要程序自动生成基础的柱、墙,选定后,在弹出的布置信息对话框里(如下图),输入相应的布置信息。标高输入的含义可以参考独基的相关内容。对于多柱基础,还应该选择基础底面形心是按柱的几何形心还是按恒+活荷载的合力作用点生成。如果自动生成的基础位置原来已经布置了基础,则原来的基础会自动被替换。
其中“多柱墙承台”功能,可以自动生成剪力墙下桩承台。生成过程类似于联合承台的生成方式,剪力墙的荷载按矢量合成的原则叠加成为剪力墙下联合承台的荷载。
2. 【围桩承台】
使用【围桩承台】菜单可以把非承台下的群桩或几个独立桩围栏而生成一个承台桩。
点击菜单后,可把已经布置的的单桩或群桩,按围区方式选取将要生成承台的桩,可形成桩承台。
生成的桩承台的形状,可以是按桩的外轮廓线自动生成,程序自动“参数”菜单里按设定的桩边距生成桩承台,也可以按用户手工围区的多边形生成桩承台。
操作提示:
(1)在选取过程中应注意在多边形凹点处尽量沿着桩边输入控制点。
(2)在这里程序只是形成承台的多边形,承台的内力和配筋计算将在后面的桩筏计算中进行。
操作建议:
如果在工程的某一区域要用【围桩承台】菜单功能来处理一承台,那么,具体的操作流程可按下列步骤进行:
第一步:如果围桩承台区域内的桩信息还没有确定,那么,可先用菜单项【区域桩数】确定该区域至少应布置的桩数;
第二步:用菜单项【单桩布置】、【群桩布置】等完成桩位的布置;
第三步:点击菜单项【围桩承台】,确定承台的边界尺寸信息;
第四步:生成的围桩承台也作为一种承台类型,存入到承台类型定义数据中,因此,对于生成的围桩承台信息,用户还可以通过【承台桩】→【承台布置】→“修改”进行修改。
3.【承台归并】
输入相应的归并差值尺寸,程序根据输入的尺寸对承台进行归并。
4.【单独计算书】
本菜单用于输出单个承台的详细计算过程,单独计算书内容包括设计资料(承台类型、材料、尺寸、荷载、覆土、桩承载力、上部构件信息、参考规范),承台桩反力计算过程及校核结果,承台冲剪计算过程,承台配筋计算过程。
承台单独计算程序默认输出每项计算内容里请控制作用的荷载组合的计算过程,如果想看所有荷载组合的计算过程,可以点右下角工具栏的【输出控制】菜单,将“计算结果简略输出”项不勾选。
5.【总计算书】
本菜单用于输出所有承台的验算结果,内容包括桩竖向力、水平力、抗拔力、冲切系数、剪切系数,并输出所有校核先是否满足要求。
冲切安全系数及剪切安全系数大于等于1表示满足要求,小于1则不满足要求。
第九节第 桩
一、定义布置
无论做承台桩基础还是非承台桩基础,均可在生成相应基础形式前对选用的桩进行定义。点击生成相应基础的菜单后,程序首先自动弹出“基础构件定义管理”对话框。用户可用“新建”、“修改”、“拾取”钮来定义和修改桩类型。
【定义桩】菜单定义工程中所使用的桩类型、桩尺寸和单桩承载力。
在程序中,桩的这几个重要的参数是由用户给出的。在承台定义前一定要先做出桩定义。桩定义菜单如下:
桩的分类选择有预制方桩、水下冲(钻)孔桩、沉管灌注桩、干作业钻(挖)孔桩、预制混凝土管桩、钢管桩和双圆桩等。其参数随分类不同而不同,有单桩承载力和桩直径或边长,对于干作业钻(挖)孔桩包括扩大头数据等。桩分类及其输入参数参见下表。
桩基础分类与输入参数表 表 | |
桩基础分类 | 输入参数 |
预制方桩 | 单桩承载力、桩边长 |
水下冲(钻)孔桩 | 单桩承载力、桩直径 |
沉管灌注桩 | 单桩承载力、桩直径 |
干作业钻(挖)孔桩 | 单桩承载力、桩直径、扩大头直径、扩大头上段长、扩大头中段长、扩大头下段长 |
预制混凝土管桩 | 单桩承载力、桩直径、壁厚 |
钢管桩 | 单桩承载力、桩直径、壁厚 |
双圆桩 | 单桩承载力、右圆半径、左圆半径、圆心距 |
选择分类和输入参数后,点“确认”生成或修改一种桩类型,可用“删除”钮删除已有的某类桩。
锚杆的定义需要注意定义是“锚杆杆体直径”指的是锚杆有效受拉直径,如果受拉材料是钢筋,一般为钢筋的有效截面面积,该值会影响后续锚杆抗拉强度计算。
二、群桩
1. 【梁下布桩】
用于自动布置基础梁下的桩。点击菜单后,首先选择要选用的桩,然后选择梁下桩的排数(单排、交错或双排),最后点取地基梁,程序根据地基梁的荷载及梁的布置情况自动选取桩数布置于梁下。但因尚未进行有限元的整体分析计算,所以此时布桩是否合理还必须经过桩筏有限元计算才能确定。
弹出的对话框里,可以选择已经定义的桩的类型。“强化(弱化)指数”用于变刚度调平布桩,某些区域要加强基础刚度,则可以填一个大于1的强化指数,布置的桩数相应增加。相反,如果弱化基础刚度,则输入一个小于1的弱化指数,布置的桩数相应减少。布桩所用的荷载组合可以任意选取。
2. 【墙下布桩】
【墙下布桩】菜单设置与【梁下布桩】菜单设置一样,为满足变刚度调平的布桩要求,可以指定相应的强化指数或者弱化指数,程序用上部荷载值除以单桩承载力,得到桩数再乘以相应的“强化(弱化)指数”,得到要布置的桩的数量,然后根据用户指定的布桩形式,将桩布置到相应的墙下。桩间距取的是“参数”里“承台参数”里的桩间距输入值。
3. 【筏板布桩】
在此种布桩方法下,点击菜单后,先要点取布桩的筏板,之后屏幕上将弹出如下图所示的对话框。
“最小桩间距”:筏板布桩的时候最小桩间距值。
“最大桩间距”:筏板布桩的时候最大桩间距值。
“桩的角度”:指定单个桩的截面角度,有些情况下方桩截面需要指定截面角度使得桩边与基础边平行。
“桩排布角度”:指定所有桩的排布角度,即布置的桩统一旋转指定角度。
提示:筏板所需的最小桩根数是用筏板上的总荷载除以单桩承载力得到的参考值。由于筏板上的荷载是不均匀的,筏板实际所需的桩数一般要比该值大。
4. 【两点布桩】
本菜单用于在任意两点之间等间距布桩。布置是可以选择按“固定距离”布桩,也可以选择按“固定桩数”布桩。布桩形式可以为“单排桩”“双排桩”“交错”。
5. 【群桩布置】
通过本菜单,用户可以批量输入多排桩,进行群桩布置。可以分别设定X,Y方向桩间距,指定群桩布置角度及单根桩的角度。
三、计算
1. 【桩长计算】
本菜单可根据地质资料和每根桩的单桩承载力计算出桩长。
提供三种桩长计算方式:
“按桩基规范JGJ94-2008查表确定并计算”:这种方式程序根据地质资料输入的土层名称查《桩基规范》JGJ94-2008表格5.3.5-1及表格5.3.5-2,得到桩所在土层的桩的极限侧阻力标准值及桩的极限端阻力标准值,根据桩基规范的计算公式及输入的桩的承载力标准值反算桩长。
“地质资料输入给定值确定并按桩基规范JGJ94-2008计算”:这种方式程序根据地质资料输入的土层的桩的极限侧阻力标准值及桩的极限端阻力标准值,根据《桩基规范》JGJ94-2008的计算公式及输入的桩的承载力标准值反算桩长。
“地质资料输入给定值确定并按上海规范DGJ08-11-2010计算”:这种方式程序根据地质资料输入的土层的桩的极限侧阻力标准值及桩的极限端阻力标准值,根据《上海规范》DGJ08-11-2010的计算公式及输入的桩的承载力标准值反算桩长。
点击菜单后,输入“桩长归并长度”,屏幕即显示计算后桩长值。
提示:
(1)运行本菜单前必须先执行过【地质模型】和【地质数据】菜单;
(2)同一承台下桩的长度取相同的值;
(3)为了减少桩长的种类,程序将桩长差在“桩长归并长度”参数中设定的数值之内的桩处理为同一长度;
2. 【桩长修改】
本菜单用于修改或输入桩长。既可修改已有桩长实现人工归并,也可对尚未计算桩长的桩直接输入桩长。可以“全部”修改也可以选择“单一”修改,其中“单一”修改是指单独修改某一类桩的桩长而不是修改某一根桩的桩长。
提示:
(1)无论是承台桩还是非承台桩,必须给定桩长值,否则会导致后续程序计算校核错误。
(2)给定桩长值可用【计算桩长】和【修改桩长】两个菜单来完成。
3. 【桩数量图】
用户可以通过该菜单查看任意标准组合下的桩数量需求分布图或者是某一区域需要的桩数量图。其中“桩数量分布”用于生成且显示各节点和筏板区域内所需桩的数量参考值,它是对整个基础的计算结果,同时他还显示出筏板抗力和抗力形心坐标,筏板荷载合力和合力作用点坐标。(提示:筏板区域内所需桩的数量参考值后面用括号表示的数值是单桩承载力),“区域桩数”菜单项给出的是用户所围区范围内桩的总的数量,它省去了人工统计每个节点下桩数量的工作。如对于包含多肢多个节点的剪力墙下布置桩承台时,可以点击【区域桩数】菜单,人工用多边形围住包含该剪力墙的所有节点,程序随即计算出该剪力墙下桩的数量,同时给出这部分荷载的重心位置,供设计参考。
4. 【桩重心校核】
用于在选定的某组荷载组合下桩群重心校核。点击菜单后,用光标围取若干桩,确定后屏幕显示所围区内荷载合力作用点坐标与合力值、桩群形心坐标与总抗力、桩群形心相对于荷载合力作用点的偏心距Dx、Dy。下图为某组荷载组合下桩群重心校核结果图。
5. 【查桩数据】
检查所围区域内布置的桩的总数及检查桩间距是否满足规范要求。
6. 【桩承载率】
对于桩筏基础,程序将筏板视为刚性板,考虑上部荷载标准荷载作用到筏板,计算板底桩的反力值,每根桩的反力值与定义的单桩承载力比值就是桩承载率,用于初步判断桩的利用率。
四、编辑
1. 【复制】
复制图面上已有单桩(锚杆)或者群桩(锚杆),布置到需要布置的位置上。操作时,首先应选取要复制的桩目标,程序可自动捕捉某根桩(锚杆)的中心为定位点,然后,被复制的桩(锚杆)体随光标移动并可适时捕捉图面上的某一点为目标点,也可在命令行中输入相对坐标值进行定位,同时也可利用屏幕已有点进行精确定位,方法同节点输入。
2. 【替换】
用于将已经布置的桩替换为另外的桩类型。操作时,点击“替换”命令,程序自动弹出“基础构件定义管理”菜单,在菜单列表里选择需要替换成的目标类型,然后直接在基础平面图上选择需要被替换的桩即可。
3. 【移动】
用于移动已经布置好的一根或多根桩位置,可通过光标、窗口、围栏等捕捉方式进行操作,选桩时,程序可自动捕捉某根桩的桩心为定位点,移动时可以适时捕捉图面上的某一点为目标点,也可在命令行中输入相对坐标值进行定位,同时也可利用屏幕已有点进行精确定位,方法同节点输入。
4. 【镜像】
通过镜像方式布置桩。
5. 【删除】
删除已布置在图面上的一根或多根桩(锚杆),可通过光标、窗口、围栏等捕捉方式进行操作,利用Tab键可切换捕捉方式。
第十节 复合地基
1. 【布置】
本菜单用于指定布置复合地基的范围,布置形式可以是以筏板为单位,按“指定筏板”布置,也可以按任意范围“自由围区”布置。“自由围区”可以在平面图的任意范围内围区自定复合地基处理范围,之后在该范围内布置的独基、地基梁、砌体条基、筏板等基础形式,后续程序自动按复合地基相关要求计算基础沉降、反力、内力。
布置的同时,输入“地基处理后承载力”及“复合地基处理深度”。
会根据《建筑地基处理技术规范》9.2.8条相关规定,先计算压缩模量的提高系数ζ,处理前的压缩模量程序取【参数】和【地基承载力】里的“地基承载力特征值”。用户计算复合地基工程,需要输入地质找资料,然后相应的土层信息输入天然地基的相关参数。程序根据计算出的压缩模量提高系数ζ,先计算处理土层的压缩模量,然后根据该压缩模量计算沉降,反算基床系数,根据反算的基床系数进行后续的相关计算。按
2. 【自动布桩】
JCCAD对于复合地基工程,可以不输入复合地基桩,直接按处理地基计算,则只需按本节第1条的相关内容输入即可。如果需要输入复合地基桩计算,需要再【桩】【布置定义】菜单里定义复合地基桩,然后将复合地基桩布置在筏板下,复合地基桩的布置可以按常规桩基通过【桩】【群桩】下的各种布桩方式布桩(【筏板布桩】不适用与复合地基桩的布置),也可以通过【导入DWG图】菜单导入桩位。
如果先在筏板下批量自动复合地基布桩,则可以通过本菜单布置。布置之前需要先布置筏板,并且将在筏板范围布置复合地基。
“桩承载力系数”:复合地基自动布桩的时候,程序会根据桩土发挥系数及目标承载力,确定桩数,桩的发挥系数乘以桩的承载力特征值即为桩提供的承载力
“桩间土承载力发挥系数”:确定复合地基桩数的时候,土承载力发挥系数。
3. 【删除复合地基】
删除已经布置的复合地基。
第十一节 墙下条基
墙下条形基础是按单位长度线荷载进行计算的浅基础,因此适用于砖混结构的基础设计。
本菜单功能如下:
1、程序可以根据用户输入的参数和荷载信息自动生成墙下条基。条基的截面尺寸和布置可以进行人为调整。
2、人工交互调整完毕后,当存在平行、两端对齐且距离很近的两个墙体,且墙下已经布置了条基时,用户可以再次选中该双墙区域自动生成条基,则该区域符合条件的单墙条基会自动合并为双墙条基。
3、墙下条形基础自动设计内容包括:地基承载力计算、底面积重叠影响计算、素混凝土基础的抗剪计算、钢筋混凝土基础的底板配筋计算。
提示:
(1)设计墙下条基的步骤一般为,用【自动布置】菜单生成墙下条基,再进行人工调整。
(2)剪力墙下的条形基础采用基础梁(柱下条基)输入并按弹性地基梁方法计算比较好,如果当作墙下条基输入,那么卧梁的钢筋需要用户定义。
(3)当基础长度比宽度大很多时采用墙下条形基础是合适的,否则应采用其它基础形式,例如筏形基础。
各菜单功能说明如下:
一、人工布置
用于修改自动生成的墙下条基或用户自动输入墙下条基尺寸及布置。点击后,弹出“基础构件定义管理”对话框,用户可用“新建”、“修改”钮来定义和修改墙下条基类型。在类型列表框中,选择空白条或已有条基类型后,再点击“新建”或“修改”钮,则屏幕上弹出下图所示“墙下条形基础定义”对话框。
在对话框中输入或修改条基材料类型、底板宽度、垫层厚度、底面标高、基础选定墙体移心等参数。点“确认”生成或修改了一种墙下条基类型。
可用“删除”钮删除已有的某类墙下条基。
当要布置墙下条基时,可选取一种墙下条基类型,点击“布置”钮,再在平面图上用围区布置、窗口布置、轴线布置、直接布置等方式在布置墙下条基。若柱与独基有偏心时,则在弹出的“输入移心值”对话框中输入移心值。
提示:
(1)在已有的条基上也可再布置条基,这样已有条基被新的条基代替;
(2)【条基布置】菜单也可用于人工设计条基。
二、自动布置
1. 【单墙布置】
在单墙下自动生成条基。
2. 【无基础柱】
该菜单通常与【参数】【总参数】里的“分配无柱节点荷载”配合使用:选择项打“√”后,程序可将墙间节点荷载或被设置成“无基础柱”的柱子的荷载分配到节点周围的墙上,从而使墙下基础不会产生丢荷载情况。分配荷载的原则为按周围墙的长度加权分配,长墙分配的荷载多,短墙分配的荷载少。该功能主要适用于砌体结构中的构造柱不想单独布置基础,同时又保证构造柱荷载不丢失。
3. 【条基归并】
按指定条件对已经布置的条基进行归并。
4. 【单条基计算书】
本菜单用于输出单个条基的详细计算过程,单独计算书内容包括条基基底反力验算过程,基础底面积确定过程,条基冲剪验算过程。
5.【条基总计算书】
本菜单用于输出所有条基基的验算结果,内容包括平均反力、最大反力、冲切系数、剪切系数,并输出所有校核先是否满足要求。
冲切安全系数及剪切安全系数大于等于1表示满足要求,小于1则不满足要求。
其中承载力系数表示修正后承载力特征值(FAK)与平均反力(PAVG)的比值
对于人工布置的条基基,要查看独基验算结果的话,需要执行本菜单,程序除了输入文本校核结果外,会在基础平面图上输出每个独基的承载力、冲切剪切、配筋验算结果。
第十二节 柱墩
一、人工布置
本菜单用于输入平板基础的柱墩。柱墩输入方式有两种,一种是人工布置,一种是由程序自动生成。
手工输入柱墩,点击【人工布置】后,屏幕显示构件定义菜单,点“新建”,弹出如下柱墩定义对话框。
注意:柱墩布置后,程序会自动判断柱墩是刚性柱墩还是柔性柱墩。
刚性柱墩:柱墩的长宽范围不能完全涵盖45°冲切线范围。刚性柱墩的厚度对于冲切没有帮助。尽管冲切厚度没有改变,都是有效筏板厚,但因为冲切范围扩大了,冲切范围内地基净反力值变大,上部荷载不变的情况下,冲切力会减小,所以,对于刚性上柱墩,尽管冲切有效厚度没有增大(还是有效板厚),但冲切安全系数会提高。
柔性柱墩:柱墩的长宽宽范围完全涵盖45°冲切范围。柱墩尺寸大于冲切破坏锥体,柱墩的厚度在冲切计算的时候起作用,能实现提高抗冲切能力的效果。
用户可以通过【工具】菜单里的【模型检查】的功能菜单检查布置的柱墩是刚性柱墩还是柔性柱墩。并且,对于刚性上柱墩,程序后续计算的时候会将其视为上部短柱,不计算其内力和配筋,其他形式的柱墩,程序计算时会将柱墩视为加厚子筏板,计算柱墩范围内的内力和配筋。
对于布置柱墩的工程,程序验算冲切的时候会同时计算柱对柱墩+筏板的冲切及柱墩对筏板的冲切,最后取不利结果输出。
当要布置柱墩时,可选取一种柱墩类型,点击“布置”钮,再在平面图上选取柱,布置柱墩。柱墩布置后,程序会自动判断柱墩是刚性还是柔性,同时,会将冲切验算结果显示在基础平面图,方便用户查看布置的柱墩是否满足要求。如下图所示,其中L表示荷载组合号,R为抗冲切承载力,S为冲切力,R/S为冲切安全系数,通常大于1表示安全。
二、自动生成
1.【自动生成】
自动生成柱墩,点【自动生成】菜单,程序弹出如下对话框。
用户指定柱墩的类型是上柱墩还是下柱墩,然后柱墩自动布置的时候计算的荷载,最大轴力的基本组合还是全部基本组合。一般来说,应该选全部基本组合计算,但考虑到有些工程较为复杂,选全部组合的话计算时间较长,所以,初步确定基础方案的时候可以选择最大轴力的基本组合。冲切计算反力如果是初步方案阶段,此时还有没有进行后续计算,那么选平均反力。如果已经在后续的【分析设计】菜单里计算过基础,那么一般选择有限元反力计算。
2.【柱墩归并】
满足归并条件的柱墩自动归并成一类。
3.【删除柱墩】
删除布置的柱墩。
第十三节 上部构件
本菜单用于输入基础上的一些附加构件,以便程序自动生成相关基础或者绘制相应施工图之用。
菜单内容如下图所示:
一、拉梁
用于定义各类拉梁尺寸和布置拉梁。点击后,弹出“基础构件定义管理”对话框。
用户可用“新建”、“修改”和“拾取”拉梁类型。点击菜单后,屏幕上弹出下图所示的“拉梁定义”对话框。
输入宽高尺寸,点“确认”按钮,即生成或修改一种拉梁类型。布置拉梁时,可选取一种拉梁类型,点击“布置”钮,在弹出的“输入移心值”对话框中,视需要输入偏轴移心值,再在平面图上选取相关网格线,同时可以定义拉梁上的荷载,布置拉梁。
拉梁荷载程序自动导算到相连的柱或者墙上,布置基础的时候,程序自动考虑导算后的拉梁荷载。
二、填充墙
本菜单用于输入基础上面的底层填充墙。在此布置完填充墙后,并在附加荷载中布置了相应的荷载,则在后续的菜单中,可自动生成墙下条基。点击后,弹出 “基础构件定义管理”对话框(类同柱筋布置菜单)。
用户可用“新建”、“修改”、“拾取”钮来定义和修改填充墙类型。输入填充墙宽度后,点“确认”即生成或修改一种填充墙类型。并可用“删除”,来删除已有的某类填充墙。
当要布置填充墙时,可选取一种填充墙类型,点击“布置”钮,在弹出的“输入移心值”对话框中,视需要输入偏轴移心值,再在平面图上选取相关网格线,布置填充墙。
提示:布置完填充墙后,可在其网格线位置双击填充墙可快速编辑已有填充墙信息
提示:
(1)在基础平面图上填充墙以白线显示。
(2)对于框架结构,如底层填充墙下需设置条基,应先输入填充墙,再在【荷载输入】中用【附加荷载】菜单将填充墙荷载布在相应位置上,这样程序会画出该部分完整的施工图。
三、导入柱筋、定义柱筋
用于导入上部施工形成的柱插筋或者定义各类柱筋的数据和布置柱筋,作为柱下独立基础施工图绘制之用。点击后,弹出下图所示“基础构件定义管理”对话框。
用户可用“新建”、“修改”、“拾取”按钮来定义和修改柱筋类型。点击已有柱筋类型后,屏幕上弹出下图的“框架柱钢筋定义”对话框。
输入柱的B和H边的主筋(直径、根数和钢筋级别)、箍筋(直径和钢筋级别)后,点“确认”生成或修改一种框架柱钢筋类型。
提示:
(1)在基础平面图上已布置柱筋的柱标有S- *的柱筋类型号;
(2)柱筋定义的对话框中参数的含义如图所示;
(3) 若用户已完成了柱施工图绘制并将结果存入钢筋库,则这里可自动读取已存的柱钢筋数据。
第十四节 构件编辑
本菜单用于删除基础构件及对基础构件复制布置。
一、删除
删除已经布置的基础构件,删除的时候可以通过弹出的选择对话框指定删除的构件类型。
二、复制
本菜单用于对已经布置的基础进行复制布置。点【复制】,然后再基础平面图上选择需要复制布置的基础,被选中的基础类型将被选中,然后在相应的位置布置被选中的基础类型。布置的时候,如果布置的位置已经有基础,则程序先将已有基础删除再布置新的基础类型,本菜单功能类似于拾取布置。(注意筏板的复制需要在【复制】【编辑】【综合编辑】菜单里完成。)
第十五节 构件参数
本菜单用与调整布置的基础构件计算设计参数(覆土、标高、承载力等)。
一、改覆土重
修改已经布置基础的覆土重。
对于执行该菜单后,程序会基础平面图上显示单位面积覆土重,同时又文字提示该覆土重是程序自动计算还是手工输入。
二、修改标高
通过本菜单修改基础底标高。
其中“独基、承台自动与筏板对齐”主要是正对独基、桩承台加防水板的工程。
JCCAD对于独基(桩承台)+防水板工程,要求独基(桩承台)总高度必须大于等于板的厚度,且独基(桩承台)底标高必须小于等于板底标高,独基(桩承台)顶标高应该大于等于板顶标高,否则计算的时候独基(桩承台)将不能一起考虑在内。
如果标高不满足上述条件,程序会提示标高错误。用户可以通过【工具】【模型检查】菜单检查独基、承台标高是否有问题。
三、改承载力
通过本菜单修改修正前地基承载力特征值及用于深度修正的基础埋深。
在对话框里输出修正前的地基承载力特征值以及修正用的基础埋置深度,并选择需要修改的基础,那么被选中基础的修正前的承载力特征值会修改,并且自动做深度修正,否则程序默认取【参数】【地基承载力】力的承载力参数作为相应地基的承载力特征值。
执行本菜单时,程序会显示基础的修正前承载力特征值及修正深度d,并会提示该值是随总参数还是用户手工修改。
注意此处的“基础埋置深度d”仅仅用于地基承载力修正,不影响其它计算。
第十六节 网格节点
本菜单功能用于增加、编辑PMCAD传下的平面网格、轴线和节点,以满足基础布置的需要。例如,弹性地基梁挑出部位的网格、筏板加厚区域部位的网格、删除没有用的网格对筏板基础的有限元划分很重要。
点击后,界面如右图所示,各菜单功能说明如下:
一、加节点
点击【加节点】菜单项,用户在基础平面网格上增加节点,既可在屏幕下方命令行中输入节点坐标(即可精确增加所需节点),也可利用屏幕上已有的点进行定位。
点输入法说明:当需要将屏幕已有点作为精确定位的参照点时,只需用鼠标将光标停留在屏幕已有点上,程序将自动捕捉该点为参照基点,并在屏幕上显示引出线,用户可以以此点作为原点输入相对坐标,即可实现精确定位。
提示:这种利用屏幕已有点进行精确定位法适用于所有需要定位的命令,例如执行桩移动、桩布置等命令。
二、查节点
用于查询节点编号。该命令应该配合“工具”的“绘图选项”使用,即在查询节点之前,在“绘图选项”里勾选“节点号”,然后点“查节点”,在命令行输入需要查询的节点号,程序自动将需要查询的节点定位显示。
三、删节点
删除一些不需要的节点,在删除节点时会同时删除或合并一些网格。程序按以下原则来判断节点是否可以删除:
(1) 有柱的节点(包括有墙的网格)不能删除,该条优先其它判断条件。
(2) 当只有两根同轴线网格与要删除节点相连,则该节点删除,并且两个网格合并为一个网格。
(3) 当只有两根不同轴线网格与要删除节点相连,则该节点删除,并且同时删除相连的网格线。
(4) 当要删除节点是某轴线最外端节点时先删除该轴线外端网格,然后在用其它条件判断是否可以删除。删除网格的条件可以参见后面【删网格】菜单的内容。
四、加网格
点击【加网格】菜单项,在基础平面网格上增加网格,按照屏幕下方命令行提示操作即可增加所需网格。
五、查网格
用于查询网格编号。该命令应该配合“工具”的“绘图选项”使用,即在查询节点之前,在“绘图选项”里勾选“网格号”,然后点“查网格”,在命令行输入需要查询的网格号,程序自动将需要查询的网格定位显示。
六、删网格
删除不需要的网格。程序按以下原则来判断网格是否可以删除:
(1) 有墙的不能删除,该条优先其它判断条件。
(2) 只有轴线的端网格才可以删除。
(3) 如果轴线上的网格不连续(即个别段没有网格线),则以连续的网格为依据判断端网格。
七、网格延伸
将网格线延伸到指定位置。操作步骤:点【网格延伸】,左下角命令行输入需要延伸的距离,回车,平面图选择需要延伸的网格。
注意:【网格节点】菜单调用应在【荷载输入】和【基础布置】之前,否则可能会导致荷载或基础构件错位。由于在基础中进行网格输入时必须保持从上部结构传来的网格节点编号不变,因此有许多限制条件,所以建议有些网格可以在上部建模程序中预先布置完善,程序可将PMCAD中与基础相联的各层网格全部传下来,并合并为统一的网点。
第十七节 导入DWG图
对于一些基础比较复杂的工程,部分用户可能更习惯于在AUTOCAD里绘制基础平面图,为节约用户的建模时间,提高效率,程序支持通过导入DWG图的方式来建立基础模型。
目前程序能导入的基础形式包括:桩、承台、独基、筏板、地质孔点、柱墩。用户导入基础的时候,可以初步设定基础参数,如桩的承载力特征值,桩长,基础的平面尺寸及高度等信息。如果基础类型较大,可以在导入的时候初步设定,导入完成后到相应的布置菜单下载修改基础的具体参数值。
程序对于导入的基础形式通过一些属性来识别,如圆桩导入的时候,程序默认DWG图里的属性是“圆”的图素都是圆桩,导入的时候所有被选择中“圆”将导成桩。方桩、独基、承台、筏板、柱墩要求是多义线绘制的密闭多边形。如果DWG图符合上述要求,程序会自动做相应处理,如程序会自动将DWG图里的图块炸开成图素,会将不封闭的多边形在一定误差范围内自动处理生密闭多边形。
导入的时候,为了提高导图效率及导入准确性,建议用户尽量将DWG格式的基础平面图简化处理,将与基础布置无关的一些图层或者图素删除,如尺寸标准一般对基础导入没有影响,则可将基础标准的相关图层删除。同时,可以通过【导图范围】命令选择需要导入的基础范围,也可以提高导图效率
第十八节 工具
本菜单包含一些基础模型输入时的辅助工具菜单。主要的内容如右图菜单所示。
一、定时存盘
点“定时存盘”功能菜单,用户在命令行输入设定定时存盘的时间间隔(单位:分钟),并且执行任何一项操作命令,在规定的时间间隔内,程序将基础数据自动存盘并保留最近使用的9份备份。用户可以通过总菜单下“恢复模型”功能恢复已经保存过的备份文件。
二、模型检查
在用户退出基础建模程序时,程序会自动运行模型检查功能,方便用户对输入的基础模型正确进行校核。
三、衬图
基础模型输入的时候可以将已有的DWG图作为衬图参考,在本菜单里选择要插入的参考图。点击“衬图”,软件弹出衬图选择及管理对话框。对于已经插入过的衬图,程序会保存插入记录及插入过的衬图路径,方便用户多次使用,如果衬图记录较多,可以通过“删除记录”功能删除不关注的衬图记录。
点“插入衬图”选择要插入的DWG图,软件提示是否整张图示插入还是选择区域插入,用户根据具体工程情况选择。
指定插入区域后,需要在DWG衬图上指定插入的几点,然后将衬图插入基础平面图。此时软件会弹出“衬图调整”对话框,用户可以交互指定衬图插入基点坐标及衬图插入点对应的基础平面位置插入点坐标,可以指定衬图的旋转角度及缩放比例。对于插入图层,用户可以通过“衬图图层开关”关闭不需要的图层。
衬图使用后,如果想关闭衬图,可直接通过【工具】“关闭衬图”命令关闭衬图。
第四章分析设计
分析设计模块对用户在建模模块中输入的基础模型进行处理并进行分析与设计,其主要功能如下:
生成设计模型:读取建模数据进行处理生成设计模型,并提供设计模型的查看与修改。
生成分析模型:对设计模型进行网格划分并生成进行有限元计算所需数据。
分析模型查看与处理:分析模型的单元、节点、荷载等查看;桩土刚度的查看与修改。
有限元计算:进行有限元分析,计算位移、内力、桩土反力、沉降等。
基础设计:对独基、承台按照规范方法设计;对各类采用有限元方法计算的构件根据有限元结果进行设计。
一、参数
这里的参数设置与【基础模型】里【参数】功能一样,只是保留了计算相关的参数,而去掉了与计算无关的。之所以在这里保留计算参数输入菜单,是因为考虑到部分用户习惯于在计算分析菜单设置计算分析的相关参数。这里设置的参数与【基础模型】里【参数】作用等效,两个菜单设置的参数互相联动。
二、模型信息
通过本菜单可以查看基础模型一些基本基础类型信息,尺寸信息,材料信息,校核基础模型输入是否正确。点【模型信息】,左侧树形菜单控制显示的基础类型及模型信息。
三、计算内容
对于单柱下的独基或者桩承台,程序默认按规范算法计算和设计,即此时独基或者桩承台本身视为刚性体,各种荷载及效应作用下本身不变形,做刚体运动。对于多柱墙下独基或者桩承台,可能基础很难保证本身不变形,即刚性体假定可能不成立,此时可能按有限元计算计算更为合理,有限元算法独基或者承台按照板单元进行计算与设计。通过本菜单可以指定独基或者桩承台是按规范算法计算还是按有限元算法计算
程序默认单柱下独基及桩承台按规范算法计算,多柱墙下独基或者桩承台按有限元算法计算,防水板范围内独基或者桩承台程序同时提供两种算法的计算结果,用户可以通过【结果查看】里的“单元结果”及“有限元结果”两个菜单分别查看不同算法的计算结果。
四、生成数据
此菜单其核心功能为:网格划分,生成桩土刚度,生成有限元分析模型。
目前软件提供两种网格划分方式:铺砌法与Delaunay拟合法,其中Delaunay三角剖分算法具有严格的稳定性,因此理论上所有模型都可划分成功,但由于几何计算的精度问题,还是存在例外情况, 当采用Delaunay拟合法进行网格划分失败时,采用“使用边交换算法”选项,可有效提高网格划分成功率。
生成桩土刚度主要原理可参照技术说明。
软件根据用户选项自动生成弹性地基模型、倒楼盖模型、防水板模型,以供后续计算设计使用。
五、分析模型
执行【生成数据】菜单后,程序会生成分析模型,点【分析模型】菜单可以查看分析模型下的一些模型信息。
“有限元网格信息”:查看有限元网格划分结果,包括单元编号及节点编号。
“板单元”:查看每个单元格里的筏板厚度及筏板混凝土强度等级。
六、基床系数
本菜单用于查看、定义、修改基础基床系数。
基础基床系数修改操作过程:先在“基床系数”输入框里输入要修改的基床系数,然后点【添加】,这时在基床系数定义列表会显示刚刚添加的基床系数。修改时先在列表选择相应的基床系数,然后“布置方式”可以选择“按有限元单元布置”直接框选单元布置,也可以选择“按构件布置”选择相应的构件布置。
需要注意的是,用户手工修改过的基床系数,程序会默认优先级较高,再次重新生成数据时,程序会优先选用上次用户修改过的基床系数。
如果用户希望用程序默认基床系数,可以通过“恢复默认”按钮实现。
七、桩刚度
本菜单用于查看修改桩、锚杆刚度、群桩放大系数。
单桩弹性约束刚度K包含竖向、弯曲刚度及抗拔刚度,程序能根据地质资料计算单桩刚度,如果有地质资料,程序自动计算的刚度值,其具体计算方法请参照技术条件,如果没有输入地质资料,则程序将按默认值10万KN/m确定桩的刚度。
桩刚度修改操作过程:先在“桩刚度编辑”输入框里输入要修改的桩刚度,然后点【添加】,这时在桩刚度定义列表会显示刚刚添加的桩刚度。修改的时候先列表中选择相应的桩刚度,直接框选桩进行修改,为了提高用户的使用效率,软件提供了按照桩类型的筛选器。
需要注意的是,用户手工修改过的桩刚度,程序会默认优先级较高,再次重新生成数据时,程序会优先选用上次用户修改过的基床系数。
如果用户希望用程序默认基床系数,可以通过“恢复默认”按钮实现。
八、荷载查看
本菜单用于查看校核基础模型的荷载是否读取正确。“设计模型”会显根据用户选择显示所有上部构件的荷载、自重等信息,“分析模型”会显示每个单元网格里的荷载信息及每个单元节点的荷载信息。
九、生成数据+计算设计
整合生成数据与计算设计两个功能,减少用户操作,提高效率。
十、计算设计
此菜单主要实现包括柱下独立基础、墙下条形基础、弹性地基梁基础、带肋筏板基础、柱下平板基础(板厚可不同)、墙下筏板基础、柱下独立桩基承台基础、桩筏基础、桩格梁基础等的分析设计,还可进行由上述多类基础组合的大型混合基础分析设计,以及同时布置多块筏板的基础分析设计。
其主要流程为:
1) 整体刚度组装;
2) 有限元位移计算;
3) 有限元内力计算;
4) 沉降计算
5) 承载力验算
6) 有限元配筋设计;
7) 独基、承台规范方法设计;
当布置拉梁时,软件首先进行拉梁导荷,再进行防水板模型、弹性地基模型或倒楼盖模型计算,当存在防水板时,软件将自动生成弹性地基模型与防水板模型,并同时计算设计,在后处理中可以通过切换模型进行分别查看防水板模型与弹性地基模型的分析设计结果。
第五章结果查看
计算结果查看主要分为“分析结果”及“设计结果”,用户可以查看各种有限元计算结果,包括“位移”、“反力”、“弯矩”、“剪力”。同时根据规范的要求提供各种设计结果,主要包括“承载力校核”、“设计内力”及“配筋”、“沉降”、“冲切剪切”、“实配钢筋”,另外软件提供了文本显示功能:“构件信息”、“计算书”、“工程量统计”。
第一节 模型简图
本菜单可以查看计算模型的参数信息及基础构件信息。
此菜单分别给出了“基本模型”与“沉降模型”的基床系数、桩刚度的显示,这里的“基本模型”是指有限元计算的初始模型,其基床系数、桩刚度与前处理一致;“沉降模型”是指计算沉降的模型,其基床系数、桩刚度是在根据最终沉降计算的结果。
在查看桩、土刚度时,可以选择“基本模型”或者“沉降模型”中的一种。“基本模型”指的是通常进行基础设计时所使用的模型,而“沉降模型”主要是指计算基础沉降时所使用的模型。两个模型的主要区别在于桩、土刚度取值的来源不同。默认情况下,总参数中的“按柔性法自动确定土的基床系数”和“根据迭代确定沉降”两个选项是没有勾选的,此时“基本模型”和“沉降模型”是完全一致的,桩、土刚度都是取“分析与设计”模块“生成数据”之后的初始值。而当勾选总参数中的这两个选项之后,计算时随着迭代的进行基床系数每次都会随之发生变化,直到最终迭代收敛或结束,此时得到的桩、土刚度即为“沉降模型”下的桩、土刚度。
第二节 分析结果
一、位移
查看所有单工况下及荷载组合下基础位移图。通过查看位移图,查看基础变形是否合理,通常对于基础计算,内力大小与变形差大小有关,所以基础位移是评判基础分析结果合理性的重要指标。
二、反力图
查看所有单工况下及荷载组合下的基础底部反力。水平力比较大的荷载组合,可以通过反力图查看判断基础底部土是否有零应力区。对于水浮浮力组合,通过反力图查看判断基础底部水浮力是否大于上部荷载,从而判断是否存在抗浮问题。
对于独基或者桩承台,如果是按规范算法计算,那么应该查看“构件计算结果”,此时每个独基或者桩承台本身被视为刚性体,只做刚体运动,每个基础程序会给出最大反力及平均反力。对于筏板基础,一般看“有限元计算结果”即可。规范算法及有限元算计算设置相关内容,可参考本说明书第四章“计算内容选择”的相关内容。
对于防水板内的独基或者承台,程序默认规范算法及有限元算法都计算,用户可以通过“独基、承台结果选取”分别查看两种算法下的反力结果。对于规范算法,程序计算反力的时候没有考虑水浮力、防水板自重及板上荷载的作用,也不考虑防水板的刚度贡献,独基、桩承台单独受力。有限元算法会本质上将独基、承台与防水板一起视为整体式基础,统一分析计算,协调变形,独基、桩承台本身视为等厚度筏板,同时计算会考虑防水板传递的荷载及防水板本身的刚度影响。所以,有限元计算结果与构件计算结果一般都会有差异。
三、弯矩
查看所有单工况下及荷载组合下的基础弯矩。
弯矩查看可以只看单方向查看,也可以同时显示X、Y方向的弯矩值,可以按单元查看单元平均弯矩,也可以查看单元节点弯矩。同时显示X、Y两个方向弯矩的时候有,上部为X向弯矩,下部为Y向弯矩,对于筏板而言,弯矩方向规则等同于梁的弯矩方向规则,即板底受拉为正,板顶受拉为负,板弯矩是按单位米给出。
四、剪力
查看所有单工况下及荷载组合下的基础剪力。
剪力查看可以只看单方向查看,也可以同时显示X、Y方向的剪力,可以按单元查看单元平均剪力,也可以查看单元节点剪力。同时显示X、Y两个方向剪力的时候有,上部为X向剪力,下部为Y向剪力,对于筏板而言,剪力方向规则等同于梁的剪力方向规则,板剪力是按单位米给出。
第三节 设计结果
一、承载力验算
软件根据规范要求给出了地基与桩的承载力验算结果,现在软件支持国家规范与广东规范,用户可以在【基础模型】【参数】【总信息】里设置执行的规范标准。独基与承台提供有限元结果与构件计算结果。
目前程序验算桩在地震作用组合下抗拔承载力的时候,出于安全考虑承载力特征值没有乘以1.25的调整系数。
二、设计内力
查看起控制作用的基础内力。
三、配筋
查看基础配筋。
看配筋结果的时候,可以选择是否显示构造配筋。
四、沉降
提供两种沉降结果“构件中心点沉降”“单元沉降”及相应的基底压力。
计算沉降必须要输入地质资料,否则结果查看没有沉降值。程序用户可以通过本菜单查看任意两点的沉降差及倾斜值。通过计算书查看详细的沉降计算过程。
构件中心点沉降:根据用户在沉降参数中选择的计算方法,以构件为单位计算的沉降,其过程可以通过沉降计算书查看
构件底压力:构底压力是通过有限元位移计算的地基反力和。
单元沉降:根据用户在沉降参数中选择的计算方法,以单元为单位计算的沉降结果。
单元底压力:每个单元的底压力为通过有限元位移计算的地基反力。
两点沉降差:用于查看基础任意两点的沉降差及倾斜值。《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.3.4条对于各类工程的沉降量、倾斜值做了详细规定。
沉降计算书:查看构件沉降的详细计算过程。目前计算书功能滞只针对构件沉降,单元沉降不支持计算书功能。
五、冲切剪切验算
本菜单用于验算已经布置基础的冲切剪切结果,以校核布置基础的厚度是否满足规范要求,如果布置有柱墩,同时还可验算柱墩加筏板的厚度是否满足要求及柱墩本身对筏板冲切剪切是否满足要求。同时该菜单提供局压验算功能。
程序对于冲切计算的基底净反力可以通过三种方式确定:冲切反力取平均值,冲切反力取有限元计算结果,冲切反力自行确定。
(1)冲切反力取平均值
平均反力计算时把整个基础看成是刚性的整体式基础,冲切验算的时候将上部总荷载除以整个基底面积的总和,得到基底净反力值。
(2)冲切反力取有限元计算结果
执行该项功能之前先要进行桩筏有限元计算,计算完成后程序在进行冲切验算的时候按就近原则选择有限元的网格反力。
(3)基底反力取手工输入值
以筏板为单位,手工输入每块筏板的基底反力,程序会在每块板的板边位置显示手工输入的板底净反力值。如果是验算桩对筏板冲切,则可以手工输入桩的冲切力值。
1.柱冲切板
程序在考虑柱对筏板的冲切承载力计算时,遵循的是《地基规范》8.4.7条的规定。在桩筏基础中,如果柱冲切范围内有桩存在,则程序按照《桩基规范》JGJ94-2008第5.9.7条相关规定计算柱对筏板冲切。
点击【柱冲切板】后,图面上显示柱处筏板冲切验算结果,并弹出相关计算书。图面上柱边数字为验算结果,其中:L表示最不利荷载组合的代码,R/S表示冲切安全系数(其中R表示筏板受冲切时最大抗力,S表示各荷载组合作用下的最大效应),R/S大于等于1.0为满足冲切要求,否则小于1.0为不满足冲切要求且显示红色。
2.墙冲切板
点“墙冲切板”程序自动计算工程中所有墙对筏板的冲切。对于符合单墙条件的墙,按单墙冲板计算,符合多墙条件的墙,自动按多墙冲板方式计算。其它墙则一律拆分成单片墙,按单墙冲板计算。
对于边角部位的墙,程序会判断是否为边墙或者角布墙体,参考边柱和角柱的冲切计算要求,将冲切里放大1.1或者1.2倍(冲切结果中括号内的数字)。
实际工程中常有单独的墙肢存在。这种情况可能存在墙冲切对平板的厚度起控制作用。对于这种单片墙肢,程序自动按“单墙冲板”来完成该情况下墙对平板基础的冲切计算。注意程序判断单墙的条件是每片墙由两个端节点,且每个端节点处不和另外的墙肢相连。
由于一般墙长厚比比柱截面要大,墙平面内弯矩对剪应力的贡献相对要小,因此程序采用《混凝土规范》的6.5.1条给出的计算公式进行抗冲切计算,但没有考虑墙平面内弯矩对剪应力的影响,并在公式中去掉预应力部分。
上图是程序判断边柱(边墙)或角柱(角墙)时距墙h0处的冲切临界截面的边界线。它会影响到公式中的取值。
需要的指出是:《混凝土规范》中规定的取值不宜大于4,但在本程序中,当
大于4时,仍按照
的实际值进行了计算,即此时的计算结果是在超出规范约定范围之外取得的,因此,这种情况下的计算结果仅供用户参考。
除了在图面显示计算结果之外,程序还输出计算结果的文本文件“单片墙体对筏板的冲切计算.txt”,其内容如下图所示。
对于异形柱和短肢剪力墙,规范中并没有专门给出它们对平板的冲切计算方法,为了解决此问题,程序将柱对平板的冲切计算公式进行改进,在计算过程中考虑了竖向力和弯矩的作用。由于该方法是由规范中公式演化而来,所以,其计算结果仅供设计人员参考。
【多墙冲板】菜单用于一组(二个以上)墙对平板的冲切计算,计算对象是同一节点周围的多墙肢组,如果是两肢墙则它们不在一条直线上。同时该墙肢组的各墙肢还要满足两个条件:一是每个墙肢的另一端没有其它墙与之相连;二是每段墙肢的长厚比必须小于限值(默认取8,可以在“参数”菜单“基础设计参数”里修改该限值)。
这样限制使用范围是希望多墙围成的区域多边形,在它的两个方向上的尺寸比较接近,与异形柱的受力形态相近。
程序会自动判断破坏临界截面的形状。临界截面的计算过程是:首先将多墙边界外扩0.5倍板计算厚度,然后处理成凸多边形,并根据四周破坏与边、角柱破坏边长的大小判断是否破坏面会延伸到筏板边缘。
上图是多墙冲剪临界截面的计算结果,程序自动将符合上述条件的墙肢组找出并计算,即上图中用多边形框围出的墙肢组。
最大剪应力的计算方法参考前面“柱冲切板”的计算公式,我们将其扩展到双向弯矩作用下且临界截面不是矩形的情况。
下图是计算结果文件,其中列出计算结果的主要信息。
在计算结果文件中,列出了程序对每一组荷载基本组合进行冲切抗剪计算的结果。文档中的“边数”为冲切临界截面多边形边数,其他参数同柱冲切板。
3.异形柱冲切
“异形柱”用来解决异形柱对平板基础的冲切计算,其计算方法与“多墙冲板”所采用的方法相类似。
4.桩冲切板
桩筏基础,桩对筏板的冲切,程序提供两种计算方式,一种是《桩基规范》的方式,一种是将桩视为柱子,按《地基规范》的柱冲切板计算公式计算冲切。
如果按《地基规范》柱冲板方式计算,冲切力取单桩承台力的1.25倍,这是一种近似的计算方法。
按《桩基规范》计算桩冲切,程序自动识别桩是中桩还是角桩,中桩按《桩基规范》公式5.9.8-8,角桩的话按公式5.9.8-1验算桩对筏板冲切。
5.内筒冲剪
程序提供【内筒冲剪】菜单,可用于验算内筒对筏板的冲切剪切是否满足要求,这里需要注意的是:在内筒冲剪计算中,并没有考虑内筒根部弯矩的影响。
菜单项【内筒冲剪】的扩充适用范围:程序提供的【墙冲切板】功能,它们在计算时,对墙的布置形式、墙的长厚比等都是有要求的,而实际工程中还是存在着不能满足它们所要条件的墙,那么,用户可用【内筒冲剪】菜单来计算。
当用户使用【内筒冲剪】的功能来解决菜单项【墙冲切板】所不能解决的墙体对筏板的冲切、剪切计算问题时,应充分了解采用【内筒冲剪】菜单计算墙体对筏板的冲切、剪切,是程序对规范的内筒冲剪计算公式应用的一个扩充,因此,对其计算结果应在认真分析后酌情采用。
点击【内筒冲剪】菜单后,再在平面图上用围区布置方式选定内筒,输入“内筒外边界挑出网格线的平均距离”(程序默认值为100mm,这个值用来确定计算冲切用的内筒外边界,如果内筒墙体布置没有偏心,应该输入半个墙厚),屏幕显示该内筒的冲切和受剪承载力验算结果。如果抗冲切、抗剪不满足要求,则程序用红字提示。除了屏幕显示之外,还可以弹出下图所示“内筒冲剪.OUT”文件,其中详细记录验算结果。
6.单项计算书
程序提供【单项计算书】菜单,可用来解决用户指定的竖向构件的冲切抗剪计算问题。程序根据用户的指定构件,自动进行冲切抗剪计算,在完成计算后,屏幕上只会出现用户指定构件的计算结果,同时,在计算书中也只有用户指定的单一构件的计算结果。
7.局压柱、局压桩
局压柱
用于柱对独基、承台、基础梁的局部承压计算。点击后,基础平面图中与基础接触的柱上显示局部承压计算结果。其值>1.0时为绿色数字,表示满足局部承压要求;不满足则为红色数字。同时弹出下图所示“局部承压_柱.TXT”文件,纪录了详细验算结果。
局压桩
用于桩对承台的局部承压计算。点击后,基础平面图中与承台接触的桩上显示局部承压计算结果。其值>1.0时为绿色数字,表示满足局部承压要求;不满足时为红色数字。同时弹出下图所示“局部承压_桩.TXT”文件,纪录了详细验算结果。
提示:桩筏基础时,不进行桩对筏板的局部承压计算,当板上有肋梁时,亦不进行柱对筏板的局部承压计算
8.独基、承台、条基冲切受剪验算
查看独基、承台、条基冲切受剪验算结果,这里的结果和【基础模型】菜单里【独基】、【桩基承台】、【墙下条基】菜单下的冲剪验算结果一致,此处作为结果统一输出,方便整理计算书。
六、实配钢筋
程序采取分区均匀配筋方式对计算配筋进行处理,并给出实配钢筋。点击“钢筋实配”弹出如下对话框:
“钢筋级配表”:用于钢筋级配设置。
“配筋显示内容设置”:用于设置显示筏板区域配筋还是独基、承台构件配筋。
筏板区域配筋:以筏板为单位显示各个筏板区域内的实配钢筋,是有限元计算配筋后进行加权平均后的实配结果,每个区域每个方向一般上下两排拉通钢筋。如果筏板内有子筏板,那么子筏板将作为单独配筋区域进行钢筋实配计算,再与外围大板实配结果对比,如果子筏板范围内的实配结果不大于外围大板实配结果,则子筏板区域不单独实配,直接取外围大板拉通筋,否则,子筏板范围内显示的是配筋钢筋为子筏板实配钢筋减去外围实配钢筋的结果,即子筏板只显示附加钢筋。
独基承台配筋:显示独基或者桩承台的实配钢筋,一般是基础底板钢筋。
配筋区域编辑:添加、删除配筋区域。如果筏板的某一局部区域希望单独配筋(子筏板程序默认为单独区域),可以通过本菜单在筏板里绘制该区域,设置完成后,点“区域配筋计算”,则程序按新的配筋区域进行钢筋实配,实配原则如上述子筏板区域实配原则。
实配钢筋修改:对筏板区域配筋结果进行编辑修改。点击该菜单后,程序弹出如下表格,用户可以修改表格里各个区域实配钢筋。
裂缝验算:按《混凝土规范》相关要求验算基础钢筋是否满足要求。详见本说明书“第七章 技术条件”的相关内容
七、构件信息
此功能主要是根据用户所选择构件,输出构件的基本信息、配筋结果、冲切剪切结果、承载力验算结果等,方便用户查看与校核。
第四节 计算书
本菜单以文本方式输出所有计算过程。主要包括详细统一的计算书及工程量统计结果文本。
新版本软件在计算书中将计算结果分类组织,依次是1.设计依据、2.计算软件信息、3.计算参数、4.模型概况、5.工况和组合、6.材料信息、7.承载力验算、8.配筋计算、9.冲剪验算、10.设计结果简图等十类数据。
在打印输出时,软件提供了彩色、黑白两种风格供用户选择。计算书文件类型上软件也提供了Word格式、PDF格式及txt格式。
由于各个设计院的计算书格式不尽一致,所以软件提供了模板定制功能。每个院都可以定制自己的模板,然后导出到各台电脑上,以后需要用到该模板时,可以直接导入,不需要重复进行设置。对于需要进行特殊定制的高级用户,可以在“计算书设置”菜单中进行精心的设置,这样就可以输出最符合自身需求的计算书。
一、计算书设置
软件提供了丰富的设置功能,用户可以定制计算书的以下内容:
(1)封面;
(2)内容;
(3)纸张;
(4)页眉页脚;
(5)字体;
(6)表格样式;
(7)图形样式;
(8)输出格式;
(9)模板
1. 封面
在封面设置中,会提供一种固定的样式,包含标题、项目编号、项目名称、计算人、专业负责人、审核人、日期、示意图和公司名称,用户可以通过勾选的方式选择采用。
在默认的样式中,标题会自动指定。对于主模型,将采用工程路径名。对于子模型,将采用子模型名称。其余内容需要用户手工填写。
示意图一般为建筑效果图。建议用户选择一幅精美的图片,可以为计算书增色不少。当然,用户也可以不指定,这样封面中间会是一片空白。
2. 内容
软件按照标准模板设置了默认项。如果用户的工程有特殊性,或者有更多需要关注的内容,那么用户可以自己定制计算书的格式及内容,具体定制方法见后文“计算书内容定制”部分。
3. 布局
用户可以分别指别文本与图形两部分的纸张大小。软件提供了A3和A4两种纸张。纸张方向可以指定纵向或横向。
同时,也可以指定分栏数及页边距。详图不会受分栏数目的影响,只输出一栏。
4. 页眉页脚
用户可以在此处指定页眉、页脚的内容和位置。
【页眉】:
一般情况下,页眉指定为文本。如果用户需要放置一个精美的公司logo图标或者其它图片,可通过“插入logo图标”来实现。
【页脚】:
页脚一般输出页码。可以是“第1页”,或者“- 1 -”,或者“1”,或者“1/5”这几种方式。当然也可以指定固定的一段文字。
5. 文字
用户可以分别指定各级目录、正文、表格、图名、页眉页脚的字体,也可以设置字体的名称、字号、是否加粗、是否加下划线。
6. 表格
表格样式支持5种:
1)三线式(三条线都为细线);
2)三线式(顶底两条线为粗线,中间线条为细线);
3)除两侧无边框线之后,其它部位都为表格线,顶底两条线为粗线;
4)所有表格线都绘制,顶底两条线为粗线;
5)所有表格线都绘制,且都为细线。
7. 图形设置
打印输出时,考虑到有些用户只有黑白打印机,或者更喜欢输出黑白两色的风格,而另一些用户更倾向于彩色效果,所以这里软件提供了彩色、黑白两种风格供用户选择。
如果勾选了“是否保存原始文件”,对于WORD格式的计算书,我们可以通过点击图名便打开原始T图(或DWG图)以便手工修改。修改完图片之后,点击保存,在下次生成计算书时,将会应用用户修改之后的图形。
如果一张图中的曲线过多影响美观,这里可以设置折线图上线条数量的上限。
如果计算书中T图所占的篇幅过长,这里还可以设置T图自动分图的最多张数。
8. 输出设置
用户可以选择计算书的输出格式。我们支持三种输出格式:
1)WORD文件Docx格式文档,可以在WORD2007及以上版本中打开;
2)PDF文档;
3)TXT文档。
Docx及PDF格式输出内容一致,格式丰富多彩,支持分栏,可以插入图片。TXT格式只提供文本和表格,且不分栏,没有图形。
9. 模板
单击计算书设置窗口左下角的,可以弹出模板设置相关按钮,如下图。
模板样式下拉菜单可以从中选择已有的模板样式,一开始有标准模板和完整模板两种样式。程序默认选择标准模板样式。标准模板样式是一些常用的设置,一般情况下,用户选择该项既简洁,又基本涵盖了必需的内容。完整模板样式正如它的名称一样,会勾选全部计算书内容。
在模板样式下拉菜单中选择某一种样式后,即可将所选模板样式应用到计算书设置中;点击可以将所选模板样式从下拉菜单列表中删除。点击
,会弹出命名对话框,可以将当前的计算书设置保存到新的样式中,并添加到模板样式下拉菜单中。
点击按钮,可以将当前的计算书设置导出到电脑中,另存为XML模板文件。点击
按钮可以导入电脑中的XML模板文件的计算书设置,并添加到模板样式下拉菜单中。点击
,计算书设置会恢复到当模板的初始设置。
点击【生成计算书】按钮,会以当前的计算书设置一键生成计算书。
二、计算书内容定制
在计算书内容设置的页面里,右侧为所有备选项,左侧为计算书中将包含的内容。用户可以按以下几种方式定制计算书的内容。
1. 添加右侧项到左侧计算书目录
添加右侧项到左侧计算书目录有以下三种方法:
(1)在右侧框中勾选某项,左侧将在同一父项的已有子项末尾出现,如错误!未找到引用源。。
(2)在右侧选中(非勾选)需要增加的项,左侧选中插入位置,然后点击中间左移按扭(上面的单箭头的狭长按钮),则右侧项将添加到左侧指定位置,如下图。中间还有一个较小的双箭头按钮,点击该按钮,会将右侧所有父项的所有子项添加到左侧,位置顺序两侧对应。
(3)可以通过鼠标拖动右侧某项到左侧某项下面,如下图。
2. 删除左侧计算书目录内容
删除左侧计算书目录内容的方法也有三种方法:
(1)取消勾选右侧某项,左侧计算书目录对应的内容会自动删除。
(2)选中要删除的内容,点击计算书目录内容框下方的【删除】按钮,即可删除所选内容。旁边的【清空】按钮,点击会删除计算书目录的所有内容。
(3)用鼠标将所选项拖动到计算书目录内容框外,可以看到鼠标变成红色叉号,松开左键即可删除所选项。
3. 计算书目录顺序及编号设置
计算书目录顺序及编号设置可以通过计算书目录内容框下方的【上】【下】【左】【右】和【编号设置】进行编辑,如下图。
【上】【下】可以调整所选目录的前后位置;【左】可以将所选子目录变成高一级的父目录;【右】可以讲所选父目录变成低一级的子目录;【编号设置】可以设置各级编号的样式。
另外,【上】【下】【左】【右】的功能也可以通过鼠标拖动所选目录到相应位置来实现。
4. 图表输出设置
有些计算目录文字后面有若干个彩色的或者灰色的小图标,单击这些小图标可以对计算书中图表的输出进行设置,如文本表格内容、折线图、饼图、柱状图等内容。
双击小图标,可控制单项结果的指定内容是否输出。小图标为彩色(带勾)时,表示计算书输出该项内容,小图标为灰色(不带勾)时,表示计算书不输出该项内容。
单击小图标,将弹出设置窗,可对单项结果进行详细的设置,下面以“风荷载信息”的表格输出和折线图输出设置为例进行说明。
单击图标之后,将弹出以下对话框:
在这里用户可以控制要输出哪些内容。
三、T图分图
以模型基本简图为例进行说明。如下图点击“模型基本简图”后面的进入到单项分图界面。
进入单项分图界面,如下图窗口左上方可以选择自动或者手动。
选择自动,可以看到下图中上方框内是自动分图相关参数。左侧黑色方框是用于查看和编辑T图的图形区;右方框内是总图集及其相关功能。右上方和右下方的问号是关于分图的相关说明,用户可以点击查看。
自动分图操作流程为:1)选择自动,输入自动分图参数;2)点击自动分图,在总图集中生成分图布局;3)点击总图集中的任一简图,点击“查看”按钮,进行查看、编辑修改,之后“保存至列表”;4)点击“确定”按钮保存、退出分图界面并更新到计算书目录中,“取消”则不保存本次操作并退出分图界面。
a) 自动分图参数
自动分图参数包括最小字高、最大分图张数、楼层以及补充指定。各参数的含义可参见上文的统一分图部分。
自动分图参数设置好以后,点击旁边自动分图,程序会根据用户设定的参数自动完成分图。
b) 总图集
自动分图完成后,在右边的总图集中可以看到所有图形列表,如下图。
每次点击自动分图,所进行的操作是将新的分图结果与老的分图结果合并。未进行重新分图的楼层会维持原布局;重新分图的楼层会用新的布局替代原有布局。
【移除】:点选总图集中的某一张图,点击移除,程序会将所选择的图从总图集中删除。
【上和下】:用于调整所选图在总图集中的排序位置,程序最后输出计算书时,按照该处总图集中各图从上到下依次排序输出。
图形区和总图集之间有两个细长的按钮,分别为保存至列表和查看,功能如下:
【查看】:选择某张图后点击【查看】,用户可以在左边黑色的图形显示框中看到该图的具体分图效果。双击图名也可以达到同样的效果。显示之后如果有需要可以对分图布局进行编辑修改。
【保存至列表】:在图形区中对所选图的分图布局进行修改后,点击【保存至列表】,才会让修改生效。
c) 图形区操作
在总图集中选择任一图集进行查看,可以在图形区中看到该图集的相关图示以及各子图的布局情况。布局框由三部分组成:虚线内框、实线外框和框内的数字序号。虚线框表示各子图在计算书中实际显示的范围,实线框表示纸张的大小。子图布局框内的数字序号是各子图在计算书中的出图顺序。
图形区内的基本操作与PKPM中一致,左键确定,右键退出,滚轮缩放,按住滚轮平移。图形区中图集的编辑修改方法,可参见图形区下方的功能提示,如下图。
图形区左上角有两个小按钮,分别是增加布局、删除布局,右上角有三个小按钮
,分别是增大字高、减小字高和充满显示。
【增加布局】是指增加一张子图布局,原有子图布局不变,增加的子图布局大小、位置由用户指定。操作流程为:1)点击增加布局按钮;2)使用TAB键(横竖图幅切换)和上下键(微调布局大小)对布局框进行调整;3)移动布局框到需要增加布局的位置,左键确定,布局完成。如果中途想退出命令,可以点击右键或者按下ESC键。
【删除布局】是指删除某一张子图布局(删除子图布局的图框和编号,对原T图图素无影响),其余子图不变。操作流程为:1)点击删除布局按钮;2)点击要删除的布局;3)弹出警告对话框点击确定,即可删除布局。或者也可以先选中待删除的布局,然后点击删除布局按钮,此时会直接删掉所选布局。
【增大字高】【减小字高】直接点击即可调整图形区中的数字大小。
【充满显示】是将所有图素调整为刚好充满整个图形区。
【修改序号】如果需要修改子图序号,直接双击布局框进行修改即可。如果点击的地方在多个布局框内,则会选中当前图中序号最小的布局框。
修改完成后,点击【保存至列表】,程序可自动将右侧对应的图集替换为修改后的图集。
d) 完成分图
完成各层图集的分图后,点击右下角的“确定”即可保存当前总图集中的所有结果并更新到计算书目录中,如下图。
第五节 工程量统计
V4版本软件在【结果查看】【文本结果】中增加了工程量快速统计,方便用户在计算完成后,进行简单工程量统计。
目前的工程量统计是基于计算配筋的。
1.构件类型:
用于选择参与工程量统计的构件类型,没有选择的构件类型将不出现在统计结果里。
2.输出内容:
“技术条件”:工程量统计所使用的统计方法以及假设条件,具体内容参考统计结果文档。
“构件数量”:各构件类型的数量。
“模型总工程量”:工程总的钢筋和混凝土用量。
“各构件类型工程量”:各构件类型的钢筋和混凝土用量。
用户可以根据需求选择不同的统计内容,软件主要给出了构件数量的统计与混凝土用量、钢筋用量、以及单位面积钢筋用量,如下图所示。
第六章基础施工图
第一节 概述
基础施工图程序可以承接基础建模程序中构件数据绘制基础平面施工图,也可以承接JCCAD软件基础计算程序绘制基础梁平法施工图、基础梁立剖面施工图、筏板施工图、基础大样图(桩承台独立基础墙下条基)、桩位平面图等施工图。程序将基础施工图的各个模块(基础平面施工图、基础梁平法、筏板、基础详图)整合在同一程序中,实现在一张施工图上绘制平面图、平法图、基础详图功能,减少了用户有时逐一进出各个模块的操作,并且采用了全新的菜单组织,程序界面更友好。
程序的主界面如下图:
下面介绍一下运行基础施工图程序前需要了解的菜单项。
第二节 文件
一、参数设置
【参数设置】将基础平面图参数和基础梁平法施工图参数整合在同一对话框中,当点取【参数设置】菜单后,程序弹出如下的修改参数对话框,在完成参数修改并按“确定”按钮退出后,程序将根据最新的参数信息,重新生成弹性地基梁的平法施工图,并根据参数修改重绘当前的基础平面图。点取【参数设置】菜单后屏幕上的对话框如下:
二、绘新图
用来重新绘制一张新图,如果有旧图存在时,新生成的图会覆盖旧图。
三、编辑旧图
打开旧的基础施工图文件,程序承接上次绘图的图形信息和钢筋信息,继续完成绘图工作。通过下面的对话框来进行选择要编辑的旧图。
四、写图名称
点取此命令,写当前图的基础梁施工图名称。
第三节 标注
一、梁筋标注
菜单的功能是为用各种计算方法(梁元法、板元法)计算出的所有地基梁(包括板上肋梁)选择钢筋、修改钢筋并根据04G101-3《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》绘出基础梁的平法施工图,对于墙下筏板基础暗梁无需执行此项。
当点取【梁筋标注】菜单后,程序自动绘制梁施工图。
用户可根据需要自己确定采用何种计算结果的梁图。接着屏幕显示“地基梁绘图参数修改”对话框,详见第一节中的【参数设置】。
通过修改参数来调整平法施工图中钢筋的多少,平法标注符号以及施工图的绘图信息。当地基梁纵筋、支座筋、箍筋出现超筋时,将弹出警告对话框。如下:
二、修改标注
当点取菜单项后,程序菜单见下图。其功能如下:
【水平开关】关闭水平方向上的梁的集中标注和原位标注信息。
【垂直开关】关闭垂直方向上的梁的集中标注和原位标注信息。
【移动标注】用鼠标移动集中标注和原位标注的字符,调整字符位置。
【改字大小】批量修改集中标注和原位标注字符的字体大小。
三、标注构件
本菜单实现对所有基础构件的尺寸与位置进行标注.
所有标注菜单的使用方法和功能说明如下:
【条基尺寸】用于标注条形基础和上面墙体的宽度,使用时只需用光标点取任意条基的任意位置即可在该位置上标出相对于轴线的宽度。
【柱尺寸】用于标注柱子及相对于轴线尺寸,使用时只需用光标点取任意一个柱子,光标偏向哪边尺寸线就标在那边。
【拉梁尺寸】用于标注拉梁的宽度以及与轴线的关系。
【独基尺寸】用于标注独立基础及相对于轴线尺寸,使用时只需用光标点取任意一个独立基础,光标偏向哪边尺寸线就标在那边。
【承台尺寸】用于标注桩基承台及相对于轴线尺寸,使用时只需用光标点取任意一个桩基承台,光标偏向哪边尺寸线就标在那边。
【注地梁长】用于标注弹性地基梁(包括板上的肋梁)长度,使用时首先用光标点取任意一个弹性地基梁,然后再用光标指定梁长尺寸线标注位置。一般此功能用于挑出梁。
【注地梁宽】用于标注弹性地基梁(包括板上的肋梁)宽度及相对于轴线尺寸,使用时只需用光标点取任意一根弹性地基梁的任意位置即可在该位置上标出相对于轴线的宽度。
【标注加腋】用于标注弹性地基梁(包括板上的肋梁)对柱子的加腋线尺寸,使用时只需用光标点取任意一个周边有加腋线的柱子,光标偏向柱子哪边就标注那边的加腋线尺寸。
【筏板剖面】用于绘制筏板和肋梁的剖面,并标注板底标高。使用时须用光标在板上输入两点,程序即可在该处画出该两点切割出的剖面图。
【标注桩位】用于标注任意桩相对于轴线的位置,使用时先用多种方式(围区、窗口、轴线、直接)选取一个或多个桩,然后光标点取若干同向轴线,按[Esc]键退出后再用光标给出画尺寸线的位置即可标出桩相对这些轴线的位置。如轴线方向不同,可多次重复选取轴线、定尺寸线位置的步骤。
【标注墙厚】用于标注底层墙体相对轴线位置和厚度。使用时只需用光标点取任意一道墙体的任意位置即可在该位置上标出相对于轴线的宽度。
四、标注字符
本菜单的功能是标注写出柱、梁、独基的编号和在墙上设置、标注预留洞口。
其下有七个子菜单,见下图。
主要子菜单的使用方法和功能说明如下:
【注柱编号】、【拉梁编号】、【独基编号】、【承台编号】这四个菜单分别是用于写柱子、拉梁、独基、承台编号的,使用时先用光标点取任意一个或多个目标(应在同一轴线上),然后按[Esc]键中断,再用光标拖动标注线到合适位置,写出其预先设定好的编号。
【标注开洞】菜单的功能是:在底层墙体上开预留洞的。点取本菜单后,在屏幕提示下先用光标点取要设洞口的墙体,然后输入洞宽和洞边距左下节点的距离(M)。
【标注开洞】菜单的作用是:标注上个菜单画出的预留洞,使用时先用光标点取要标注的洞口,接着输入洞高和洞下边的标高,然后再用光标拖动标注线到合适的位置。
【地梁编号】菜单提供自动标注和手工标注两种方式,自动标注的用途是把按弹性地基梁元法计算后进行归并的地基连续梁编号,自动标注在各个连梁上,使用时只要点取本菜单即可自动完成标注。手工标注将用户输入的字符标注在用户指定的连梁上。
五、标注轴线
本菜单作用是标注各类轴线(包括弧轴线)间距、总尺寸、轴线号等,菜单见下图。
各子菜单的功能与PMCAD的操作一致,增加了一项【标注板带】菜单。该菜单用于柱下平板基础中,配筋模式按整体通长配置的平板基础, 它可标注出柱下板带和跨中板带钢筋配置区域。使用方法类似于【逐根标注】菜单项设定轴线。
第四节 改筋
一、地梁改筋
点取【地梁改筋】菜单后,程序如下图所示的菜单界面:
(1)【连梁改筋】采用表格方式修改连梁的钢筋,当点取【连梁改筋】按钮后,程序提示用户选取地基梁,当用鼠标选取地基梁后,程序弹出修改钢筋界面如下:
图上显示为地基梁当前跨左中右截面的剖面图,初值为第一跨,可以通过编辑下部分的cell表格来修改钢筋信息。按【Enter】键程序关闭本对话框,完成本连梁一次修改操作。
“梁纵筋”的输入格式如:12B25,6/6或4B25+4B22,2/6。其中允许输入两种钢筋直径,可以分上下两层,当为上部纵筋时,大直径钢筋放在上排,程序在上排自动布置钢筋最多为6根。当为下部纵筋时,大直径钢筋放在下排,程序在下排自动布置钢筋最多为6根。
“梁箍筋”的输入格式如:B10-400(4),含义为直径10的二级钢筋间距400mm为4肢箍。
“腰筋”的输入格式如:4B16,含义为 根数为4的直径为16的二级钢筋。
“腰筋拉筋”的格式同梁箍筋。
“梁翼缘钢筋”(受力筋和分布筋)的格式同梁箍筋 。
梁两端的截断长度可手工修改,单位为mm。
对话框上的【编辑】菜单内容,如右图:
其中【钢筋修改选项】快捷键F2,如下图:
当“支座左右钢筋同时修改时”选项打勾时,则上图“修改*号连梁钢筋”对话框的下部右侧筋内容变灰,其信息不能修改,其值同下一跨的下部左侧筋。
其中【钢筋复制】如下图。用于实现不同梁跨的钢筋复制功能。
(2)【单梁改筋】采用手动选择连梁梁跨的修改方式,可以选择多个梁跨,用下面对话框修改相应的钢筋。程序可以只修改选中的梁跨的单项钢筋,如:当选取的多个梁的顶部钢筋要改为相同值时,只要在“顶部钢筋”项中输入钢筋信息,然后,点击“修改”按钮即可完成修改工作。
(3)【原位改筋】手动选择要修改的原位标注钢筋,然后在如下的对话框中完成修改。
(4)【附加箍筋】程序自动计算附加箍筋,并生成附加箍筋标注。
(5)【删除附加箍筋】手动选择要已经标注的附加箍筋,删除钢筋。
(6)【附箍全删】一次全部删除图中已经标注的附加箍筋。
二、分类改筋
基础施工图程序的右侧菜单如下图所示。其中【梁筋标注】、【修改标注】、【修改钢筋】、【分类改筋】、【裂缝验算】、【选画两图】、【基准标高】等菜单项是与基础梁平法施工图相关的,下面详细介绍一下这些菜单及相关操作。
第五节 裂缝
当点取菜单项后,程序进行裂缝验算。并在图上标出裂缝宽度的数值。。
第六节 选画梁图
当点取该菜单项后,程序进行连梁立剖面图的绘制,并出现如下菜单:
首先执行【选画梁图】菜单命令,用户交互选择要绘制的连续梁,程序用红线标示将要出图的梁,一次选择的梁均会在同一张图上输出。由于出图时受图幅的限制,一次选择的梁不宜过多,否则布置图面时,软件将会把剖面图或立面图布置到图纸外面。选好梁后,按下鼠标“右”键或[Esc]键,结束梁的选择。之后,屏幕上会弹出下图所示的“立剖面参数”对话框,用户可根据需求输入参数。
点取【参数修改】菜单项,屏幕上出现的对话框如下图所示。用户在这里输入图纸号、立面图比例、剖面图比例等参数,程序依据这些参数进行布置图面和画图。下面简单介绍一下各参数的含义。
图纸号指用几号图纸画图,这个参数值与图纸加长系数和图纸加宽系数一起确定了图幅大小。立面图比例和剖面图比例分别指定画立面图和剖面图时采用的比例尺,例如上图中立面图比例为50是指用1:50的比例绘制立面图。柱子插筋连接方式参数影响立面图中柱子钢筋的画法。
参数定义完毕后,就可以正式出图了。程序首先要进行图面布置的计算。布图过程中可能会出现某些梁长度过长超出图纸范围的情况,这时软件会提示是否分段。如果选择“分段”,则程序会将此梁分为几段绘制,如果选“不分段”,则此梁会超出原来选定的图纸范围。布置计算完成后,用户按程序提示输入图名,然后程序会自动绘制出施工图。
下图是一张立面剖面法绘制的施工图的示例。如果用户觉得自动布置的图面不满足要求,则可使用【参数修改】菜单重新设定绘图参数,或使用【移动图块】和【移动标注】菜单来调整各个图块和标注的位置,得到自己满意的施工图。
第七节 制图
一、基础详图
菜单的功能是在当前图中或者新建图中添加绘制独立基础、条形基础、桩承台、桩的大样图,进入本菜单后弹出提示如下,
其子菜单见下图。
各菜单功能如下:
【绘图参数】:点取该菜单后,弹出详图绘制对话框,如下:
【插入详图】:点取该菜单后,在选择基础详图对话框中列出应画出的所有大样名称,独基以“J—”字母打头,条基为各条基的剖面号。已画过的详图名称后面有记号“√”。用户点取某一详图后,屏幕上出现该详图的虚线轮阔,移动光标可移动该大样到图面空白位置,回车即将该图块放在图面上。
【删除详图】:用来将已经插入的详图从图纸中去掉。具体操作是:点取菜单后,再点取要删除的详图即可。
【移动详图】:可用来移动调整各详图在平面图上的位置。
【钢筋表】用于绘制独立基础和墙下条形基础的底板钢筋表。使用时只要用光标指定位置,程序会将所有柱下独立基础和墙下条形基础的钢筋表画在指定的位置上。钢筋表是按每类基础分别统计的。
二、桩位平面图
桩位平面图可以将所有桩的位置和编号标注在单独的一张施工图上以便于施工操作。该程序的主菜单如下:
【绘图参数】菜单的内容与基础平面图相同。
【标注参数】是设定标注桩位的方式。点取该菜单后,屏幕弹出如下对话框,可按照各自的习惯设定相应的值。
【参考线】菜单控制是否显示网格线(轴线)。在显示网格线状态中,可以看清相对节点有移心的承台。
【承台名称】菜单可按【标注参数】菜单中设定的“自动”或“交互”标注方式,注写承台名称。当选择“自动”方式时,点取本菜单后,程序将标注所有承台的名称;当选择“交互”标注时,点取菜单后,还要用鼠标点取要标注名称的承台和标注位置。
【标注承台】菜单用于标注承台相对于轴线的移心。可按【标注参数】中设定的“自动”或“交互”方式进行标注。
【注群桩位】菜单用于标注一组桩的间距以及和轴线的关系。点取该菜单后,需要先选择桩(选择方式可按[Tab]键转换),然后选择要一起标注的轴线。如果选择了轴线,则沿轴线的垂直方向标注桩间距,否则要指定标注角度。先标注一个方向后,在标注与前一个正交方向的桩间距。
【桩位编号】菜单是将桩按一定水平或垂直方向编号。点取该菜单后,先指定桩起始编号,然后选择桩,再指定标注位置。
其它命令和基础平面图相同,可参见有关章节。
如要进行其它右侧菜单没有的编辑,可点取下拉菜单或工具条查找有关的指令。
三、筏板钢筋图
在点取该菜单项之后,程序将自动检查该模块的数据信息(对当前工程而言)是否已经存在。如果存在,那么在屏幕上将弹出下图所示的对话框,它让用户对此前建立的信息的取舍作出选择:
选择“读取旧数据文件”项,表示此前建立的信息仍然有效;
选择“建立新数据文件”项,表示初始化本模块的信息;此前已经建立的信息都无效;
在点取按钮“确认”后,在屏幕上将显示出下图所示的本模块程序的工作界面。
以下简述各子菜单项的功能。
1.设计参数
该菜单项为对话框的操作,它位于屏幕顶部的下拉菜单中,用来让用户设定程序运行中使用的一些内定参数值,现按用途分为五类:【布置钢筋参数】、【钢筋显示参数】、【校核参数】、【统计钢筋量参数】和【剖面图参数】。
注意:这些参数的初值是程序内定的,因此,这些菜单项是否执行,不会影响程序的正常运行(至多影响用户对施工图的满意度)。
(1)布置钢筋参数
布置钢筋参数的内容,见右图。
这些参数只对将要布置的钢筋起作用,也就是说,它的改变不会自动改变已布置的钢筋信息,各项参数的含义如下:
“布置钢筋时由用户输端部尺寸”---- 如该控件被选中,则表明布置的钢筋两端部尺寸是由用户通过程序提供的交互接口界面输入的;反之,钢筋的端部尺寸是由程序根据布置钢筋的实际位置自动生成。
“通筋定位边—黄线”--- 用来设定通长钢筋的定位边性质。如控件中设定为该内容,则当用户在布置通长钢筋时,能捕捉到的网线只限于图中黄颜色的网线(即板边界线),其它网线无效。它与下一选项的内容相对应;
“通筋定位边—网线”--- 用来设定通长钢筋的定位边性质。如控件中设定为该内容,则当用户在布置通长钢筋时,对所有网线捕捉都有效。它与上一选项的内容相对应;
“需扣除梁位处的板筋”--- 用来设定与地基梁相平行且位于梁体内的钢筋的处理方法。如该控件处于选中状态,那么程序在表示该组钢筋时,会自动扣除梁体内的钢筋;反之,则不会扣除;
“通长钢筋跨越不同板标高时,程序自动分断钢筋”--- 如果在基础建模中设有子筏板,那么,它的板底或板顶与主筏板的板底或板顶面可能不在同一标高层面,此时,如按主筏板布筋,那么,钢筋通过子筏板时,实际上钢筋应随边界分断而形成不同形状的钢筋,但是,如果用户对筏板钢筋的具体尺寸信息不感兴趣,只是想表明钢筋的排放,那么,不需要分断钢筋。如该控件处于选中状态,那么程序在布置钢筋时,会自动分断钢筋;反之,则不会分断;
“二级钢为”---普通钢筋、环氧树脂涂层钢筋;用来确定二级钢筋的锚固长度、搭接长度;
“三级钢为”---普通钢筋、环氧树脂涂层钢筋;用来确定三级钢筋的锚固长度、搭接长度;
“四级钢为”---普通钢筋、环氧树脂涂层钢筋;用来确定四级钢筋的锚固长度、搭接长度;
(2) 钢筋显示参数
钢筋显示参数对话框见右图:
用来确定钢筋在图面上显示的方式和位置,含义如下:
“铺设钢筋—画一根”--- 用来设定板钢筋的示图内容。如控件中设定为该内容,则当用户在布置一组钢筋时,在图上只画一根钢筋线来表示该组钢筋。它与下一选项的内容相对应;
“铺设钢筋—画全部”--- 用来设定板钢筋的示图内容。如控件中设定为该内容,则当用户在布置一组钢筋时,在图上会画出该组钢筋的每一根钢筋线的位置。它与上一选项的内容相对应;
“中间根钢筋加亮显示”--- 用来设定板钢筋的示图方法。如控件中设定为该内容,则当用户在布置一组钢筋时,在图上该组钢筋的中间根钢筋线会加亮。它与下一选项的内容相对应;
“第一根钢筋加亮显示”--- 用来设定板钢筋的示图方法。如控件中设定为该内容,则当用户在布置一组钢筋时,在图上该组钢筋的第一根钢筋线会加亮。它与上一选项的内容相对应;
(3)校核参数
钢筋校核参数对话框见右图:
对话框中的参数用来设定钢筋校核时的表示方法,含义如下:
“不画钢筋明细表,只加亮选中钢筋” --- 用来查看指定钢筋的分布状况。
“在对话框中---显示钢筋明细表” ---选定钢筋的信息,列表显示在对话框中。
“在平面图上---画钢筋明细表” --- 选定钢筋的信息以画图方式,出现在图面上。
“显示校核钢筋的颜色” --- 用户可改变选定钢筋的显示颜色。
(4)统计钢筋量参数
统计钢筋量参数包括“钢筋搭接方式及定长”和“钢筋统计”两页对话框,见下图:
在完成筏板钢筋的布置工作之后,如需要统计筏板的钢筋量,那么,这些参数在处理钢筋统计时起作用,含义如下:
“钢筋搭接方法”---- 程序可根据钢筋级别、钢筋直径设定不同的搭接方式;
“定尺长度”---- 单段钢筋的最大长度;
“搭接长度修正系数”---- 用来确定钢筋的搭接长度与锚固长度之间的关系。
“施工图上不画的钢筋”--- 不参加统计、参加统计列入钢筋统计表中;为了简洁施工图图面,程序可根据用户的指定,对某些钢筋在施工图图面上可不画,那么,对不画的钢筋,其钢筋量如何处理,用户可选择“不参加统计”或“参加统计列入钢筋统计表中”;如选择“不参加统计”,其效果等同于这些钢筋不存在;如选择“参加统计列入钢筋统计表中”,则这些钢筋参与钢筋编号的编排,只是不在图面出现而已。
(5)剖面图参数
见右图:
本程序允许用户在平面图上任指定两点,即可画出该两点连线所在的筏板剖面图,各项参数的含义如下:
“不绘”--- 表示在绘板剖面图时,不画截面中的钢筋线;
“绘,标局部钢筋序号”--- 表示在绘板剖面图时,画截面中的钢筋线,并按截面中钢筋的次序号作为标注钢筋的编号;
“绘,标钢筋表编号”--- 表示在绘板剖面图时,画截面中的钢筋线,并按钢筋表的编号标注钢筋;
“绘,直接注释”--- 表示在绘板剖面图时,画截面中的钢筋线,并直接标注钢筋的信息;
“绘,不标”--- 表示在绘板剖面图时,画截面中的钢筋线,但不标钢筋信息;
“标梁宽尺寸”--- 如该控件处于选中状态,那么绘剖面图时会标出梁截面的宽度尺寸;反之,则不标注;
“标梁高尺寸”--- 如该控件处于选中状态,那么绘剖面图时会标出梁截面凸出板面部分的尺寸;反之,则不标注;
“标板底变化尺寸”--- 如该控件处于选中状态,那么绘剖面图时会标出板底标高变化处的尺寸;反之,则不标注;
“标板面变化尺寸”--- 如该控件处于选中状态,那么绘剖面图时会标出板面标高变化处的尺寸;反之,则不标注;
“标注板标高”---如该控件处于选中状态,那么绘剖面图时在剖面图的右端会标出板的最底标高和最上标高;反之,则不标注;
“单绘模板图”--- 只有当剖面图中,既要画钢筋线又要标剖面尺寸时,该控件才会有效。如该控件处于选中状态,那么剖面图中的钢筋线与剖面尺寸不在同一剖面图中表示;反之,则在同一剖面图中表示。
2. 网线编辑
这部分内容不是必须操作的。
为了方便筏板钢筋的定位,可能需要对基础平面布置图的网线信息作一些编辑处理。只要编辑的网线信息与已布置的钢筋无关,那么,经过网线编辑后,已布置的钢筋信息仍然有效。
(1)【两点连线】
捕捉平面图上已存在的两网线节点,两节点间的连线成一网线。
(2)【点线网线】
捕捉平面图上已存在的一节点和一网线上某一位置点,连线成一网线。网线上点位的确定可分为如下三种情况:
第一种情况:取节点处某一网线与该网线的交点。
第二种情况:取过节点作该网线的垂线的交点(即垂足点)。
第三种情况:节点与位置点间的连线,再求与该网线相交的交点。
(3)【加连续线】
连续输入网线。
(4)【加矩形框】
输入矩形框作为网线,可快速输入柱下平板基础中柱周围的钢筋加密区域
(5)【删除网线】
删除不需要的网线,改善平面的清晰度。在执行该指令时,程序会对捕捉到的目标进行分析,对有用的网线(其上有地梁、墙或板边界)不会被删除。
(6)【恢复网线】
只要还在【网线编辑】的菜单中,那么,在此前被删除的网线,都可以通过点取该子菜单项,加以恢复。
(7)【设通筋边】
如果在【设计参数】菜单命令中的选项“通长筋定位边”选为“通筋定位边—黄线”状态,那么,非黄颜色网线是不能作为通长筋的定位边的。为了解决这一问题,在不改变【设计参数】菜单中的内容的前提下,可以通过该项菜单,把指定的网线定性为黄线,解决在局部区域布置通长筋的目的。
当然,也可以这么操作:先把选项“通长筋定位边”选为“通筋定位边—网线”状态,在布置完特定区域的通长筋之后,再把它改为“通筋定位边—黄线”状态。
(8)【删通筋边】
它是对上一菜单项【(7) 设通筋边】的逆向操作。
(9)【合并边界】
其实,对某一工程而言,在首次执行【筏板基础配筋施工图】模块时,程序已自动对筏板边界作了合并处理。
在点取该菜单项后,程序会在图上提示出可合并的点位(用圆点表示),如没有提示点,则表明无可合并的边界。
(10)【分断边界】
它是对上一菜单项【(9)合并边界】的逆向操作。
在点取该菜单项后,程序会在图上提示出可分断的点位(用圆点表示),如没有提示点,则表明无可分断的边界。
3. 取计算配筋
通过该菜单项,可选择筏板配筋图的配筋信息来自何种筏板计算程序的结果。
为使该菜单项能正常运行,在此之前,应在筏板计算程序中执行【钢筋实配】或【交互配筋】。
4. 改计算配筋
此项菜单不是必须执行的。
该菜单项,有三个用途:
其一,可在具体绘钢筋图之前,查看读取的配筋信息是否正确;
其二,可对计算时生成的筏板配筋信息进行修改;
其三,也可在此自定义筏板配筋信息。
(1)【显示内容】
通过该菜单项,可设定图面的显示内容;见下图:
(2)【修改钢筋--区域钢筋】
通过该菜单项,可修改筏板的区域钢筋信息;
操作的目标是代表区域的钢筋线。
该项操作的目标既可单选,也可多选。在具体操作时,如只选中一个目标,那么,程序提供的修改界面右图所示:
此时,不但可修改板面筋、板底筋和钢筋的放置角度,而且,可改变区域的边界;反之,只能修改钢筋的信息,不能修改区域位置的信息。
上图所示对话框中出现的数值是首选目标的信息,如某次操作只是要修改板面钢筋的信息,那么,应使“修改板底钢筋”、“修改钢筋角度”处于不打勾状态。
(3)【修改钢筋--支座钢筋】
通过该菜单项,可修改筏板的支座钢筋信息;
操作的目标是定位支座钢筋的网线(不是支座钢筋线)。
如果只修改钢筋信息,则“修改尺寸”应不打勾;反之,如只修改尺寸,则“修改钢筋”应不打勾。见右图:
(4)【修改钢筋--板带钢筋】
操作的目标是柱上板带所在的网线。修改的内容见下图:
始端外挑长、尾端外挑长的用处:
板带钢筋是通过轴线上的某两节点来定义的,而钢筋是通过网线来定位的,这需要通过板带的端点坐标、板带宽度和外挑长度,确定板带的始端网线和尾端网线。
注意:对于不需要修改的内容,应使其处于不打勾状态。
(5)【修改钢筋--柱下短筋】
操作的目标是节点。
柱下钢筋分两个方向,各自独立确定数据。见下图。
注意:“修改钢筋”和“修改尺寸”选项的状态。
(6)【增加钢筋--全板区筋】
点取该菜单项,程序自动搜索筏板边界作为一个区域设置通长钢筋;对话框的操作同【修改区域钢筋】。
(7)【增加钢筋--区域钢筋】
通过该菜单项,用户可自定义布置通长钢筋的区域,输入区域钢筋。
(8)【增加钢筋--复制区域筋】
通过该菜单项,可获取已有区域钢筋的信息(区域边界、钢筋信息),对话框的操作同【修改区域钢筋】,此时应注意钢筋的安放角度。
(9)【增加钢筋--板带钢筋】
通过该菜单项,可增加以板带形式设置的通长筋,对话框的操作同【修改钢筋--板带钢筋】。
5. 画计算配筋
通过该菜单项,可把【取计算配筋】或【改计算配筋】中的筏板钢筋信息,直接绘制在平面图上。
点取该菜单项,屏幕上会出现右图所示的对话框,有二项内容需要用户回答:
“计算程序中设定的区域边线变网线” --- 在本模块中,网线是钢筋定位的基础,如在计算程序中设定的区域不是已有的网线,那么,在此处应打勾该项,反之,则可不打勾。对前一种情况,如不打勾,则绘制出的筏板钢筋端部位置有可能与所希望的有出入;对后一种情况,打勾与不打勾,对布筋结果无影响。
“各区域的通长筋展开表示” --- 由于本模块对布置的筏板钢筋在图面上的显示有二种方法,此项目就是让用户选择用何种方法显示。
6. 布板上筋
只有当需要对筏板板面钢筋进行编辑时,才需要进入该菜单项。
通过该菜单项,可以完成对筏板板面钢筋的布置,钢筋的信息(钢筋直径、间距、级别等)是由用户提供的,它与筏板计算结果不相关联,它包含的内容右图所示:
各子菜单项的含义如下:
(1)【显示内容】
通过该菜单项,用户可指定在屏幕上显示的钢筋内容,便于查看。
点取该菜单项,在屏幕上将弹出一对话框,如下图。
在控件“位置选择”框中:
选择“全部”--- 表示在图面上显示的钢筋对位置不加限制,都可能显示。
选择“只选通长筋”--- 表示在图面上显示的钢筋只可能是通长筋,其它筋不显示。
选择“只选支座筋”--- 表示在图面上显示的钢筋只可能是支座筋,其它筋不显示。
选择“只选自由筋”--- 表示在图面上显示的钢筋只可能是自由筋,其它筋不显示。
在控件“方向选择”框中:
选择“全部”--- 表示在图面上显示的钢筋对方向不加限制,都可能显示。
选择“只选X方向筋”--- 表示在图面上显示的钢筋只可能是钢筋线与水平线的最小夹角≤45度的钢筋,其它筋不显示。
选择“只选Y方向筋”--- 表示在图面上显示的钢筋只可能是钢筋线与水平线的最小夹角>45度的钢筋,其它筋不显示。
在退出该对话框后,程序将根据“位置选择”和“方向选择”的选项内容,在图上显示出满足这两条件的钢筋信息。
(2)【布通长筋】
通过该菜单项,可完成对板面通长钢筋的布置。
通过指定钢筋的起始网线和终止网线,程序将根据用户提供的钢筋信息,在这两网线之间布置一组钢筋;钢筋的两端端部尺寸,根据用户的约定:或自动生成尺寸、或取用户输入的尺寸。
具体操作:第一步,选取起始网线;第二步,在已选取的起始网线中选择布筋参考点(平面图上会用一圆点标出该参考点的位置);第三步,选取终止网线;最后在结束终止网线的选取之后,屏幕上将弹出一对话框,用来输入钢筋的信息。它共分二页,第一页见下图:
第一页图中所示对话框内各项控件的说明:
“参考点至首根钢筋的距离”--- 该控件的初值是程序内定的,当它与用户所希望的位置不相符时,则通过编辑控件调整参数值来实现;
“改参考点”--- 如在此前设定的参考点有误,可通过点取该按钮重新设定参考点。
“输入角度”--- 该角度的初值是程序结合始网线、终网线和参考点三者的关系计算所得,如果此角度值与实际情况不符,可以在此进行修正。程序提供三种方法:第一种,从编辑控件中直接输入钢筋的放置角度;第二种,点取按钮“选网线:定角度>>”,程序将暂时关闭对话框,让用户用鼠标从平面图上选取一网线,以网线的角度作为钢筋的放置角度;第三种,点取按钮“选两点:定角度>>”,程序将暂时关闭对话框,让用户用鼠标从平面图上选取两网线的端节点,以两节点的连线作为钢筋的放置角度。
“起始边界”--- 可以用来修正通长筋的起始端的定位网线。
“终止边界”--- 可以用来修正通长筋的终止端的定位网线。
“改钢筋铺设方向”--- 在对话框的图示窗口中,已标出钢筋的铺设方向,如示意的方向与实际情况相反,则点取该按钮即可改变方向。
“根数”--- 该控件中的数值可以有三种含义:第一种,数值为0,它表示该组钢筋的根数将由程序计算获得;第二种,数值≤500,它表示该组钢筋的最多根数;第三种,数值>500,它表示该组钢筋的铺设范围。
“展开(细分—成组)”--- 程序在记录已布置的钢筋信息时,是按钢筋的定位网线分组保存的,如假定布筋时,起始位置是两根网线,终止位置是一根网线,那么,程序会自动把钢筋分为二组,同时,布筋时的信息也被保存,在这种情况下,对钢筋的显示可有二种选择,其一为布筋信息,其二为分组信息。该控件就是用来解决这个问题的。如果该控件处于打勾状态,那么,布置的钢筋按分组的信息显示,反之,按布筋信息显示。
第二页如下图所示对话框内各项控件的说明:
如果“钢筋端部尺寸由用户输入”没有被打勾,那么,在对话框中“左端尺寸”和“右端尺寸”下的各控件都将变灰,钢筋端部尺寸由程序自动生成;反之,如被打勾,那么,用户可在对话框中“左端尺寸”和“右端尺寸”下的各控件处输入该组钢筋的端部尺寸。
附加说明:
第一、加亮的钢筋线是这组钢筋的代表,对该钢筋组的操作时,都是通过对加亮钢筋线的捕捉来实现的。
第二、起始网线和终止网线都可以是某一方向的一组网线,且不一定要连续,但网线间的连接只允许单线联系,不允许多线联系。即同一节点最多只允许有两肢网线相连;
第三、当用户捕捉到的网线有效时,程序会对它做出标志,让用户一目了然,同时也可校核捕捉的正确性;如发现捕捉错误,只需重捕捉一次该目标,即可放弃对该目标的捕捉。
(3)【布支座筋】
只要是筏板中的网线,都可以通过该菜单项在网线上布置支座钢筋。
点取该菜单项,指定支座钢筋所处的网线,程序将根据用户提供的钢筋信息,在这网线上布置一组钢筋;钢筋的两端端部尺寸,根据用户的约定:或自动生成尺寸、或取用户输入的尺寸。
支座钢筋的放置角度总是与它所处的网线相垂直;
捕捉的网线不受同一节点上网线数的控制;
其余相关信息的解释同菜单项【布通长筋】。
(4)【布自由筋】
该菜单项用来设定特殊的钢筋。
前二者【布通长筋】和【布支座筋】都是通过网线来设定布筋位置,如果有不便用网线来定位的钢筋,就可由该菜单项来处理。
自由筋在平面图上的位置,由用户通过鼠标在平面图上点取两点来定位,钢筋的信息在对话框中来输入,内容见下图:
各控件的说明如下:
控件“首根直段长度”--- 初值为用户在平面图上放置自由筋时点取的两点间的距离,精确值可在该控件中数入。
控件“尾根增量”--- 用来说明该组钢筋的长度变化情况。当该组钢筋为多根且长度为等差递增(减)关系时,可用此值来处理。用上图中的数据解释如下:
第一根钢筋的尺寸如图所示。
第二根钢筋的直段尺寸变为8500mm,两端的尺寸同第一根。
第三根钢筋的直段尺寸变为9000mm,两端的尺寸同第一根。
控件“备注”--- 区分不同自由筋的注释符。
(5)【布板带筋】
该菜单项产生的结果与菜单项【布通长筋】的方法是等同的,只是在特定位置使用该菜单项更为简便。
使用时它要求用户点取所要布置板带的始端位置的网线和终端位置的网线,程序将根据这两边的网线内设一板带信息,这些信息将出现在随后弹出的对话框中,见下图:
用户可通过对话框中控件的调整,实现板带钢筋的布置。
每做一次成功的操作,可布置三组钢筋,二个柱上板带,一个跨中板带。
(6)【修改钢筋】
对已经布置在筏板上的钢筋,如发现有不合适的内容存在,则可以通过点取该菜单项来修正。
当用户用鼠标获取要修改的钢筋后,程序将根据该钢筋的性质(通长筋、支座筋、自由筋),弹出与布置它们时相类同的对话框。在对话框的第一页的右上角处的控件,根据该钢筋的状态,会出现不同的内容,具体如下:
--- 如果该控件没有打勾,则表明对话框处于对该钢筋信息的修改状态;反之,对话框处于要回归到布置状态,在此状态下,即使修改了参数也是无效的,同时也意味着与该钢筋同一次布置的钢筋都将从图上消失,取而代之将是处于要布置钢筋时的状态。
(7)【修改尺寸】
如果用户只是对已布置钢筋的端部尺寸不满意,可用该菜单项。程序允许批量操作。
(8)【展开-收回】
同一次布置的钢筋遇到边界变化或有子筏板时会有多种钢筋形式出现,程序可以按一根标注,也可按多根标注。该项菜单用于切换画钢筋方式。
(9)【钢筋表示】
通过本菜单,可以让用户查看正确性的内容,它包含的内容见右图。
选项“只画一根”--- 即对铺设的每一组钢筋,在平面图上只画其中的一根钢筋。
选项“画全部” --- 即对铺设的每一组钢筋,在平面图上画出每一根钢筋。
选项“指定切换”--- 它可以只对选定的钢筋组起作用,在上述两选项间切换。
(10)【梁位处钢筋】
如果在统计筏板钢筋量时,需要扣除地基梁底部内的筏板钢筋,那么,通过该菜单项,可调整要扣除的钢筋位置。
(11)【重叠检查】
通过该菜单项,可以查看是否有同一位置重复布置钢筋的现象发生。
(12)【选取校核】
通过该菜单项,可以查看已布置钢筋的详细内容。校核的表现形式取决于屏幕顶部下拉菜单【校核参数】中设定的方法。
7. 布板中筋
该菜单项用来编辑筏板板厚中间层位置的钢筋。布置的钢筋信息,都需要用户指定(即无程序计算选筋的功能)。
操作步骤同上菜单项【6布板上筋】。
8. 布板下筋
通过该菜单项,编辑筏板的板底钢筋, 操作步骤同上菜单项【6布板上筋】。
9. 裂缝计算
程序将根据板的实际配筋量,计算出板边界和板跨中的裂缝宽度。
注意:只有梁板式的筏板才有该项功能。
10.画施工图
通过该菜单项,就可生成筏板配筋施工图。它包括内容见右图:
各菜单的功能如下:
(1)【绘制内容】
点取该菜单项,在屏幕上会弹出一对话框,如下图所示,它要求用户设定当前要画的筏板配筋图内容。
程序根据用户指定的要求,每组钢筋以单线的形式绘制在平面图上,同时标出该组钢筋的编号、级别、直径、间距等信息;
(2)【移钢筋位置】
通过该菜单项,可以移动平面图上绘制钢筋的位置;不管如何移动,钢筋都不会跑出该钢筋的铺设区域;随着钢筋位置的变动,程序都将反映出新位置钢筋的全貌;如果该钢筋的布置位置已被标注,那么,其标注的信息也随机变动。
(3)【标钢筋范围】
通过该菜单项,可以标注出某组钢筋的布置位置的信息;
(4)【删钢筋范围】
通过该菜单项,可以删除钢筋的布置位置标注;
(5)【标直径间距】
对于图面上的钢筋,程序作了统计并给出了各钢筋的编号。对于某一钢筋号,程序只在一处给出钢筋的级别、直径和间距,其余位置只给出钢筋的编号。
通过该菜单项,用户可以对钢筋的标注内容进行调整;同时,也可对标注位置进行调整。
对于钢筋的标注信息,程序提供了如下图所示的选项,用户可根据实际需要选定标注内容。
(6)【标支筋尺寸】
通过该菜单项,程序可标注或删除支座钢筋的尺寸标注信息。
(7)【标注板带】
用类似标注轴线的方法标出柱上板带和跨中板带的范围。
(8)【不画钢筋】
可实现指定某些钢筋不会在施工图上画出,但其钢筋信息根据下拉菜单项【钢筋统计参数】中的“钢筋统计”页中参数的选择,决定其是否在钢筋表中出现。
(9)【恢复画筋】
是对上菜单项【不画钢筋】的反向操作。
(10)【画钢筋表】
对绘制在当前平面图上钢筋的进行统计并给出钢筋明细表,钢筋表的位置由用户拖动指定。
(11)【画剖面图】
用来绘制筏板的剖面图。
程序通过用户在平面图上用鼠标点取两点,画出以这两点连线所在的筏板剖面图。剖面图的剖面号由用户输入;剖面图需要标注的内容,由下列菜单中的【剖面图参数】中设定的参数决定。
(12)【插入图框】
点取该菜单项,屏幕上将弹出一个对话框,如下图所示。
用户可根据当前施工图图面的大小,设定采用的图纸。
第八节 常用
一、设置
该菜单用于完成当前的施工图的线型、图层、文字、等相关设置。
二、大样图
程序将基础中的一些常用剖面图的绘制命令,放置在上部菜单中,与基础相关的模块有:隔墙基础、拉梁、地沟、电梯井等四类详图的绘制菜单。
【隔墙基础】菜单是参数化定义隔墙基础,并将其插入施工图中。该类基础在基础数据输入时并不出现,一般也不需要进行承载力和基础内力计算。对话框见下图。
【拉梁】菜单是参数化定义拉梁剖面详图,并将其插入施工图中。拉梁的截面尺寸依次选取基础输入时的数据,而钢筋数据需要在这里补充。在输入钢筋数据时,A表示一级钢,B表示二级钢。对话框见下图:
【电梯井】菜单是参数化定义电梯井的详图(平面大样和剖面大样),并按将其插入施工图中。对话框见下图。对话框中图形显示内容,可有图形下面的标签控制,点取某标签,图形就会显示标签上的内容。
【地沟】菜单是参数化定义地沟的详图(平面大样和剖面大样),并按将其插入施工图中。对话框见下图。
第七章 技术条件
第一节 荷载组合
JCCAD软件能够读取PM、SATWE、PK、PMSAP软件传给基础的荷载,也能由用户自己输入附加荷载,如这两类荷载同时存在,程序自动将其叠加(即程序将用户自己输入的附加恒、活荷载乘上分项系数,直接与其他荷载组合)。PM荷载包括恒荷和活荷;砖混抗震验算生成的墙下恒荷和活荷;SATWE荷载包括恒荷、活荷、X方向与Y方向上的正反风荷载与水平地震荷载、及竖向地震荷载等多种标准荷载;PK荷载为柱子下端的各种组合内力。除PK荷载和PM砖混荷载外,其它各标准荷载还要按下列公式进行各工况组合,形成设计荷载。荷载组合分三大类:标准组合、基本组合和准永久组合。
一、标准组合
标准组合的荷载分项系数为1.0。主要用于地基承载力的计算或浅基础底面尺寸的计算。组合表达式为:
二、基本组合
基本组合主要用于基础的内力和配筋计算。如基础抗弯、抗剪、抗扭、冲切,局部承压等等。组合表达式为:
三、准永久组合
准永久组合主要用于基础沉降计算、基础。组合表达式为:
上部结构传来的荷载标准值按上述公式生成各荷载组合。如果某种荷载荷载标准值没有计算或没有读取,则包含该荷载的组合公式不起作用。如PM荷载中没有风荷载,则不生成和风有关组合值;上部结构分析程序中没有吊车荷载,则不生成和风有关组合值。用户可以修改荷载组合公式中的分项系数及组合值系数以及其他荷载参数。荷载参数中隐含值是对活荷载未作按楼层折减,用户可酌情修改。
独立基础和条形基础与整体基础在设计方法上有所不同,因此在荷载选用上也有所不同。独立基础和条形基础计算只与其本身有关,因此可以选择象PK荷载这样的非同一工况的荷载;而整体基础如筏板、柱下条形基础输入附加荷载时,其荷载值应该选取同一工况的荷载,一般不要将上部结构分析程序中的最大轴力,最大弯矩等结果输入基础程序。独立基础和条形基础可同时处理多种工况(如TAT的最多100多种荷载工况),多类型(如TAT荷载,PM恒活,PK荷载等)荷载,经计算后自动选出最不利的截面和配筋。对交叉地基梁、筏板、桩基和桩筏基础,程序最多可同时处理某类荷载(如SATWE或PMSAP)的16种工况的组合,其中包括2组恒+活组合、8组恒+活+风组合、4组恒+活+风+地震组合以及2组荷载长、短期效应组合。程序可自动选取最大配筋。用户可根据需要选择各种荷载。
第二节 柱下独立基础设计
一、基础底面压力的确定
轴心荷载作用时 ≤
——平均压力标准值;
——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。采用国家规范时
=fse;采用《上海地基规范》时,
=fd/gRE,该内容在承载力计算中会有详细的介绍。
Fk——轴力标准值;
Gk——基础自重和基础上的土重;
A——基础底面积。
偏心荷载作用时,除满足上式外,还应满足
≤1.2
≥0
全底面受压(偏心距e
底面存在0受压区(偏心距e。方法是计算出满足下式的反力分布函数P(x,y),求出边界上的反力最大值即为
——基础底面边缘的最大压力标准值;
——基础底面边缘的最小压力标准值;
e——荷载偏心矩;
w——截面抵抗矩。
二、基础截面的确定
当用户采用自动布置独基时,软件采用的是迭代法,即程序中内定基础尺寸不断迭代以逼近真值,当用户输入了基础相对柱的形心和角度后,重新生成基础时,程序可考虑基础相对其上柱的移心。
1. 底面长宽比
基础底面长宽比由用户给出,多柱基础的长宽比由程序自动计算。
多柱基础的底面积按其上柱的外接矩形的四边等距向外平移。
2. 基础底面形心的确定
考虑到减少基础详图的数量,施工方便等因素,自动生成的单柱独立基础的底面形心和角度与其上柱一致;多柱基础的形心取其上柱的外接矩形形心。交互输入的基础形心和角度取用户指定的数值。
3. 基础高度确定
对于阶形独立基础,按用户指定的基础高度H作初步设计,自动设计的阶数为:H<600时设为一阶,600≤H<900时设为二阶,H≥900时设为三阶。按照冲切及剪切计算如不满足则自动增加基础高度H并调整台阶阶数,各台阶高度和每阶的尺寸。程序最多设计三阶的阶形独基。程序还要求验算台阶的宽高比,如果宽高比大于2.5则增加基础的高度。用户可人工修改基础高度。
对于倒锥形基础,其高度按如下三个条件取最大值确定;用户指定的基础高度H,抗冲切及抗剪切所需的高度,台阶的宽高比要求的基础高度。
三、基础冲切及剪切计算
按《地基规范》第8.2.8条,程序给出的冲切强度计算所需的高度满足下式:
式中:at——柱宽或变阶处阶宽;
ab——柱宽加2倍基础有效高度或阶宽加2倍冲切有效高度;
βhp——受冲切承载力截面高度影响系数。
Pj——地基净反力;
A——考虑冲切荷载时取用的多边形面积;
h0——冲切破坏锥体的有效高度;
ft——砼抗拉设计强度。
多柱基础的冲切验算则不按单柱基础的方法每个柱分别进行冲切计算,而是按多柱的外接矩形进行冲切计算,这样避免了柱间距较大时基础高度过高的异常情况。
按《地基规范》第8.2.9条,当基础底面宽度小于或等于柱宽加两倍基础有效高度时,应按下列公式验算柱与基础交界处截面受剪承载力:
式中:—相应于作用的基本组合时,柱与基础交界处的剪力设计值;
—受剪切承载力截面高度影响系数:当h0<800mm时,取h0=800mm;当h0>2000mm时,取h0=2000;
—验算截面处基础的有效截面面积。当验算截面为阶行或锥形时其截面折算宽度按附录U计算。
四、基础底板配筋与柱子插筋计算
受弯配筋计算按《地基规范》第8.2.12条规定,根据基础冲切计算及基础台阶的构造高度(取其大值)作基础底板受弯配筋计算。沿长边方向的截面Ⅰ-Ⅰ处的弯矩。
另一方向上截面Ⅱ-Ⅱ处的弯矩。
式中: Pmax、Pmin——分别为基础底面边缘的最大和最小设计反力(kN/m2)
G ——考虑分项系数的基础自重与其上的覆土自重。
A——基础底面积(m2) 。
a1——任意截面Ⅰ-Ⅰ至基底边缘最大净反力处的距离(m)
Pj——任意截面Ⅰ-Ⅰ处基础底面的设计反力(kN/m2)
B 、L——基础的长、短边尺寸(m)
、
——验算截面处的上部宽和高(m),如图所示。
MⅠ、MⅡ将分别用于独基底板长向和短向的配筋。
另外,柱子插筋是根据锚固长度计算确定的。如果柱插筋锚固长度大于基础高度,则柱插筋要弯到基础基础底板中。
五、独立基础的归并
独基归并时,根据用户定义的归并参数,凡独基边长差的比值小于等于该系数时,即归并为一类。在归并中,柱的位置和角度取的是柱相对于基础底面的值。这样,当不同基础上的柱仅仅是移心和角度不同,而基础的其它参数都满足归并条件时,也能归并到同一类中,从而减少基础的类别数量。
六、双柱及多柱墙基础计算
计算双柱及多柱基础时,荷载取基础上所有柱上的荷载的矢量和。冲切计算时,对基础变截面处、群柱外接矩形边界处和每个柱边都作了验算。配筋计算时,验算了基础变截面处和群柱外接矩形边界处的板底筋;
双柱、多柱墙独基程序自动计算基础顶面钢筋:程序将上部多柱荷载及基底反力作用于独基,每个方向按等间距取10个不利截面计算该方向基础顶部钢筋,最后单方向取包络值。
七、基础局部承压计算
按照《地基规范》中8.2.8的第4条要求程序可进行柱对独立基础,桩承台,基础梁以及桩对承台的局部承压计算。按照《混凝土规范》中6.6.1和6.6.2的方法算出局部承压安全系数,即抗力与基本组合中Nmax的比值。抗局部承压力的公式如下:
bc――混凝土强度影响系数;£C50时取1.0;³C80时取0.8;其间按线性插值确定。
fc――混凝土轴心抗压强度设计值。
Aln――混凝土局部承压净面积
Ab――局部承压的计算面积,按同心对称原则确定。参见《混凝土规范》的图6.6.2
Al――混凝土局部受压面积
第三节 桩承台基础设计
一、桩顶作用效应计算
承台桩反力计算采用《桩基规范》5.1.1条计算,具体公式如下:
轴心竖向力:
偏心竖向力:
水平力 :
对于单桩承台计算桩反力时不考虑弯矩的影响按轴心竖向力计算,对于两桩承台按自考虑主轴方向弯矩按偏心竖向力计算。
二、受弯计算
《桩基规范》5.9.2规定:柱下独立桩基承台的正截面弯矩设计值可按下列规定计算:
1) 两桩条形承台和多桩矩形承台弯矩计算截面取在柱边和承台变阶处下(图(a),ho为柱边承台有效高度),可按下列公式计算:见图56:
(5.9.2-1)
(5.9.2-2)
图56 承台弯矩计算示意
(a)矩形承台; (b)等边三桩承台; (c)等腰三桩承台
式中:、
—— 分别为绕X轴和绕Y轴方向计算截面处的弯矩设计值;
、
——垂直Y轴和X轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离;
——不计承台及其上土重,在荷载效应基本组合下的第
桩竖向净反力设计值。
2 三桩承台
(1)等边三桩承台(上图(b))
式中 ——由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值;
——不计承台及其上土重,在荷载效应基本组合下三桩中最大基桩竖向净反力设计值;
——桩中心距;
——方柱边长,圆柱时c=0.8d(
为圆柱直径)。
(2)等腰三桩承台(上图(c))
JCCAD根据规范公式算出各标准承台的内力值,并对承台进行抗弯设计得到承台的配筋结果。程序首先根据读入的荷载组合,自动挑出用于受弯计算的所有基本组合,求出净反力,得到弯矩设计值,最后根据《混凝土结构设计规范》及用户提供的相应参数求出控制截面的配筋值。
三、受冲切计算
《桩基规范》5.9.6条规定:桩基承台厚度应满足柱(墙)对承台的冲切和基桩对承台的冲切承载力要求。
柱对承台冲切的规定如下:见图61、图62、图63:
《桩基规范》5.9.7条规定,轴心竖向力作用下对于桩基承台受柱(墙)的冲切,可按下列规定计算:
1)冲切破坏锥体应采用自柱(墙)边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线所构成的锥体,锥体斜面与承台底面之夹角应不小于45°。
2)受柱(墙)冲切承载力可按下列公式计算:
式中:——不计承台及其上土重,在荷载效应基本组合下作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值;
—— 承台混凝土抗拉强度设计值;
——承台受冲切承载力截面高度影响系数,当h≤800mm时,βhp 取1.0,
h≥2000mm时,βhp 取0.9, 其间按线性内插法取值;
—— 承台冲切破坏锥体一半有效高度处的周长;
、
——分别为柱(墙)边和变阶处承台冲切破坏锥体的有效高度;
——柱(墙)冲切系数;
——冲跨比,
,
为柱(墙)边或承台变阶处到桩边水平距离;当λ<0.25时,取λ=0.25;当λ>1.0时,取λ=1.0;
——不计承台及其上土重,在荷载效应基本组合作用下柱(墙)底的竖向荷载设计值;
——不计承台及其上土重,在荷载效应基本组合下冲切破坏锥体内各基桩或复合基桩的净反力设计值之和。
3)对于柱下矩形独立承台受柱冲切的承载力可按下列公式计算
式中:、
—— 由公式(5.9.7-3)求得,
,
;
、
均应满足0.25~1.0的要求;
、
—— 分别为
、
方向的柱截面(变阶承台)的边长;
、
——分别为
、
方向柱边(承台变阶处)离最近桩边的水平距离。
图61 柱对承台的冲切计算示意
对于圆柱及圆桩,计算时应将其截面换算成方柱及方桩,即取换算柱截面边长(
为圆柱直径),换算桩截面边长
(d为圆桩直径)。
对于柱下两桩承台不需进行受冲切承载力计算,宜按深受弯构件(l/h<5.0)计算受弯、受剪承载力,以此确定承台尺寸和配筋。
角桩对承台的冲切规定如下:
对位于柱(墙)冲切破坏锥体以外的基桩,可按下列规定计算承台受基桩冲切的承载力。
1)四桩以上(含四桩)承台受角桩冲切的承载力可按下列公式计算:
图62 四桩以上(含四桩)承台角桩冲切计算示意
(a)锥形承台; (b)阶形承台
式中:——不计承台及其上土重,在荷载效应基本组合作用下角桩(含复合基桩)净反力设计值;
——角桩冲切系数;
、
—— 从承台底角桩顶内边缘引45°冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离;当柱(墙)边或承台变阶处位于该45°线以内时,则取由柱(墙)边或承台变阶处与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线;
——承台外边缘的有效高度;
、
——角桩冲跨比,
,
,其值均应满足0.25~1.0的要求。
2)对于三桩三角形承台可按下列公式计算受角桩冲切的承载力
底部角桩
顶部角桩
式中 、
—— 角桩冲跨比,
,
,其值均应满足0.25~1.0的要求;
、
——从承台底角桩顶内边缘引45°冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离;当柱(墙)边或承台变阶处位于该45°线以内时,则取由柱(墙)边或承台变阶处与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线。
图63 三桩三角形承台角桩冲切计算示意
JCCAD中分别按规范要求验算了柱对承台的冲切及角桩对承台的冲切:
程序对承台的冲切计算采用荷载效应的基本组合。
四、受剪计算
《桩基规范》5.9.9条规定,柱(墙)下桩基独立承台,应分别对柱(墙)边、变阶处和桩边联线形成的贯通承台的斜截面的受剪承载力进行验算。当柱(墙)承台悬挑边有多排基桩形成多个斜截面时,应对每个斜截面的受剪承载力进行验算。见图67:
图67 承台斜截面受剪计算示意
承台斜截面受剪承载力可按下列公式计算:
式中 ——不计承台及其上土自重,在荷载效应基本组合下,斜截面的最大剪力设计值;
—— 混凝土轴心抗拉强度设计值;
——承台计算截面处的计算宽度;
——承台计算截面处的有效高度;
——承台剪切系数;
——计算截面的剪跨比,
,
,此处,
,
为柱边(墙边)或承台变阶处至
、
方向计算一排桩的桩边的水平距离,当λ<0.25时,取λ=0.25;当λ>3时,取λ=3;
– 受剪切承载力截面高度影响系数;当
时,取
;当
时,取
;其间按线性内插法取值。
五、承台归并
承台归并时,根据用户定义的归并参数,凡承台边长差的值小于等于该参数时,即归并为一类。
六、双柱及多柱墙承台计算
双柱及多柱承台基础计算时,荷载取基础上所有柱上的荷载的矢量和。将多柱墙转化为外接矩形柱,将多柱墙承台简化为单外接柱承台,根据桩基规范计算承台冲切、剪切。配筋计算时,验算了基础变截面处和单柱边界处的板底筋;
第四节 条形基础设计
条形基础设计主要为确定每段墙下条基宽度,和钢筋混凝土条基的内力计算。在宽度计算时,程序会计算相邻基础对每一段条基的影响,并据此放大条基宽度以满足不重复计入基础面积的要求。条形基础的计算可考虑条基相对于上部墙体的移心。钢筋混凝土条基最后高度由抗冲切及抗剪切验算确定
一、条形基础宽度由地基承载力确定
fa ——地基承载力特征值,当荷载组合中包括地震力时fa改为fse;
q——作用于基础上的线荷载;
B——条基宽度;
——平均土容量(包含基础自重);
D——平均埋深。
毛石基础宽度按2倍台阶宽为模数确定。
由于f与基础宽度有关,程序采用迭代法计算。
二、条基相交处重叠计算
根据《地基规范》的8.2.7条的不重复计入基础面积的要求,程序可考虑基础底面积重叠的影响。 程序先根据单位长度线荷载计算出基础宽度,并以此计算出条基的计算面积。在根据相邻基础的情况,计算出每段条基的实际面积。根据计算面积与实际面积的比值调整基础宽度,并得到新的条基实际面积。反复调整直到计算面积与实际面积相一致。
三、钢筋混凝土条基边缘高度
对于钢筋混凝土基础,其边缘的高度隐含值取200mm,用户可在生成基础后修改该数值。当宽度小于1500mm时基础高度做成等厚度。带卧梁钢筋混凝土基础,当悬挑长度小于或等于750mm时基础翼板做成等厚度。
四、抗冲切及抗剪切验算
冲切计算公式如下:
B——条基宽度
Bw——条基上墙的宽度
ft——条基砼抗拉强度设计值;
p——地基承载力。
βh——受冲切承载力截面高度影响系数。
程序中内定H≥250mm。
剪切计算按《地基规范》第8.2.10条相关规定验算。
五、双墙基础计算
计算双墙基础时荷载取两个墙体荷载之和。计算底板配筋时只计算了双墙外边处截面。当墙间距较大时,建议使用其他类型基础;如必须做双墙基础,墙间底板的钢筋需用户自己补充。
六、素混凝土基础抗剪计算
当基础底面平均压力大于300kPa时进行抗剪计算,公式如下:
其中:Vs为基础扣除土中后的设计剪力;
ft混凝土抗拉强度设计值;
A基础抗剪截面面积。
第五节 桩土刚度计算
桩筏有限元计算另一重要的问题是如何确定约束条件,由于桩筏基础沉降计算的复杂性,程序提供了多种沉降计算方法及相对应的约束条件。
一、基床系数
新版程序基床系数确定默认用沉降反推计算基床系数。筏板上局部加厚区、减薄区、电梯井、柱墩,基床系数随大筏板。如果大筏板内布置子筏板,子筏板系默认数随大板,如果希望计算基床系数的时候分开计算确定基床系数,即每块板单独计算,那么“参数”里勾选“子筏板基床系数单算”。确定基床系数的沉降值,程序默认将整个筏板视为刚性体,按分层总和法计算基础中心点沉降,然后再根据该沉降反推基床系数。对于一些复杂工程,整个基础整体性较差,此时可以勾选“按柔性法确定基床系数”,那么程序先按柔性算法计算沉降,再反算基床系数。柔性算法计算沉降时,筏板不再视为一个刚性体,而是会划分成若干单元,然后每个单元分别计算沉降。
二、单桩及群桩刚度
对于桩筏基础,由于桩─桩、桩─土相互作用机理复杂,其沉降变形性状与桩数、桩长、桩间距、桩土刚度比等因素密切相关。为了使设计人员更加方便使用与理解,软件自动按照规范方法根据地质资料计算单桩刚度,设计人员可利用实测Q-S曲线单桩刚度进行修改。程序采纳群桩最新科研成果自动将单桩刚度转换成群桩中的单桩刚度,并自动地根据规范的方法考虑桩间土的分担百分比及土的等效基床系数。
1)单桩刚度的计算调整
单桩刚度是桩顶发生单位变位所提供的反力,这里指的单桩刚度包括竖向刚度与弯曲刚度,可以参见《桩基规范》附录C进行计算。
──桩身轴向压力传布系数。
也可根据静载试验Q-S曲线按下式计算:
式中──为单桩使用荷载和使用荷载下的沉降;
──为试桩沉降完成系数,对于持力层为砂土,
=0.8;粘性土和粉土
=0.6-0.7,饱和软土
=0.4-0.5.
2)考虑群桩共同作用的单桩刚度计算
为了得到群桩中的单桩刚度,可以从沉降角度进行分析.
桩─桩相互影响系数
基于两根桩竖向位移相互影响的分析(一般用Mindlin解),采用叠加原理扩展至群桩的沉降的计算(H.G.Poulos,19688;H.G.poulos和N.S.Mattes,1971), 并用相互影响系数来描述二桩沉降的相互影响(上图)。
把桩i和桩j之间沉降相互影响系数定义为:
由j桩上单位荷载对i桩所引起的沉降
= ───────────────── = ──
由i桩上单位荷载对自身引起的沉降
与桩的长径比l/d、桩距比Sa/d、桩土相对刚度K(K=Ep/Es)、 土层厚度等因素有关。
由n根桩组成的群桩,其中i桩的沉降为
式中,单桩沉降系数即为单桩在单位荷载下的沉降, 又称为桩的柔度系数;
为作用于j桩上的荷载。
两根桩的相互影响系数,分别按均匀深厚土层和有限厚土层列于表2-1-5-1 和表2-1-5-2。
均匀深厚土层内,两根桩的相互影响系数 表2-1-5-1
l/d | 10 | 20 | 100 | ||||||
Sa | K | ||||||||
D | 10 | 500 | ∞ | 10 | 500 | ∞ | 10 | 500 | ∞ |
2.0 | 0.30 | 0.52 | 0.55 | 0.38 | 0.53 | 0.63 | 0.56 | 0.45 | 0.75 |
4.0 | 0.20 | 0.39 | 0.42 | 0.22 | 0.41 | 0.48 | 0.33 | 0.38 | 0.62 |
5.0 | 0.16 | 0.33 | 0.40 | 0.18 | 0.33 | 0.42 | 0.32 | 0.34 | 0.36 |
10.0 | 0.08 | 0.20 | 0.21 | 0.10 | 0.25 | 0.30 | 0.18 | 0.27 | 0.46 |
20.0 | 0.02 | 0.04 | 0.04 | 0.05 | 0.17 | 0.19 | 0.08 | 0.18 | 0.38 |
有限厚土层内,两根桩的相互影响系数 表2-1-5-2
Sa | h/l | ||||
D | 1.2 | 1.5 | 3.5 | 5.0 | ∞ |
2.0 | 0.36 | 0.50 | 0.60 | 0.61 | 0.64 |
4.0 | 0.19 | 0.32 | 0.42 | 0.43 | 0.52 |
5.0 | 0.16 | 0.24 | 0.38 | 0.40 | 0.43 |
10.0 | 0.08 | 0.12 | 0.22 | 0.24 | 0.32 |
20.0 | 0.02 | 0.04 | 0.10 | 0.12 | 0.20 |
沉降比法计算群桩沉降
利用上述二桩间相互影响系数进行迭加,可求得刚性承台一定排列形式的群桩的沉降比。群桩沉降比定义为:
群桩的沉降S
Rs= ──────────────────
单桩在群桩各桩平均荷载作用下的沉降S1
由此群桩沉降为 S=S1×Rs
群桩沉降比Rs(Butterfield和Banerjee,1971;Morgan和Poulos,1968)取决于桩的长径比l/d、桩距径比Sa/d、桩土刚度比K(K=Ep/Es)。 对支承于均匀深厚土层摩擦桩)中和支承于刚性层(端承桩)上群桩沉降比分别列于表2-1-5-3和表2-1-5-4。
利用表2-1-5-3和2-1-5-4以及对应单桩的沉降S1可按上式方便地求得2×2, 3×3, 5×5 正形排列群桩的沉降。当群桩中有更多的桩时,Rs值可按下式外插确定:
式中 ──分别为5×5、4×4群桩的沉降比;
n──群桩中桩数。
支承于均匀深厚土层(摩擦桩)中群桩沉降比Rs (表2-1-5-3)
|
| 沉 降 比 Rs | |||||||||||||||
|
| 群 桩 内 桩 的 根 数 n | |||||||||||||||
l/d | Sa | 4 | 9 | 16 | 25 | ||||||||||||
| d | 刚 度 系 数 K | |||||||||||||||
|
| 10 | 100 | 1000 | ∞ | 10 | 100 | 1000 | ∞ | 10 | 100 | 1000 | ∞ | 10 | 100 | 1000 | ∞ |
| 2 | 1.83 | 2.25 | 2.54 | 2.52 | 2.78 | 3.80 | 4.42 | 4.48 | 3.76 | 5.49 | 6.40 | 6.53 | 4.75 | 7.20 | 8.48 | 8.68 |
10 | 5 | 1.40 | 1.73 | 1.88 | 1.90 | 1.83 | 2.49 | 2.82 | 2.85 | 2.26 | 3.25 | 3.74 | 3.82 | 2.68 | 3.98 | 4.70 | 4.75 |
| 10 | 1.21 | 1.39 | 1.48 | 1.50 | 1.42 | 1.76 | 1.97 | 1.99 | 1.63 | 2.14 | 2.46 | 2.46 | 1.85 | 2.53 | 2.95 | 2.95 |
| 2 | 1.99 | 2.14 | 2.65 | 2.87 | 3.01 | 3.64 | 4.84 | 5.29 | 4.22 | 5.38 | 7.44 | 8.10 | 5.40 | 7.25 | 10.28 | 11.25 |
25 | 5 | 1.47 | 1.74 | 2.09 | 2.19 | 1.98 | 2.61 | 3.48 | 3.74 | 2.46 | 3.54 | 4.96 | 5.34 | 2.95 | 4.48 | 6.50 | 7.03 |
| 10 | 1.25 | 1.46 | 1.74 | 1.78 | 1.49 | 1.95 | 2.57 | 2.73 | 1.74 | 2.46 | 3.43 | 3.63 | 1.98 | 2.98 | 4.28 | 4.50 |
| 2 | 2.56 | 2.31 | 2.26 | 3.16 | 4.43 | 4.05 | 4.11 | 6.15 | 6.42 | 6.14 | 6.50 | 9.92 | 8.48 | 8.40 | 9.25 | 14.35 |
100 | 5 | 1.88 | 1.88 | 2.01 | 2.64 | 2.80 | 2.94 | 3.38 | 4.87 | 3.74 | 4.05 | 4.98 | 7.54 | 4.68 | 5.18 | 6.75 | 10.55 |
| 10 | 1.47 | 1.56 | 1.76 | 2.28 | 1.95 | 2.17 | 2.73 | 3.93 | 2.45 | 2.80 | 3.81 | 5.82 | 2.95 | 3.48 | 5.00 | 7.88 |
支承于刚性层(端承桩)上群桩沉降比Rs (表2-1-5-4)
|
| 沉 降 比 Rs | |||||||||||||||
|
| 群 桩 内 桩 的 根 数 n | |||||||||||||||
l/d | Sa | 4 | 9 | 16 | 25 | ||||||||||||
| d | 刚 度 系 数 K | |||||||||||||||
|
| 10 | 100 | 1000 | ∞ | 10 | 100 | 1000 | ∞ | 10 | 100 | 1000 | ∞ | 10 | 100 | 1000 | ∞ |
| 2 | 1.52 | 1.14 | 1.00 | 1.00 | 2.02 | 1.31 | 1.00 | 1.00 | 2.28 | 1.49 | 1.00 | 1.00 | 2.70 | 1.63 | 1.00 | 1.00 |
10 | 5 | 1.15 | 1.08 | 1.00 | 1.00 | 1.23 | 1.12 | 1.02 | 1.00 | 1.30 | 1.14 | 1.02 | 1.00 | 1.33 | 1.15 | 1.03 | 1.00 |
| 10 | 1.02 | 1.01 | 1.00 | 1.00 | 1.04 | 1.02 | 1.00 | 1.00 | 1.04 | 1.02 | 1.00 | 1.00 | 1.03 | 1.02 | 1.00 | 1.00 |
| 2 | 1.88 | 1.62 | 1.05 | 1.00 | 2.84 | 2.57 | 1.16 | 1.00 | 3.70 | 3.28 | 1.33 | 1.00 | 4.48 | 4.13 | 1.50 | 1.00 |
25 | 5 | 1.36 | 1.36 | 1.08 | 1.00 | 1.67 | 1.70 | 1.16 | 1.00 | 1.94 | 2.00 | 1.23 | 1.00 | 2.15 | 2.23 | 1.28 | 1.00 |
| 10 | 1.14 | 1.15 | 1.04 | 1.00 | 1.23 | 1.26 | 1.06 | 1.00 | 1.30 | 1.33 | 1.07 | 1.00 | 1.33 | 1.38 | 1.08 | 1.00 |
| 2 | 2.54 | 2.26 | 1.81 | 1.00 | 4.40 | 3.95 | 3.04 | 1.00 | 6.24 | 5.89 | 4.61 | 1.00 | 8.18 | 7.93 | 6.40 | 1.00 |
100 | 5 | 1.85 | 1.84 | 1.67 | 1.00 | 2.71 | 2.77 | 2.52 | 1.00 | 3.54 | 3.74 | 3.47 | 1.00 | 4.33 | 4.68 | 4.45 | 1.00 |
| 10 | 1.44 | 1.44 | 1.46 | 1.00 | 1.84 | 1.99 | 1.98 | 1.00 | 2.21 | 2.48 | 2.53 | 1.00 | 2.53 | 2.98 | 3.10 | 1.00 |
改正沉降比法确定群桩放大系Cs
根据沉降比计算的桩筏沉降的方法计算结果偏大.
沉降比法是基于弹性理论,由于实际桩之间的影响范围是有限的,为了更好反映实际情况,在本课题研究中将沉降比法进行修正.
该式系按桩铡土变形传递函数为自然对数,影响范围为15d确定.
应用相互影响系数法、沉降比法及改进沉降比法计算群桩沉降要注意的问题
以上方法的基本原理和理论基础与叠加法是相同的。不过,以上方法是直接利用单桩的荷载──沉降试验资料,而无需土层的压缩模量参数,本程序采用改进沉降比法应用时应考虑以下几点:
A、未考虑桩底压缩层的成层性,直接利用压缩范围小的单桩荷载──沉降关系确定群桩沉降,对于成层性土误差要大一些。特别是对桩底以下有软卧层的情况不宜采用此法计算群桩沉降。
B、根据静力试桩的Q-S曲线确定或S1时,要考虑沉降的时间效应。 试桩时间一般为3~7天,所完成的沉降只占最终沉降的一定比例,因此,据此确定
或S1 时应视土的性质除以沉降完成系数0.4~0.8。
C、 该法在计算中假定土体为各向同性的半无限弹性体,忽略桩群在土中的“加筋效应”和“遮帘效应”,即在考虑桩与桩的相互影响时,仅仅对各桩的应力、变形进行叠加,并未考虑桩的存在所带来的影响。这对于某些加工硬化型土,如非密实的粉土、砂土可能会引起较大偏差。
D、该法未考虑承台分担荷载对于减小沉降的作用,也未考虑承台土反力对于桩侧、桩端应力和变形的影响。
三、单桩及群桩刚度实用计算方法为基础的倒楼盖模型
对于单桩及群桩的假设与方法(一)一样,所不同的是假设筏板不变形,根据上部结构总荷载及桩刚度,可求解出桩反力,将桩反力作为外加荷载,底层柱及墙作为支座进行有限元计算。
四、以《地基规范》附录R 中Mindlin理论解为基础的弹性理论——有限压缩层方法
以上二种计算方法由于桩土柔度矩阵是对角矩阵,其刚度阵很容易求解,这一种方法桩土柔度矩阵是满阵,其刚度阵是通过求逆得到,所需时间较长。其桩与桩及桩与土相互影响是建立在半无限弹性体受力及变形理论基础上。基础沉降时,最终沉降量按单向压缩分层总和法计算。地基内的应力分布采用各向同性均质线性变形体理论。计算方法见《地基规范》附录R。
五、复合桩基与复合地基
(1)复合桩基
程序中是按照94版的桩基规范(JGJ-94-94)计算的,具体的变量说明参见该规范的5.2.2条。
土桩刚度之比
则基床系数
其中Abox为桩的外包多边形面积,Apile为所有桩面积之和,Araft为筏板总面积
(2)带桩的复合地基
先根据一般沉降试算方法计算出土基床系数Ssoil0(实际为处理后的地基基床系数(含桩和土共同效应))。
则 (处理后桩间土部分的K值)
(3)上海规范沉降控制复合桩基
先根据一般沉降试算方法计算出土基床系数Ssoil0(桩土共同基床系数)。
则
其中N为荷载总值,a为标准组合单桩预设反力与特征值比值。
第六节 上部结构刚度对基础的影响
在整体性基础计算中如何考虑上部结构的影响一直是困扰设计人员的一个难题。在工程设计中,一般将上部结构的全部重量作为荷载直接作用在基础上,而实际上只有底层结构重量是直接作用在基础上,按着施工顺序各层荷载与结构刚度逐步形成,新的荷载只作用在逐层形成的上部结构上面。如果要完全模拟实际情况,按施工顺序,将基础和上部结构连成一体,分多次计算、再内力叠加将是一个很繁琐的过程,目前无法用于工程设计中,因此设计人员采用了各种不同的假设和方法来考虑上部结构的影响,其核心思想就是控制整体性基础的非倾斜性沉降差,即控制基础的整体弯曲。本软件对整体性基础(如交叉地基梁、筏板、桩筏和桩基础)采用了多种方法来考虑上部结构刚度的影响,以下将分别介绍。
一、上部结构刚度与荷载凝聚法
本方法是利用SATWE、PMSAP软件计算上部结构的结果, 将上部结构刚度与荷载凝聚凝聚到与下部基础相接的节点上, 在基础计算时只要叠加上部结构凝聚刚度和荷载向量,其计算结果对于下部基础而言就是上下部共同作用计算的理论解。该方法曾荣获97年建设部科技进步二等奖。它适用于上部结构为框架、框剪结构的基础,使用该方法的条件是在进行SATWE、PMSAP计算时要选择将刚度传给基础项。其主要原理如下:
1. 矩阵位移法与子结构法
矩阵位移法最关键的是建立结构的刚度矩阵[Kij],元素Kij表示第j变量发生单位位移而其它变量加以约束时在第i变量上的约束反力。在杆系有限元分析时通常采用位移法求算杆单元的刚度矩阵,其未知数为杆两端的未知数。 对于物理学最简单的弹簧,未知数就一个,Kij就是弹簧刚度系数。
矩阵位移法的平衡方程为: [Kij]{&}={P}
荷载向量中的荷载为综合节点荷载,它包括:
(1) 原来直接作用在节点上的荷载
(2) 由作用于非节点上的荷载进行等效变换后而得到的等效节点荷载
由于结点位移是关键量, 若能使综合节点荷载作用下的节点位移与实际荷载作用下的节点位移相等,这就是等效的原则。
子结构法是将一个结构人为地划分为若干个较小的互不重叠的部分的子结构,在结构离散为有限元网格后,所有的节点分属边界点与内部点, 并按先内部点后边界点的次序进行编号。
其平衡方程为:
·
=
(2-3-1-1)
式中表示所有内部点的未知数向量,
表示所有边界点的未知数向量;
Fi表示内部点对应的右端项,Fb 表示边界点对应的右端项。
为了求解(2-3-1-1),令
以及
得
·
=
(2-3-1-2)
及-
·
=
(2-3-1-3)
由(2-3-1-2)得 (2-3-1-4)
(2-3-1-5)
由(2-3-1-3)得 (2-3-1-6)
(2-3-1-7)
式中为等效边界刚度矩阵;
为等效边界荷载。
由于的阶远小于整个方程组的阶,所以容易求解。这种消去内部节点未知数,从而求解等效边界刚度方程组的方法称为子结构法,又称静力凝聚方法。
式(2-3-1-2)可以理解为固定子结构的所有公共边界,分析每个子结构,式(2-3-1-3)可以理解为将这些边界同时放松, 然后由边界接口处的平衡方程定出真实的边界位移。
从以上子结构原理来理解位移法, 可将子结构的边界节点理解成梁的两个端点。在此将位移法的含义推广,可应用曲梁、板、组合结构、一层结构、 多层结构、整个上部结构及其它。在含义推广时正确理解节点的概念, 可以理解为“所关心未知数”。
2. “所关心未知数”的确定
由于上部结构刚度矩阵量很大, 在微机上全部与下部结构刚度进行叠加计算所需计算量大。
子结构法过去广泛地用于上部结构本身的计算, 每一标准构件是每一层的子结构,每一标准层是整个上部结构的子结构结构。在本课题研究过程中, 整个上部结构是上下部结构计算的子结构,如从位移法概念看, 整个上部结构是上下部结构计算的广义单元,只是出口未知数多于空间梁单元的6个。其子结构或广义单元的出口节点就是与基础相接的底层柱子和剪力墙, 每个节点采用梁板有限元计算所需的三个未知数,即X方向转角、Y方向转角、Z方向位移,这些就是“所关心未知数”。
4. 上部结构刚度静力凝聚
上部结构计算时大型方程组计算采用了基于LDLT分解法的高速解法器, 其主要优点是充分用计算机扩展内存, 采用有效的数据管理进行三角化的分块,并可实现多组荷载的一起求解。
根据位移法求解上部结构静力凝聚的刚度矩阵[Kij],元素Kij表示第j变量发生单位位移而其它变量加以约束时在第i变量上的约束反力。由于采用了基于LDLT分解法的高速解法器及利用上部结构计算时的三角化后的数据,所需时间很短。
方程求解组数与“所关心未知数”数目相同,如果没有高速解法器, 要想实现是不现实的,所以一般研究者采用子结构法。
二、假设上部结构为刚性的倒楼盖法
该方法是设计部门经常采用的一种方法,它假设上部结构刚度无穷大,基础只有局部弯矩不存在整体弯曲。它的特点是概念简单,甚至用查表手算也可得到计算结果。这种方法的实施是在基础刚度矩阵中加大有柱、墙节点竖向位移刚度,约束竖向位移。在梁元法中,用考虑了剪切变形的普通梁单元刚度矩阵来形成总刚阵,并将上部荷载按刚性底板假定和文克尔反力模型导算成梁上线荷载,这样计算相比弹性地基梁法,局部弯矩将大些,整体弯矩则为0。该方法适用于上部结构刚度较大,或者地基刚度较大,沉降差较小的基础。
第七节 配筋与裂缝计算
配筋计算和裂缝宽度计算总的原则是遵循《混凝土规范》和《地基规范》的有关要求,并参照一些混凝土土结构构造手册。配筋时考虑到投资者的利益,在确有根据、确保安全的前提下尽量节省钢筋。
(1)混凝土保护层:梁的净保护层厚度按《混凝土规范》取50mm(根据砼等级);板的净保护层厚度取40mm;柱下独立基础底板钢筋净保护层厚度长向取40mm,短向取50mm。
(2)最小配筋率:梁与板的抗弯最小配筋率按0.2% 或45Ft/Fy较大值取,但考虑到《地基规范》和《人防规范》允许底板的最小配筋率降至0.15%,因此在程序中设置了选择项,允许基础底板采用0.15%的最小配筋率。梁的抗剪扭(在梁元法计算中梁是按弯剪扭联合配筋的)最小配筋率取值方法为:纵向钢筋最小配筋率=
(见《混凝土规范》9.2.5)。当V≤0.07fcbh0或V≤(0.7ft-T/Wt)·bh0时,最小配筋率配箍筋分别
=0.24ft/fyv和
=0.28ft/fyv(见《混凝土规范》9.2.9、9.2.10条)。
(3)柱下独立基础和墙下条形基础的底板配筋其直径不小于10,其间距不大于200也不小于100。用户可以选择是否要进行最小配筋率的验算。
(4)超筋界限:抗弯计算时当受压区高度比值X/h0>时便判定为超筋,此时钢筋输出量为As=100000。当hw/b≥6,剪力大于0.2fcbh0或(0.2fc-T/Wt)bh0,及当hw/b≤4,剪力大于0.25fcbh0或(0.25fc-T/Wt)bh0时(在4<hw/b<6时线性插值),便判定箍筋超筋,此时箍筋输出量为Asv=100000.00。
(5)配筋公式:独立基础的配筋计算采用了如下简化公式:
长向底板配筋计算:
短向底板配筋计算:
式中:h0——计算截面处有效高度,当由冲切计算确定的有效高度h0小于构造要求高度hc时,取h0=hc进行配筋计算。
fy——底板钢筋设计强度,程序内定为Ⅰ级钢。
独立基础的底板实配钢筋直径不小于10mm间距不大于200mm。用户可以选择是否要验算最小配筋率。如果验算最小配筋率,混凝土的面积按全截面面积计算。
梁、板抗弯配筋按《混凝土规范》第6.2.1条至第6.2.5条公式及条件计算,在梁的抗弯计算中考虑了0.15%的受压区钢筋面积(考虑压区钢筋面积的百分率可由用户修改),以节省钢筋。
梁的抗剪抗扭配筋是按《混凝土规范》第六章中弯、剪、扭共同作用下的矩形、T形梁配筋公式和规定计算的。计算结果输出的箍筋用量中已包括抗扭箍筋,输出的抗弯纵筋量中不包括抗扭纵筋,程序另外在文本文件中输出了抗扭纵筋量Astl。在绘制梁施工图时,抗扭纵筋可加在梁肋部,由于梁肋部已配置0.2%的构造腰筋,如抗扭纵筋小于构造腰筋则无须再配,如大于构造腰筋则补充增加的部分。
(6)支座影响:在弹性地基梁元法配筋计算时程序考虑了支座(柱)宽度的影响,实际配筋用的内力为距柱边B/3处的计算内力(B为柱宽),同时折减的弯距不大于最大弯矩的30%。注意在程序输出的数据中,支座内力并没折减,但相应的配筋值是用折减后的内力值计算出来的。如不想作折减,可在弹性地基梁计算参数修改时分别选择弯矩、剪力不折减。
(7)钢筋选择:对梁元法处理的梁与筏板,其钢筋直径、间距及支座筋长度等是按照《混凝土规范》、《地基规范》和《钢筋混凝土结构构造手册》(北京钢铁设计研究总院、华北治金矿山建筑公司设计研究院主编,1988年版)确定的。梁中受力筋直径为14~32mm,梁的腰筋直径≥14mm,间距不大于200mm,且单侧配筋率不小于梁肋体积的0.1%(用户可修改腰筋)。箍筋最小直径为8mm。板中受力筋最小直径为:Ⅰ级钢8mm。Ⅱ级纲12mm。受力筋最大间距为:板厚≤150时取200mm。板厚>150取1.5h(板厚)及不大于300mm,受力筋最小间距为100mm。程序自动选出的钢筋直径、间距均可由用户审核修改。考虑到地基梁截面较大,程序将梁下部一般至少有四根钢筋连通,用户可根据具体情况将下部第一排钢筋全部连通。程序将梁上部全部连通。
(8)弯起钢筋计算:在弹性地基梁元法作弯起钢筋计算时,除考虑了支座根部有弯起筋后应配的箍筋外,还考虑了弯起筋以外部分应配的箍筋,取其大者。但在无柱交叉梁节点处要注意弯起钢筋设置方向是否正确(按剪力方向判断)。规范建议应优先使用箍筋。
(9)无柱交叉梁节点处附加箍筋:根据《混凝土规范》9.2.11条,交叉梁处主梁(两个梁高度相同时均视为主梁)应设置增加附加箍筋。程序首先按实配钢筋验算是否满足附加箍筋的要求,如不满足则增加附加箍筋,箍筋直径不小于原箍筋。附加箍筋间距与原箍筋相同(在图纸上分别标注),也就是说有附加箍筋后,此处全部箍筋的实际间距为原设定箍筋间距的一半。
(10)桩配筋:桩的配筋一律按构造要求配制,钢筋构造值参见《桩基规范》。
(11)梁元法计算柱子对平板基础的冲切时,采用了《箱筏规范》JGJ 6—99第5.3.5条的公式(5.3.5—1),及《地基规范》第8.4.7条的公式。该方法不仅考虑了竖向力对平板的冲切作用,还考虑了弯矩对冲切的作用,并且考虑了中柱、边柱、角柱的位置影响因素。
(12) 梁元法计算计算带肋筏板时,按《地基规范》第8.4.8、8.4.10条分别验算了房间板的冲切与剪切承载力,计算结果显示在文本文件中。
(13)本程序对于采用梁元法计算的地梁和底板可进行裂缝宽度的验算。裂缝宽度计算公式见《混凝土规范》第7.1.2条的相关公式。由于地梁和底板的保护层厚度较大(地梁下铁as=60,板as=50,上铁分别减10mm),故基础裂缝宽度远较上部结构偏大。根据规范的防水要求,如采用刚性防水则应控制裂缝宽度不大于0.2mm。如采用柔性防水则无此要求。进行双向板支座裂缝宽度计算时,考虑到梁支座相对于板的刚度比将影响支座弯矩,因此在计算裂缝宽度时支座弯矩乘以一个折减系数Kz:
Kz=1- 0.78125×( Hs/Hb- 0.2 ) 2 ( 0.2≤Hs/Hb≤ 1 )
Kz=1 ( 0.2<Hs/Hb )
其中: Hs: 底版厚度; Hb:地梁高度。
由于按弹性理论计算双向板时所取的最大弯矩实际上仅是板上的某一个点的位置,因此裂缝开展要比上部结构梁滞后,所以这种计算方法可能偏于保守。
在计算地梁支座的裂缝宽度时,所采用的弯矩值是柱子边缘处的弯矩值。
第八节 地基承载力计算
一、采用国家标准规范《地基规范》
当采用从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值按下述公式修正:
其中:
fak——地基承载力标准值,由用户输入;
hb、hd—基础宽度和埋深的地基承载力修正系数,见下表(来自《地基规范》表5.2.4);
g——基底以下土的重度;
b——基础底面宽度(m),基宽小于3m按3m考虑,大于6m按6m考虑;
gm——基础底面以上土的加权平均重度(程序隐含取20,可由用户修改);
d——基础埋置深度;
在地震作用组合内力下,地基土抗震承载力特征值fSE由下式给出:
(抗震规范4.2.3条)
zs——地基土抗震承载力调整系数,按《抗震规范》表4.2.3采用;
fK<100 =1
100≤fk<150 =1.1
150≤fk<300 =1.3
fk≥300 =1.5
地基承载力修正系数见附录一
程序还提供了按抗剪强度指标确定地基承载力特征值的方法。公式如下:
式中 fa——由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值;
Mb、Md、Mc——承载力系数,见下表:
b——基础底面宽度,大于6m按取6m取值,对于砂土小于3m按3m取值;
ck——基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值。
承载力系数Mb、Md、Mc | |||
土的内摩擦角标准值jk(°) | Mb | Md | Mc |
0 | 0 | 1.00 | 3.14 |
2 | 0.03 | 1.12 | 3.32 |
4 | 0.06 | 1.25 | 3.51 |
6 | 0.10 | 1.39 | 3.71 |
8 | 0.14 | 1.55 | 3.93 |
10 | 0.18 | 1.73 | 4.17 |
12 | 0.23 | 1.94 | 4.42 |
14 | 0.29 | 2.17 | 4.69 |
16 | 0.36 | 2.43 | 5.00 |
18 | 0.43 | 2.72 | 5.31 |
20 | 0.51 | 3.06 | 5.66 |
22 | 0.61 | 3.44 | 6.04 |
24 | 0.80 | 3.87 | 6.45 |
26 | 1.10 | 4.37 | 6.90 |
28 | 1.40 | 4.93 | 7.40 |
30 | 1.90 | 5.59 | 7.95 |
32 | 2.60 | 6.35 | 8.55 |
34 | 3.40 | 7.21 | 9.22 |
36 | 4.20 | 8.25 | 9.97 |
38 | 5.00 | 9.44 | 10.80 |
40 | 5.80 | 10.84 | 11.73 |
二、采用上海市工程建设规范《地基基础设计规范DGJ08-11-2010》
当采用《上海地基规范》时程序会自动选择基本组合进行承载力计算,并且直接输入地基承载力设计值fd,不用进行地基承载力的宽度和深度修正。
当采用地震荷载组合时,地基承载力设计值fd要除以地基承载力抗震调整系数后再进行承载力验算。地基承载力抗震调整系数
由用户直接输入。
当采用土的按抗剪强度指标计算地基承载力设计值fd时,参见《上海地基规范》的5.2.3的相应内容。
三、地基承载力验算时的基础自重计算方法
对于梁元法计算梁、筏板基础自重时(结果在退出时显示),首先计算梁、板混凝土的重量,混凝土自重按25kN/m计算。然后叠加上梁、板上的覆土重量及板面覆土上的设计荷载(包括地面做法和地面恒、活荷载,或架空板和板面恒、活荷载)。梁式基础覆土高度对于无地下室的情况取到建筑标高正负0处,对于有地下室的梁式基础覆土高度取到地下室室内地坪标高处,覆土重量按18kN/m
计算,其荷载系数取1.0。对于筏板基础覆土重量和覆土上的设计荷载则由用户在底板输入时填写,用户不可漏填,否则这部分荷载将漏掉。另外还程序自动考虑了梁板挑出部分上的室内外覆土重量差。上述各类荷载相加既为基础的自重。
对于独基基础,墙下条形基础,桩承台基础,基础自重和覆土重统一在平均覆土压强中考虑。用户可以按“ 平均容重(基础重)x覆土深度”输入;也可由程序自动计算。当选择自动计算时,程序按基础底标高到±0.000的距离计算覆土深度,平均容重取20。
第九节 单桩承载力计算
1、本程序计算单桩承载力是根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值,公式如下:
式中: qsik---------------桩侧第I层土的极限侧阻力标准值,入无当地经验值时,根据《桩基规范》表5.3.5-1取值。
qpk-------------极限端阻力标准值,如无当地经验值时,可按表5.3.5-2取值。
2、根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系,确定大直径桩(d≥800mm)单桩竖向极限承载力标准值时按下式计算:
式中: qsik---------------桩侧第I层土的极限侧阻力标准值,入无当地经验值时,根据《桩基规范》表5.3.5-1取值。对于扩底桩变截面以下不计侧阻力。
qpk-------------桩径为800mm的极限端阻力标准值,可采用深层载荷板试验确定;如不能进行深层荷载板试验时,可按《桩基规范》表5.3.5-1取值,对于干作业(清底干净)可按《桩基规范》表5.3.6-1取值。
对于混凝土护壁的大直径挖孔桩,计算单桩竖向承载力时,其设计桩径取护壁外直径;
φsi、φp--------------大值径桩侧阻、端阻尺寸效应系数,按《桩基规范》表5.3.6-2取值
3、当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定钢管桩单桩竖向承载力极限承载力标准值时,采用如下公式计算:
当hb/ds<5时
当hb/ds≥5时
式中:qsik、qpk---------------取于混凝土预制桩相同值;
λp---------------------桩端闭塞效应系数,对于闭口钢管桩λp=1,对于敞口钢管桩按上面两式取值;
hb------------------桩端进入持力层深度;
ds------------------钢管桩外直径;
λs----------------侧阻挤土效应系数,对于闭口钢管桩λs=1,敞口钢管桩λs按《桩基规范》5.3.7条确定。
第十节 承载力校核
校核地基反力,桩反力是否满足承载力要求,程序自动按照规范规定对承载力乘以相应调整系数。目前程序支持国家规范《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011,《建筑抗震设计规范》GD50011-2010及广东规范《建筑地基基础设计规范》DBJ-15-2016.
国家规范《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011相关规定:
5.2.1 基础底面的压力,应符合下列规定:
1 当轴心荷载作用时
pk≤fa (5.2.1-1)
式中:pk——相应于作用的标准组合时,基础底面处的平均压力值(kPa);
fa——修正后的地基承载力特征值(kPa)。
2 当偏心荷载作用时,除符合式(5.2.1-1)要求外,尚应符合下式规定:
pkmax≤1.2fa (5.2.1-2)
式中:pkmax——相应于作用的标准组合时,基础底面边缘的最大压力值(kPa)。
8.5.5 单桩承载力计算应符合下列规定:
1 轴心竖向力作用下:
≤
(8.5.5-1)
式中:——单桩竖向承载力特征值(kN)。
2 偏心竖向力作用下,除满足公式(8.5.5-1)外,尚应满足下列要求:
≤
(8.5.5-2)
3 水平荷载作用下:
≤
(8.5.5-3)
式中:——单桩水平承载力特征值(kN)。
《建筑抗震设计规范》GD50011-2010相关规定如下:
4.2.2 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。
4.2.3 地基抗震承载力应按下式计算:
faE=ζafa (4.2.3)
式中:faE——调整后地基抗震承载力;
ζa——地基抗震承载力调整系数,按表4.2.3采用;
fa——深宽修正后的地基承载力特征值,应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007采用。
4.2.4 验算天然地基地震作用下的轴心竖向力时,按地震作用效应标准组合的基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下列各式要求:
p≤faE (4.2.4-1)
pkmax≤1.2 faE (4.2.4-2)
p——地震作用效应标准组合的基础底面平均压力;
pkmax——地震作用效应标准组合的基础边缘最大压力;
4.4.2 非液化土中低承台桩的抗震验算,应符合下列规定:
1 单桩竖向和水平向抗震承载力特征值,可均比非抗震设计时提高25%。
广东规范《建筑地基基础设计规范》DBJ-15-2016的相关规定:
6.2.1 基础底面的压力应满足下列要求:
1 竖向荷载标注组合
在轴心竖向力作用下
pk≤fa (6.2.1-1)
式中:pk——相应于作用的标准组合时,基础底面处的平均压力值(kPa);
fa——修正后的地基承载力特征值(kPa)。
在偏心荷载作用下,除符合式(6.2.1-1)要求外,尚应符合下式要求:
pkmax≤1.2fa (6.2.1-2)
式中:pkmax——相应于作用的标准组合时,基础底面边缘的最大压力值(kPa)。
2 竖向荷载与风荷载标注组合
采用地基抗风承载力进行验算
faw=ζwfa (6.2.1-3)
在轴心竖向力作用下
pk≤faw (6.2.1-4)
在偏心荷载作用下,除符合式(6.2.1-4)要求外,尚应符合下式要求:
pkmax≤1.2 faw (6.2.1-5)
式中:faw——地基抗风承载力(kPa)。
ζw——地基抗风承载力调整系数,按表6.2.1采用。
3 竖向荷载与地震作用标注组合
采用地基抗震承载力进行验算
faE=ζEfa (6.2.1-6)
在轴心竖向力作用下
pk≤faE (6.2.1-7)
在偏心荷载作用下,除符合式(6.2.1-7)要求外,尚应符合下式要求:
pkmax≤1.2 faE (6.2.1-8)
式中:faE——地基抗震承载力(kPa)。
ζE——地基抗震承载力调整系数,按表6.2.1采用。
10.2.2 单桩承载力计算应符合下列规定:
1竖向荷载效应标准组合
在轴心竖向力作用下:
≤
(10.2.2-1)
式中:——标准组合时,轴心竖向力作用下任一单桩的竖向力;
——单桩竖向承载力特征值(kN)。
偏心竖向力作用下,除满足公式(10.2.2-1)外,尚应满足下列要求:
≤1.1
(10.2.2-2)
——标准组合时,偏心心竖向力作用下第i根桩的竖向力最大值;
2 竖向荷载与风荷载效应标准组合:
在轴心竖向力作用下:
≤1.2Ra (10.2.2-3)
偏心竖向力作用下,除满足公式(10.2.2-3)外,尚应满足下列要求:
≤1.3Ra (10.2.2-4)
3 竖向荷载与地震作用效应标准组合:
在轴心竖向力作用下:
≤1.25Ra (10.2.2-5)
偏心竖向力作用下,除满足公式(10.2.2-5)外,尚应满足下列要求:
≤1.5Ra (10.2.2-6)
第十一节 桩长计算
桩长的计算是按照《桩基规范》的“经验值”方法进行。基本的计算原理如下:
基本的计算原理如下:
用户首先需给出地质资料、桩类型、桩径和单桩承载力特征值。
程序按照土类型,桩类型,以及初始假设的桩长插值得到桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值以及大直径桩的尺寸效应系数,
计算得到初始假设桩长所对应的单桩承载力标准值。
计算得到单桩承载力标准值所对应的单桩承载力特征值。
通过迭代直到假设桩长所对应的单桩承载力特征值收敛于用户给定的单桩承载力特征值为止。
按照规范的构造要求调整迭代得到的桩长结果,得到桩的实际计算长度。
单桩竖向承载力标准值的计算,如《桩基规范》公式5.3.5和公式5.3.6所示。桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值以及桩尺寸效应系数如《桩基规范》表5.3.5.和表5.3.6所示。桩长计算尚应符合《桩基规范》3.3.3所规定的构造要求。地质资料中土的分类应按照《地基规范》第4.1节的规定采用。单桩竖向承载力标准值与特征值的换算关系见《地基规范》附录Q.0.10第七条的规定。
第十二节 沉降计算
进行基础沉降计算首先要完成地质资料输入,通过各钻探孔点形成一些三角单元,在各个单元内线性差分,将各地基土层连成一片。软件提供了多种筏板基础沉降计算方法,所有沉降计算采用的荷载均为长期荷载,即:恒荷+0.5活荷,其中0.5为准永久系数。以下将分别对各种沉降计算方法进行介绍。
一、完全柔性法
本方法的依据为《地基规范》中第5.3.5、5.3.6、5.3.7、5.3.8、5.3.9条,即为常用的规范手算法。在运用《地基规范》(5.3.5)公式计算中,假设基础底面的附加压力为已知(通常取平均附加压力),基础为完全柔性(特别对筏板基础而言),然后按分层总和法计算沉降,计算中考虑各基础之间或各区格之间相互的影响。这种方法在工程计算中被广泛地使用。它可用于独立基础、条形基础和筏板基础的沉降计算。
二、完全刚性法
本方法的依据除上述条款外,同时参阅一些有关资料(见参考文献),此外在89年颁布的《地基规范》GBJ7-89中第5.2.9条中也有类似阐述。主要假设如下:
沉降变形计算是假定基础底板为刚性;并将基础划分若干个大小相等的区格;设箱基底板最终沉降的位置用平面方程表示:
z=Ax+By+C
于是可得到矩阵方程式:
其中fij为修正后的地基柔度系数:
──为地基区格柔度系数,即第j区格上施加单位均布压力对第i区格中点产生的沉降。
s──土层总数
him──第i区格中点下第m层土的深度
Eim──第i区格中点下第m层土的压缩模量。
──第j块区格单位压力下,对第i区格中点的深度Z处引起的压应力,由布辛奈斯克公式及其积分式给出:
a、b──分别为区格长宽的一半。
r──力作用点到计算变形点的距离
z──计算点到基础底面的深度
kij为地基模型系数,它实际上是考虑了土的应力,应变扩散能力后的折减系数,当i≠j取0时,就成为文克尔地基模型,取1时就接近弹性半无限体模型,基础边缘反力过大。一般软土取小值,硬土取值大些。
矩阵方程中的Mx,My,P分别为外荷载对坐标原点的X,Y向总弯矩和总竖向荷载。
A1A2……An为各区格的面积。
xi,yi为各区格形心坐标。
……
为本基础以外的荷载对各区格的中点产生的沉降,计算方法与fij的方法相同。只是应力值用实际荷载产生的数值。
以上是单独一个基础的矩阵方程,如果计算多个基础的相经影响,矩阵可相应扩大,如考虑桩的作用,在矩阵方程中为“0”的地方加上相应的参数即可。
由于kij<1,因此区格划分数量就会影响到沉降值,所以要根据一个统一的标准进行修正,本程序是按《地基规范》的计算方法,将整个基础按已划分好的区格,采用相同的附加压力值,分别计算各区格的沉降(全部考虑相邻区格的影响),再将其取平均值,以此为标准进行第一次沉降修正,然后再根据《地基规范》中表5.3.5的沉降计算经验系数,进行第二次修正,最后得出最终沉降量。第二次修正采用的沉降计算经验系数,也可由用户自己按各地区的经验系数取值输入。
对于采用了沉降计算的筏板基础,本程序可以用变基床反力系数方法,即广义文克尔假定计算梁的内力。方法是在交互式信息输入中输入一个负的基床反力系数,程序将自动根据各区格反力与沉降比值的相对差异来调整各梁的基床反力系数的相对差异,使它们在输入的基床反力系数附近上下变化,这样就可考虑土之间的相互作用。一般来说这种变化的结果是使边角部梁的基床反力系数提高,中部系数降低。当进行此运算时各梁的基床反力系数在沉降计算完后保存在文件中。
三、弹性理论法
前两种方法在计算筏板沉降时,一种是假定基础完全柔性,另一种是假定基础为刚性,但实际上基础通常介于两者之间,因此第三种沉降计算方法将考虑基础的刚度。该方法的原理是利用第一种方法计算得出的筏板沉降值,反算出地基刚度值,将该刚度值替代弹性地基筏板计算中的基床反力系数。这样就可以求出上部荷载、筏板基础和地基三者协同工作时的沉降分布情况。
四、等代墩基法
方法四:该方法是用于桩基础沉降计算的。其原理与计算公式出自《桩基规范》5.5节等代墩基法的沉降计算。有关等代墩基法和计算公式细节,可参阅《桩基规范》及条文说明,此处不再赘述。本方法在桩承台基础沉降计算时,用主菜单【4桩基承台计算及独基沉降计算】,并在【计算参数】子菜单中选择 “建筑桩基技术规范JGJ 94-2008”选项。在桩筏基础的沉降估算时,使用主菜单 【5桩筏、筏板有限元计算】,并应在其子菜单运行中点取【沉降试算】子菜单。
五、Mindlin理论方法
该方法也是用于桩承台基础及桩筏基础的沉降计算,其原理与计算公式出自《地基规范》附录推荐的Mindlin理论方法的沉降计算。该方法是从单桩出发考虑群桩作用的沉降计算方法。它是建立在常用的单向压缩分层总和法基础上的一种沉降估算法,其基本要点如下:
a)桩基被认为是具有柔性承台,各桩承受相等并确定的荷载的一群桩;b)单桩在竖向荷载作用下分别由桩侧摩阻力和桩尖反力支承;c)桩尖反力按集中力考虑,桩侧摩阻力一般随深度呈线性变化;d)确定桩尖反力和桩侧摩阻力的分配比例是困难的,从实用分析出发,可近似地按目前工程中经常应用的划分极限荷载时的极限端承力和极限侧摩阻力的方法进行;e)计算单桩荷载作用下地基中的应力时,可将桩顶上的总荷载P表示为,P=Pp+Ps,式中:Pp为桩尖反力,数值为α·P,其中α是桩尖反力占总荷载之比例;Ps为桩侧摩阻力,数值为(1一α)·P。Geddes根据明特林公式导得了上述各种荷载作用下的应力解;f)不考虑由于桩的存在对地基土产生的加筋效应、遮拦效应以线性迭加原理计算群桩荷载作用下地基中任一点竖向应力增量;g)按单向压缩分层总和法计算出群桩下沉量;h)压缩层下限取附加压力等于土的自重应力20%处。
第十三节 人防荷载及人防构件
一、人防等效静荷载与人防等级
在《人防规范》4.1.5条中规定:“防空地下室结构在常规武器爆炸动荷载或核武器爆炸动荷载作用下,其动力分析均可采用等效静荷载法”。
PKPM系列软件为人防荷载的计算设计了完整的、系统的框架。
对于人防顶板的等效静荷载需要在PMCAD的【建筑模型与荷载输入】菜单里的“荷载输入—人防荷载”对话框中输入,输入的是作用在有人防要求的楼面上的人防荷载。在此项子菜单里,设计人员可以对不同房间的人防荷载进行修改,也可以只在局部平面的房间布置人防。
对于支撑人防顶板的梁、柱、墙、临空墙的内力和配筋计算按照一般的结构计算方式,由三维计算软件SATWE 、PMSAP 、SPAS-SATWE软件完成。对于布置了多层人防的结构,其荷载向基础传导时,程序仍只选用其上各层中的一层的荷载计算,程序自动选用其上各层中的较大荷载层的荷载来进行组合计算。
对于人防顶板本身的计算,在PMCAD【画结构平面图】里完成,即以布置了人防等效静荷载的房间为单元,按照四边或周边支撑板的模式计算人防顶板的内力和配筋。
JCCAD软件提供了在基础设计中考虑人防荷载的计算,目前JCCAD可以做人防计算的基础类型有桩承台、地基梁、筏板、桩筏。
1. 在JCCAD中直接输入人防底板等效静荷载及人防等级
进入JCCAD软件的【基础模型】菜单,在【参数】中输入人防底板等效静荷载、人防顶板等效静荷载(如下图所示),则程序自动按照《人防规范》的相关要求进行设计。
软件将读取的顶板等效静荷载及用户输入的 “底板等效静荷载”作为作用在与基础相连的第一层楼面上的房间均布面荷载,通过楼面荷载导算,将人防荷载作用在第一层的柱或墙构件上,“底板等效静荷载”加在基础底面上。
输入人防荷载后,程序可以给出人防荷载图和其作用下的弯矩图。如果在构件截面设计时为人防荷载控制,则在配筋计算时按照《人防规范》要求进行配筋计算。
在基础程序中,选择人防等级后,程序就会显示出等效人防顶板荷载和等效人防底板荷载的数值。该数值只是参考值,没有考虑是否有桩、是否在地下水位以下、顶板上覆土厚度等情况。有桩或在地下水位以下时,用户可按《人防规范》表4.8.5或表4.8.15的数值填写。
2. 读取上部结构计算软件SATWE等传来的顶板等效静荷载
在人防荷载参数对话框中,用户可以选择读入上部结构计算SATWE等的人防荷载,此时用户不再需要单独输入人防顶板的等效静荷载。此后程序对于柱底、墙底传来人防荷载的基础构件,自动按照《人防规范》要求进行内力组合与配筋计算,对于筏板基础还将与人防底板荷载共同作用进行内力配筋计算。
二、截面设计
1. 材料调整系数
本软件在配筋计算时,已按《人防规范》对材料强度进行调整。下表根据《人防规范》表4.2.3作部分删节得到。
材料种类: |
| 综合调整系数 |
热轧钢筋: | HPB235 | 1.50 |
HRB335 | 1.35 | |
| HRB400 | 1.20 |
RRB400 | 1.20 | |
混凝土: | <C60 | 1.50 |
≥C60 | 1.40 |
注:对于采用蒸气养护或掺入早强剂的砼,乘以0.85的材料强度折减系数。
砼的弹性模量取静荷载作用时的1.2倍;钢材的弹性模量及各种材料的泊松比取静荷载下的数值。(见《人防规范》4.2.4条)。
2. 配筋率
结构构件按弹塑性工作阶段设计时,受拉钢筋配筋率不宜大于1.5%;当大于1.5%时,受弯构件或大偏心受压构件的允许延性比[β]值应满足以下公式:
式中:
x------截面有效高度;
h0------纵向受拉钢筋及纵向受压钢筋配筋率;
p,p’------受拉钢筋的动力强度设计值;
fy------系数,当混凝土等级不超过C50时,取1.0;当混凝土等级为C80时,取0.94,其间按线性内插法确定;
fc------混凝土轴心抗压动力强度设计值。
砼构件最小配筋率的要求根据受力情况按下表取值:
钢筋混凝土结构构件纵向受力钢筋的最小配筋百分率 表4.11.7
分类 | 混凝土强度等级 | |||
C20 | C25~C35 | C40~C55 | C60~C80 | |
轴心受压构件的全部受压钢筋 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.7 |
偏心受压及偏心受拉构件的受压钢筋 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
受弯构件偏心受压构件偏心受拉构件钢筋 | 0.2和45ft/fy较大值 | 0.25和45ft/fy较大值 | 0.3和45ft/fy较大值 | 0.35和45ft/fy较大值 |
注:1.该标综合《人防规范》表4.7.7和《混凝土规范》表9.5.1。
2.受压钢筋和偏心受压构件的受拉钢筋的最小配筋率按构件的全截面面积计算,其余的受拉钢筋的最小配筋率安全截面面积扣除位于受压边或受拉较小边翼缘面积后的界面面积计算。
3. 其他配筋要求
钢筋混凝土受弯构件,在受压区配置构造钢筋,构造钢筋的面积不小于受拉钢筋的最小配筋率;连续梁及框架梁支座处,受压纵筋最小配筋面积不小于1/3受拉纵筋配筋面积,(见《人防规范》4.11.9条)。
4. 材料强度
防空地下室结构选用的材料强度等级,不应低于《人防规范》表4.11.1的规定:
材料种类 | 钢筋混凝土独立柱 | 砖 | 砂浆 | 料石 | |
砌筑 | 装配填缝 | ||||
强度等级 | C30 | Mu10 | M5 | M10 | Mu30 |
注:防空地下室结构不得采用硅酸盐砖和硅酸盐砌块;严寒地区,很潮湿的土应采用Mu15砖,饱和土应采用Mu20砖。
5. 配筋计算
由于《混凝土规范》对构件的最小配筋率做了小幅度上调,从而出现《人防规范》的最小配筋率小于《混凝土规范》规定的情况。因此,抗弯纵筋的最小配筋率,要同时满足《人防规范》和《混凝土规范》的要求。
配筋计算中,混凝土和钢筋的材料强度经过修正以后,得到新的fc、ft、ftk、fy、fyv、Ec、Es。配筋计算包括以下内容:抗弯计算、抗剪计算、抗扭计算、剪扭计算。
注:
a进行梁、柱斜截面承载力验算时,已将混凝土轴心抗压动力强度设计值乘以折减系数0.8。
b 进行墙、柱受压构件正截面承载力验算时,已将混凝土轴心抗压动力强度设计值应乘以折减系数0.8。
c 进行钢筋混凝土受弯构件斜截面验算时,已按《人防规范》(4.10.7条)考虑梁跨的影响。
d超筋界限:抗弯计算时,当受压区高度比值X/h0>时,便判定为超筋,此时钢筋输出量为As=100000。当hw/b≥6,剪力大于0.2fcbh0或(0.2fc-T/Wt)bh0;当hw/b≤4,剪力大于0.25fcbh0或(0.25fc-T/Wt)bh0时(在4<hw/b<6时,按线性插值),便判定箍筋超筋,此时箍筋输出量为Asv=100000.0。
第八章软件装配方法
有关本软件使用的硬件条件与环境设置、软件安装方法、用户标题制作及加密锁问题请参阅PMCAD的使用说明书有关章节,本书不再重复
附录A 地质资料数据文件(*.dz)的格式
用记事本或写字板等文本编辑工具填写。
第一节 地质资料数据文件中的主要概念与内容
1、 土层的划分及名称
根据勘探点的地质资料,对土层进行归并,删除及补加虚拟土层,使土层不发生交错,并按从上至下将土层顺序编号,用整数代表不同土的种类:1──填土,2──淤泥,3──淤泥质土,4──粘性土,5──红粘土,6──粉土,71──粉砂,72──细砂,73 ──中砂,74──粗砂,75──砾砂,76──角砾,77──圆砾,78──碎石,79──卵石,81──风化岩,82──中等风化岩,83──微风化岩,84──新鲜基岩。
2、 勘探孔的平面坐标和控制网格的生成
勘探孔的平面坐标系可以是以任意点为坐标原点任意方向的直角坐标系。在桩基设计时通过平移与旋转,将勘探孔平面坐标转换成底层平面坐标系上的坐标。
将勘探孔顺序编号,以勘探孔为节点,用节点的连线划分成多个不相互重叠的三角形单元,将三角形单元编号。用勘探孔为节点的三角形单元作为控制网格,利用形函数插值的方法可以得到控制网内部和附近的地质土层分布。
3、 土层标高和物理力学参数
勘探孔的地面标高及每一土层底标高应转换成建筑结构标高,为了计算桩基基础的沉降,应输入每一土层的压缩模量E及重度G,当根据土的物理指标计算桩的承载力时,土状态参数根据具体的土类而定:填土、淤泥和淤泥质土──上,中,下值信息分别为1,2,3 或负数表示(其绝对值为液性指数IL);粘性土──液性指数IL,红粘土──αw,粉土──孔隙比e,砂砾类土──标贯击数或负数表示密实等级(- 1:密实, - 2:中密, - 3:稍密, - 4:松散),岩石──饱和单轴抗压强度(对于粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度)(KPa)。
第二节 地质资料数据文件的填写
1、总信息(3个数)
NPOIN, NELEM, NLAYE |
NPOIN:勘探孔点数(节点总数)
NELEM:形成的三角形单元数
NLAYE:土层数目
2、 三角形单元节点编号(NELEM行,每行4个数)
对每个三角形单元,节点编号顺序按顺时针排列。
(IELEM, (LNODS(IELEM, INODE), INODE=1, 3), IELEM=1, NELEM) |
IELEM:单元编号
LNODS(IELEM, INODE):第IELEM单元第INODE节点的节点号
3、土的名称编号(NLAYE个数)
按自上而下顺序填写每个土层的种类号。
(NAME(ILAYE), ILAYE=1, NLAYE) |
用整数代表不同土的种类:1──填土,2──淤泥,3──淤泥质土, 4──粘性土,5──红粘土,6──粉土,71──粉砂,72──细砂,73──中砂,74──粗砂,75 ──砾砂,76──角砾,77──园砾,78──碎石,79──卵石,81──风化岩,82──中等风化岩,83──微风化岩,84──新鲜基岩。
4、勘探点数据的填写
最大编号NPOIN的勘探点数据土填在最后
IP, XP(IP), YP(IP), ELEVA(IP, 1), HW(IP) ((ILAYE, ELEVA(IP, ILAYE+1), (PARAM(IP, ILAYE, J), J=1, 5), ILAYE=1, NLAYE) |
IP: 勘探点编号;
XP(IP), YP(IP):该点的平面坐标;
ELEVA(IP, 1): 该点的孔口标高;
HW(IP): 该点的水头标高;
ILAYE: 土层序号;
ELEVA(IP, ILAYE+1):该点第ILAYE层土底面标高;
PARAM(IP, ILAYE, 1):该点第ILAYE层土的压缩模量E(MPa),用于计算沉降;
PARAM(IP, ILAYE, 2):该点第ILAYE层土的重度G(kN/m3),对无桩基础不用填写此项,用于计算桩基沉降;
PARAM(IP, ILAYE, 3):该点第ILAYE层土的状态参数,对无桩基础不用填写此项,用于计算桩的承载力特征值,计算原则依据《桩基规范》。
土的状态参数根据具体土类而定:
填土、淤泥和淤泥质土──上, 中, 下值信息分别为1, 2, 3或负数表示(其绝对值为液性指数IL)
粘性土──液性指数IL
红粘土──αw
粉土──孔隙比e
砂砾类土──标贯击数或负数表示密实等级(-1:密实; -2:中密;-3:稍密;-4:松散)
岩石──饱和单\轴抗压强度(对于粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度)(KPa)
PARAM(IPOIN, ILAYE, 4):该点第ILAYE层土的内摩擦角(度),对无桩基础不用填写此项,用于计算桩基沉降及支护结构的内力分析;
PARAM(IPOIN, ILAYE, 5):该点第ILAYE层土的粘聚力(MPa),对无桩基础不用填写此项,用于计算桩基沉降及支护结构的内力分析。
附录B 地基承载力修正系数
本表摘自《地基规范》表5.2.4
承载力修正系数
土 的 类 别 | ||||
淤泥和淤泥质土 |
| 0 | 1.0 | |
人工填土 e或IL大于等于0.85的粘性土 | 0 | 1.0 | ||
红粘土 | 含水比aw>0.8 含水比aw≤0.8 | 0 0.15 | 1.2 1.4 | |
大面积压实土填土 | 压实系数大于0.95,粘粒含量ρc≥10%的粉土 最大干密度大于2.1t/m3的级配砂石 | 0 0 | 1.5 2.0 | |
汾土 | 粘粒含量ρc≥10%的粉土 粘粒含量ρc≤10%的粉土 | 0.3 0.5 | 1.5 2.0 | |
e及IL均小于0.85的粘性土 粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态) 中砂、粗砂、砾砂和碎石土 | 0.3 2.0 3.0 | 1.6 3.0 4.4 | ||
注:①强风化的岩石,可参照所风化成的相应土类取值:
Sr为土的饱和度Sr≤0.5,稍湿;0.5<Sr≤0.8,很湿;Sr>0.8,饱和。
附录C 基床反力系数推荐值
基床反力系数K的推荐值
地基一般特性 | 土的种类 | K(kN/m3) |
松软土 | 流动砂土、软化湿土、新填土 流塑粘性土、淤泥及淤泥质土、有机质土 | 1000~5000 5000~10000 |
中等密实土 | 粘土及亚粘土:软塑的 可塑的 轻亚粘土:软塑的 可塑的 砂土:松散或稍密的 中密的 密实的 碎石土:稍密的 中密的 黄土及黄土亚粘土 | 10000~20000 20000~40000 10000~30000 30000~50000 10000~15000 15000~25000 25000~40000 15000~25000 25000~40000 40000~50000 |
密实土 | 硬塑粘土及粘土 硬塑轻亚土 密实碎石土 | 40000~100000 50000~100000 50000~100000 |
极密实土 | 人工压实的填亚粘土、硬粘土 | 100000~200000 |
坚硬土 | 冻土层 | 200000~1000000 |
岩石 | 软质岩石、中等风化或强风化的硬岩石 微风化的硬岩石 | 200000~1000000 1000000~15000000 |
桩基 | 弱土层内的摩擦桩 穿过弱土层达密实砂层或粘土性土层的桩 打至岩层的支承桩 | 10000~50000 5000~150000 8000000 |
摘自本院地基所(TJ7—74)修改序号16“筏式基础的设计和计算”专题报告的附件之二。
附录D 地质资料数据文件格式示例
4, 2,7,207.300,205.450 (总信息:勘探孔点数,形成的三角形单元数,土层数目,
结构物±0.00对应的地质资料标高,孔口标高)
1, 2,4,1 (三角形单元节点编号:第1单元)
2, 3,4,2 ( :第2单元)
1,4,5,6,74,81,82 (土名:填土,黏性土,红黏土,粉土,粗砂,风化岩,中等风化岩)
1, -40.00, -7.00, 205.45, 200.00 ;POINT (勘探点编号, X坐标, Y坐标, 该点的孔口标高, 该点的水头标高)
(土层顺序号,这层土底面标高,压缩模量,重度,状态参数,内摩擦角,黏聚力)
1, -1.90, 0.00, 20.00, 1.00, 15.00, 0.00
2, -3.50, 0.00, 18.00, 0.50, 5.00, 10.00
3, -8.40, 0.40, 18.00, 0.20, 5.00, 0.00
4, -10.70, 0.40, 20.00, 0.20, 15.00, 2.00
5, -12.80, 0.40, 20.00, 25.00, 15.00, 0.00
6, -50.00, 0.40, 24.00, 100000.00, 50.00, 200.00
7, -100.00, 0.40, 24.00, 200000.00, 50.00, 200.00
2, -40.00, 50.00, 205.45, 200.00 ;POINT
1, -1.90, 0.00, 20.00, 1.00, 15.00, 0.00
2, -3.50, 0.00, 18.00, 0.50, 5.00, 10.00
3, -8.40, 0.40, 18.00, 0.20, 5.00, 0.00
4, -10.70, 0.40, 20.00, 0.20, 15.00, 2.00
5, -12.80, 0.40, 20.00, 25.00, 15.00, 0.00
6, -50.00, 0.40, 24.00, 100000.00, 50.00, 200.00
7, -100.00, 0.40, 24.00, 200000.00, 50.00, 200.00
3, 10.00, 50.00, 205.45, 200.00 ;POINT
1, -1.90, 0.00, 20.00, 1.00, 15.00, 0.00
2, -3.50, 0.00, 18.00, 0.50, 5.00, 10.00
3, -8.40, 0.40, 18.00, 0.20, 5.00, 0.00
4, -10.70, 0.40, 20.00, 0.20, 15.00, 2.00
5, -12.80, 0.40, 20.00, 25.00, 15.00, 0.00
6, -50.00, 0.40, 24.00, 100000.00, 50.00, 200.00
7, -100.00, 0.40, 24.00, 200000.00, 50.00, 200.00
4, 10.00, -7.00, 205.45, 200.00 ;POINT
1, -1.90, 0.00, 20.00, 1.00, 15.00, 0.00
2, -3.50, 0.00, 18.00, 0.50, 5.00, 10.00
3, -8.40, 0.40, 18.00, 0.20, 5.00, 0.00
4, -10.70, 0.40, 20.00, 0.20, 15.00, 2.00
5, -12.80, 0.40, 20.00, 25.00, 15.00, 0.00
6, -50.00, 0.40, 24.00, 100000.00, 50.00, 200.00
7, -100.00, 0.40, 24.00, 200000.00, 50.00, 200.00
Fs,Fp DATA: (标准孔点信息:)
(土层序号,侧摩阻力,端阻力,土层厚度,压缩模量,重度,内摩擦角,黏聚力,状态参数)
1 0.00 0.00 19.00 0.00 20.00 15.00 0.00 1.00
2 0.00 0.00 1.60 0.00 18.00 5.00 10.00 0.50
3 0.00 0.00 4.90 400.00 18.00 5.00 0.00 0.20
4 0.00 0.00 2.30 400.00 20.00 15.00 2.00 0.20
5 0.00 0.00 10.00 400.00 20.00 15.00 0.00 25.00
6 0.00 0.00 10.00 400.00 24.00 50.00 200.00 100000.00
7 0.00 0.00 10.00 400.00 24.00 50.00 200.00 200000.00
e-p DATA:
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0 1000. 1000. 1000. 1000. 1000. 1000. 1000.
附录E 常用结构构件对称型基本自振圆频率计算
1 单跨和等跨的等截面梁挠曲型自振圆频率,可按下式计算:
式中:
Ω------梁的频率系数,按下表采用;
B------梁的抗弯刚度;
ψ------刚度折减系数,可按下表采用;
Ed------核爆动荷载作用下材料弹性模量;
d------梁高;
c------梁宽;
l------梁的计算跨度(m);------梁的单位长度质量;
γ------材料重力密度);
g------重力加速度;
2.双向板挠曲型自振圆频率ω,可按下式计算:
当时a/b<=1时
当时a/b<=1
式中:
a,b------板的计算跨度;;
D------板的抗弯刚度;
v------材料泊松比;------板的单位面积质量;
Ωa、Ωb------频率系数,按下表采用;
均质弹性材料(如钢材)构件 | 混凝土构件 | 砌体结构 |
1.00 | 0.60 | 1.00 |
参 考 文 献
1. 《混凝土结构设计规范》GBJ50010—2010,书中简称《混凝土规范》。
2. 《建筑地基基础设计规范》GBJ50007—2011,书中简称《地基规范》。
3. 《钢筋混凝土升板结构技术规范》GBJ130-90,书中简称《升板规范》。
4. 《建筑桩基技术规范》 JGJ 94—2008,书中简称《桩基规范》。
5. 《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》,书中简称《箱筏规范》。
6. 《人民防空地下室设计规范》GB50038—2005,书中简称《人防规范》。
7. 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010,书中简称《抗震规范》。
8. 《建筑结构荷载规范》GB50009-2012,书中简称《荷载规范》。
9. 上海市工程建筑规范《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010,书中简称《上海地基规范》。
10. 地基与基础 天津大学、西安冶金建筑学院、哈建工、重建工合编。
11. 软土地基与地下工程(孙更生、郑大同主编)中国建筑工业出版社
12. 钢筋砼结构构造手册 北钢院、华北冶建公司设计院编。
13. 建筑结构设计手册(静力计算) 中国建筑工业出版社
14. 筏式基础的设计和计算专题报告附件之二,本院地基所(TJ7—74)修改序号16。
13. 防空地下室结构设计手册 北京市建筑设计研究院
14.弹性地基梁及矩形板计算,中国船舶工业总公司九院编

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