方案设计时,结合场地高差,地下一侧或多侧可开放。 本文利用盈建科软件分析了地下洞室引起的不平衡土压力对结构的影响。
土层水平阻力系数比例数(m值)
m值可根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)表5.7.5中灌注桩型式的m值确定。 m的取值范围一般在2.5~100之间。少数情况下,中密、密砾石、砾石土的取值可达100~300。
这个附加刚度与地下室结构的刚度无关,而是与土体的性质有关,方便用户填写和掌握。 利用m值计算得到的地下室侧向刚度约束呈三角形分布,地下室顶部为0,随深度增加而增大。 当用户认为回填土已完全嵌入地下室时,可填写负数“-m”(m小于或等于地下室层数Mbase)。 例如某模型有3层地下室,填入-3,则3层地下室的水平位移和绕垂直轴的旋转角度均为零,达到横向嵌入的目的。
需要区分的是,这里的嵌入只限制了基底的水平自由度和绕垂直轴的扭转自由度,对其他三个自由度没有限制。 对于不完整的横向嵌入,可以输入正的 m 值。
土层水平阻力系数(m值)的比例数:3
比例土层水平阻力系数(m值):10
m值越大,计算结果中RJX3、RJY3、RJZ3的刚度越大,说明程序对回填土的侧向约束是用附着在基底上的侧向刚度来表示的。 当约束越大,附加刚度也越大,反映在结构上的变形越小。 剪切刚度RJX1、RJY1、RJZ1的值不变,仅与自身刚度有关。
盈建科软件假设地震加速度作用位置位于模型的底部。 基于模态分解反应谱法,地震加速度的作用相当于作用在地下室结构各层的地震力。 地下室各层地震反力的大小与地下室的横向约束有关。 当地下室的侧向约束较大时,地下室结构的水平位移变小地下室挡土墙计算软件,因此地震反应力也会变小。 下图是地震响应随地下约束而增加的示意图:
地下室侧土约束应用方法
屋顶双向弹簧:在楼层位置对建筑物施加土壤约束相当于在地下室楼层位置设置弹簧单元,弹簧具有拉伸和压缩弹性。 轴测图:
外墙单向弹簧:土体对建筑物的约束作用于挡土墙的位置,与实际情况相符。 相当于在地下室的外墙上设置了一个弹簧单元,但弹簧只是压缩弹簧,而不是拉伸弹簧。 轴测图:
单向弹簧的刚度随着埋藏深度的增加而增加。 模型中m值为10,地下室层高为5米,网格划分为1米,顶板处弹簧刚度为0,如下图:
地下室侧土壤对结构的约束在力学上相当于单个压缩弹簧,只承受压力,不承受拉力。 长期以来,弹性计算中对地下室侧土体约束的模拟都简化为地下室各层顶板位置普通弹簧的参与,相当于假设两侧土体约束刚度地下结构大小相等,方向相反。 对于四面均具有侧向土体约束的常见地下室结构,该方法具有较好的近似效果,但对于有自由面的地下室(背靠建筑物),或有大面积楼板不连续或跳层结构的地下室等。这种情况下,传统的模拟有一定的局限性。 显然,对于地下室一侧的土体,采用地下外墙外的单个压缩弹簧进行模拟是更为真实的计算模型。 结构计算软件采用单一压力单元模拟地下室侧土体约束,并提供“地下室侧土体约束应用方法”选项。 “屋顶双向弹簧”选项对应于传统方法,“外墙单压弹簧”选项对应于上述新方法。 对于地下室外墙,程序单独计算每面墙的所有墙单元节点的弹簧刚度,弹簧方向垂直于墙表面。
不同约束应用方法的计算结果比较
地下室一侧挡土三面开放,基于屋顶双向弹簧和外墙单向弹簧计算地下室一侧土体约束应用方法,结果为分析了。 模型如下:
地震作用下的楼板剪力
顶板双向弹簧约束:
外墙单向弹簧约束:
屋顶上双向弹簧约束的楼板剪力大于外墙上单向弹簧约束的楼板剪力。
地下室侧向刚度
顶板双向弹簧约束:
外墙单向弹簧约束:
地下完全在地面上:
外墙采用单向弹簧约束,但地下室外墙定义为普通墙(无单向压缩弹簧):
屋顶双向弹簧约束结构的侧向刚度大于外墙单向弹簧约束结构的侧向刚度。
完全在地面计算的结构的侧向刚度与采用单向弹簧约束的外墙的侧向刚度相同。 但地下室外墙被定义为普通墙。 这说明了当使用单向弹簧约束时,地下土壤对外墙施加的额外结构约束。 刚度仅与挡边有关,与实际情况相符。
刚性中心和质心
顶板双向弹簧约束:
外墙单向弹簧约束:
地下完全在地面上:
顶板上采用双向弹簧约束,改变了结构的刚心位置,改变了结构的刚度。 在外墙上使用单向弹簧来约束结构的刚度,与在地面上完全一样,表明结构的刚度没有改变。
地震作用下楼板位移
顶板双向弹簧约束:
外墙单向弹簧约束:
地震作用下楼板剪力(V)、侧向刚度(K)和层间位移(u)的关系为K=V/u。 横向刚度 (K) 受到顶板上双向弹簧的约束。 无论地下是否有开放侧,约束弹簧都施加在顶板上。 因此,对于侧面开放的地下,计算中使用的侧向刚度大于实际侧向刚度。 随着侧向刚度的增加,结构的自振周期(T)减小。 由地震影响系数曲线可知,地震影响系数(α)增大,结构总重不变,楼板剪力(V)增大。
土压力下的剪力
顶板双向弹簧约束:
外墙单向弹簧约束:
土压力下弯矩
顶板双向弹簧约束:
外墙单向弹簧约束:
杆件应力比
顶板双向弹簧约束:
外墙单向弹簧约束:
从土压力作用下的剪力、弯矩和构件应力比可以看出,当采用屋面双向弹簧约束方式时,约束弹簧作用于板的顶部,因此土推力传递到结构内部框架柱和梁上的力小于外墙的力。 单向弹簧约束方法。
外墙单向弹簧约束时梁弯矩的回顾
检查土压力是否参与荷载组合,以梁弯矩为例。
梁右上端弯矩为-1010KN.m,荷载组合为3:
荷载组合如下:
恒载下的弯矩:
活载作用下的弯矩(选取活载最大值、活载不宜1、活载不宜2):
地震作用下的弯矩:
土压力下弯矩:
1.3DL+0.65LL+1.4EX+1.3SOIL=1.3x(-356)+0.65x(112.8)+1.4x(-309.2)+1.3x(-31.2)=1009.56KN.m,与计算一致结果表明,构件的设计考虑了土压力的影响。
防滑计算
软件没有考虑结构的抗滑移计算,需要根据结构自重进行复核。 问:地基基础要铺防水膜。 如何确定防水卷材的摩擦系数?
土压力弯矩
挡土墙的底弯矩传递到基础上,而基础设计时常常忽略墙底弯矩。 如果基础是刚度较大的筏板基础地下室挡土墙计算软件,弯矩对配筋的影响较小。 如果是其他类型的基础,则应考虑从挡土墙底部传递到基础的弯矩。 请按如下方式进行:
以桩帽+防水板一侧加挡土墙为例。
若不验算挡土墙土压力,加上计算的恒载,则桩反力为:
选中此框以将挡土墙的土压力添加到计算的恒载中。 桩反力如下:
经检验明显可见,右侧(有挡土墙)桩反力减小,左侧(无挡土墙)桩反力增大,说明挡土墙的弯矩传递到了基础并对基础产生影响。
综上所述
1、从结构的侧向刚度、楼板剪力、位移等可以看出,在地震作用下,采用外墙单向弹簧约束地下一侧土体,可以模拟地震作用下的情况地下的一侧或多侧是开放的。 按照地下模型计算一下就可以了。
2、风荷载计算应根据地上、地下两种模型的包络线计算进行计算。
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