筏板有限元基礎(chǔ)適用于大底盤、多塔的新設(shè)計(jì)方法PPT課件

1、1一、大底盤多塔樓高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 1，大底盤多塔樓高層建筑應(yīng)用現(xiàn)況 每年城鎮(zhèn)竣工的建筑面積達(dá)5億平方米。大底盤多塔樓高層建筑、地下商場(chǎng)、地下車庫(kù)建筑以及大跨空間、多層地下結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，在目前住宅小區(qū)建設(shè)以及大型公建項(xiàng)目中都占有非常重要的地位，其面積可達(dá)總竣工建筑面積的10%。 第1頁(yè)/共80頁(yè)2工程實(shí)例：北京巴黎城（北京院） 43層，大底盤尺寸210m200m第2頁(yè)/共80頁(yè)3工程實(shí)例：北京西雅圖（冶研院）34層，大底盤尺寸230m220m第3頁(yè)/共80頁(yè)4沉降圖第4頁(yè)/共80頁(yè)5例：北化東四環(huán)西區(qū)住宅及商業(yè)工程北化東四環(huán)西區(qū)住宅及商業(yè)工程（地基所） 18層，大底盤尺寸138m103m第5

2、頁(yè)/共80頁(yè)6工程實(shí)例：上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)X2地塊（茂爾盛maunsell深圳公司） 35層，大底盤尺寸127m160m第6頁(yè)/共80頁(yè)72、給地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工帶來(lái)的問(wèn)題 （1）上部結(jié)構(gòu)塔樓相對(duì)大底盤地下結(jié)構(gòu)剛度大，荷載不均勻，基底反力不均勻，基礎(chǔ)底板的不均勻變形。設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)引起基礎(chǔ)開裂。例如國(guó)貿(mào)二期工程底板裂縫，防水失效；昆明建筑大廈梁板式筏基開裂，底板防水失效。第7頁(yè)/共80頁(yè)82、給地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工帶來(lái)的問(wèn)題 （2）目前解決大底盤高層建筑不均勻沉降的辦法一是設(shè)置沉降縫，二是設(shè)置施工“后澆帶”，待沉降基本穩(wěn)定后再澆筑“后澆帶”砼。（北京降水費(fèi)用：在6個(gè)月以內(nèi)100120元/平米，61

3、2個(gè)月150170元/平米） （3）高層建筑與純地下車庫(kù)的連接相當(dāng)于主塔樓與裙房的連接第8頁(yè)/共80頁(yè)93,JCCAD軟件第9頁(yè)/共80頁(yè)10第10頁(yè)/共80頁(yè)11二、二、上部結(jié)構(gòu)荷載的正確使用 PM荷載 TAT, SATWE, PMSAP荷載 子結(jié)構(gòu)的凝聚荷載 “一次加荷”， “模擬施工1”， “模擬施工2”， “模擬施工3” 活荷載樓層折減 一層荷載作用點(diǎn)標(biāo)高第11頁(yè)/共80頁(yè)12第12頁(yè)/共80頁(yè)13活載樓層不折減第13頁(yè)/共80頁(yè)14 1，荷載樓面折減系數(shù)的影響 在PM交互輸入的樓面折減不但影響梁的設(shè)計(jì)也影響柱與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)（與樓層折減系數(shù)連乘） 規(guī)范：荷載樓面折減系數(shù)應(yīng)只影響梁。 2，

4、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是否不考慮地震效應(yīng)組合（在地基規(guī)范沒(méi)有提地震效應(yīng)組合）？ 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮地震效應(yīng)組合?？拐鹪O(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)抗震規(guī)范，樁基設(shè)計(jì)還應(yīng)依據(jù)樁基規(guī)范，有地方規(guī)范(規(guī)程)應(yīng)優(yōu)先按地方規(guī)范設(shè)計(jì)。（類比：荷載規(guī)范中也沒(méi)有提地震效應(yīng)組合）第14頁(yè)/共80頁(yè)15 3，地震效應(yīng)組合會(huì)發(fā)生豎向力增加或減?。Σ黄胶猓?按靜力概念理解地震效應(yīng)組合與風(fēng)荷載組合，認(rèn)為豎向力不應(yīng)增加或減小。實(shí)際發(fā)現(xiàn)力不平衡。 原因是底層地震內(nèi)力是通過(guò)CQC方法得到，CQC是一種用于單個(gè)構(gòu)件的地震內(nèi)力統(tǒng)計(jì)方法，將CQC以后的內(nèi)力作為荷載來(lái)進(jìn)行整體分析是一種近似，就會(huì)發(fā)生力不平衡的這種現(xiàn)象。第15頁(yè)/共80頁(yè)16 4，SATWE等增加“模擬

5、施工3”，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)如何取用？ “模擬施工3”實(shí)是分層剛度分層加載方法 “模擬施工1”實(shí)是整體剛度分層加載方法 “模擬施工3”大大改善了“一次加荷”與“模擬施工1”中的豎向剛度不均勻造成豎向荷載傳遞不合理現(xiàn)象。 “施工模擬2”是專為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)生成，是一種人工近似。 建議：優(yōu)先采用“施工模擬3”+上下部結(jié)構(gòu)共同作用 采用“施工模擬1”+上下部結(jié)構(gòu)共同作用 采用“一次加荷”+上下部結(jié)構(gòu)共同作用 “施工模擬2”（不應(yīng)考慮上下部結(jié)構(gòu)共同作用） 豎向剛度不均勻結(jié)構(gòu)舉例： 框架剪力墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)砼筒體+外鋼框架結(jié)構(gòu)第16頁(yè)/共80頁(yè)17MNQ荷載作用點(diǎn)標(biāo)高M(jìn)=M+Q*HH第17頁(yè)/共80頁(yè)18一層上部結(jié)構(gòu)荷載作用

6、點(diǎn)標(biāo)高影響：獨(dú)基，樁承臺(tái)；作用：剪力換算成彎矩H1H2GABCD第18頁(yè)/共80頁(yè)19三，上下部結(jié)構(gòu)共同作用TAT,SATWE,PMSAP剛度 1.上部結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)假設(shè)基礎(chǔ)不變形，是固端約束 ： 實(shí)際結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)會(huì)沉降且可能不均勻。 差異沉降會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力。 2.不同結(jié)構(gòu)形式對(duì)差異沉降的反應(yīng)是不同的。 3.地基規(guī)范條文中相關(guān)內(nèi)容第19頁(yè)/共80頁(yè)5. 3. 10 在同一整體大面積基礎(chǔ)上建有多棟高、低層建筑，沉降計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基的共同作用。713 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)和地基的共同作用。對(duì)建筑體型、荷載情況、結(jié)構(gòu)類型和地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析， 確定合理的建筑措施、 結(jié)構(gòu)措施和地

7、基處理方法。8. 3. 2 柱下條形基礎(chǔ)的計(jì)算，除應(yīng)符合本規(guī)范第 8.2.7 條一、二款的要求外，尚應(yīng)符合下列原則： 1 在比較均勻的地基上，上部結(jié)構(gòu)剛度較好，荷載分布較均勻，且條形基礎(chǔ)梁的高度不小于 1/6 柱距時(shí)，地基反力可按直線分布，條形基礎(chǔ)梁的內(nèi)力可按連續(xù)梁計(jì)算，此時(shí)邊跨跨中彎矩及第一內(nèi)支座的彎矩值宜乘以 1.2 的系數(shù)；8. 4. 10 當(dāng)?shù)鼗帘容^均勻、上部結(jié)構(gòu)剛度較好、梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小于 1/6，且相鄰柱荷載及柱間距的變化不超過(guò) 20%時(shí)，筏形基礎(chǔ)可僅考慮局部彎曲作用。筏形基礎(chǔ)的內(nèi)力，可按基底反力直線分布進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)基底反力應(yīng)扣除底板自重及其上填

8、土的自重。 當(dāng)不滿足上述要求時(shí)， 筏基內(nèi)力應(yīng)按彈性地基梁板方法進(jìn)行分析。第20頁(yè)/共80頁(yè)21上部結(jié)構(gòu)剛度的影響 1，按TAT、SATWE、PMSAP的凝聚的上部結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行計(jì)算 TAT,SATWE,PMSAP剛度凝聚的過(guò)程實(shí)際上是將上部結(jié)構(gòu)作為整個(gè)上下部結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)，對(duì)于基礎(chǔ)筏板計(jì)算是一個(gè)準(zhǔn)確解。 2，倒樓蓋模型 上部結(jié)構(gòu)為剛性（計(jì)算局部?jī)?nèi)力） 3，不考慮上部結(jié)構(gòu)剛度 上部結(jié)構(gòu)剛度為0第21頁(yè)/共80頁(yè)22巴黎城單塔計(jì)算第22頁(yè)/共80頁(yè)23考慮上部的沉降圖 不考慮上部的沉降圖第23頁(yè)/共80頁(yè)24配筋值比較 考慮上部 不考慮上部 （mm2/m） X上筋 4955 4184 Y上筋 5992

9、 7694 X下筋 9414 9461 Y下筋 6945 8234第24頁(yè)/共80頁(yè)25四、基礎(chǔ)四、基礎(chǔ)沉降、內(nèi)力計(jì)算及地基模型的選擇 沉降=附加壓應(yīng)力引起的沉降+回彈再壓縮計(jì)算 樁基可不考慮回彈再壓縮niiiiicicczzEps111)(第25頁(yè)/共80頁(yè)26樁基沉降計(jì)算方法 一、半經(jīng)驗(yàn)實(shí)體深基礎(chǔ)法 二、從單樁出發(fā)考慮群樁作用的沉降計(jì)算法 建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范GB5007-2002 樁基規(guī)范JGJ94-94 上海地基規(guī)范DBJ08-11-1999第26頁(yè)/共80頁(yè)27第27頁(yè)/共80頁(yè)28四、四、沉降、內(nèi)力計(jì)算及地基模型的選擇 算例：油罐設(shè)計(jì) 板厚1.1米 樁長(zhǎng)36米 油罐直徑26.44米 荷

10、載300kPa第28頁(yè)/共80頁(yè)29第29頁(yè)/共80頁(yè)30第30頁(yè)/共80頁(yè)31第31頁(yè)/共80頁(yè)32位置（離中心距m） 02.424.827.229.1212.02比值中心處結(jié)果樁數(shù)1713192430總樁94上海規(guī)范沉降12612512011197801.575MINDLIN解沉降（mm）10510410196.791.285.11.234M=1952 kNm/mMINDLIN解樁反力（kN）1338137214261449163025391.898A=6862 mm2/m修正解沉降（mm） 98.197.997.195.894.192.41.065M= 620 kNm/m修正解樁反力（k

11、N）1529155016051692183721051.377A=2364 mm2/mWINKLER解沉降（mm）92.793.093.894.991.197.40.952M=-840 kNm/mWINKLER解樁反力（kN）1779178618011822184518691.051A=2761 mm2/m第32頁(yè)/共80頁(yè)33-140-120-100-80-60-40-200沉降上海規(guī)范Mindlin解Mindlin解修正Winkler解第33頁(yè)/共80頁(yè)34050010001500200025003000反力上海規(guī)范Mindlin解Mindlin解修正Winkler解第34頁(yè)/共80頁(yè)35

12、五、大底盤高層建筑基礎(chǔ)交互輸入 1 1、工程拼裝 2、筏板復(fù)雜情況介紹 3、提供多種優(yōu)化布樁方式 4 4、DWGDWG圖轉(zhuǎn)樁位 5 5、外接荷載第35頁(yè)/共80頁(yè)361 1、工程拼裝望京B11-1項(xiàng)目B區(qū)（34層）第36頁(yè)/共80頁(yè)372、筏板復(fù)雜情況介紹 不等高，不等厚 開大天井情況 水浮力 抗水架空板 設(shè)置后澆帶第37頁(yè)/共80頁(yè)383、樁布置方式的選擇 樁筏下樁布置的特點(diǎn) 樁位的隨意性，樁位自成網(wǎng)格 樁位與荷載的相關(guān)性就地消化 常用方式：?jiǎn)螛恫贾?，單樁拷貝，圍樁承臺(tái)。 梁下布樁筏板應(yīng)后布或不布。 優(yōu)化布樁可對(duì)樁筏基礎(chǔ)先按承臺(tái)樁布置，然后再刪除承臺(tái)第38頁(yè)/共80頁(yè)394 4、DWGDWG

13、圖轉(zhuǎn)樁位( (萬(wàn)豪世紀(jì)中心萬(wàn)豪世紀(jì)中心) 第39頁(yè)/共80頁(yè)40萬(wàn)豪世紀(jì)中心萬(wàn)豪世紀(jì)中心 場(chǎng)區(qū)原設(shè)計(jì)為嘉利來(lái)世貿(mào)廣場(chǎng)，由地上33層辦公樓（A1座，高度約128m）、24層辦公樓（A2座）、1115層公寓樓、4層群樓及外圍大面積純地下車庫(kù)組成，各部分均設(shè)三層地下室，基礎(chǔ)埋深為14.718.0m。 1995年，進(jìn)行了基坑土方開挖和33層辦公樓（A1座）樁基施工，辦公樓區(qū)域工程樁總數(shù)約2000根，400的預(yù)應(yīng)力管樁，樁長(zhǎng)約67m，樁頂標(biāo)高約在 23.30m左右，樁中心距為1.2m，設(shè)計(jì)單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1000kN。此后原工程因故停工，基坑廢棄并陸續(xù)被回填。 2003年北京美邦亞聯(lián)公司承接該項(xiàng)目

14、，對(duì)設(shè)計(jì)方案重新進(jìn)行了調(diào)整，定位為辦公、酒店高層建筑及大底盤商用裙房結(jié)構(gòu)的大型綜合性建筑體。其中酒店部分地上34 層，建筑高度128.2m，地下3層，基礎(chǔ)埋深18.20m，位置局部對(duì)應(yīng)于原A1座33層辦公樓。裙房地上35 層，地下3層，框筒結(jié)構(gòu)，樁筏基礎(chǔ)。第40頁(yè)/共80頁(yè)415 5、外接荷載 CCTV第41頁(yè)/共80頁(yè)425 5、外接荷載第42頁(yè)/共80頁(yè)435 5、外接荷載第43頁(yè)/共80頁(yè)445 5、外接荷載第44頁(yè)/共80頁(yè)454 4、外接荷載第45頁(yè)/共80頁(yè)46地震第46頁(yè)/共80頁(yè)47六、厚板有限元計(jì)算改正 （一）筏板計(jì)算前處理 （二）筏板“后澆帶”計(jì)算 （三）筏板計(jì)算后處理第4

15、7頁(yè)/共80頁(yè)48（一）筏板計(jì)算前處理 基礎(chǔ)筏板中厚板有限元計(jì)算前處理特點(diǎn)： (1) 單元尺寸可調(diào)節(jié),能解決任意體量的筏板單元?jiǎng)澐?(2) 調(diào)用上部結(jié)構(gòu)底層柱、墻及筏板上的梁肋構(gòu)成初網(wǎng)格,形成房間 (3) 用四邊形(8節(jié)點(diǎn))及三角形(6節(jié)點(diǎn))高精度等參單元進(jìn)行自動(dòng)加密 (4) 減少人工干預(yù)，增加可操作性第48頁(yè)/共80頁(yè)49工程實(shí)例：北京巴黎城43層，大底盤尺寸210m200m第49頁(yè)/共80頁(yè)50網(wǎng)格劃分圖第50頁(yè)/共80頁(yè)51網(wǎng)格劃分圖（局部）第51頁(yè)/共80頁(yè)52工程實(shí)例：望京B11-1項(xiàng)目B區(qū)34層，大底盤尺寸176m47m第52頁(yè)/共80頁(yè)53網(wǎng)格劃分圖第53頁(yè)/共80頁(yè)54網(wǎng)格劃分

16、圖（局部）第54頁(yè)/共80頁(yè)55（二）筏板“后澆帶”計(jì)算第55頁(yè)/共80頁(yè)56計(jì)算原理 計(jì)算時(shí)分成“后澆帶”前內(nèi)力計(jì)算與“后澆帶”后內(nèi)力計(jì)算。 “后澆帶”前內(nèi)力是按獨(dú)立的幾塊板分開計(jì)算，相互不連接，不傳遞彎矩與剪力。 “后澆帶”后內(nèi)力是按整體計(jì)算彎矩與剪力。 總內(nèi)力是將前后內(nèi)力進(jìn)行疊加。通過(guò)設(shè)置加荷比例系數(shù)來(lái)模擬“后澆帶”澆注時(shí)間。 考慮“后澆帶”的計(jì)算使內(nèi)力更加合理，配筋更加節(jié)省。第56頁(yè)/共80頁(yè)57工程實(shí)例：北京恒富家園第57頁(yè)/共80頁(yè)58設(shè)后澆帶第58頁(yè)/共80頁(yè)59設(shè)置加荷比例系數(shù)l0.0 =不設(shè)l1 .0 =永久設(shè)l0 .5 =完成一半第59頁(yè)/共80頁(yè)60不設(shè)后澆帶（系數(shù)為0）

17、沉降圖連續(xù)第60頁(yè)/共80頁(yè)61不設(shè)后澆帶（系數(shù)為0.5）沉降圖在后澆帶處不連續(xù)第61頁(yè)/共80頁(yè)62（三）筏板計(jì)算后處理 JCCAD提供以下筏板配筋模式： (1)板帶方式配筋； (2)分區(qū)域均勻配筋； (3)新板帶方式配筋（新增）第62頁(yè)/共80頁(yè)63新板帶方式配筋第63頁(yè)/共80頁(yè)64第64頁(yè)/共80頁(yè)65七、七、變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)方法應(yīng)用介紹 對(duì)于高層建筑樁筏、樁箱基礎(chǔ)，按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念是只重視滿足總體承載力和沉降要求，忽略上部結(jié)構(gòu)、承臺(tái)、樁、土的相互作用共同工作特性，采用均勻布樁，甚至對(duì)邊角樁實(shí)施加強(qiáng)，由此導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降呈蝶形分布、反力呈馬鞍形分布，主裙差異變形顯著，基礎(chǔ)整體彎距和核心區(qū)沖切力

18、過(guò)大，雖然基礎(chǔ)板配筋較多，但有的基礎(chǔ)板和上部結(jié)構(gòu)仍有裂縫出現(xiàn)乃至影響正常使用。 針對(duì)上述情況，提出變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)新理念 。第65頁(yè)/共80頁(yè)66調(diào)平設(shè)計(jì)基本內(nèi)涵 基本內(nèi)涵是：首先，考慮框筒、框剪結(jié)構(gòu)的荷載與剛度分布特點(diǎn)和相互作用引起的應(yīng)力場(chǎng)不均，實(shí)施變剛度布樁（視地質(zhì)條件實(shí)施，變樁長(zhǎng)、樁徑、樁距）強(qiáng)化核心區(qū)，弱化核心區(qū)外圍；對(duì)于剛度相對(duì)弱化區(qū)考慮樁土共同分擔(dān)荷載。第66頁(yè)/共80頁(yè)67調(diào)平設(shè)計(jì)作法 對(duì)于主樓裙房聯(lián)體建筑，則按強(qiáng)化主體弱化裙房的原則設(shè)計(jì)，主體采用樁基，裙房則應(yīng)首選天然地基，其次為復(fù)合地基、疏短樁基。 采用JCCAD程序進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)、承臺(tái)、樁、土的共同作用分析，調(diào)整布樁，使差異沉降趨于最小，合理確定箱、筏承臺(tái)的板厚與配筋。 第67頁(yè)/共80頁(yè)68巴黎城單塔計(jì)算（均勻/非均勻布樁）第68頁(yè)/共80頁(yè)69考慮上部的沉降圖（均勻/非均勻布樁）第69頁(yè)/共80頁(yè)70考慮上部剛度的配筋值 均勻布樁 非均勻布樁（mm2/m） X上筋 7679 4955 Y上筋 13733 5992 X下筋 15285 9414 Y下筋 11325 6945第70頁(yè)/共80頁(yè)71例子：威海海悅國(guó)際大廈第71頁(yè)/共80頁(yè)72第72頁(yè)/共80頁(yè)73威海海悅國(guó)際大廈CFG樁復(fù)合地基 海悅國(guó)際大廈由主樓與裙樓組成，主裙樓連體。主樓建筑物地上30層，裙樓地上4層，地下2層，建筑高度99.90M，外框內(nèi)