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1.确定荷载
1)明确水头高度h
地下水的设防水位应取建筑物设计使用年限内可能产生的最高水位,如岩土工程勘察报告中没有提供地下水最高水位时,地下水设防水位可取建筑物的室外地坪标高。实际操作时,可取建筑物附近区域市政道路的最低标高,即假定市政管道排水能力足够,丰水期时不会造成连通的地下水淹没市政道路最低点的情况。应注意需由勘察单位提出在设计使用年限内建筑物的设计水位。
2)有人防时控制荷载的判断
地下室底板的人防等效静荷载,对采用桩基础的建筑物,核6级时通常为12kN/m2(非饱和土)、25 kN/m2(饱和土),核5级时通常为25kN/m2(非饱和土)、50 kN/m2(饱和土)。底板设计时,需判断底板配筋是由人防组合荷载控制还是由平时水压荷载控制。近似的办法为,由平时水压的控制荷载 [1.35×10×h(水头)-t(底板厚)×25] ×1.15(裂缝调整系数),与人防控制荷载 1.2×(10×h(水头)-t(底板厚)×25)+qRF(人防等效静载)判断,大者为控制荷载。
2.确定底板厚度
1)底板的冲切承载力
底板的冲切承载力一般指底板在水压或水压与人防组合荷载作用下,其抵抗冲切破坏的能力,通常由承台或独立基础的冲切控制。冲切锥体的形状通常为从底板底与承台(基础)的交接处沿向墙柱方向的45度线交于底板面。
验算公式为
×系数(详规范),
当有人防时,为×系数(详规范),
其中人防时的,底板的有效高度可取 ,承台(基础)周长-。
荷载(相应位置柱按面积法所占面积-承台(基础)的面积) ×底板
柱按面积法所占面积即柱四周各1/2跨度所组成闭合线的面积。
当冲切不满足时,在考虑提高底板厚度前可先考虑适当提高承台(基础)的尺寸,可获得较优的经济指标。
②当基础为独立基础或单桩承台或单排桩承台的短向时,分以下两种情况:
当时,对所有部位,其中为承台厚度,为底板厚度,、、等参数参照附图1;
当时,在计算跨中弯矩时,取两柱边的净距,其余部位仍取 ,其中为承台厚度,为底板厚度,、、等参数参照附图1。
上述兩种情况均需验算柱边截面,计算跨度取两柱边的净距,截面高度为承台高度。考虑到实际相当于变截面梁,需将按等截面梁的计算结果乘以放大系数1.25,因该截面同时又属于承台,故最终弯矩应为按变截面梁在水压作用下的结果与扣除水浮力后作为承台的所受弯矩的叠加。
长短跨的调整可总结为以下3点原则:
①当某跨小于相邻跨的0.2倍时,较近支座可视为1个支座;
当相邻跨跨度相差在20%以内时,可视作等跨;
当某跨与相邻跨跨度之比大于0.2小于0.8时,对邻跨的影响,弯矩增大者乘以1.1,减小者乘以0.9,重复影响者乘以1.33,如附图2所示。
配筋计算及裂缝验算附图2长短跨弯矩调整系数示意图
按上述算得的弯矩对柱上板带各截面进行配筋设计,并按强度计算得到的配筋进行裂缝验算,其中迎水面裂缝限值为0.2mm(保护层厚度为50mm),背水面裂缝限值为0.3mm。一般情况下,迎水面的钢筋均由裂缝控制,根据弯矩大小的不同,可比相应的强度计算配筋增大约20~55%。采用理正工具箱的梁截面计算时,可同时进行强度和裂缝的验算,当第1次计算的裂缝宽度不足时,可通过“结果查看>修改验算 ”进行配筋修改,点击“确认修改”后可算得新的裂缝宽度结果,如仍不满足,可继续调整,直至满足。
因较大的弯矩主要集中在支座部位,当底板拉通筋按典型中间跨跨中计算配筋及构造最小配筋率两者中的大值配置,较大弯矩的支座和边跨处或局部较大跨度的跨中处设置另加钢筋时,底板可获得较优的经济效益。从底板钢筋抗裂时“宁细勿粗,宁密勿疏”的原则考虑,按经验一般可取拉通筋及另加筋的间距均为150,则有利于底板抗裂,从实际施工的情况来看,并未见现场反映过因钢筋过密而导致砼浇筑困难的问题,再类比梁、柱纵筋的间距,故最小75甚至50的板筋间距仍然是合适的。另需注意,另加筋的长度应按以下原则确定:伸出柱帽长度不小于柱帽间净跨的1/4,当另加筋直径较大(如并筋)时,伸出长度不宜小于柱帽间净跨的1/3。
根据上述第3、(2)点的计算公式,我们知道柱上板带跨中配筋约为支座配筋的1/2,而跨中板带跨中配筋可视为与柱上板带跨中配筋基本相同,跨中板带支座配筋为柱上板带支座配筋的1/3。因此,在计算某跨时,可先行计算柱上板带支座配筋,当支座配筋的另加筋不超过拉通筋时,则其它部位配筋均不需另加筋;当支座配筋的另加筋超过拉通筋时,则需对跨中筋进行计算,以确定是否需另加筋;当支座配筋的另加筋超过拉通筋一倍以上时,除需对跨中进行计算确定另加筋外,还需计算跨中板带支座钢筋的另加筋。当验算竖向荷载作用下的强度时,可通过竖向荷载与水压荷载相对比例的简化方法,判断相应部位是否需设置另加筋。
当拉通筋为最小配筋率,而边跨支座处所需另加筋太大,直径超过拉通筋直径二级以上时,可采用并筋,或在一个拉通筋间距内放置2根另加筋的办法,以避免发生无法充分发挥较大直径钢筋强度的情形,但注意当采用并筋时,钢筋伸出柱帽的长度不宜小于柱帽间净跨的1/3;当另加筋采用并筋其直径仍超过拉通筋直径二级以上时,则可考虑采用以下3种办法之一,或采用2种或3种办法的组合:a.将局部区域的拉通筋加大,与其余区域拉通筋搭接连接,从而减少另加筋直径;b.将柱上板带与跨中板带的弯矩分配比例从3:1调整为2:1;c. 将支座弯矩下调10%~15%,相应提高跨中正弯矩。
(2)底板的抗渗能力
根据防水规范及高规表12.1.9,个人认为,在确定底板厚度时,可通过混凝土采用的抗渗等级来确定混凝土的厚度作为衡量其抗渗能力的一个有益的参考。如抗渗等级取S8时,水头与厚度的比值最大可取15。
(3)底板同时用作筏板时需考虑其调节不均匀沉降的能力及筏板的整体刚度,同时满足筏板的构造要求。
内力及配筋计算
采用等代框架的简化方法计算,而非经验系数法,其优点为不受各跨跨度的限制,可考虑到大小跨对内力的影响,并对任何位置可只抽出单跨来进行验算。具体步骤如下:
用连续梁模型计算等代框架每米宽度的弯矩平均值
各部位弯曲的计算通式为,其中弯曲系数在端跨跨中及中间内支座取0.08,在第一内支座取0.11,在中间跨跨中取0.05。
(2)按柱上板带将内力相应调大
根据无梁楼盖中支座处跨中板带承担25%弯矩,柱上板带承担75%弯矩;跨中处跨中板带承担45%弯矩,柱上板带承担55%弯矩的分配规律,结合考虑穹顶效应的影响,可得出柱上板带各部位处单位宽度的简化计算式如下:
①中间跨支座处,其中1.5为柱上板带内力增大系数,0.8为考虑穹顶效应的折减系数;
②中间跨跨中处,其中1.1为柱上板带内力增大系数,0.8为考虑穹顶效应的折减系数;
③边跨支座处,其中1.5为柱上板带内力增大系数,并注意边跨不能考虑穹顶效应;
④边跨跨中处,其中1.1为柱上板带内力增大系数,并注意边跨不能考虑穹顶效应。
计算跨度的确定
当基础为多桩承台时,计算跨度,其中各参数的含义详见附图1。
附图1基础为多桩承台时的跨度示意图
注:文章内的图表、公式请到PDF格式下查看
1)明确水头高度h
地下水的设防水位应取建筑物设计使用年限内可能产生的最高水位,如岩土工程勘察报告中没有提供地下水最高水位时,地下水设防水位可取建筑物的室外地坪标高。实际操作时,可取建筑物附近区域市政道路的最低标高,即假定市政管道排水能力足够,丰水期时不会造成连通的地下水淹没市政道路最低点的情况。应注意需由勘察单位提出在设计使用年限内建筑物的设计水位。
2)有人防时控制荷载的判断
地下室底板的人防等效静荷载,对采用桩基础的建筑物,核6级时通常为12kN/m2(非饱和土)、25 kN/m2(饱和土),核5级时通常为25kN/m2(非饱和土)、50 kN/m2(饱和土)。底板设计时,需判断底板配筋是由人防组合荷载控制还是由平时水压荷载控制。近似的办法为,由平时水压的控制荷载 [1.35×10×h(水头)-t(底板厚)×25] ×1.15(裂缝调整系数),与人防控制荷载 1.2×(10×h(水头)-t(底板厚)×25)+qRF(人防等效静载)判断,大者为控制荷载。
2.确定底板厚度
1)底板的冲切承载力
底板的冲切承载力一般指底板在水压或水压与人防组合荷载作用下,其抵抗冲切破坏的能力,通常由承台或独立基础的冲切控制。冲切锥体的形状通常为从底板底与承台(基础)的交接处沿向墙柱方向的45度线交于底板面。
验算公式为
×系数(详规范),
当有人防时,为×系数(详规范),
其中人防时的,底板的有效高度可取 ,承台(基础)周长-。
荷载(相应位置柱按面积法所占面积-承台(基础)的面积) ×底板
柱按面积法所占面积即柱四周各1/2跨度所组成闭合线的面积。
当冲切不满足时,在考虑提高底板厚度前可先考虑适当提高承台(基础)的尺寸,可获得较优的经济指标。
②当基础为独立基础或单桩承台或单排桩承台的短向时,分以下两种情况:
当时,对所有部位,其中为承台厚度,为底板厚度,、、等参数参照附图1;
当时,在计算跨中弯矩时,取两柱边的净距,其余部位仍取 ,其中为承台厚度,为底板厚度,、、等参数参照附图1。
上述兩种情况均需验算柱边截面,计算跨度取两柱边的净距,截面高度为承台高度。考虑到实际相当于变截面梁,需将按等截面梁的计算结果乘以放大系数1.25,因该截面同时又属于承台,故最终弯矩应为按变截面梁在水压作用下的结果与扣除水浮力后作为承台的所受弯矩的叠加。
长短跨的调整可总结为以下3点原则:
①当某跨小于相邻跨的0.2倍时,较近支座可视为1个支座;
当相邻跨跨度相差在20%以内时,可视作等跨;
当某跨与相邻跨跨度之比大于0.2小于0.8时,对邻跨的影响,弯矩增大者乘以1.1,减小者乘以0.9,重复影响者乘以1.33,如附图2所示。
配筋计算及裂缝验算附图2长短跨弯矩调整系数示意图
按上述算得的弯矩对柱上板带各截面进行配筋设计,并按强度计算得到的配筋进行裂缝验算,其中迎水面裂缝限值为0.2mm(保护层厚度为50mm),背水面裂缝限值为0.3mm。一般情况下,迎水面的钢筋均由裂缝控制,根据弯矩大小的不同,可比相应的强度计算配筋增大约20~55%。采用理正工具箱的梁截面计算时,可同时进行强度和裂缝的验算,当第1次计算的裂缝宽度不足时,可通过“结果查看>修改验算 ”进行配筋修改,点击“确认修改”后可算得新的裂缝宽度结果,如仍不满足,可继续调整,直至满足。
因较大的弯矩主要集中在支座部位,当底板拉通筋按典型中间跨跨中计算配筋及构造最小配筋率两者中的大值配置,较大弯矩的支座和边跨处或局部较大跨度的跨中处设置另加钢筋时,底板可获得较优的经济效益。从底板钢筋抗裂时“宁细勿粗,宁密勿疏”的原则考虑,按经验一般可取拉通筋及另加筋的间距均为150,则有利于底板抗裂,从实际施工的情况来看,并未见现场反映过因钢筋过密而导致砼浇筑困难的问题,再类比梁、柱纵筋的间距,故最小75甚至50的板筋间距仍然是合适的。另需注意,另加筋的长度应按以下原则确定:伸出柱帽长度不小于柱帽间净跨的1/4,当另加筋直径较大(如并筋)时,伸出长度不宜小于柱帽间净跨的1/3。
根据上述第3、(2)点的计算公式,我们知道柱上板带跨中配筋约为支座配筋的1/2,而跨中板带跨中配筋可视为与柱上板带跨中配筋基本相同,跨中板带支座配筋为柱上板带支座配筋的1/3。因此,在计算某跨时,可先行计算柱上板带支座配筋,当支座配筋的另加筋不超过拉通筋时,则其它部位配筋均不需另加筋;当支座配筋的另加筋超过拉通筋时,则需对跨中筋进行计算,以确定是否需另加筋;当支座配筋的另加筋超过拉通筋一倍以上时,除需对跨中进行计算确定另加筋外,还需计算跨中板带支座钢筋的另加筋。当验算竖向荷载作用下的强度时,可通过竖向荷载与水压荷载相对比例的简化方法,判断相应部位是否需设置另加筋。
当拉通筋为最小配筋率,而边跨支座处所需另加筋太大,直径超过拉通筋直径二级以上时,可采用并筋,或在一个拉通筋间距内放置2根另加筋的办法,以避免发生无法充分发挥较大直径钢筋强度的情形,但注意当采用并筋时,钢筋伸出柱帽的长度不宜小于柱帽间净跨的1/3;当另加筋采用并筋其直径仍超过拉通筋直径二级以上时,则可考虑采用以下3种办法之一,或采用2种或3种办法的组合:a.将局部区域的拉通筋加大,与其余区域拉通筋搭接连接,从而减少另加筋直径;b.将柱上板带与跨中板带的弯矩分配比例从3:1调整为2:1;c. 将支座弯矩下调10%~15%,相应提高跨中正弯矩。
(2)底板的抗渗能力
根据防水规范及高规表12.1.9,个人认为,在确定底板厚度时,可通过混凝土采用的抗渗等级来确定混凝土的厚度作为衡量其抗渗能力的一个有益的参考。如抗渗等级取S8时,水头与厚度的比值最大可取15。
(3)底板同时用作筏板时需考虑其调节不均匀沉降的能力及筏板的整体刚度,同时满足筏板的构造要求。
内力及配筋计算
采用等代框架的简化方法计算,而非经验系数法,其优点为不受各跨跨度的限制,可考虑到大小跨对内力的影响,并对任何位置可只抽出单跨来进行验算。具体步骤如下:
用连续梁模型计算等代框架每米宽度的弯矩平均值
各部位弯曲的计算通式为,其中弯曲系数在端跨跨中及中间内支座取0.08,在第一内支座取0.11,在中间跨跨中取0.05。
(2)按柱上板带将内力相应调大
根据无梁楼盖中支座处跨中板带承担25%弯矩,柱上板带承担75%弯矩;跨中处跨中板带承担45%弯矩,柱上板带承担55%弯矩的分配规律,结合考虑穹顶效应的影响,可得出柱上板带各部位处单位宽度的简化计算式如下:
①中间跨支座处,其中1.5为柱上板带内力增大系数,0.8为考虑穹顶效应的折减系数;
②中间跨跨中处,其中1.1为柱上板带内力增大系数,0.8为考虑穹顶效应的折减系数;
③边跨支座处,其中1.5为柱上板带内力增大系数,并注意边跨不能考虑穹顶效应;
④边跨跨中处,其中1.1为柱上板带内力增大系数,并注意边跨不能考虑穹顶效应。
计算跨度的确定
当基础为多桩承台时,计算跨度,其中各参数的含义详见附图1。
附图1基础为多桩承台时的跨度示意图
注:文章内的图表、公式请到PDF格式下查看