基础--PKPM系列软件JCCAD部分的应用与探讨F(8)

平衡的。

▲地基模型的选择

地基计算模型，大致可分为不连续模型和连续性模型两大类。在基础设计时，如何选择相应的地基模型则是一个比较复杂的问题，很难给出一个统一的标准。在此，本人仅就上述地基计算模型的力学特点和适用范围做一些简单的介绍。

1.文克尔地基模型的受力特点和适用范围

文克尔地基模型实质上来源于阿基米德浮力定律的一个推论，比如浮桥结构是严格执行文克尔地基模型的。显然，力学性质与液体相近的地基，比较符合文克尔模型假定。

因此，该模型主要用于抗剪强度极低的流态淤泥质土或地基土塑性区开展比较大的基础。另外，当厚度不超过基底短边之半的薄压缩层地基，因压力比较大，剪应力比较小，所以也比较符合文克尔模型假定。

从地基土的分类角度上讲，地基土可粗略地分为非粘性土和粘性土。一般地说，当基础位于非粘性土上时，采用文克尔地基模型还是比较合适的。特别是当基础比较软的情况。

文克尔地基模型的另一个主要特点就是模型简单，适合手算。因此，当上层建筑为框架结构，填充墙比较少，结构整体刚度比较小，基础虽然采用筏基，但筏板的刚度也不是很大时，若基础位于非粘性土上，也可以采用文克尔地基模型。

2.弹性半空间地基模型受力特点和适用范围

如前所述，弹性半空间地基模型总是假定地基土是均质的、各向同性的弹性半无限体。其沉降计算所使用的地基土弹性模量是定值，不随土体性状变化而变化。因此这种方法计算出来的压力泡是连续的。然而实际上，地基土不可能是均质的、各向同性的弹性半无限体。其弹性模量也不会是一个值，因此，在竖向荷载作用下的压力泡不会是连续的。所以，弹性半空间地基模型的计算结果也仅是一个近似解。

由于弹性半空间地基模型是一种能够考虑非线性影响的连续性模型，所以从理论上讲，可以适用于各种地基土类型。但由于从数学上讲此种地基模型求解困难，因此目前只能用于基础体量比较小的结构。如果基础体量比较大，采用此方法求解不出来时，则仍需采用弹性地基梁板模型。

3.倒楼盖模型的选择

当地基比较均匀，上部结构刚度比较好，梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏板的厚跨比不小于1/6，且柱荷载及柱间距的变化不超过20%时，筏板基础可仅考虑局部弯曲的影响，按倒楼盖模型计算。

带裙房的高层建筑的基础设计

▲主楼带裙房结构布置筏板基础的受力特点

现就工程算例介绍一下此种结构形式采用筏板基础的受力特点。

此算例的主楼和裙房均为框架结构。裙房为两层；主楼层数均从裙房顶面算起，并位于结构中部。X、Y方向的柱网尺寸均为8*8m，其裙房平面图和主楼标准层平面图如图12-1和12-2所示；基础统一采用2米板厚；在计算时考虑上部结构刚度对基础的影响。

现分别取主楼16层和24层，其沉降和基底反力计算结果如下：

从图12-3、12-4中，我们可以得到如下结论： 1、当采用筏板基础进行整体分析时，结构的沉降曲线在主楼与裙房相交处过度得非常平滑，

并非想象中存在沉降突变；

2、其基底反力图与结构主楼层数有关，若结构主楼层数较低，则基底反力在主楼与裙房相交处过度得基本平滑。若结构主楼层数较高，则基底反力在主楼与裙房相交处出现较大波动。这说明主楼的荷载没有得到有效的扩散；

3、在主楼范围内，基底反力比较均匀，这主要是因为考虑上部结构刚度对基础的影响后，由于主楼的刚度很大，在主楼下基本没有整体弯曲，只有局部弯曲。而在局部弯曲作用下，由于筏板受到上部结构刚度的影响而加大，从而使基础内力重分布。

▲如何确定主楼荷载对裙房的影响范围

从裙房顶部引45度线至裙房底部所包含的范围。例如上例中，假设裙房每层层高4200mm，则主楼荷载对裙房的影响范围为8400mm，基本上在一跨左右。

从图12-4也可以看出，在主楼与裙房之间的第一跨范围内，当主楼层数为16层时，基底反力与主楼范围内的相比相差不大，当主楼层数为24层时，基底反力则产生了较大的波动。

比较准确地确定主楼荷载对裙房的影响范围，有利于设计人员确定施工后浇带的位置。一般情况下，尽量布置在主楼外延一跨范围外是比较合理的。

《基础规范》8.4.5-2条：当高层建筑与相连的裙房之间不设置沉降缝时，宜在裙房一侧设置后浇带，后浇带的位置宜设在距主楼边柱的第二跨内。后浇带混泥土宜根据实测沉降值并计算后期沉降差能满足设计要求后方可进行浇筑。

?高层建筑筏形基础与裙房基础的设计

如何确定主楼荷载对裙房的影响范围的方法：应力扩散 计算沉降差异的主要方法： 后浇带的设计：

0 不设 主楼与裙房整体设计

1 永久设 主楼与裙房之间设置永久沉降缝 0.5 完成一半 主楼与裙房之间设置施工后浇带

后浇带一般情况下尽量布置在主楼外延一跨范围外是比较合理的。

太薄的筏板将导致上部结构内力显著的重分布，引起很大的次生应力。筏板厚度的变化只对结构底部几层的内力有显著的影响。 筏板厚度并非越厚越好（李湛博士论文）

▲用JCCAD软件计算沉降差异

解决主楼与裙房之间的沉降差异，主要有三种方式，分别是在主楼与裙房之间设置永久沉降缝；在主楼与裙房之间设置施工后浇带；主楼与裙房基础进行整体设计。现分别介绍如下：

1、主楼与裙房之间设置永久沉降缝

当主楼与裙房之间的沉降差异较大，用其它方法不能平衡这种差异时，才需要考虑在二者之间设置永久沉降缝。

在JCCAD软件的桩筏筏板有限元计算中，设计人员将“模型参数”中“如设后浇带，浇后浇带的荷载系数”选项填为1，并在“筏板布置”中布置后浇带，再进行计算后，程序在板的沉降图中所显示的值可以看作是设置永久沉降缝后基础的沉降值。

2、主楼与裙房之间设置施工后浇带 （1）JCCAD软件设置后浇带的操作步骤

在主楼与裙房之间设置施工后浇带来解决沉降差异问题，是目前工程界最常用的方法。新

版的JCCAD软件在“桩筏筏板有限元计算”菜单中增加了设置后浇带的功能。具体操作过程为：

在“模型参数”中填写“如设后浇带，浇后浇带的荷载系数”参数（如图12-5所示）：

该参数的本质是要求设计人员预计在主体结构完成以后，浇铸后浇带前，结构荷载加载了多少？体现在沉降上，实际上就是沉降在浇铸后浇带前完成了多少？因此，建议设计人员可以根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）（以下简称《地基规范》）第5.3.3条第2款的建议值，即一般多层建筑在施工完成的沉降量，对砂土可以认为其最终沉降量已完成80%以上，对于其它低压缩性土可以认为其已完成最终沉降量的50%~80%，对于中压缩性土可以认为其已完成20%~50%，对于高缩性土可以认为其已完成5%~20%。

同时，根据《地基规范》）第4.2.5条的规定，地基

土的压缩性可按p1为100kPa，p2为200kPa时相对应的压缩系数值a1—2划分为低、中、高压缩性，并应按以下规定进行评价：

当然，众所周知，土的压缩性随着时间的推移是非线性的，有些地区结构的前期沉降大，后期沉降小，有些地区则有可能相反。所以不一定能够完全体现上述规律，这就要求设计人员还应根据具体的工程具体分析。但作为一般工程的沉降估计，上述规律还是可行的。

在“筏板布置”中选择“定义后浇带”，（如图12-6）

（2）如何运用JCCAD软件预估差异沉降？

如何准确地预估主、裙房之间的沉降差异是这种结构形式最困难也是最关键的工作。这不仅仅是仅凭理论计算就能够搞清楚的。它与地区性的常年累月的积累和准确的现场勘测实验密不可分。

采用JCCAD软件预估差异沉降时宜遵循以下步骤：

首先在主楼与裙房之间设置设永久沉降缝，预估二者之间的平均沉降和差异沉降。具体操作步骤是将“模型参数”中的“如设后浇带，浇后浇带的荷载系数”填为1，计算完成后查看基础沉降图，从而得到主楼与裙房之间平均沉降和差异沉降（如图12-7、12-8所示）；

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