基础:山地不等高、倾斜基础设计 字体:大 中 小

基础: 山地不等高、倾斜基础设计

 

工程中基础不等高较为常见。基础不等高时,不同高度内的地基变形,使基础内力分析非常复杂。不等高基础的计算,需要包含上部结构的协同模式。

作为三维图形软件,STRAT程序组织和机制,完全适应不等高基础、倾斜基础的设计和计算。利用软件的三维图形功能,能实现任意基础型式的建模和计算。这里介绍操作注意事项和技巧。

    基底内力准备

不等高基础的在Archi显示基底内力时,需要选中“支座反力”项,这样所有高度层面的柱底内力,均输出到FrBt文件中,供前处理Prep设计基础。

    自动布设基础梁

该功能自动将非底层的柱、墙向基础面延伸。但不能复制上一层的楼面梁为基础梁。如果需要设置基础梁,需要手工输入,或者从上一层楼面复制。

当各个部分的“柱底距基础底面距离”不同时,直接拉伸(Stretch)基础墙柱到合适的长度。
   
(操作技巧:XY平面内实现三维复制。在XY平面内,过滤选择梁,任点一点作为第1基准点,提示输入第2基准点时,在命令行内输入偏移量“@0,0,-5”,即实现楼面梁向基础面内的复制)。

    基底约束

基底不等高结构,柱底高度z¹0处需设置嵌固约束(水池、筒仓等除外)。设计基础时,这些基底约束仍需保留,但需将6自由度全部约束的“嵌固”类型,改为水平嵌固、竖向自由度的约束类型(1,1,0,0,1)。即约束住xy平动Dx、Dy和绕z转动qz,另外3个自由度保留。
  
(操作技巧:不另外设一个新约束,而用新约束替换已有嵌固约束,这样不需要再次选择柱角加约束)

    楼层设置和高度控制显示

虽然基础可以直接三维操作,但设置独立、条基,形成底板超元等,还是在XY平面内更方便,不等高基础需要妥当设置设置楼层。

以最低处为0层(模型z=0面),最低处基础面为-1层,这样使得所有上部结构均位于0层以上。楼层的划分,按照上部结构的特点。当存在局部夹层、错层时,宜多设楼层以方便操作。

由于基础面位于柱底之下,基础面与楼层面多数情况下不一致,需要利用软件“高度显示控制”功能。位于两个楼层面之间的浅基础底面,设置高度控制,并选择基础模式显示。

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图a、基底不等高,混合基础,基础高度控制显示,底板与地外墙相连

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图b、底层局部层高不同

 

如图a所示结构,设高度下限为该处的基础底面(z=3.0),设高度上限为该处的柱底标高(z=4.2),选择基础模式,则只显示浅基础底面内的底板、基础,以及其上的基础柱、侧墙。在XY平面显示状态下,当前高度即为浅基础处的高度(z=3.0),可以很方便、如同等高基础一样进行设计基础、绘制基础梁、形成基础底板超元操作。

高度控制同样可以处理示底层局部层高不同的情况,如图b所示结构。

    底板、地外墙相连

浅基础底板(防水板)与主体楼面高度不一致,一般直接与主体的地外墙中间相交,如图a所示情况。需要采取措施,使侧墙、底板可靠连接,确保相互之间能够传递荷载、变形协调。

如果地外墙用超元模拟,或者放置在“地外墙-”图层内由程序自动转换为超元,一般不需要处理。超元剖分时能自动与边界节点协调(STRAT基本功能),只要底板边界在完全贯通各个地外墙,网格剖分时均能自动断开,如图c所示。

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图c、“地外墙-”与浅基础底板通过单元剖分后相交

 

如果地外墙直接用墙单元计算,由于墙不剖分,墙需要在底板高度处断开(交点分图,TransDot, ts, )。也可以简化处理,将浅基础直接布置在柱底高度处,这样在层高相同时,底板与侧墙之间不需要特别断开,如图d所示。

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图d、浅基础简化处理,直接布置在柱底标高

 

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工程例1:底层地下室内收

有多层地下室,主体部分地下室比裙房部分比多一层,如图d所示。主体部分采用桩筏基础,裙房部分采用天然浅基础。

楼层设置依据主体部分,主体桩筏顶面为0层,桩筏底面为-1层,这样主体部分的桩筏基础按照常规结构的方式处理。裙房部分的地下室,无论层高是否与主体相同,均不需要外设置楼层,通过高度显示控制操作。按照前面介绍的方式,主体部分柱下承台桩(无承台板),核心筒下设计群桩。裙房部分,柱下设独立基础,周边设墙下条形基础,独基、条基之间设防水底板。

该结构是桩基、天然混合基础。筏板、防水板不参与地基承载,需要放置于“FSB-”、“ZFB-”专用图层内。柱下独基、墙下条基由于位于Z=0标高以上,需要放置于含“JC-”字符的图层内。混合基础不同于沉降控制复合基础,计算地基沉降时,可以选择是否考虑天然地基、桩基之间的土体附加应力的叠加。

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    底层局部地下室                              桩、天然混合基础布置           

 

由于局部地下室内收,地外墙分布较为复杂。只要这些外墙在“地外墙-”图层之内,程序能够识别这些墙体,根据结构布置情况判断其内外方向,并施加侧向水压、土压。

 

工程例2:顶板、底板同时不等高

山区大体量地下室,依据地势变化,顶板、底板同时不等高。可以有两种设计方式:A) 将地下室分成多段,段内顶板、底板水平,各段之间有高差;B) 一种是依地势高低,直接做成倾斜的顶板、底板。这两种结构方式,均可以很方便实现建模计算。

更简便、有效的方式,是先按照平面建模,结束之后再一次性选择顶板、底板上下移动,实现不等高基础的建模。然后再处理边界,添加顶板边界梁,处理地下室边界侧墙。

三维移动结构之前,尽可能建模完善,减少后续的直接三维操作。如顶板采用板式楼盖、空心板楼盖时,生成大板、柱帽、暗梁的超元。如基础底板,生成独基、条基、桩基等基础构件,生成防水板、筏板超元。

图a是水平建模的地下室结构。

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图a、按水平建模的地下室结构(红线之内抬高1m,右侧再抬高2m)

 

A) 分段、有高差地下室

在三维图形状态下,直接将顶板、底板连同侧墙,一次性向上移动,实现不等高结构模型。

这种结构的关键在于处理有高差顶、底板的衔接问题。顶板边界,在高差较小时一般采用一梁双板,可以采用超元梁,如下图b所示。底板边界。底板边界处为地下室外墙,按常规方式输入剪力墙,放置于“地外墙-”图层内。利用软件的关于地外墙的处理机制,能自动进行网格协调、自动施加侧向土压和水压(参见前面不等高基础的处理)。

相应地,高差边界处,顶板须按照板边的方式设计板式楼盖,底板宜采用地外墙下的条形基础不不宜采用柱下独基。顶板、基础、侧墙STRAT的模型,如图c所示。

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图b、顶底板同时移动实现结构高差

 

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图c、分界线侧边底板、基础结构

 

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B) 顶板、底板倾斜

顶板、底板倾斜,直接通过倾斜拉伸命令实现(菜单:编辑->拉伸(倾斜)。StretchSlop,St。)。同时选中顶板、顶板、侧墙,一次性倾斜拉伸即可。对于倾斜基础板,需针对根据基础形成的超元进行,而不能直接针对独基、条基,因为后者隐含是水平的。

由于倾斜度不大,顶板、底板在边界处采用原结构,平滑过渡。如底板在边界处采用柱下独基,顶板在边界柱直接设一个柱帽,如图d所示。

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顶底、底板倾斜

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图d、顶板、底板倾斜地下结构

综合两种地下室倾斜方式,但纯从结构角度,很明显后一种倾斜方式,结构构造简单、用料节省,地基处理也简单,更为经济有效。

但需要注意,倾斜基础需要地基的抗滑能力,即考虑地基摩擦力与基底总内力的比值。可以根据基底总内力直接手工复核。