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第十一章:扩展基础的设计

  本章将为用户介绍如何简单、高效地设计扩展基础。 

  例题源文件请在这里下载:http://pan.baidu.com/s/1dFkwaIl

任务

  根据“中国—建筑行业(JGJ)”,设计扩展基础。立柱将上部结构的荷载传递给基础,包括:N, Hx,Hy,Mx,My。基础两侧地面水平,地基土由中密、含细粒土砂构成,在深度 Z>6.0m 处为弱风化板岩。地下水的埋藏深度为 z=6.0m,基底埋深为 z=2.5m。

图10.1.png

图 11.1 扩展基础算例

计算

  运行“GEO5 扩展基础设计”软件(2017 版),首先输入各项基本参数。

  「分析设置」界面→「选择分析设置」,选择“中国—建筑行业(JGJ)”。

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图 11.2 选择计算依据的规范

  “分析类型”选择“排水条件分析”,勾选“不计算沉降”,如图 11.3:

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图 11.3 分析类型与沉降计算的设置 

注:通常情况下,当验算扩展基础在排水条件下的稳定性时,即计算时采用岩土材料的有效参数(Φef,Cef。而当地基土为粘性土或地基土受短期荷载作用时,则采用岩土材料的总应力参数(Φu,Cu,由总应力法可知,此时,Cu为不排水抗剪强度。

  下一步,根据表 11.1 和图 11.1 定义「岩土材料」、「剖面土层」,并通过「指定材料」界面将定义好的岩土材料指定给相应的土层。

表 11.1 岩土材料参数

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  下一步,选择「基础」界面。如图 11.4 所示,“基础类型”选择“方柱下独基”,输入“基础剖面尺寸”,并输入回填土的容重,即“基础上覆土的容重”。设置基础尺寸时也可以在图形界面中通过 “动态标注”功能来设置,该方法往往更加简便和直观。

图10.4.png

图 11.4 「基础」界面 

注:基础的埋置深度受地层岩性、气候、水文、建筑选址等一系列因素影响。我国“建筑地基基础设计规范(GB50007-2002) - 5.1 基础埋置深度”对基础的埋深做出了一系列的规定,用户在设计时可以参考。进行承载力验算时,基础埋置深度采用基础底面至设计地面的最短距离。

  下一步,选择「荷载」界面→「添加」,输入作用在基础上的力和弯矩:N,Hx,Hy,Mx,My。

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图 11.5 「荷载」界面 

注:以上荷载值是由结构分析软件计算得出的设计值,我们也可以通过界面上的「导入荷载」直接导入。用户计算中(如沉降计算)如需使用标准值,点击界面中的「标准值」选项,软件将自动生 成相应的标准值荷载,命名为“编号 1 荷载标准值”,如图 11.6。

注:在 GEO5 的“扩展基础”“单桩设计”“群桩设计”等软件模块中,输入的荷载并不受分析设置中分项系数的影响,采用何种荷载组合来验算基础的承载力和沉降完全由用户自己决定,因为在最后的分析界面中用户可以自己选择想要验算的荷载组合。在 GEO5 中软件采用被标注为设计值的荷载 验算承载力,采用没有标注设计值,即标准值,验算沉降。根据建筑地基基础设计规范,要求承载力验算采用标准组合,沉降验算采用准永久组合。那么,在实际使用中,我们可以将标准组合荷载以设 计值输入,准永久组合荷载以标准值输入。

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图 11.6 根据设计值生成标准值

  下一步,选择「材料」界面,输入扩展基础的钢筋混凝土材料:

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图 11.7 「材料」界面

  跳过「超载」界面,本算例中基础附近无超载存在。

注:基础周围存在超载时会影响地基沉降以及基础转角的计算,但对承载力验算无影响。因为超载作用会增加基底土体的应力,提高地基竖向承载力,为有利作用。因此,计算承载力时不考虑超载作用, 并且如今也没有理论支持如何计算超载影响下的地基承载力。

  下一步,选择「地下水位+地基」界面,地下水位离天然地面深度为 6.0m。

图10.8.png

图 11.8 「地下水位+地基」界面

  由于基底土层为无粘性、渗透性好的中密含细粒土砂,本算例中不需添加「砂砾石垫层」。

  下一步,选择「工况阶段设置」界面,选择“持久设计状况”。

基础尺寸设计 

  接下来,打开「尺寸」界面,点击「基础尺寸设计」按钮,软件将自动计算出满足设计要求的最小基础尺寸。

  在「基础尺寸设计」界面中,用户可以“输入”地基承载力 Rd 的值(修正后的地基承载力特征值),求得基础尺寸。本算例中我们选择“分析”选项。软件将根据岩土材料参数、基础尺寸,并结合相关规范,自动计算出地基承载力,从而求得满足承载力要求的最小基础尺寸。

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图 11.9 「尺寸」界面 

注:设计轴心受压或偏心受压基础尺寸时,应保证基底最大压应力满足地基承载力的要求,且基础尺寸尽量小。当用户选择“输入”选项时,软件会根据用户输入的地基承载力 Rd 值(修正后的地 基承载力特征值)给出基础尺寸的设计方案。

  下一步,选择「承载力验算」界面。

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图 11.10 地基承载力验算

得出承载力验算的结果:

  —  竖向承载力利用率:93.1%;

  —  水平承载力利用率:9.7%。 故地基承载力满足要求。

注:如果输入的荷载中有上拔荷载,软件还会验算基础的抗拔承载力。

  选择「截面强度验算」,调整 x、y 方向上的配筋,直至截面强度验算满足要求:

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图 11.11 截面强度验算 

注:默认情况下,软件会自动选择最不利荷载工况进行验算。当然,用户可以通过新建多个分析来验 算并保存不同荷载工况作用下的计算结果。

结论

  经过尺寸设计和调整配筋后,扩展基础满足承载力验算和截面强度验算。

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