基礎(chǔ)梁相關(guān)及計算.doc

基礎(chǔ)梁基礎(chǔ)梁簡單說就是在地基土層上的梁?；A(chǔ)梁一般用于框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)，框架柱落于基礎(chǔ)梁上或基礎(chǔ)梁交叉點上，其主要作用是作為上部建筑的基礎(chǔ)，將上部荷載傳遞到地基上。在工業(yè)廠房中，一般都以柱作為主要的承重構(gòu)件， 而墻只起到圍護作用，這時就需要在柱的基礎(chǔ)上設(shè)置一根承擔兩柱之間墻體荷載的梁，此梁叫基礎(chǔ)梁?；A(chǔ)梁斷面一般作成梯形 1。 基礎(chǔ)梁作為基礎(chǔ)，起到承重和抗彎功能，一般基礎(chǔ)梁的截面較大，截面高度一般建議取1/41/6跨距，這樣基礎(chǔ)梁的剛度很大，可以起到基礎(chǔ)梁的效果，其配筋由計算確定。 水利、土建工程中連接上部結(jié)構(gòu)與地基的梁式構(gòu)件。一般又稱彈性地基梁。在水閘、船閘、船塢等結(jié)構(gòu) 2的底板計算中,通常用圖1所示方法截取梁條,以基礎(chǔ)梁的計算來代替基礎(chǔ)底板的計算。圖2為基礎(chǔ)梁的計算簡圖?；A(chǔ)梁除受梁上荷載作用外，有時還要考慮變溫影響、邊荷載作用等。對于半無限大、有限深地基上的常截面梁，在各種外荷載以及邊荷載作用下,梁的內(nèi)力、位移均已制成表格,以便工程設(shè)計中查用。基礎(chǔ)梁計算的關(guān)鍵，在于選擇合理的地基模型求解地基反力。主要的地基模型如下。文克勒模型:又稱 基礎(chǔ)梁彈簧墊層模型。它假設(shè)地基單位面積上所受的壓力與地基沉陷成正比。半無限大彈性體模型:它假設(shè)地基是半無限大的理想彈性體。中厚度地基模型：它假設(shè)地基為有限深的彈性層。成層地基模型：它假設(shè)地基為分層的平面或空間彈性體。除外，其余的模型，又稱為連續(xù)介質(zhì)地基模型。此外，有時還采用雙墊層彈簧模型、各向異性地基模型等。在一些小型工程設(shè)計或初步設(shè)計中，有時直接采用地基反力直線分布假設(shè)，使反力的求解成為靜定問題，計算大為簡化?；A(chǔ)拉梁與基礎(chǔ)梁拉梁的計算方法有兩種： 1、取拉梁所拉結(jié)的柱子中軸力較大者的1/10，作為拉梁軸心受拉的拉力或軸心受壓的壓力，進行承載力計算。按此法計算時，柱基礎(chǔ)按偏心受壓考慮。（基礎(chǔ)土質(zhì)較好，用此法較節(jié)約） 2、以拉梁平衡柱底彎矩，柱基礎(chǔ)按中心受壓考慮。拉梁正彎矩鋼筋全部拉通，負彎矩筋有1/2拉通。此時梁的截面高度宜取下面的取值較高者獨立基礎(chǔ)拉梁的問題一般情況下，獨立基礎(chǔ)兩個方向都會設(shè)基礎(chǔ)梁，既可以提高基礎(chǔ)整體性，也可以用來承擔底層的墻體。 請問大家一般基礎(chǔ)梁是設(shè)在基礎(chǔ)頂面，還是設(shè)在某個靠近正負零的標高處？ 如果是前者，那么在基礎(chǔ)埋深較大時，不僅浪費底層墻體，而且會造成底層柱計算長度過大，導致底層的整體剛度較二層剛度之比過小。 如果是后者，那么基礎(chǔ)梁到基礎(chǔ)頂之間的柱就非常有可能是短柱甚至超短柱了，可見過不少人這樣設(shè)計，不知道為什么，規(guī)范是不提倡這樣的啊。 （基礎(chǔ)梁就是基礎(chǔ)拉粱，主要是為了提高基礎(chǔ)整體性,應(yīng)與基礎(chǔ)相連. ）現(xiàn)在許多住宅首層架空，此時僅在首層設(shè)梁，不再設(shè)基礎(chǔ)梁。但七度及以上層數(shù)較多時，還是加基礎(chǔ)梁為好（雖然有點浪費）。首層以下的柱當然按短柱處理。 基礎(chǔ)梁最好與基礎(chǔ)直接相連,第一種較好.原因如下: 1,基礎(chǔ)梁的主要作用是協(xié)調(diào)地震時各基礎(chǔ)的變形,使基礎(chǔ)能共同協(xié)調(diào)工作,所以才按拉梁設(shè)計,因此是用來協(xié)調(diào)基礎(chǔ)的,而不是協(xié)調(diào)柱子. 2,底層柱計算長度大是一個常見的問題,有較多的解決方法,不應(yīng)該為了講究柱的剛度值而犧牲基礎(chǔ)梁的作用. 3,短柱問題十分明顯,不用細說. 4,若必須按方案二做,結(jié)構(gòu)的計算簡圖也應(yīng)該取到基礎(chǔ)頂面,所以方法二不提倡,其力學概念不明確. 5,若要減小柱的計算長度可以適當把基礎(chǔ)頂面提高(對多層建筑有效).設(shè)置拉梁的情況1.有抗震設(shè)防,基礎(chǔ)埋深不一致 基礎(chǔ)梁2.地基土質(zhì)分布不均勻 3.相鄰柱荷載相差懸殊 4.基礎(chǔ)埋深較大 拉梁的主要作用是平衡柱下端彎矩,調(diào)節(jié)不均勻沉降等. 多層建筑,基礎(chǔ)埋深較淺,宜設(shè)在基礎(chǔ)頂面;高層建筑,宜具體情況而定。 1.我想基礎(chǔ)埋置很深時，可以在o.ooo下50或60設(shè)基礎(chǔ)梁，這樣可以降低底層柱的計算高度； 2.如果基礎(chǔ)埋置不深，明知基礎(chǔ)梁拉在靠近0.000處會造成短柱，那就設(shè)在基礎(chǔ)頂面；如果非得拉在靠近柱根處，那可以設(shè)基礎(chǔ)短柱，加大柱截面，箍筋加密；（1）一般工程無特殊要求時，基礎(chǔ)梁頂標高取-0.050（與基礎(chǔ)短柱頂平）； 基礎(chǔ)梁（2）基礎(chǔ)梁地構(gòu)造在圖紙中注明：先素土夯實，再鋪爐渣300厚，梁底留100高空隙； （3）基礎(chǔ)梁平面定位尺寸必須明確，基礎(chǔ)梁支座若沒有完全落在基礎(chǔ)短柱上，即基礎(chǔ)梁端部懸空或局部懸空時，應(yīng)注明梁下以同標號同澆素砼填充，基礎(chǔ)短柱嚴禁出現(xiàn)外凸現(xiàn)象； （4）基礎(chǔ)梁一般采用C20或C25等級的混凝土澆筑； （5）注意基礎(chǔ)梁高度一般取1/12跨距。 a.跨距為6m時，梁高一般取500； b.跨距為7.5m時，梁高一般取600或650； 梁配筋大小應(yīng)根據(jù)其荷載計算確定，一般可取616，8100/200。當基礎(chǔ)按軸心受力計算，上部結(jié)構(gòu)傳來底彎距由基礎(chǔ)梁平衡時，基礎(chǔ)梁應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)頂面，當基礎(chǔ)梁僅起連接作用或作為首層墻體基礎(chǔ)時，可設(shè)置在-0.05標高處。拉梁截面寬度0.03L0.04L，高度0.05L0.067L。如按0.1Nmax法計算，配筋應(yīng)上下相同，且不少于615mm2（2D14）。此外，當拉梁承受底層墻體荷載時，不管采用上述何種方法計算的，都必須對基礎(chǔ)拉梁另行按“梁”或“連續(xù)梁”進行驗算。兩個階段設(shè)計是三個設(shè)防水準的具體實施。其步驟是:第一階段設(shè)計是對絕大多數(shù)建筑物，應(yīng)滿足一、二設(shè)防水準的設(shè)計要求，即按照第一水準(多遇地震)的地震參數(shù)，進行地震作用計算、結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件內(nèi)力計算，然后采用相應(yīng)的構(gòu)造措施，達到“小震不壞，中震可修”的要求。第二階段設(shè)計是對地震時容易倒塌的部位進行塑性變形驗算，使薄弱層的水平位移不超過容許塑性位移。第一階段為結(jié)構(gòu)設(shè)計計算階段： 主要任務(wù)是承載能力計算和一系列基本抗震構(gòu)造措施設(shè)計。確定結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)布置，用小震作用計算結(jié)構(gòu)彈性位移和構(gòu)件的內(nèi)力，并用極限狀態(tài)法設(shè)計各構(gòu)件（譬如確定配筋或者確定型鋼類型），同時進行結(jié)構(gòu)的抗震變形驗算，按照延性和耗能要求，采用相應(yīng)的構(gòu)造措施。這樣就基本可以做到保證前面所說的“三水準”中的前兩個水準：小震不壞，中震可修。第二階段為驗算階段： 主要對抗震有特殊要求或者對地震特別敏感、存在大震作用時容易發(fā)生災(zāi)害的薄弱部位進行彈塑性變形驗算，要求其值在避免結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌的范圍內(nèi)。如果層間位移超過允許值，認為結(jié)構(gòu)可能發(fā)生嚴重破壞或者倒塌，則需要對薄弱部位采取必要的措施，直到滿足要求為止。通過計算和構(gòu)造措施，通過彈性階段的設(shè)計計算和塑性階段的驗算，實現(xiàn)“小震不壞，中震可修、大震不倒”的抗震要求。三水準遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用小震不壞當遭受相當于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，可能損壞，但經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用中震可修當遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的預(yù)估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞大震不倒兩階段設(shè)計：第一階段設(shè)計：小震彈性計算，地震效應(yīng)與其他荷載效應(yīng)組合，并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進行構(gòu)件截面設(shè)計，滿足小震強度要求；限制小震的彈性層間位移角；同時采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)的延性、變形能力和耗能能力，自動滿足中震變形要求。第二階段設(shè)計：限制大震下結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角；并采取必要的抗震構(gòu)造措施滿足大震防倒塌要求。關(guān)鍵詞： 隔震結(jié)構(gòu) 隔震設(shè)計 來 源： CUAD期刊庫 孫柏鋒1 , 潘文2(1. 云南恒銳建設(shè)技術(shù)咨詢有限公司,云南昆明650011;2. 昆明理工大學建筑工程學院,云南昆明650224)摘要:結(jié)合建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011 - 2001) ,提出了針對隔震裝置設(shè)計的隔震結(jié)構(gòu)兩階段設(shè)計法。該方法在項目的方案階段,根據(jù)項目的基本情況采用簡化估算方法對隔震層進行估算,為方案的確定提供依據(jù);在施工圖設(shè)計階段,采用時程分析方法對隔震層進行設(shè)計計算,為上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)計及隔震裝置的選用提供依據(jù)。文中以4層多層框架結(jié)構(gòu)體系為例進行了分析,結(jié)果顯示提出的設(shè)計方法具有簡便,符合工程應(yīng)用的特點,且該方法有利于提高設(shè)計質(zhì)量,減少設(shè)計周期。關(guān)鍵詞:隔震結(jié)構(gòu);隔震設(shè)計;兩階段設(shè)計法;水平向減震系數(shù)中圖分類號: P315. 966; TU241. 7; TU318 +. 1; TU352. 1 + 2 引言隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,破壞性地震造成的經(jīng)濟損失越來越大。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計思想以“小震不壞、中震可修、大震不倒”三水準為設(shè)防目標,建筑結(jié)構(gòu)依靠結(jié)構(gòu)的變形來吸收并消耗地震能量 1 。傳統(tǒng)的抗震設(shè)防目標,已經(jīng)不是一種完善的抗震設(shè)計理念,而采用建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù),在大震下結(jié)構(gòu)不損壞或者僅有輕微損壞,從而保證了罕遇地震發(fā)生時人員、設(shè)備、儀器的安全,符合現(xiàn)階段的基于性能的抗震設(shè)計思想,有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。隔震結(jié)構(gòu)是指在建筑物基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置而形成的結(jié)構(gòu)體系,通過隔震裝置來減輕地震對上部結(jié)構(gòu)的破壞,確保其在地震下的安全。1隔震結(jié)構(gòu)兩階段設(shè)計法的介紹 考慮到我國的隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀,結(jié)合我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范( GB50011 - 2001) (以下簡稱抗規(guī)) ,保證設(shè)計的可延續(xù)性,本文引入了將簡化估算方法和相對較為精確的時程分析方法相結(jié)合的思路,即為兩階段設(shè)計法。 兩階段設(shè)計法的具體內(nèi)涵是在工程方案階段,采用簡化估算方法,便于快速提供在特定場地條件和結(jié)構(gòu)體系以及隔震裝置條件下的設(shè)計方案,為業(yè)主和設(shè)計單位提供決策參考;在施工圖設(shè)計階段依據(jù)我國現(xiàn)行的相關(guān)標準采用相對較為準確的時程分析方法,便于最終確定和優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置與隔震裝置參數(shù)。2隔震結(jié)構(gòu)簡化估算設(shè)計方法 隔震結(jié)構(gòu)簡化估算設(shè)計方法的基本思路:對于隔震結(jié)構(gòu)體系,先將上部結(jié)構(gòu)簡化為等效單質(zhì)點體系,通過給定預(yù)期的水平向減震系數(shù),得出建筑結(jié)構(gòu)采用隔震后的水平地震影響系數(shù)1 ,由地震影響系數(shù)曲線定出隔震后體系的自振周期T1 ,從而得出隔震層剛度K隔,最后初步選擇隔震裝置。2. 1隔震結(jié)構(gòu)簡化估算設(shè)計方法的兩點假設(shè) (1)由于基礎(chǔ)隔震層剛度一般遠小于上部結(jié)構(gòu)的剛度,在地震作用下,上部結(jié)構(gòu)視為整體平動,將上部結(jié)構(gòu)視為剛體。 (2)忽略結(jié)構(gòu)自身阻尼變化的影響。2. 2隔震結(jié)構(gòu)簡化估算設(shè)計方法的步驟 (1)在進行初步設(shè)計時,憑借經(jīng)驗或現(xiàn)有的建筑物選定并計算結(jié)構(gòu)重力荷載代表值G (房屋的重力荷載代表值為其自重加上可變荷載的一半) ,并估算基礎(chǔ)固定時建筑結(jié)構(gòu)自振周期。 (2)根據(jù)場地類別、設(shè)計地震分組、抗震設(shè)防烈度和結(jié)構(gòu)自振周期以及阻尼比由抗規(guī)中地震影響系數(shù)曲線確定基礎(chǔ)固定時結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)。 (3)因為水平向減震系數(shù)和減震效果之間存在一一對應(yīng)的關(guān)系(如表1所示) ,可以在隔震設(shè)計時首先提出明確的隔震設(shè)計目標,即降低地震烈度的目標,這樣對于隔震結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu),可按降低后的地震烈度進行抗震設(shè)計。因此可以已知預(yù)期的水平向減震系數(shù), 按式( 1)確定隔震結(jié)構(gòu)水平地震影響系數(shù)1。1 = 0. 7 (1)(4)忽略結(jié)構(gòu)自身阻尼變化的影響,根據(jù)地震影響系數(shù)曲線反算出隔震結(jié)構(gòu)的自振周期T1 ,其中預(yù)期的水平向減震系數(shù)與隔震度 3 I = T1 / T的關(guān)系如表2與表3所示。 1)基礎(chǔ)固定時自振周期0. 1 T Tg時,即 =2max ,通常自振周期處于此范圍的多為砌體結(jié)構(gòu)或者與砌體結(jié)構(gòu)周期相當?shù)慕Y(jié)構(gòu),抗規(guī)中規(guī)定:砌體結(jié)構(gòu)隔震后體系的基本周期,不應(yīng)大于2. 0 s和5倍特征周期的較大值,與砌體結(jié)構(gòu)周期相當?shù)慕Y(jié)構(gòu)隔震后體系的基本周期,不應(yīng)大于5倍特征周期值 2 ,則處于此周期范圍結(jié)構(gòu)的隔震度與水平向減震系數(shù)的關(guān)系如表2所示。 2)基礎(chǔ)固定時周期Tg T1. 0s時,即 = (Tg/T)2max。 (5)由于基礎(chǔ)隔震層剛度一般遠小于上部結(jié)構(gòu)的剛度,在地震作用下,上部結(jié)構(gòu)視為整體平動,將上部結(jié)構(gòu)視為剛體,可將原結(jié)構(gòu)等效為單質(zhì)點體系,則根據(jù)式(2)可得到隔震層剛度K隔,然后根據(jù)隔震層剛度初步選擇隔震裝置。3隔震結(jié)構(gòu)時程分析方法 在施工圖設(shè)計階段依據(jù)我國現(xiàn)行的相關(guān)標準采用相對較為準確的時程分析方法,以便于最終確定和優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置與隔震裝置參數(shù)。 (1)隔震體系的計算模型,按抗規(guī)12. 2. 2條的規(guī)定,包括隔震支座、隔震層頂板的梁板結(jié)構(gòu)及上部框架結(jié)構(gòu),簡化為多個集中質(zhì)點的剪切型結(jié)構(gòu)。按抗規(guī)12. 2. 4條的規(guī)定,隔震層的水平剛度和等效粘滯阻尼比可根據(jù)隔震支座的性能參數(shù)Kj、j 按下列公式(3) 、(4)計算:Kh = Kj (3)eq = Kj j /Kh (4)式中:eq為隔震層等效粘滯阻尼比; Kh 為隔震層水平動剛度;j 為隔震支座由實驗確定的等效粘滯阻尼比;Kj 為隔震支座(含阻尼器)由實驗確定的水平動剛度。 (2)隔震結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù),應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)隔震與非隔震兩種情況下各層層間剪力的最大比值,按抗規(guī)表12. 2. 5確定,大致相當于層間剪力最大比值的1. 4倍。隔震結(jié)構(gòu)體系進行時程分析時,輸入加速度波形應(yīng)符合抗震規(guī)范對地震波選取的標準要求 4 。4設(shè)計實例 根據(jù)上述的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的兩階段設(shè)計方法,以一工程實例說明其具體的應(yīng)用方法。4. 1工程概況 該結(jié)構(gòu)建在類場地上,設(shè)計地震分組為第一組的一座四層框架結(jié)構(gòu)教學樓,無地下室。抗震設(shè)防烈度為9度。結(jié)構(gòu)長34. 2 m,寬9. 3 m,層高為3. 6 m,總高度16. 4m。擬采用基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計,預(yù)期的水平向減震系數(shù) = 0. 50。4. 2具體設(shè)計內(nèi)容及步驟4. 2. 1第1階段設(shè)計 (1)參考已有建筑或憑借經(jīng)驗選定并計算上部結(jié)構(gòu)重力荷載代表值G上=14 000 kN,本例中假設(shè)隔震層質(zhì)量為上部結(jié)構(gòu)底層質(zhì)量的0. 5倍,則隔震層重力荷載G隔=1 720 kN;估算基礎(chǔ)固定時建筑結(jié)構(gòu)自振周期T =0. 43 s。 (2)特征周期值Tg = 0. 35 s,則基礎(chǔ)固定時建筑結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù) = 0. 266,按式(1)確定隔震結(jié)構(gòu)基本周期的水平地震影響系數(shù)1 = 0. 7 0. 50 0. 266 = 0. 093 1。 (3)忽略阻尼對地震影響系數(shù)的影響,根據(jù)地震影響系數(shù)曲線反算出隔震結(jié)構(gòu)的周期T1 = 1. 38 s。則根據(jù)式(2)得到多遇地震作用下隔震層剛度K隔= 33. 21 kN /mm。 (4)初步選擇直徑500 mm、600 mm橡膠墊,數(shù)量分別為12個、6個,多遇地震作用下隔震層剛度初步定為K隔= 34. 32 kN /mm,等效阻尼比為23. 3%。如表4所示為橡膠支座的選型和計算參數(shù)。(本算例所采用的橡膠支座的計算參數(shù),按云南省正安橡膠減震技術(shù)公司提供的參數(shù)取用。4. 2. 2第2階段設(shè)計 (1)在施工圖設(shè)計階段采用時程分析方法最終確定和優(yōu)化布置、裝置參數(shù),結(jié)合我國的抗規(guī)和疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程的相關(guān)規(guī)定,本算例非隔震結(jié)構(gòu)采用PKPM進行計算,隔震結(jié)構(gòu)采用3D - BASIS基礎(chǔ)隔震計算分析程序計算。 (2)分別輸入調(diào)幅后的3條地震波(其中2條天然地震波, 1條人工地震波) ,天然波取自類場地上的實際記錄,人工波根據(jù)場地地震地質(zhì)環(huán)境評價報告提供的地震動參數(shù)生成符合規(guī)范要求的地震波。用3條波作用下各自最大值的平均值作為時程分析的代表值, Keq50 = 34. 32kN /mm,eq50 = 23. 3%; Keq250= 20. 592kN /mm,eq250 = 15. 9%