有限元在筏板基础设计中应用探析

《有限元在筏板基础设计中应用探析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、有限元在筏板基础设计中应用探析　　摘要：本文主要就有限元方法在建筑工程筏板基础设计中的应用做了一些分析和探讨。关键词：有限元；筏板；基础；设计中图分类号：S611文献标识码：A有限元方法（FiniteElementMethod,FEM）广泛应用于固体力学，流体力学，声场问题，电磁场问题，热传导等问题的分析、设计，同时还可以处理静态问题、波动问题，线性、非线性，复合材料问题，结构分析、仿真、优化设计等。是当前工程技术领域最常用、最有效的数值计算方法，已成为现代工程技术不可缺少的重要组成部分。其方法的实质是将复杂的连续体划分为有限多个简单的单元体,化无限自由度问

2、题为有限自由度问题,将连续场函数的(偏)微分方程的求解问题转化成有限个参数的代数方程组的求解问题。本文主要就有限元方法在建筑工程基础设计中的应用做一些分析和探讨。一、筏板有限元基础设计探讨大底盘多塔楼高层建筑、地下商场、地下车库建筑以及大跨空间、多层地下结构的出现，在目前住宅小区建设以及大型公建项目中都占有非常重要的地位，其面积可达总竣工建筑面积的10%。大量的工程应用实践中也出现一些问题。7（1）上部结构塔楼相对大底盘地下结构刚度大，荷载不均匀，基底反力不均匀，基础底板的不均匀变形。设计不当会引起基础开裂。（2）目前解决大底盘高层建筑不均匀沉降的办法一是设

3、置沉降缝，二是设置施工“后浇带”，待沉降基本稳定后再浇筑“后浇带”砼。（3）高层建筑与纯地下车库的连接相当于主塔楼与裙房的连接。高层基础采用桩筏或筏板基础时，基础计算可采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的JCCAD程序。程序对筏板基础按中厚板有限元计算各荷载工况下的内力、桩土反力、位移及沉降，根据内力包络求算筏板配筋。下面仅就计算过程中的问题做一些探讨。上部结构影响的选择时，考虑上下结构共同作用计算比较准确反映实际受力情况，可以减少内力节省钢筋。因平铺在地基上的大面积筏板基础在其平面外的刚度是很弱的。在上部结构不均匀荷载作用下容易产生较大的变形差

4、，导致筏板内力和配筋的增加。考虑基础与上部结构工作的原理是把上部结构的刚度叠加到基础筏板上，使其基础平面外刚度大大增加，从而大大增加抵抗上部结构传来的不均匀荷载的能力，减少变形差，减少内力与配筋，达到设计的经济合理性。7基础计算的关键是基础的沉降问题。沉降试算的目的是对给定的参数进行合理性校核，其主要指标是基础的沉降值。合理的沉降量是筏板内力及配筋计算的前提，在沉降量合理性的判断过程中，工程经验起着重要的作用，具体计算时应先根据上部结构的荷载及地质情况确定一个合理的沉降量，再通过调整平均沉降计算调整系数进行沉降计算。对于高层建筑桩筏、桩箱基础，按传统设计理念

5、是只重视满足总体承载力和沉降要求，忽略上部结构、承台、桩、土的相互作用共同工作特性，采用均匀布桩，甚至对边角桩实施加强，由此导致基础沉降呈蝶形分布、反力呈马鞍形分布，主裙差异变形显著，基础整体弯距和核心区冲切力过大，虽然基础板配筋较多，但有的基础板和上部结构仍有裂缝出现乃至影响正常使用。针对上述情况，提出变刚度调平设计新理念。调平设计基本内涵是，首先，考虑框筒、框剪结构的荷载与刚度分布特点和相互作用引起的应力场不均，实施变刚度布桩（视地质条件实施，变桩长、桩径、桩距）强化核心区，弱化核心区外围；对于刚度相对弱化区考虑桩土共同分担荷载。7调平设计主法是，对于主

6、楼裙房连体建筑，则按强化主体弱化裙房的原则设计，主体采用桩基，裙房则应首选天然地基，其次为复合地基、疏短桩基。采用JCCAD程序进行上部结构、承台、桩、土的共同作用分析，调整布桩，使差异沉降趋于最小，合理确定箱、筏承台的板厚与配筋。三、筏板有限元基础设计应用实例1、工程地质概况本工程设地下室1层，塔楼地上20层，采用剪力墙结构。根据岩土工程勘察报告，场地土层分布自上而下分别为：①人工填土层，厚度0.5m~3.0m；②冲洪积土层，厚度0.60m；③可塑状残积土层，厚度1.6m~8.30m，标贯击数为8~16击；④硬塑状残积土层，厚度2.2m~12.0m，标贯击

7、数为18~29击；⑤岩石全风化带，厚度2.40m~8.60m，标贯击数为30~46击；⑥岩石强风化带，厚度0.60m~12.0m，标贯击数为50~65击；⑦岩石中风化带，厚度1.10m~2.13m，天然单轴极限抗压强度24.55MPa~49.55MPa；⑧岩石微风化带，厚度1.0m~1.60m，天然单轴极限抗压强度43MPa~120MPa。2、基础结构方案选择本工程塔楼基础占地面积2230m2，塔楼总荷载重量为530260kN，即要求地基平均承载力为238kPa。从地层剖面及岩土性质分析，地下室开挖后板底标高下的岩土层为硬塑状残积土，标贯击数为18~29击，

8、经深度及宽度修正后，地基承载力特征值fa≥300kP