平板式筏基計(jì)算方法的探討及應(yīng)用

1、.平板式筏基計(jì)算方法的探討及應(yīng)用0GY1NFORMA0N平板式筏基計(jì)算方法的探討及應(yīng)用劉亮(深圳華森建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司廣州分公司廣州510045)工程技術(shù)摘要:隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,城市里高層建筑也在迅猛發(fā)展,且大部分都是住宅,賓館或辦公寫字揍型的高層建筑.這類建筑,柱一布置一觳比較規(guī)整,柱荷裁不大,上部建筑結(jié)構(gòu)剮度比較好.其基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)過程中,需要著重考慮基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)條件結(jié)構(gòu)選型(樁基.樁筏基.筏基等形式),天然地基的充分利用和解決相鄶建筑物基礎(chǔ)沉降影響等問題.關(guān)鍵詞:平板式筏基計(jì)算方法中圖分類號:TU7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-3791(2o10)06(a)一002802現(xiàn)有

2、的筏板基礎(chǔ)有限元計(jì)算程序,一一般均采用薄板彎曲單元對筏板基礎(chǔ)進(jìn)行離散,可考慮節(jié)點(diǎn)荷載和作用在單元上的分布荷載.為了更準(zhǔn)確地計(jì)算筏基的內(nèi)力,我們在分析中考慮了板中橫向剪切變形的影響,并在程序中采用九節(jié)點(diǎn),薄板通用的平板彎曲單元.九節(jié)點(diǎn)厚薄板通用的平板彎曲單元用于薄板和中等厚度板彎曲問題,均有計(jì)算收斂性好,精度高的特點(diǎn),是一種性能良好的厚,薄板通用的平板彎曲單元.該單元也可有效地用于板結(jié)構(gòu)在局部分布荷載作用下的分析,分析時(shí)取單元尺寸/C應(yīng)小于2.53.0(2C×2C為局部荷載作用范國).當(dāng)用等值的集中荷載代替作用在板上的局部分布荷載進(jìn)行計(jì)算工程中應(yīng)用較為廣泛的Winkler地基模型,一般

3、認(rèn)為,如選擇合理的基床系數(shù),把筏板基礎(chǔ)作為Winkler地基上的板進(jìn)行分析,內(nèi)力計(jì)算結(jié)果是可信的.根據(jù)土與結(jié)構(gòu)共同作用的分析原理,可得到如下方程:(【kr】+【ks】)6=F其中Kr為筏基的剛度矩陣Ks為土介質(zhì)的支承剛度矩陣;6為節(jié)點(diǎn)位移列向量;F為荷載列向量.求解上述方程,得到節(jié)點(diǎn)位移.有了節(jié)點(diǎn)位移,就可以得到節(jié)點(diǎn)內(nèi)力,根據(jù)內(nèi)力,按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行配筋設(shè)計(jì).為了獲得較為理想的節(jié)點(diǎn)內(nèi)力,對于剪力,需先計(jì)算高斯點(diǎn)的值,再外推得到節(jié)點(diǎn)的值所有內(nèi)力均采用繞點(diǎn)平均法整理輸出.1平板式筏基的設(shè)計(jì)條件及計(jì)算基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),必須滿足以下三個(gè)條件的要求.基礎(chǔ)承受的荷重,不得超過地基的允許承載力,以保證安全.

4、基礎(chǔ)的總沉降量及差異沉降量必須控制在一定限值之內(nèi),以保證上部結(jié)構(gòu)不致?lián)p壞.必須預(yù)先估計(jì)新建房屋本身及其任施工過程中的必要操作對毗鄰房屋的影響,以便采取必要的保護(hù)措施.在保證安全使用的條件下,還要考慮它的綜合經(jīng)濟(jì)效果.要求工期短,費(fèi)用省,而這個(gè)費(fèi)用和工期都不是儀僅考慮基礎(chǔ)的本身,而是考慮到整個(gè)建筑物的建造和運(yùn)行.在確定基礎(chǔ)型式時(shí),應(yīng)當(dāng)通盤考慮地基,基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的剛度以及施工順序,恰當(dāng)?shù)毓烙?jì)在整個(gè)施工和使用過程中町能發(fā)生的基礎(chǔ)沉降及差異沉降.在此僅析天然地基上平板式筏基的設(shè)計(jì)條件:在天然地基上應(yīng)用平板式筏基,除了以上所述的條件外,最重要的是上部建筑荷載組合F總體軸力,彎矩等作用下,基底的最大壓應(yīng)

5、力必須小于修正后地基承載力.這類筏基絕大部份是作為補(bǔ)償式基礎(chǔ),只要持力層承載力高,又無軟弱下臥屋,且建筑面積的剛度中心與基礎(chǔ)形心接近或重合時(shí),均可考慮采用平板式筏基.2平板式筏基的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案選擇高層建筑常用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式為樁基礎(chǔ),采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ),以強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為樁端持力層,由于場地基巖埋深相對較淺,地下室開挖后,最短有效樁長僅為2m左右,且場地局部地段在殘積層中存在中風(fēng)化巖孤石,對預(yù)應(yīng)力管樁施工帶來困難.采用人工挖孔樁基礎(chǔ),以中微風(fēng)化花崗巖為樁瑞持力層,人工挖孔樁成孔時(shí)要穿過堅(jiān)硬=卜層進(jìn)入穩(wěn)定,完整的基巖,需要降水和爆破,且要等到齡期后才能進(jìn)行樁的檢測和驗(yàn)收,施工周期長

6、,工程投資高,同時(shí),人_:挖孔樁還存在施工危險(xiǎn)性高,容易對周邊建筑物造成影響等缺點(diǎn).2.2筏板基礎(chǔ)的平面布置量使建筑物重心與筏基平面的形心霞合.筏基邊緣宦外挑,挑出寬度應(yīng)由地基條件,建筑物場地條件,柱距及柱荷載大小,使地基反力與建筑物重心重合或盡量減少偏心等因素綜合確定,一般情況下,挑出寬度為邊跨拄距的1/4l/3.2.3選用恰當(dāng)?shù)牡鼗Ｐ秃陀?jì)算方法一個(gè)筏基可以包括有多個(gè)獨(dú)立的受力系統(tǒng):一是底板,另外就是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng).底板的板底應(yīng)力應(yīng)符合公式的要求:Pkmm=(Fk+Gk)1.2fa平板筏基的內(nèi)力分析,理論上有剛性板法和彈性地基梁,板法.對于剛性板法,它可按倒樓蓋的假定進(jìn)行設(shè)計(jì),以板底凈反力作

7、為分布荷載,柱(墻)視為支座進(jìn)行內(nèi)力分.計(jì)算筏板由局部彎曲引起的內(nèi)力.雖町以不考慮整體彎曲,但在端部附近范圍內(nèi)擬增大基底反力10%20%;對于相鄰柱問荷載與柱問距變化不大時(shí),也可采用條帶法計(jì)算.對f彈性地基梁,板法,由于計(jì)算元素?cái)?shù)量多,運(yùn)算工作量大,通常采用計(jì)算機(jī)程序輔助設(shè)計(jì).將筏板設(shè)成兩種基本單元舸肜彎曲板單元和板架梁單元,并提供三種地基模型:(1)文克爾地基模型;(2)分層總和法(義稱有限壓縮層)地基模型;(3)有樁基約束的地基,即復(fù)合地基模型.根據(jù)不同的土層地質(zhì)情況.選用相應(yīng)的地基模型:文克爾地基模型,適用于軟土地基,壓縮層較薄的地基,砂土地基等,在實(shí)際使用時(shí),重28科技資訊SCIENC

8、E&TECHNOLOGYINFORMA-ION要的是選用適當(dāng)?shù)幕蚕禂?shù).分層總和法地基模型,適用于地基較復(fù)雜,地基剛度變化大或需要計(jì)算沉降值的基礎(chǔ).復(fù)合地基模型,較適用于筏板下有樁的情況.筏板的板厚,按現(xiàn)行規(guī)范提供的沖切計(jì)算公式確定.筏板厚度須滿足沖切承載力要求,且應(yīng)驗(yàn)算距內(nèi)筒邊緣或柱邊緣h處筏板的受剪承載力.當(dāng)筏板厚度有變厚時(shí),還應(yīng)驗(yàn)算變厚處筏板的受剪承載力.2.4筏板基礎(chǔ)厚度的確定筏板基礎(chǔ)的厚度由抗沖切和抗剪強(qiáng)度確定,同時(shí)要滿足抗?jié)B要求,局部柱距及柱荷載較大時(shí),可在柱下板底加墩或設(shè)置暗梁且配置抗沖切箍筋來增加板的局部抗剪切能力,避免因少數(shù)柱而將整個(gè)筏板加厚.除強(qiáng)度驗(yàn)算控制外

9、,還要求筏板基礎(chǔ)有較強(qiáng)的整體剛度.一般經(jīng)驗(yàn)是筏板的厚度按地面上樓層數(shù)估算,每層約需板厚50mm80mm.本工程塔樓地上21層,筏板厚度為1100ram;部分軸力較大的柱,柱下板底加柱墩厚度為16OOmm.2.5筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力分析筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力分析常用簡化計(jì)算方法,其最基本的特點(diǎn)是將由上部結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)和地基3部分構(gòu)成的一個(gè)完整的靜力平衡體系,分割成3個(gè)部分,獨(dú)立求解.倒樓蓋法是應(yīng)用得最廣泛的一種簡化計(jì)算方法.倒樓蓋法適用于地基比較均勻,筏板基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)剛度相對較大,柱軸力及柱距相差不大;其缺點(diǎn)是完全不能考慮基礎(chǔ)的整體作用,也無法計(jì)算撓曲變形,夸大上部結(jié)構(gòu)剛度的影響.上部結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)和地基三者的關(guān)系

10、是相互影響,相互制約的關(guān)系.把上部結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)和地基三者作為一個(gè)共同工作的整體的計(jì)算方法,其最基本的假定是上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ),基礎(chǔ)與地基連接界面處變形協(xié)調(diào),整個(gè)體系符合靜力平衡.對于基礎(chǔ),由于考慮了上部結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn),使其整體彎曲變形和內(nèi)力減小,而取得較為經(jīng)濟(jì)的效果;對于上部結(jié)構(gòu),由干考慮了因基礎(chǔ)變形引起的變形,這種變形將使上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次應(yīng)力,考慮了這種次應(yīng)力,結(jié)構(gòu)將更安全.現(xiàn)行建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中,對平板式筏基的計(jì)算及構(gòu)造作了詳細(xì)的規(guī)定.鋼筋的配置,平板式筏基柱下板帶和跨中板帶的底部鋼筋應(yīng)有1/21/3貫通全跨,且配筋率不應(yīng)小于O.15%;頂部鋼筋應(yīng)按計(jì)算配筋全部連通.為加強(qiáng)筏板的強(qiáng)度,H丁沿柱網(wǎng)下

11、增設(shè)暗梁,每側(cè)比柱寬出(下轉(zhuǎn)30頁)是藝術(shù)鑄造的常用材料,其著棕色的工藝配方也較多,表3列出其中兩種.表中配方1和2得到的棕色比較均勻,光亮,但是配方2只需要在室溫下進(jìn)行,并且著色時(shí)間相對較短,因而其效率更高.2.4仿金色銅及其合金的可以通過電解著色得到仿金色(表4).將鑄件作為陰極,電解液中檸檬酸和銅離子形成絡(luò)合離子,通電后在陰極發(fā)生沉積生成氧化亞銅色膜.隨電解時(shí)間變化銅陰極顏色也發(fā)生變化,可得到紫紅色,淡黃色,金黃色,橙黃色,粉紅色等各種色彩的變化,一般2minR可得到金黃色.電流密度較小時(shí),色彩變化速度慢;電流密度較大時(shí),色彩變化速度快.所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中,應(yīng)根據(jù)所需時(shí)間嚴(yán)格控制電流密

12、度大小來獲得所需的顏色.3影響著色的工藝參數(shù)3.1主鹽濃度的影響膜層顏色深淺和光澤與主鹽濃度有很大關(guān)系.以黃銅著棕色為例,來看表3中配方1的兩種主要成分的影響,在其他成分不變的前提下,增加高錳酸鉀的量會使著色層變黑,若增加硫酸銅的量則會使膜層偏紅.所以要得到標(biāo)準(zhǔn)的顏色,主鹽的濃度要有一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?3.2溫度的影響著色是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)過程,因而外界條件溫度對其影響也是較大的.一般來說溫度越高,反應(yīng)速度加快,所需著色的時(shí)間可以短一些,或者容易得到更厚,更深顏色的膜層.有些著色反應(yīng)很難(上接28頁)50mm,梁高與板厚相同,利用筏板配筋作為暗梁縱向鋼筋,布置一定量的箍筋.以構(gòu)成柱下暗梁.

13、平板式筏基板厚往往比較厚,宜每隔20m40m設(shè)置后繞帶,或按超長超寬大體積混凝土的進(jìn)行無縫設(shè)計(jì)與施工.平板式筏基具有許多優(yōu)點(diǎn),它能最大限度地發(fā)揮地基的承載力,并且具備足夠的剛度以調(diào)整不均勻沉降,或跨越地基局部的小溶洞或溶槽.它結(jié)構(gòu)簡單,施工方便,工期短,對于上部建筑較規(guī)整的柱網(wǎng)和柱(墻)荷載不大的情況下,選用平板式筏基最為適宜;在當(dāng)采用條基或交叉梁基礎(chǔ)難以滿足地基承載力或變形要求時(shí),平板式筏基是一種很好的選擇.高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán),其設(shè)計(jì)合理與否,關(guān)系到建筑物的安全和使用及施工工期和投資額度.3平板式筏基計(jì)算方法的應(yīng)用3.1工程地質(zhì)概況本工程設(shè)地下室1層,塔樓地上2O層,采用

14、剪力墻結(jié)構(gòu).根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,場地土層分布自上而下分別為:(1)人工填土層,厚度0.5m3.0m(2)沖洪積土層,厚度0.60m;(3)可塑狀殘積土層,厚度1.6m8.30m,標(biāo)貫擊數(shù)為816擊;(4)硬塑狀殘積土層,厚度2.2m12.0m,標(biāo)貫擊數(shù)為l829擊;(5)巖石全風(fēng)化帶,厚度2.40m8.60m,標(biāo)貫發(fā)生,需要在較高溫度才能生成均勻的膜,例如表3中的配方1.但是溫度過高,往往也會帶來一些副反應(yīng),反應(yīng)過快導(dǎo)致著色膜疏松,可能引起著色液成分的分解等.所以,每種著色工藝配方應(yīng)該要有一個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟确秶?目前發(fā)展趨勢傾向于開發(fā)常溫條件下的配方工藝.3.3著色時(shí)間的影響時(shí)間也是影響著色效果

15、的一個(gè)重要因素.在其他條件不變的情況下,可以用時(shí)間來判斷著色結(jié)果,即根據(jù)膜的厚度和顏色的要求來確定著色時(shí)間.黃銅在著棕色時(shí)應(yīng)控制好時(shí)間,時(shí)間過長將可能得到疏松黑色的膜層.應(yīng)根據(jù)著色工藝配方以及其他工藝條件來確定合適的著色時(shí)間.3.4預(yù)處理對著色的影響著色前的預(yù)處理非常關(guān)鍵.打磨拋光會使藝術(shù)鑄件獲得較為均勻,光亮的膜層,顏色也較為鮮艷,可保證著色的質(zhì)量.拋光可以使用機(jī)械拋光,化學(xué)拋光,電化學(xué)拋光等.除油去掉工藝品表面的油脂,一來防止雜質(zhì)污染著色液,還可以使銅與著色充分接觸,加強(qiáng)著色膜和銅基體的結(jié)合力.酸洗活化也是必要的前處理,酸洗可除掉表面不均勻的氧化皮,獲得銅及銅合金的真實(shí)表面,化學(xué)反應(yīng)可以順

16、利進(jìn)行,得到穩(wěn)定的著色膜.3.5后處理對著色膜的影響后處理有包括對著色膜的刷洗,干燥,上漆等.假如得到的著色膜有沉渣或者浮灰,應(yīng)用濕布或刷子將其刷掉.此外刷洗還可以增加著色效果,像著古銅色,一般要將著色膜刷掉或磨掉一層才會得到古銅色的效果.鑄件清洗后要進(jìn)行干燥,然后涂層有機(jī)清漆,擊數(shù)為3046擊;(6)巖石強(qiáng)風(fēng)化帶,厚度0.60m12.Om,標(biāo)貫擊數(shù)為5065擊;(7)巖石中風(fēng)化帶,厚度1.1Om2.13m,天然單軸極限抗壓強(qiáng)度24.55MPa49.55MPa;(8)巖石微風(fēng)化帶,厚度1.Om1.60m,天然單軸極限抗壓強(qiáng)度43MPa120MPa.3.2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案選擇高層建筑常用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型

17、式為樁基礎(chǔ),本工程巖土工程勘察報(bào)告中建議基礎(chǔ)型式采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)或人工挖孔樁基礎(chǔ).(1)采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ),以強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為樁端持力層,由于場地基巖埋深相對較淺,地下室開挖后,最短有效樁長僅為2m左右,且場地局部地段在殘積層中存在中風(fēng)化巖孤石,對預(yù)應(yīng)力管樁施工帶來困難.(2)采用人工挖孔樁基礎(chǔ),以中微風(fēng)化花崗巖為樁端持力層,人工挖孔樁成孔時(shí)要穿過堅(jiān)硬土層進(jìn)入穩(wěn)定,完整的基巖需要降水和爆破,且要等到齡期后才能進(jìn)行樁的檢測和驗(yàn)收,施工周期長,工程投資高,同時(shí),人工挖孔樁還存在施工危險(xiǎn)性高,容易對周邊建筑物造成影響等缺點(diǎn).本工程塔樓基礎(chǔ)占地面積2230m,塔樓總荷載重量為530260kN,即要求地

18、基平均承載力為238kPa.從地層剖面及巖土性質(zhì)分析,地下室開挖后板底標(biāo)高下的巖土層為硬塑狀殘積土,標(biāo)貫擊數(shù)為1829擊,經(jīng)深度及寬度修正后,地基承載力特征值fa300kPa,可滿足要求.地基的驗(yàn)算包括地基3O科技資訊SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION工程技術(shù)提高著色膜的耐候性和穩(wěn)定性.4結(jié)語轉(zhuǎn)化膜著色是銅藝術(shù)鑄件是表面處理技術(shù),不同著色配方可得到不同顏色膜層,本文概述幾種典型的銅及銅合金著色工藝配方,可得到古銅色,黑色,棕色,仿金色等金屬工藝品的流行色調(diào).此外,著色膜的的質(zhì)量還和著色過程的工藝參數(shù)有很大關(guān)系,所以必需控制適當(dāng)?shù)闹褐鼷}濃度,溫度,時(shí)間,以及對藝術(shù)鑄件進(jìn)行適當(dāng)?shù)那疤幚砗秃筇幚聿僮?參考文獻(xiàn)1T.J.Richardson,J.L.SlackandM.D.Rubin.ElectrochromisminCoDperOxideThinFilmsJ】.ElectrochimicaActa,V