YJK软件考虑抗浮基础设计演示.docx

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YJK软件考虑抗浮基础设计演示

YJK软件考虑抗浮基础设计演示

1地质资料的输入：

主要作用：

1）进行沉降计算，必须有地质资料；

2）桩土刚度的确定，如果选择【根据地质资料反算】则必须输入地质资料；

3）桩长计算必须根据地质资料;

注意事项（标高关系）

地质资料数据采用独立的坐标系，要通过结构物正负0对应地质资料标高建立与结构物坐标系（上部结构楼层组装表正负0确立的坐标系）的对应关系。

地质资料坐标系：

注意（钻探孔水头标高与抗浮水位标高并无直接的关系，该标高主要用于沉降计算考虑土的浮容重）；

结构物坐标系：

地下水头标高的设置：

筏板底标高设置：

2.沉降计算

沉降参数的设定：

沉降计算一种方法：

单向压缩分层总和法；

基底准永久荷载作用组合作用下某一深度附加应力算法：

布辛耐克解（独基，条基，无桩筏基，承台桩基，桩中心距不小于6倍的桩基）和明德林解（单桩，单排桩，桩距大于6倍桩径的疏桩基础）；明德林解需要考虑相邻桩基相互影响，规范默认取0.6倍桩长；

注意沉降（主要指地基沉降，主要与地基附加应力及各分层弹性模量有关）与位移（主要指基础在上部荷载及地基净反力作用下的变形，主要与基床系数及桩刚度K值有关）的区别：

基床系数及桩刚度K两种模型之间的关系（基本模型与沉降模型）

沉降模型迭代计算基床刚度，主要用于沉降计算，各单元基床刚度各不相同；基本模型不迭代计算基床刚度，各单元基床刚度相同，主要用于地基承载力计算，基础配筋及冲切局压等计算；

基床系数及桩刚度K取值：

3.考虑抗浮作用的基础设计：

1.荷载组合：

1）.标准组合

2）.基本组合：

2.筏板布置

筏板基础一般按筏板定义；

当按防水板定义时，基床系数自动取0，地基压力为0，筏板基础设计按倒楼盖模型设计，不能用于整体抗浮计算，只能用于局部抗浮计算；

3.桩布置

桩定义，当进行地基承载力，基础冲切，沉降等计算时按抗压桩定义，由于目前软件抗浮计算采用非线性分析，抗浮计算时，同时考虑桩的抗压刚度和抗拉刚度，计算不容易收敛，基础配筋出现异常，如抗浮工况起控制作用时建议将桩定义成锚杆来设计；

4.整体抗浮计算结果：

5.（局部抗浮起控制作用）基础配筋结果：

两种布桩方案演示：

（一）柱底抗浮考虑结构自重全部平衡，筏板部位布置纯抗拔桩；

（二）柱底布桩考虑抗拔兼作抗压，筏板布置纯抗拔桩；

两种布桩结果比较：

方案一：

（柱底抗浮考虑结构自重全部平衡，筏板部位布置纯抗拔桩）；整体抗浮满足设计要求；（Gk+PFk）/Nw,k=1.06，局部抗浮亦满足设计要求；桩抗拔承载力之和PFk（kN）=24300；

方案二：

（柱底布桩考虑抗拔兼作抗压，筏板布置纯抗拔桩）；

整体抗浮满足设计要求；（Gk+PFk）/Nw,k=1.12，局部抗浮亦满足设计要求；桩抗拔承载力之和PFk（kN）=31350；

两种方案整体抗浮局部抗浮均满足设计要求，而方案二抗拔桩数量是方案一的1.3倍，显然方案一抗拔桩布桩方案更为经济；两种方案在荷载作用组合1.0（高水）-1.0恒载下验算结构局部抗浮，方案一单桩抗拔力更为均匀；

因此方案一考虑上部结构荷载分布的抗拔桩布置方案为更合理方案；

二、传统设计理念的盲区

 传统设计理念的盲区归纳起来有以下四个方面：

1、设计中过分追求高层建筑基础利用天然地基将箱基或厚筏应用于荷载与结构刚度极度不均的超高层框筒结构天然地基，由此导致基础的整体弯矩和挠曲变形过大，差异变形超标，甚至出现基础开裂。

2、桩筏基础中，忽视桩的选型应与结构形式、荷载大小相匹配的原则将小承载力挤土桩用于大荷载高层建筑的情况，由此导致超规范密布大面积挤土桩，既不能有效减小差异沉降和承台内力，又极易引发成桩质量事故。

3、桩筏基础中，忽视合理利用复合桩基调整刚度分布、减小差异沉降的作用由于荷载分布不均，布桩必然稀密不一，承台分担荷载作用在疏桩区不予利用，必然导致该部分支承刚度偏高，既不利于调平，又不利于节材。

4、桩筏设计中，对利用筏板刚度“调整荷载、桩反力分布及减小差异沉降”的期望值过高筏板对调整荷载和桩反力、减小差异沉降可起到一定作用，但这是以高投入为代价，且效果不理想。

 变刚度调平理念：

一、基本概念：

减小差异变形，降低承台（底板）内力，减小上部结构的次内力优化结构使用寿命，确保结构正常使用功能，达到承台（底板）内力最小化和节约资源的最优化；根据结构荷载集度及刚度（上部结构刚度，底板刚度）调整桩土竖向支撑刚度；采用上部结构——承台（底板）——桩土共同计算分析，以控制沉降变形为中心，乃至控制承台（底板）内力及配筋，最大化减小底板在差异沉降引起的整体弯矩效应。

《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008提出变刚度调平设计理念，其基本思路是：

考虑地基基础与上部结构的共同作用，对影响沉降变形场的主导因素——桩土支承刚度分布实施调整，“抑强补弱”，促使沉降趋向均匀。

具体包括：

1、高层建筑内部的变刚度调平；

 2、主裙房间的变刚度调平。

对于前者，主导原则是强化中央，弱化外围。

对于荷载集中、相互影响大的核心区，实施增大桩长（当有两个以上相对坚硬持力层时）或调整桩径、桩距；对于外围区，实施少布桩、布较短桩，发挥承台承载作用。

对于主裙房间的变刚度调平，主导原则是强化主体，弱化裙房。

裙房采用天然地基时首选方案，必要时采取增沉措施。

当主裙房差异沉降小于规范容许值，不必设沉降缝，连后浇带也可取消。

最终达到筏板上部结构传来的荷载与桩土反力不仅整体平衡，而且实现局部平衡。

由此，最大限度地减小筏板内力，使其厚度减薄变为柔性薄板。

 调平设计过程就是调整布桩，进行共同作用迭代计算的过程。

 变刚度调平设计的标准定义是：

通过调整基桩的竖向支承刚度分布，使桩基沉降趋于均匀，基础或承台内力和上部结构次应力显著降低的设计方法。

 二、变刚度调平的基本原理：

高层建筑地基（桩土）作为上部结构-基础-地基（桩土）体系中的组成部分，其沉降受三者共同的制约。

共同作用的总体平衡方程为：

{[Kb]+[Kr]+[Kps]}[s]=[Pb]+[Pr]

[Kb]

凝聚于基础底板的上部结构刚度矩阵

上部结构，已确定

[Kr]

地基梁板刚度组成的刚度矩阵

基础形式确定，基本已确定

[Kps]

桩，土刚度矩阵

桩土刚度可调

[s]

基础节点位移向量

由对应计算结果确定

[Pb]

凝聚于基础底板的上部结构荷载向量

上部结构，已确定

[Pr]

基础荷载向量

基础形式确定，基本已确定

要使沉降变形趋于均匀，唯有控制桩土刚度，使荷载效应与桩土刚度相匹配；这也是优化高层建筑地基基础设计、减少乃至消除差异沉降的有效、可行而又经济的途径。

 三、总体思路：

 以调整“桩土支承刚度分布”为主线，根据荷载、地质特征和上部结构布局，考虑相互作用影响，采取增强与弱化结合，减沉与增沉结合，刚柔并济，局部平衡，整体协调，实现差异沉降、承台（基础）内力和资源消耗的最小化。

1、调整桩土支承刚度，使之与荷载匹配根据建筑物体型、结构、荷载及地质条件，选择桩基、复合桩基、刚性桩复合地基，合理布局，调整桩土支承刚度，使之与荷载匹配。

对于荷载分布极度不均的框筒结构，核心筒区宜采用常规桩基，外框架区宜采用复合桩基；对于中低压缩性地基，高度不超过60m的框筒结构，高度不超过100m的剪力墙结构，可采用刚性桩复合地基或核心筒区局部刚性桩复合地基；通过变化桩长、桩距调整刚度分布。

 2、减小各区位应力场影响为减小各区位应力场的相互重叠对核心区有效刚度的削弱，桩土支承体布局宜做到竖向错位或水平向拉开。

采取长短桩结合、桩基与复合桩基结合、复合地基与天然地基结合以减小相互影响，优化刚度分布。

 3、考虑桩土相互作用影响，采取强化指数，考虑桩土的相互作用效应，支承刚度的调整宜采用强化指数进行控制。

（1）核心区强化指数宜1.05～1.30；外框为二排柱者应大于一排柱，满堂布桩者应大于柱下和筒下布桩，内外桩长相同者应大于桩长不同、桩底竖向错位、水平间距较大的布局。

（2）外框区的弱化指数宜为0.95～0.85；外框区的弱化指数根据核心区强化指数越大，相应的弱化指数越小的关系确定。

在全筏总承载力特征值与总荷载标准值平衡的条件下，控制核心区强化指数，外框区的弱化指数随之实现。

（强化指数：

为【抗力比】与【荷载比】之比）

桩基是高层建筑的主要基础形式，然而不是桩基就能圆满解决差异沉降问题。

【但桩是调整支承刚度分布的、灵活有效的竖向支承体，因此变刚度调平设计是桩基础优化设计的核心内容】