论文部分内容阅读
【摘要】理正深基坑支护设计软件在1998年推广以来，已成功应用各类高层建筑、城市轨道交通、机场建设、高速公路、岩土工程治理等大型工程的基坑设计中，在提高工程设计的同时，也受到广大工程设计人员的一致好评。理正深基坑支护设计软件是适用于多种支护形式的深基坑单元或空间整体协同分析计算的软件，包括腰梁、内支撑、立柱、斜撑的计算。理正工具箱软件是理正结构软件的一个分支，可以计算各种混凝土构件的内力及配筋。由于理正深基坑整体计算采用的是空间整体协同有限元计算的方法，而国内大部分工程设计人员对有限元计算方法不甚熟悉，所以往往会对理正深基坑整体计算结果产生怀疑。本文旨在通过使用工具箱软件的柱截面计算模块来校核深基坑整体计算内撑梁结果的正确性，同时也给设计人员提供了一种校核整体计算结果的方法。
【关键词】深基坑内撑梁整体计算工具箱柱截面压弯构件
中图分类号：TV551文献标识码： A
一、深基坑支护设计整体计算
理正深基坑整体计算模块采用整体建模，空间整体协同线弹性有限元方法计算，可以考虑支护结构、内支撑结构及土空间整体的协同作用，模型、结果都可进行真三维整体查看，并可进行单构件查看。下面是整体计算中编号为ZCL-4的支撑梁构件的计算条件和计算结果。
1.计算条件
（1）所研究支撑梁构件
内撑梁编号：ZCL-4（构件长6米）
（2）截面信息
矩形800×600（表示b*h，b=800mm,h=600mm）
截面面积 A = 48×102(cm2)
截面惯性矩 Iy = 256.00×104(cm4)
截面惯性矩 Ix = 144.00×104(cm4)
抗扭惯性矩 It = 312.00×104(cm4)
（3）材料信息
材料：混凝土C30
材料比重 = 24.000(kN/m3)
弹性模量 = 30000.000(MPa)
泊松比 = 0.200
剪切模量 = 12000.000
（4）配筋信息
构件配筋计算综合分项系数: 1.250
是否对称配筋 √
轴力调整系数 1.000
剪力调整系数 1.000
跨中弯矩调整系数 1.000
支座弯矩调整系数 1.000
混凝土保护层厚度(mm) 30.0
纵筋级别 HRB335
箍筋级别 HPB235
2.计算结果
（1）位移计算结果:
起点 中点 终点 最大值
截面x方向(mm)： 0.13 0.13 0.13 ---
截面y方向(mm)： -1.82 -2.43 -1.82 ---
轴向(mm)： 0.13 0.00 -0.13 ---
合成(mm)： 1.83 2.44 1.83 2.44
（2）内力计算结果:
起点 中点 终点 设计值
水平弯矩(+)(kN-m)：My 0.00 0.00 0.00 0
水平弯矩(-)(kN-m)： 0.00 0.00 -0.00 0
竖向弯矩(+)(kN-m)：Mx 59.74 111.58 59.74 74.675
竖向弯矩(-)(kN-m)： 0.00 0.00 0.00 0
水平剪力(kN)： Vy -0.00 -0.00 -0.00 0
竖向剪力(kN)： Vx 34.56 -0.01 -34.56 -43.2
轴力(kN)：负值 -635.38 -635.38 -635.38 -794.225
扭矩(kN-m)： 0.00 0.00 -0.00 0
（3）配筋计算结果:
起点 中点 终点
水平左侧纵筋(mm2)： 960 960 960
水平右侧纵筋(mm2)： 960 960 960
竖向上侧纵筋(mm2)： 960 960 960
竖向下侧纵筋(mm2)： 960 960 960
水平箍筋(mm2/m)： 750 750 750
竖向箍筋(mm2/m)： 750 750 750
基坑整体计算梁配筋结果示意图
二、工具箱柱截面计算
理正工具箱软件可计算各类混凝土构件及钢构件，由于支撑梁在深基坑中按压弯构件计算，故可用工具箱中柱截面计算模块来校核其配筋结果。下面是在工具箱柱截面计算模块中同一编号ZCL-4支撑梁构件的计算条件和计算结果。
1.计算条件
（1）截面
矩形柱
b=800mm，h=600mm
计算长度 L=6.00m
（2）材料
砼强度等级 C25，fc=11.90N/mm2
纵筋级别 HRB400，fy=360N/mm2
箍筋级别 HPB235，fy=210N/mm2
（3）基坑整体计算计算的内撑梁内力值
轴力设计值 N=794.22kN
彎矩设计值 Mx=74.68kN.m，My=0.00kN.m
剪力设计值 Vy=0.00kN，Vx=-43.20kN
2.计算结果
（1）截面验算
Vx=43.20kN < 0.25βcfcbh0=1356.60kN，截面满足。
（2）正截面受压承载力计算
轴压比验算：轴压比=N/(A*fc)=0.14
上部纵筋：As=960mm2，ρ=0.20% > ρmin=0.20%
下部纵筋：As=960mm2，ρ=0.20% > ρmin=0.20%
左右纵筋：As=960mm2，ρ=0.20% > ρmin=0.20%，构造配筋。
上下纵筋总和：As=1920mm2，ρ=0.40% < ρmax=5.00%。
（3）斜截面承载力计算
Asvx/s=[V-(1.75/(λ+1)*ft*h*b0+0.07*N)]/(fyv*b0)=-3253mm2/m
X向箍筋按构造配筋Asvx/s=750mm2/m
Y向箍筋按构造配筋Asvy/s=750mm2/m
（4）配置钢筋：
上部纵筋:4E18(1018mm2，ρ=0.21%) > As=960mm2，配筋满足。
下部纵筋:4E18(1018mm2，ρ=0.21%) > As=960mm2，配筋满足。
左右纵筋:3E18(763mm2，ρ=0.16%)，分配As=1018mm2 > As=960mm2，配筋满足。
竖向箍筋:d8@200四肢箍(1005mm2/m，ρsv=0.13%) > Asv/s=750mm2/m，配筋满足。
水平箍筋:d8@200三肢箍(754mm2/m，ρsv=0.13%) > Asv/s=750mm2/m，配筋满足。
三、校核时注意的事项
由于深基坑软件与工具箱软件对某些定义在程序上的认定不同，如内力正负方向的定义等，所以，在进行校核时要求注意以下事项。
ａ.基坑内撑梁是按压弯构件计算，因此校核时应该用工具箱中柱截面。
ｂ.由于基坑输出计算书中是梁的某个断面，因此柱截面校核时，选择普通柱或框架柱没有分别。
ｃ.工具箱中输入的柱长应为内撑梁实际长度。
ｄ.基坑输出计算书中的内力值为标准值，应该将其乘以分项系数和基坑重要性系数后输入工具箱中计算。
ｅ.基坑中轴力输出时，正值为拉力，在工具箱中，正值为压力。
ｆ.工具箱中不能考虑扭矩的影响。
ｇ.深基坑和工具箱的内力方向要正确对应，如下图：
深基坑 工具箱
弯距水平方向 My
竖向剪力 Vx
弯距竖向方向 Mx
水平剪力 Vy
轴力为正 负值
四.结论
通过以上数据，对同一根内支撑梁（ZCL-4）在深基坑整体计算中的结果与在工具箱软件柱截面模块中的校核结果进行对比，发现两者完全一致。由此可以说明深基坑软件对内撑梁的整体计算结果是正确的，完全能够满足钢筋混凝土结构设计规范对结构设计的要求。工程设计人员在实际工程设计过程当中，也可自行采用此方法对深基坑支护设计软件的计算结果进行校核，验证其正确性。
[参考文献]
[1]中华人民共和国行业标准，建筑基坑支护技术规程，JGJ 120-2012，2012，中国建筑工业出版社，2012年9月第一版，2012年9月第一次印刷。
[2]中华人民共和国行业标准，混凝土结构设计规范，GB 50010-2010，2010，中国建筑工业出版社，2010年5月第一版，2010年5月第一次印刷。
[3]陈仲颐、周景星、王洪瑾著，土力学，清华大学出版社，1994年4月第1版，2000年8月第4次印刷。
[4]刘建航、侯学渊著，基坑工程手册，中国建筑工业出版社，1997年4月第一版，1997年4月第一次印刷。
【关键词】深基坑内撑梁整体计算工具箱柱截面压弯构件
中图分类号：TV551文献标识码： A
一、深基坑支护设计整体计算
理正深基坑整体计算模块采用整体建模，空间整体协同线弹性有限元方法计算，可以考虑支护结构、内支撑结构及土空间整体的协同作用，模型、结果都可进行真三维整体查看，并可进行单构件查看。下面是整体计算中编号为ZCL-4的支撑梁构件的计算条件和计算结果。
1.计算条件
（1）所研究支撑梁构件
内撑梁编号：ZCL-4（构件长6米）
（2）截面信息
矩形800×600（表示b*h，b=800mm,h=600mm）
截面面积 A = 48×102(cm2)
截面惯性矩 Iy = 256.00×104(cm4)
截面惯性矩 Ix = 144.00×104(cm4)
抗扭惯性矩 It = 312.00×104(cm4)
（3）材料信息
材料：混凝土C30
材料比重 = 24.000(kN/m3)
弹性模量 = 30000.000(MPa)
泊松比 = 0.200
剪切模量 = 12000.000
（4）配筋信息
构件配筋计算综合分项系数: 1.250
是否对称配筋 √
轴力调整系数 1.000
剪力调整系数 1.000
跨中弯矩调整系数 1.000
支座弯矩调整系数 1.000
混凝土保护层厚度(mm) 30.0
纵筋级别 HRB335
箍筋级别 HPB235
2.计算结果
（1）位移计算结果:
起点 中点 终点 最大值
截面x方向(mm)： 0.13 0.13 0.13 ---
截面y方向(mm)： -1.82 -2.43 -1.82 ---
轴向(mm)： 0.13 0.00 -0.13 ---
合成(mm)： 1.83 2.44 1.83 2.44
（2）内力计算结果:
起点 中点 终点 设计值
水平弯矩(+)(kN-m)：My 0.00 0.00 0.00 0
水平弯矩(-)(kN-m)： 0.00 0.00 -0.00 0
竖向弯矩(+)(kN-m)：Mx 59.74 111.58 59.74 74.675
竖向弯矩(-)(kN-m)： 0.00 0.00 0.00 0
水平剪力(kN)： Vy -0.00 -0.00 -0.00 0
竖向剪力(kN)： Vx 34.56 -0.01 -34.56 -43.2
轴力(kN)：负值 -635.38 -635.38 -635.38 -794.225
扭矩(kN-m)： 0.00 0.00 -0.00 0
（3）配筋计算结果:
起点 中点 终点
水平左侧纵筋(mm2)： 960 960 960
水平右侧纵筋(mm2)： 960 960 960
竖向上侧纵筋(mm2)： 960 960 960
竖向下侧纵筋(mm2)： 960 960 960
水平箍筋(mm2/m)： 750 750 750
竖向箍筋(mm2/m)： 750 750 750
基坑整体计算梁配筋结果示意图
二、工具箱柱截面计算
理正工具箱软件可计算各类混凝土构件及钢构件，由于支撑梁在深基坑中按压弯构件计算，故可用工具箱中柱截面计算模块来校核其配筋结果。下面是在工具箱柱截面计算模块中同一编号ZCL-4支撑梁构件的计算条件和计算结果。
1.计算条件
（1）截面
矩形柱
b=800mm，h=600mm
计算长度 L=6.00m
（2）材料
砼强度等级 C25，fc=11.90N/mm2
纵筋级别 HRB400，fy=360N/mm2
箍筋级别 HPB235，fy=210N/mm2
（3）基坑整体计算计算的内撑梁内力值
轴力设计值 N=794.22kN
彎矩设计值 Mx=74.68kN.m，My=0.00kN.m
剪力设计值 Vy=0.00kN，Vx=-43.20kN
2.计算结果
（1）截面验算
Vx=43.20kN < 0.25βcfcbh0=1356.60kN，截面满足。
（2）正截面受压承载力计算
轴压比验算：轴压比=N/(A*fc)=0.14
上部纵筋：As=960mm2，ρ=0.20% > ρmin=0.20%
下部纵筋：As=960mm2，ρ=0.20% > ρmin=0.20%
左右纵筋：As=960mm2，ρ=0.20% > ρmin=0.20%，构造配筋。
上下纵筋总和：As=1920mm2，ρ=0.40% < ρmax=5.00%。
（3）斜截面承载力计算
Asvx/s=[V-(1.75/(λ+1)*ft*h*b0+0.07*N)]/(fyv*b0)=-3253mm2/m
X向箍筋按构造配筋Asvx/s=750mm2/m
Y向箍筋按构造配筋Asvy/s=750mm2/m
（4）配置钢筋：
上部纵筋:4E18(1018mm2，ρ=0.21%) > As=960mm2，配筋满足。
下部纵筋:4E18(1018mm2，ρ=0.21%) > As=960mm2，配筋满足。
左右纵筋:3E18(763mm2，ρ=0.16%)，分配As=1018mm2 > As=960mm2，配筋满足。
竖向箍筋:d8@200四肢箍(1005mm2/m，ρsv=0.13%) > Asv/s=750mm2/m，配筋满足。
水平箍筋:d8@200三肢箍(754mm2/m，ρsv=0.13%) > Asv/s=750mm2/m，配筋满足。
三、校核时注意的事项
由于深基坑软件与工具箱软件对某些定义在程序上的认定不同，如内力正负方向的定义等，所以，在进行校核时要求注意以下事项。
ａ.基坑内撑梁是按压弯构件计算，因此校核时应该用工具箱中柱截面。
ｂ.由于基坑输出计算书中是梁的某个断面，因此柱截面校核时，选择普通柱或框架柱没有分别。
ｃ.工具箱中输入的柱长应为内撑梁实际长度。
ｄ.基坑输出计算书中的内力值为标准值，应该将其乘以分项系数和基坑重要性系数后输入工具箱中计算。
ｅ.基坑中轴力输出时，正值为拉力，在工具箱中，正值为压力。
ｆ.工具箱中不能考虑扭矩的影响。
ｇ.深基坑和工具箱的内力方向要正确对应，如下图：
深基坑 工具箱
弯距水平方向 My
竖向剪力 Vx
弯距竖向方向 Mx
水平剪力 Vy
轴力为正 负值
四.结论
通过以上数据，对同一根内支撑梁（ZCL-4）在深基坑整体计算中的结果与在工具箱软件柱截面模块中的校核结果进行对比，发现两者完全一致。由此可以说明深基坑软件对内撑梁的整体计算结果是正确的，完全能够满足钢筋混凝土结构设计规范对结构设计的要求。工程设计人员在实际工程设计过程当中，也可自行采用此方法对深基坑支护设计软件的计算结果进行校核，验证其正确性。
[参考文献]
[1]中华人民共和国行业标准，建筑基坑支护技术规程，JGJ 120-2012，2012，中国建筑工业出版社，2012年9月第一版，2012年9月第一次印刷。
[2]中华人民共和国行业标准，混凝土结构设计规范，GB 50010-2010，2010，中国建筑工业出版社，2010年5月第一版，2010年5月第一次印刷。
[3]陈仲颐、周景星、王洪瑾著，土力学，清华大学出版社，1994年4月第1版，2000年8月第4次印刷。
[4]刘建航、侯学渊著，基坑工程手册，中国建筑工业出版社，1997年4月第一版，1997年4月第一次印刷。