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建筑结构设计优化及实例

发布日期:2019-03-14


前言: 出去实习2 个月,感触很深,明白很多东西,不只是专业方面。3 长沙继续找个单位实习还是继续提升理论+考证呢,他建议我选择后者。于是买了这本书,花了3 天时间把整本书读完,用手一个字一个字的把一些重点打在word 文档中,并附带一 些自己的理解。 结构设计,就是要模拟真实的受力,实事求是,会用极端的方法去定性分析;知道结构 或构件的传力过程,且尽可能的短。而所谓的优化设计,就是更好的控制结构或构件变形, 更好的传递力,更好的物尽其用,更好更合理的“瘦身”成功。 在接下来的10 天左右的时间里,我还会继续读一些书,包括写一篇:sap2000 与pkpm 异同的文章,然后专心考证,写论文,找工作。希望与大家一起共勉。也向本书的作者:徐 传亮、光军老师表示感谢。 1.p8:基础原设计为桩筏基础,结构设计优化改为桩基础,设置两桩承台、三桩承台、四桩承 解读:基础传力,传递路径最短越省材料,但前提是能保证总沉降值与不均匀沉降值;桩筏基础比桩基础多了一块整体筏板,使得本可以局部受力变成整体受力,传递力的途径增 加,也即浪费材料,但对控制不均匀沉降有帮助。 一般来说,若总沉降与不均匀沉降满足要求,也满足地基承载力,天然基础的经济性要 优于桩基础,因其施工方便,周期短,费用相对便宜。 2.p8:结构设计优化的主要内容为:取消了2 道纵向剪力墙,框架柱断面进行了适当调整, 并沿高度适当收进截面,部分框架梁高度减小了50mm,梁配筋时取消了增大系数1.1. 解读:取消了 道纵向剪力墙,估计是纵向刚度富余,从层间位移角可以看出,且是取消内部的剪力墙,因其对抗扭刚度小,对水平力作用时的抗倾覆变形贡献小(内部墙力臂 小),取消的2 到道墙应该是对称位置的,如果只取消一道墙或者不对称取消,则抗扭不利, 扭转变形大,会出现位移比通不过,超筋等现象。 框架柱断面进行了适当调整,并沿高度适当收进截面;因为柱截面在低烈度区一般都 是轴压比控制,上面一些层数柱子的轴力比较小,配筋率也比较低,在不影响层间位移角的 前提下,可以缩小截面,但所小后的截面要满足规范对柱截面的要求。 部分框架梁高度减小了50mm,梁配筋时取消了增大系数 1.1.:梁高度减小 50mm,估 计梁的配筋率偏小或者梁高减小 50mm 后,在配筋率合理的前提下,可以少配或者不配腰 一般,梁高要是比建筑允许梁高小200mm以内,则把梁高做成和建筑允许梁高一样, 因为梁上做过梁,过梁上放填充墙,不方便施工且不经济,本工程可以把梁高减小50mm, 估计梁高比建筑允许梁高小很多。配筋系数增大1.1,实在没必要放大梁配筋,本来规范其 它系数已经考虑了各种不利情况,配筋已偏保守,且不利于形成“强柱弱梁”。 3.p10:山东某高层写字楼,地上24 层,地下2 度设防,其技术分析:采用平板式筏形基础,标准层梁板采用普通框架梁+现浇空心板体系,结构体系采用框架-核心筒结构,结 构形式合理,结构平面、立面规则。基础为采用桩基而采用天然地基,基础部分的经济性优 于桩基。但发现楼盖混凝土折算厚度偏大,导致配筋偏多,自重的加大,还造成了基础筏板 偏厚、主要楼部分地基承载力余地偏小等不利后果。梁截面偏大、板偏厚,降低了经济性, 不利于强柱弱梁的实现,加大结构自重,增大了地震力,降低了竖向构件的安全性;核心筒 剪力墙中的内隔墙受力较小,设计厚度偏大、 解读:整个结构还是“以柔克刚”最好,但前提是满足各项指标。结构截面偏大,板厚 偏厚,不仅会造成配筋增加(构造上),也会使得自重增大,地震力作用增大,从而计算配 筋更多,基础设计更浪费。 平筏板基础(天然基础)的经济性要优于桩基础,我认为这要有一个前提,即用平筏板 基础,地基承载力要满足要求;桩基础施工要求更高,周期也比较长,而天然基础施工则简 单很多。 结构师对梁板体系的优化过程猜想:梁宽度尽量控制在350 以下(或300 以下),否则 要用四肢箍;梁高的增加对梁的抗弯刚度增加更有效,所以尽量增加梁的高度而不是宽度, 把让布置成连续的,对绕度控制有利,也有利于减小梁高。次梁间距要控制好,板厚尽量控 制在120mm或100mm。 可以减小核心筒剪力厚度,但要满足规范。因为应力的分布形式是:两端大,内部小, 内部受力小,可以减小墙厚,且其对抗扭刚度贡献小。 4.p24-29:7 12层住宅,采用纯剪力墙结构是可取的,其刚度大于框架-剪力墙结构, 抗震性能要好于框-剪结构,结构造价会略大于框-剪结构,当开发商对住宅市场定位较高(如 高档豪宅)时,可优先选用剪力墙结构,但此时应尽量采用大开间剪力墙布置,较薄的墙体 9(如160mm厚墙体),为用户取得更多的使用面积,并节约结构造价。 剪力墙结构中加少量框架,结构体系按剪力墙考虑,在结构设计中采用包络设计原则, 设计时不考虑框架的抗侧力作用(计算时,框架柱EA 按实际取值,对EI 取较小值),建议 结构设计中应尽量采用概念清晰的结构体系,不可避免时,应提前与施工图审查单位沟通。 在满足轴压比的前提下,梁、板的混凝土强度等级去C25. 5.p31:某中学艺体馆,三层22m跨大梁采用后张有粘接预应力新技术,解决了跨度大、荷 载大的问题; 梁截面400*1500mm,选用后张有粘接部分预应力混凝土梁,预应力钢筋 3-75,利用荷载平衡法平衡恒载+1/4 活载,以保证在无荷载时不至于反拱过大。 6.p43:某阶梯教室楼9(屋)盖的方案比较:阶梯教室尺寸为13.5*22.5m,其方案有2,a: 格井字形梁,每井格尺寸4.5*3.75,井字梁断面短向取300*800mm,长向取300*750mm,楼板厚取100mm,外围框架梁取300*900mm,外围柱网尺寸为3.75m、4.5m。b:无粘接预应 力现浇空心板体系,板厚375mm,折算为实心板板厚200mm。a 方案经济,b 方案由于无梁, 美观。 7.p51-52: 普通住宅层数的临界点为6 层、12层、18 层;其高度的临界点为24m、 32m、50m; 层以下的砌体结构(无商业网点)或高度小于24m(无商业网点)的住宅没有特殊的消防要求,不需要加设电梯和增加楼梯 层以下或者高度24m以下的带商业网点的均有消防要求,所以商业网点的层数取高舍 7-9层或24-32m 的住宅消防标准为一个档次,13-18 或32-50m 的住宅消防标准为一个 档次。 根据概率算计算规则的有关规定,条形基础槽深有三个限值:2m 以内、2.5m 以内,2.5m 以外,当基础深度位于这三个限值交界处时,应有意思将基槽减少一点,能节约大量的土方 费用; 箱型和筏形基础基槽开挖深度也有三个限值,5m 以内、10m 以内,210m 以外. 8.p62:混凝土合理方案可归纳为64 字:四要:方正规矩、传力直接、冗余约束、备用途径; 四忌:头重脚轻、奇形怪状、间接传力、材料脆性;四强:脚强腰弱、强柱弱梁、强墙轻板、 强化边角; 四宜:连接可靠、空心楼盖、围箍约束、以柔克刚。 解读:方正规矩:方形的结构比非方形的结构变形要小,且容易变形协调,而变形过大, 会使得位移比,周期比,层间位移角通不过,出现超筋等情况。 传力直接:传力途径直接即传力路径短,一般都最经济。冗余约束、备用途径:也即多 道设防,当某个构件传力失效或者耗能失效后,还有其它传力或者耗能的构件,整个体系不 至于失效。 头重脚轻:刚度上的头重脚轻,比如底框结构,最底层刚度小,一旦地震力过大,变形 过大,底层破坏会引起很严重的后果,就像女生穿高跟鞋一个道理; 配筋上的头重脚轻: 柱子顶层有时候由于大偏心,会出现顶层柱配筋比下面几层柱配筋大的情况,一旦力过大, 柱子变形过大,会使得底层柱先失效而造成严重的后果。 奇形怪状:变形过大,使得难以协调变形,于是位移比,周期比,层间位移角通不过, 出现超筋等情况。间接传力:多传力途径,不经济;材料脆性:破坏时没有预兆,一旦出现 破坏,有可能造成很严重的后果。 脚强腰弱:与避免头重脚轻一个道理;强柱弱梁:柱子破坏后,会使得整个结构体系可 能失效,于是要让梁先于柱子屈服、破坏。强墙轻板:跟强柱弱梁一个道理; 强化边角: 边角一般变形大,应加强,否则会出现位移比,周期比,层间位移角通不过,出现超筋等情 况,或者构件失效。 空心楼盖:楼板太厚时,厚度范围内中间的那部分楼板由于受力小,根本没有发挥材料 的作用,造成浪费,生活中很很多这样的例子,比如钢管、回字型钢等。如果不用空心楼板, 板的自重过大,整个结构体系的重量增加很大,会造成地震力作用增大。 围箍约束:用箍筋去约束构件(比如混凝土),能增加箍筋的包裹作用,能增强构件的延 以柔克刚:既然是柔,则像打太极一样,构件会产生变形,变形的过程中消耗了能量;柔,则刚度比“刚”要小,且自重要小,地震作用也要小。剪力墙中的连梁折减,框架结构 中的梁调幅,我认为这也可以认为是一种以柔克刚,但前提是要掌握好度,并且连梁、框架 梁在结构体系中都属于次要构件; 从整个结构来看,地震时,刚性房屋从下到上地震力 传递较快,水平变位多以剪切变形为主,振型也比较单一,表现为房屋各部(层)同方向移 动,内部能量容易聚散,破坏时多为脆性破坏;柔性房屋则从下到上地震力传递较慢,弯曲 变形较大,振型相对复杂,房屋各部(层)反应迟钝,互相牵制、步调不一,对于一般的房 屋,房屋要做成柔,以柔来变形(前提是满足各个指标)消耗能量,但砖混结构只能做刚, 不能做柔。 9.p66:建筑物内和结构构件下净高的要求:如梁下净高、楼梯梁下或梯段下净高、出入口 净高。 大跨度或者悬挑构件,一定要注重对其裂缝和挠度的验算。 高度重视竖向构件,柱子坏了比梁板坏了更可怕;高度重视悬挑构件,悬挑梁一旦出了 问题,就会造成坍塌,而超静定结构的梁坏了,一般只是开裂。 不要忽视填充墙的选材、拉结、砌筑等问题,否则会出现墙体开裂、抹灰空鼓等现象。 不仅要重视基础的沉降,更要注重基础的不均匀沉降。 湿陷性黄土一定要认真处理好,否则导致结构受损。 10.p70:计算简化来源于刚度简化,对刚度大的部分简化为无限大刚度,相对刚度小的部分 简化为零刚度。 有一个两跨连续梁(两端简支),只要左跨的转动刚度为右跨的20 倍以上,其可以简化 视为完全固结,如果与梁相连的其它构件的总刚度比比这根梁小一半以上,则此梁的转动约束很小,可近似看成简支;如果与梁相连的其它构件的总刚度为该梁刚度的1~3 约束介于完全刚接与铰接之间,按弯矩分配法计算。解读:框架结构中,把梁的刚度变大,柱的刚度变小,当梁柱刚度比值达到要求时,此 时,梁可以作为柱子的固接端,整个框架结构体系的刚度会增大很多;当把柱的刚度变大, 梁的刚度变小,当梁柱刚度比值达到要求时,此时,柱可以作为梁的固接端,但对整个框架 结构体系的刚度会增大作用不明显。 11.p73:弹性膜:计算平面内刚度,忽略平面外刚度,适合于空旷的工业厂房、体育馆、楼 板局部大开洞、楼板平面有较大削弱等情况;弹性楼板3:平面内无限刚、计算平面外刚度, 适合于厚板转换层;弹性楼板6:计算楼板的面内刚度与外面刚度,适合于板柱抗震墙结构。 解读:弹性膜,计算平面内刚度,忽略平面外刚度,这是一个较真实模拟但又偏保守的 计算方法,任何结构平面外都是有刚度的,平面外刚度也可以传力,分担一部分力,也可以 参与变形的。 12.p74:楼板大开洞后,宜采取以下构造措施予以加强: 加厚洞口附近楼板,提高楼板配筋率,采用双层双向配筋或加配斜向钢筋; 洞口边缘设置 设置边梁、暗梁;在楼板洞口角部配置斜向钢筋。 解读:楼板大开洞后,原本由一块大板传力,现在由一块小板传力,应力会集中,变形 会加大,且力的分布规律不易确定;加厚洞口附近楼板,提高楼板配筋率,采用双层双向配 筋或加配斜向钢筋,属于抗;开洞位置,角部应力集中,变形较大,设置边梁可以约束一部 分变形,设置暗梁;在楼板洞口角部配置斜向钢筋是因为角度应力集中,变形较大,也属于 13.p75:高宽比H/d越大,则需要的抵抗力越大,即拉压力大,对抗倾覆不利。对于框架、 框剪结构,结构的高宽比对结构整体刚度有决定性影响。 14.p88-89: 解读:墙的布置原则我认为是:外围、均匀(包含对称)。墙布置在外围,水平力作用 下拉压力臂才最大,力臂大了,于是拉压力也小了,于是在拉压力作用下的相对位移也小了, 即竖向变形小了,即由于竖向位移过大引起的超筋的概念小了很多; 墙布置在外围,抗扭刚度大,于是扭转变形小,于是位移比,周期比,层间位移角通 不过,出现超筋的概率很减小很多。 墙布置在外围,也符合“物尽其用”这个原则,因为在水平力作用下,应力的分布是 两端大,中间小。 延伸:工字型梁,空腹蜂窝梁、钢管、回字型钢、空心楼板其实都是这个道理。 15.p90-93:取两种极端情况,某框架结构,当上部结构为绝对刚性时,各柱均匀下沉,基 础梁犹如倒置的连续梁,不产生整体弯曲(一跨或几跨梁),产生局部弯曲变形;当上部结 构为绝对柔性,对基础变形无约束作用,基础梁在产生局部弯曲的同时,还产生很大的整体 弯曲。 绝对柔性基础当上部结构刚度可以忽略时,对荷载传递无扩散作用,反力分布 于荷载大小相同、方向相反;当荷载均匀时,基础呈盆形沉降,所以欲使基础沉降均匀,则 需使荷载从中部向边缘逐渐增大;绝对刚性基础对荷载的传递起着“架立作用”,基础的绝 对刚性迫使地基均匀沉降,地基反力分布为边缘大、中间小,应力分布为马鞍形。 上部结构为剪力墙体系的高层建筑接近于绝对刚性,而单层排架结构则接近于绝对柔性。 在筏基设计时,若上部结构刚度较好,同时满足地基比较均匀,筏板的厚度与跨度之比 不小于1/6,柱间距及柱荷载的变化不超过20%时,高层建筑的筏形基础可仅考虑局部弯曲作 用,按倒楼盖计算,地基反力可视为均布,可仅考虑局部弯曲作用。当上部结构刚度较差, 地基较复杂或柱荷载及柱间距变化较大时,筏基内力以按弹性地基板进行分析,在考虑局部 弯曲作用的同时,也必须考虑整体弯曲作用。 解读:从约束变形的角度理解以上内容。上部结构刚度大,能约束基础的变形,基础的 变形比较均匀;上部结构的刚度小,约束基础变形的能力小,基础出了产生局部弯曲外,还 会产生整体弯曲(一般在中间位置); 基础刚度大,能约束上部结构的不均匀沉降,即约束上部结构的变形,使得变形比较 协调,于是能减小上部结构由于不均匀沉降产生的次应力。 所以关键的关键就是使得变形比较协调,一般上部结构变动的可能性不是很大,于是我 们要根据实际情况,选用合理的基础,用合理的基础计算模型来模拟实际变形。在具体设计 过程中,若上部结构为柔性结构,其约束基础的能力有限,且结构一般为多层的房屋,不如 就让力就近传递,采用独立基础等,即上部结构柔,基础宜柔不宜刚(满足沉降与不均匀沉 降的前提下),否则浪费,但是,对于高压缩性地基上的框架结构,由于他对不均匀沉降敏 感,基础宜刚不以柔。 16.p93:复合地基:部分土体被增强或被置换形成的增强体,由增强体和周围地基土共同承 担荷载的地基。柔性桩(半刚性桩)可作为复合地基的增强体,柔性桩是指无须桩周土的围 箍作用即能自立,桩身刚度较小,压缩量较大,单桩沉降以桩身压缩为主;通常意义上的刚 性桩就指长细比较小的钢筋混凝土桩,也就是一般说的桩基;而疏桩则是指的大桩距(一般 超过5-6 倍桩径)、较短的钢筋混凝土桩,疏桩基础是介于桩基与复合地基之间的一种地基 基础形式。 柔性桩在荷载作用下,桩体压缩应变由上而下逐渐减小,桩与四周土之间的相对位移, 桩侧阻力也由上而下逐渐减小,桩侧阻力的发挥远早于桩端阻力的发挥;而理想的刚性桩, 砸荷载作用下桩周各处摩阻力与端阻力的发挥是同步的,然而理想的刚性桩是不存在的,桩 体总会产生一定的压缩变形,桩侧阻力总是先于桩端阻力,因此柔性桩是相对于刚性桩而言 疏桩也就是减小沉降量桩基,是以变形控制为原则,考虑桩与承台共同作用,利用疏化桩基原理提高单桩有效承载力,依靠发挥桩间土的承载力来补偿,即由桩与桩之间的土共同 承担荷载构成复合桩基。减少沉桩的应用,直观上时为了减小建筑物的沉降,本质上时增加 了地基的刚度。 17.p95:梁高不一定非要是整数,为了支模方便,可以是520、570 之类的。剪力墙结构, 顶部可以做到160,如果每个地方都减一点,结果至少是自重小了,基础也小了。 18.p100:施工图最理想、最方便的图幅为一号(840*594)和2 号(594*420),应尽量避免 使用0 号图及加长图。如果1号图容纳不了,可通过缩小画图比例(由1:100 改成1: 150 甚至1:200)或分块绘制(分块绘制时需在图纸右下角以小比例图示出分块在总平面上 的位置),整项工程的图纸图幅应控制在3 种之内。单项工程设计图纸,文字只允许出现一 种字体,单线长访宋体字,宽高比为0.7, 19.p109-110:结构设计师应主动与建筑师沟通;三角形结构,其抗弯和抗侧能力比圆形截 面、矩形、多边形要小很多;在抗震设防区,避免高层电梯设置在大楼的某一侧,否则扭转 变形很大。 要注意净高的问题,比如建筑物出入口、楼梯间、平面较大的门厅、过街楼、车道、阁 楼等部位;要注意钢筋混凝土墙上的留洞;要注意地下室集水坑的布置,不影响桩基承台、 20.p124:剪重比指结构任一楼层的水平地震剪力与该层及其以上各层总重力荷载代表值的比值,主要是控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性。也在某种程度上反映了结构的刚 柔程度,剪重比太小,说明结构刚度偏柔,水平荷载或水平地震作用下将产生过大的水平位 移或层间位移;剪重比太大,说明整体结构偏刚,会引起很大的地震力,不经济。 21:p127-128:某7 度区地下一层,地上13 层办公楼,结构体系为框-剪;混凝土强度等级: 垫层C15,地下室外墙C35,抗渗等级:S6; 框架柱及剪力墙:地下一层~地上3 层C35;地 层~地上8层C30;地上9 层~顶层C30; 梁、楼板:地下一层~地上4 层C30,地上5 层C25;其余C20,独立柱基C30。解读:顶部一些楼层梁板混凝土强度等级用C25、C20,即能满足强度,又对控制裂缝有 22:p139:基础埋深:一般是指基础底面到室外设计底面的距离;基础埋深,出了满足地基承载力、变形和稳定性要求外,对于减少建筑物的整体倾斜,防止倾覆和滑移,都将发挥一 定的作用。考虑地基影响后建筑物的结构自振周期增大,顶点位移增加,随着基础埋置深度 的增加,阻尼增大,底部剪力减小,而且土质越软,埋置深度越深,底部剪力减小的越多。 高规:高层建筑的基础埋置深度,天然地基可取高度的1/15,采用桩基时不可不小于建筑 高度的1/18.. 有的高层建筑,基础坐落于岩石上,埋深不满足要求,可加设地瞄等措施来保证建筑 物的整体稳定性。 有时地下水位太高,施工时排水困难或费用太大。或坚硬土层位置较浅,其下面有软 土层时,在能保证建筑物稳定的前提下,可放宽基础埋置深度的要求。 埋置深度一般自室外地面算起。如地下室周围无可靠的侧限时,应从具有侧限的标高 算起。如有沉降缝,应将室外地坪以下的缝用粗砂填满,以保证侧限。 解读:基础埋深要求的本质是保证 高层建筑的稳定性,当建筑的稳定性能保证或采取一 定措施保证建筑的稳定性时,可放宽基础埋置深度的要求。 23:p140-142:从经济成本考虑,造价从低到高的顺序是:天然地基---地基处理---桩基础。 框架结构,若无地下室,地基较好时,应选用独立柱基,有地下室且有防水要求时,如 地基较好,则可选用独立柱基加防水板的做法;如有地下室但无防水要求,地下室地面只采 用建筑地面做法即可,但基础底面至地下室地面的距离不宜小于1m;如地基较差,则宜采 用条形基础或筏形基础。 剪力墙结构,建筑物无地下室,或虽有地下室无防水要求,如地基条件较好,宜优先选 用墙下条形基础。有防水要求时,一般选用平板式筏形基础,当地基条件较好时,也可以选 用条形基础加防水板。 框-剪结构,如地质条件较好,框-剪结构中的框架柱采用独立柱基,剪力墙采用钢筋混 凝土条基;当无地下室时,应考虑地震作用产生的墙底弯矩对基础的影响力,但应注意,不 能因考虑地震作用的影响而使抗震墙的基地面积增加过多。 解读:基础传力,传递途径越短越好,因为传递过程越短,越经济,但应符合力的作用 形式(比如柱下的力就像一个集中力扩散一样,,所以做成独基;而剪力墙下是线荷载,当 地质比较好时,可以做成混凝土条形基础),不管怎样,传力途径越短越好是有前提的,即 要满足沉降总量与不均匀沉降,否则,要地基处理或者做成筏板基础(一块大厚板去协调变 形,使得不均匀沉降减少)。 不论怎样,只要基础埋置于地下,越到下面,地震作用肯定是存在的,即弯矩肯定是存 在的,但越到下面,变形越小,弯矩也越小。 24.p141-142:采用桩基础时,不同部位地基承载力可以不同;桩基础当地质条件允许时可 选用高强度混凝土预应力管桩,且应大小桩型混用,合理配桩;大直径灌注桩的桩身配筋可 取加大扩大头直径的做法;一般选择合适的桩径和桩长后,再采用后压浆技术,可较大幅度 提高桩承载力;考虑上部结构刚度,有条件时,考虑桩、承台、桩间土的共同作用。 25. p142-143:基础设计中的变刚度调平概念:传统概念设计的箱基,筏基、桩筏基础必然 导致蝶形沉降和马鞍形反力分布或出现主裙楼差异变形过大的问题,而这种变形与反力分布 模式必然导致箱筏整体弯矩、冲切力和剪力增大,引起上部结构产生过大的次应力。 对于荷载不均匀的框-剪、框-筒,才采用变桩径、变桩距、变桩长布桩;对于主裙连体 建筑,应按照增强主体(采用桩基、刚性桩复合地基),弱化裙房(采用天然地基、疏短桩 基、复合地基)的原则进行设计。 高层建筑的高层部分与多层裙房之间,可以不设置沉降缝,应采取措施减少高层建筑的 沉降,同时使裙房的沉降量不致过小。 减小高层部分的沉降量:采用地基承载力更高的土作为持力层,扩大基础底面积(如筏 板四周向外多挑),采用人工地基或桩基,但打桩、加固地基土造价太高,工期长,扩大基 础底面积对高层效果不是很大,于是一般使裙房沉降量不致过小,其措施有:减小基础底面 积,优先采用独立基础、条形基础;如果地基承载力是一个范围,一般取上限,或者进行宽 度修正,让裙房基础的埋置深度小于高层部分基础的埋置深度,以使裙房基础持力层土的压 缩性高于高层基础持力层的压缩性;- 设置沉降后浇带。 解读:力大的地方,于是把力让更多数量或者更大面积的基础承担,或者地基处理,增 大地基承载力,减少沉降量;力小的地方,让地基承载力相对较低的地基承担。最终的目的 只有一个:减小不均匀沉降。 不均匀沉降即有位移差,有位移差即产生力(弯矩)。 26.p145~147:建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物。必须验算地基稳定性。当地下 室水埋深较浅,必须要考虑地下室或地下构筑物的抗浮验算,特别是地下室通道、地下水池 天然地基基础持力层以下或桩基础持力层以下存在软弱下卧层时,应对软弱下卧层进行承载力及沉降验算,不满足时必须采取适当措施。 带地下室的框架结构,地下室底板与持力层之间应采取褥垫处理的措施,否则底板参与 独立基础分担上部荷载,应将地下室底板与独立基础连成一体按弹性地基有限元方法进行受 力分析。 框架柱纵筋、剪力墙竖向钢筋锚入基础的长度:无抗震设防时,钢筋在基础中的混凝土 保护层厚度大于钢筋直径的3 倍且配有箍筋,根据混规,其锚固长度可乘以0.8 的系数,且 混规中规定,在钢筋锚固范围内只需配置固定柱纵向钢筋的构造钢筋。有抗震设防要求时, 若建筑物无地下室或只有一层地下室,则柱纵筋、剪力墙竖向钢筋锚入基础的长度应按抗震 设防锚固;若建筑物地下室层数大于等于2,则柱纵筋、剪力墙竖向钢筋锚入基础的长度按 非抗震要求,可以乘以0.8 的折减系数。 解读:抗浮说白了也就一个力的平衡,向下的力要大于向上的力(浮力);地下室底板与 持力层之间应采取褥垫处理的措施就是人为让地下室底板变形,让地下室底板不与独立基础 协调变形,也即不共同受力;一般多层建筑,比如独立基础高度、桩基承台高度,都是由钢 筋锚固长度确定的。 27.对于一般的柱下独立基础,其抗剪强度均满足要求,但对于坐落在基岩上的独立基础, 特别是高层建筑支撑在基岩上的独立基础,可是是抗剪承载力起控制作用。地基规范有规 :基础底面处的平均压力值超过300kpa的混凝土基础,尚应进行抗剪验算。当台阶宽高比小于等于2.5 和偏心矩小于等于1/6 基础宽度时,任意截面的弯矩可按规范 规定的弯矩公式计算,其本质是对地基反力线性分布的要求,当宽高比大于2.5 时,不宜再 按刚性基础设计,此时钢筋配料长度应乘以0.9,并交错放置。 在设计独立基础时,只考虑轴力设计值,不考虑剪力与弯矩设计值是不正确的。 独立基础配筋不小于 10@200,双向时,可不考虑最小配筋率的影响。独立基础为锥形 时,边缘高度不宜小于200mm,顶面坡度不宜大于2(垂直:水平),阶梯形基础每阶高度 宜取300~500;混凝土强度等级不宜低于C30,优先采用HRB400,受力钢筋直径不宜小于 小于10mm,间距一般取100~200mm,基础下应设素混凝土垫层,厚度不宜小于100mm, 混凝土强度等级不宜小于C15。 解读:当台阶宽高比小于等于2.5 和偏心矩小于等于1/6 基础宽度时,任意截面的弯矩可 按规范规定的弯矩公式计算---取个极限,-当宽高比无限大时,此时就是一个薄板,根本无 法协调之间的变形。 在设计独立基础时,只考虑轴力设计值,不考虑剪力与弯矩设计值是不正确的;一般就 算设置了拉梁,拉梁也只能平衡掉一部分弯矩,且基础处地震作用还是能影响得到。 28.p149—p157:多层框架结构房屋,房基础埋深较大时,或是为了减小底层柱的计算长度 和底层位移,可在0.000 以下适当位置设置基础拉梁;基础拉梁高度取柱中心距的1/12~1/18; 有时候用短柱方案(拉梁以下柱断面加大),按短柱进行配筋构造,这种情况可以可把短柱、 拉梁理解为基础的一部分。 当框架结构底层层高不大或埋深不深时,有时要把基础拉梁设计得比较强大,以便用 拉梁平衡柱底弯矩,此时负弯矩钢筋至少应在1./2 跨拉通;拉梁正负弯矩在框架柱内的锚固、 拉梁箍筋的加密及有关抗震构造要求与上部框架梁完全相同。 设置拉梁,可以减小底层柱计算长度和控制顶层位移,受力分析时,应按一层建模或 按层间梁输入,板厚取0,定义弹性膜或者弹性楼板6,再用总刚进行分析。 解读:要平衡柱的弯矩或者基础顶弯矩,即要更多的约束柱变形,显然拉梁做强一些, 拉梁底与基础顶齐平能最大程度的约束变形。 29. p149—p157:板式双柱联合基础设计要点:根据柱荷载标准值、地基承载力特征值确定 基础总面积,调整基础各方向扩展尺寸,使得基础底板形心与柱合力作用点近似重合;底板 一般是按抗冲切确定;当两柱间的间距较大时,采用板式联合基础就不经济,因为混凝土用 量很大。 独立基础加防水板:防水板一般只考虑其用来抵抗水浮力,不考虑其地基承载能力。 有的资料介绍:当防水板位于地下水位以下时,防水板承受的向上的反力可按上部建筑自重 10%加水浮力计算,另一些资料则认为:防水板承受的向上的反力可取水浮力和上部建筑荷载的20%两者中较大值计算。 防水板通常按无梁楼板设计,此时柱基础可视为柱帽;防水板应双层双向配筋,且要 满足最小配筋率的要求,防水板的厚度不应小于 250mm,混凝土强度等级不应低于 C25, 宜采用HRB400 级钢筋,钢筋直径不宜小于12,间距宜采用150~200。 柱下条形基础:多层框架或框-剪,当地基土承载力较低,不能采用单独柱基,又不宜 采用桩基时,于是采用柱下条形基础;这种基础宽度一般在2.0m以上,而底板厚度在300mm 或更大些。基础梁荷载很大,必须验算梁的剪压比,梁高不宜过大,否则增加基础挖土量, 如剪力不够可适当加大梁的宽度,也可以采取水平加腋方法解决抗剪不足的问题。 基础梁梁底反力标准值在 150~250 之间时,梁高可取 1/5~1/8;250~400 之间时,可取 1/4~1/6; 基础梁的剪力很大,通常采用HRB400 钢筋,以节省钢筋;基础梁两端,尽量 在两端悬臂伸出,其长度可取第一跨跨长的1/4,以便于调整弯矩峰值;条形基础与筏板基础 的基础梁一般都按非抗震设计,比如梁端箍筋不用加密,仅按计算配置,箍筋设置90 钩,无须135度,梁端纵筋深乳支座长度应按非抗震要求,因为在地震时, 塑性较都发生 在柱子根部,基础梁不会产生铰;基础梁侧面构造钢筋(腰筋),不按混规每侧0.1%的要求, 否则钢筋截面面积很大,对裂缝控制不利,梁侧腰筋直径控制在10~16 即可。 钢筋混凝 土条形基础宽度大于2.5m时,受力钢筋长度可减小,取宽度B 的0.9 倍,交错放置;基础 底板钢筋优先采用HRB400,基础梁的纵筋应采用HRB400、HRB500 钢筋,并应优先选用较 大直径钢筋(比如32),以免钢筋根数过多,过于密集。 解读:基础底板形心与柱合力作用点近似重合----因为不重合或偏心较大,会产生更大 的变形,需要更大截面或钢筋去抵抗变形。 独立基础加防水板,一般在防水板下要设置软垫层,是因为让防水板尽量单独取变 形,不与独立基础去协调变形,独立基础尽量就近传力,否则传力途径增加,造成浪费。 基础梁的剪力很大,通常采用 HRB400 钢筋,如剪力不够可适当加大梁的宽度--- 这些东西为了更具有经济性,因为加宽度,可以多放箍筋去抗剪(比如4 钢,强度大,可配置更少的箍筋。基础梁两端,尽量在两端悬臂伸出,其长度可取第一跨跨长的1/4----布置成连续,能减 小边跨梁变形,也即更经济。 30.p157-p162:筏形基础的设计及优化: 梁板式筏形基础的优点是:结构刚度大,混凝土用量少,当对地下室的防水要求很高时, 可充分利用地基梁之间的“格子”空间采取必要的排水措施等,但筏形基础梁很高,基础刚 度又变化不均匀,受力呈现出跳跃,在核心筒或荷载较大的柱底易形成受力及配筋的突变; 梁板式筏形基础应设计成梁宽较大的梁以尽量减小梁高,从而减少基槽开挖深度和梁间 材料的回填量,如柱截面过大,可以采用加腋的方式,如果不能满足受剪承载力的要求,可 在支座处水平或竖向加腋,一般是水平加腋。 基础梁纵筋尽量用大直径的,比如HRB400 的30 、32、36 的钢筋。基础梁剪力很大, 优先采用HRB400 级的。基础梁不宜进行调幅,因为减少调幅,可减少梁的上部纵向钢筋, 有利于混凝土的浇筑。筏板基础梁的刚度一般远远大于柱的刚度,塑性较一般出现在柱端, 而不会出现在梁内,所以基础梁无需按延性进行构造配筋。 31.p162~166:柱墩与边厚度筏板:一般采用柱(或墙)下局部加厚的办法来满足筏板设计 需要(局部抗冲切)。 柱墩:柱(或墙)下加厚板的宽度与厚度数值相近或宽度较小。 变厚度筏板:柱(或墙)下加厚板的宽度比厚度数值大很多或宽度较大。一般有两种做 法,一种是底平行,一种是顶平行;底平行用的比较多,筏板底部钢筋受力直接利用率高, 基础底面建筑防水施工质量易于保证,当顶部设置坡面时可适量节约混凝土,施工难度小。 平筏板基础的厚度可以这样来估计:15 层以下,可按每层50mm估算,超过15 用此方法不经济,且规范要求大于等于400mm。平筏板,板厚一般都是由冲切决定,冲切 强度满足后,其它如弯矩等皆不成问题。对于筏板基础,当计算不需要向外悬挑时,尽量不 要悬挑(特别是对于多层建筑),否则不利于做防水。当地下室周围有钢筋混混凝土挡土墙 时,更不需要将筏板向外挑,筏板与墙板钢筋采取互锚形式。 地基上混凝土板的最小配筋梁:400 板厚,10@130;1000 板厚,18@160;1500 22@160;2000板厚,25@160。 32.p167~172:筏板基础的混凝土强度等级不要超过C40,一般 C30 已足够;如果底板钢筋 双向双排,且在悬挑部分不变,阳角可以不必加放射钢筋。对于有地下室的悬挑板,不必把 悬挑板以内的上部钢筋通长配置在悬挑板的外端,单向板的上层分布钢筋可按构造要求设 置,比如10@150~200,因为实际不参与受力,只要满足抗裂要求即可。 筏板的配筋大多数部位是由最小配筋率控制的,筏板厚度的降低,将会使筏板的配筋也 降低,配筋时可采用分离式配筋。 33.p173-186:桩基础设计最关键的是:合理的桩型和桩长,然后再确定形状、截面尺寸。 按照施工方法不同,桩基可以分为预制桩和灌注桩两种;预制桩自重大,在起吊、运输、 和吊立过程中的弯曲应力控制,因而用钢量大;预置桩的打入施工,噪音也比较大,在建筑 物和人群相对密集的区域,一般不采用。 现浇灌注桩:直接在所设计的桩位处开孔,然后在孔内加放钢筋笼浇灌混凝土,也可 以采用桩底扩大头的扩底灌注桩,其承载力会有较大的提高,地质条件允许时,人工挖孔桩 (属于灌注桩,只是施工方法不同)质量更易保证,经济效益较好。 桩基选用与优化时考虑一下原则:尽量减少桩型,如主楼采用一种更桩型,裙房可采 用一种桩型,桩型少,方便施工,静载试验与检测工作量小。 桩基承台设计:桩基规范明确规定,出了两桩承台和条形承台梁的纵筋须按混规执行最 小配筋率外,其它情况均可以按照最小配筋率0.15%控制。对联合承台或桩筏基础的筏板应 按照整体受力分析的结果,采用“通长筋+附加筋”的方式设计。对承台侧面的分布钢筋, 则没必要执行最小配筋率的要求,采用12@300 的构造钢筋即可。 位于电梯井筒区域的承台,由于电梯基坑和集水井深度的要求,通常需要局部下沉, 一般情况下仅将该区域的承台局部降低,若该联合承台面积较小,可将整个承台均下降,承 台顶面标高降低至电梯基坑顶面。消防电梯的集水坑应与建筑专业协调,尽量将其移至承台 外的区域,通过预埋管道连通基坑和集水坑。 解读:采用桩基础,尽量不要采用桩筏基础,桩筏基础的大块筏板强迫整体一起变形, 传递途径比桩基础长,不经济。 34.p187-206:桩沿剪力墙轴线或柱下集中布置,较之桩满堂布置可大大减小筏板的厚度。 高宽比比较大的高层建筑或门式刚架轻型房屋钢结构厂房刚接柱脚,可能会存在着抗拔 桩受力状态,在设计中应进行抗拔桩的计算与验算,抗拔桩设计时,桩身配筋量应进行裂缝 宽度验算,按计算控制的配尽量远大于按构造的配筋。 采用后压浆技术后,桩承载力可提高30%~80%。 大直径人工挖孔扩底灌注桩的性质介于桩基于天然地基之间,一般以端部支撑位主,侧 壁摩擦为辅(当桩身较短时可以忽略侧阻力的作用)。当地基土承载力不够时,可依靠桩端 扩底以加大桩端面积,扩底直径D 与桩身直径之比值宜小于3.5。大直径人工挖孔扩底灌注 桩承载力大,常可设计为一柱一桩,当单桩地基承载力不足时,应尽可能从扩大底面积着想, 提高其承载力,而不采用一柱多桩的方法,有时候设置了防震缝的双柱,也可以使用一根大 直径人工挖孔扩底灌注桩。 预应力管桩:供应充足,施工速度快,经济性能好等优点,因而在工业与民用建筑工程 中应用相当普遍,但其抗弯、抗剪能力较低,耐腐蚀能力差,也不宜在软土地区工程(比如 四类场地)中使用。 解读:大直径人工挖孔扩底灌注桩承载力大,常可设计为一柱一桩---设置多根,不经济。 高宽比比较大的高层建筑或门式刚架轻型房屋钢结构厂房刚接柱脚,可能会存在着抗拔 桩受力状态-----高宽比比较大,倾覆力矩比较大,于是拉压力比较大。 桩沿剪力墙轴线或柱下集中布置----传力更直接,变形更小,更经济。 35:p219~229:影响地下室造价的主要因素:层高。荷载等。地下室层高对地下室造价的影 响至关重要,地下室外墙高度减小,地下室开挖深度小,降水深度也小;要控制好覆土厚度, 有的设计单位地下室顶部活荷载取值为10KN 每平米是不对的,规范中的10 是考虑了上部 结构施工过程中加在地下室顶板上的脚手架等施工荷载,但是在实际的施工过程中这个活荷 载往往和覆土荷载不是同时组合的,有经验时,可以取每平米4KN。 地下室结构构件中,造价最高的是底板及基础梁费用;地下室设计时,应尽量抬高整个 0.00 标高,因为这不仅降低了支护的成本还节约了土方的开挖和外运。地下室外墙厚度一般 不应小于250mm,混凝土强度等级一般C20~C30;地下室裂缝宽度若控制在0.2mm之内,其 配筋量往往由裂缝宽度验算控制。为了便于配筋构造和节约钢筋,外墙可以考虑塑性变形内 力重分布,竖向、水平应采用分离式配筋方式,配筋原则是“细而密”,重点部位适当设置 附加筋。 对于高层建筑,普通地下室顶板厚度不宜小于 160,作为上部结构嵌固部位的地下室的 楼层顶盖宜采用梁板结构,楼板厚度不宜小于 180mm,混凝土强度等级不宜小于 C30,应 双层双向配筋,且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。 地下室抗浮设计:增设抗浮部分结构自重,包括将底板沿外墙延伸,地下室顶板上增加 覆土厚度,有条件时可在地下室底板上铺填砂卵石。 锚杆:既利用锚杆的抗拉强度去抵抗水浮力。 36:p231~237:不同楼(屋)盖体系的自重会逐层叠加而直接影响基础的造价,较重的楼(屋) 盖结构结构需要较大的截面尺寸的框架柱和剪力墙,这不但会增加上部结构的材料和施工费 用,同时也会加大基础材料的用量和基础造价。较重的楼(屋)盖结构还会加大地震作用下 的惯性力,反过来又加大抗侧力构件的截面尺寸和配筋。 双向密肋楼(屋)盖:因为双向密肋楼(屋)盖是一种双向网格,所以当开间为方形时, 对双向密肋的受力来讲是最有利的,随着开间的长宽比增大,这种效益会迅速消失,当柱网 开间的长宽比大于等于1.5 时,双向作用的意义就比较小了。跨高比平均值为20,跨度一般 在9.~12m。 双向密肋楼(屋)盖的经济跨度是比较大的,可达9~12m,预应力混凝土双向密肋楼(屋)