MTSTOOL的獨(dú)立基礎(chǔ)輔助設(shè)計(jì)工具介紹MTSTool鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱應(yīng)用（二）齊軍帥1薛明2上海藍(lán)科鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)開發(fā)有限公司；上海國安園林景觀建設(shè)有限公司）摘要基礎(chǔ)作為獨(dú)立的部分一般不參與上部結(jié)構(gòu)的分析，作為MTSTool鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱中的一個(gè)重要組成部分，MTSTool基礎(chǔ)模塊能夠獨(dú)立的完成平臺、短柱、杯口和高杯口基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要求，從規(guī)范的選擇到土層信息的編輯,再到基礎(chǔ)尺寸和內(nèi)力的設(shè)定，基礎(chǔ)模塊很好的遵循常規(guī)設(shè)計(jì)的習(xí)慣性和條理性，把復(fù)雜的設(shè)計(jì)理念過程化作簡單的參數(shù)化操作，通過強(qiáng)大的用戶可干預(yù)性擴(kuò)大了用戶群體的涉及面，以及不同地域不同設(shè)計(jì)思路的全面性。關(guān)鍵詞柱下獨(dú)立基礎(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概述在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，排架和無地下室的框架結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)一般作為獨(dú)立的主結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)。基礎(chǔ)部分不參與上部結(jié)構(gòu)的建模分析，需獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002相關(guān)章節(jié)和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5007-2002以及其它地方性基礎(chǔ)規(guī)范作出了相應(yīng)的規(guī)定。但是，驗(yàn)算部分比較多，而且如果是高杯口基礎(chǔ)，構(gòu)造要求也比較復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員手算的話，會有很大不便。因此，設(shè)計(jì)人員一般采用輔助軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后根據(jù)計(jì)算書復(fù)核審查。但是目前大部分可以算基礎(chǔ)的軟件都僅提供給出平臺部分基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，對于杯口、短柱或高杯口部分人需要設(shè)計(jì)人員自己考慮。MTSTool軟件的基礎(chǔ)模塊對于獨(dú)立基礎(chǔ)提供了多種形式的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)人員能夠方便快速的完成獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。分類清晰，詳細(xì)的計(jì)算書可以很方便的供設(shè)計(jì)者檢查，同時(shí)對于初學(xué)者，也可以更好的理解相關(guān)規(guī)范。本文將介紹MTSTool獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模塊。柱下獨(dú)立基礎(chǔ)模塊介紹柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模塊目前考慮的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范有國家規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）和上海市規(guī)范《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ08-11-1999）兩種?？紤]的上部結(jié)構(gòu)類型有鋼柱和混凝土柱；柱子形式有單柱、雙柱、雙肢格構(gòu)柱?；A(chǔ)類型有平臺基礎(chǔ)，短柱基礎(chǔ)，杯口基礎(chǔ)和高杯口基礎(chǔ)，同時(shí)對于單柱雙肢格構(gòu)柱（高）杯口基礎(chǔ)，程序還可以讓用戶是否選取采用雙杯口。同時(shí)還考慮：1.地基信息：用戶可以打開地基庫對話框，對地基庫進(jìn)行增加、編輯或刪除等。選定地基庫后，通過土層操作，對地基的土層信息進(jìn)行編輯，如下圖。2.荷載：柱下獨(dú)立基礎(chǔ)考慮基本工況內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值和組合工況內(nèi)力設(shè)計(jì)值兩種荷載，還考慮了基礎(chǔ)拉梁分擔(dān)彎矩的百分比，使用戶能夠很方便地根據(jù)自己需要選用。基本工況標(biāo)準(zhǔn)值主要有：（1） 恒荷載；（2） 活荷載；（3） 風(fēng)荷載：包括上部結(jié)構(gòu)傳來的左風(fēng)荷載和右風(fēng)荷載；（4） 地震荷載：上部結(jié)構(gòu)傳來的重力代表值、水平地震和豎向地震；（5） 附加荷載：附加恒荷載和附加活荷載。用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行增加或刪除部分基本荷載公況，上面基本荷載工況界面如下：組合工況內(nèi)力設(shè)計(jì)值主要有：（1） 基本組合；（2） 標(biāo)準(zhǔn)組合（選擇《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DGJ08-11-1999時(shí)，沒有該項(xiàng)荷載組合）；（3） 準(zhǔn)永久組合；另外用戶需要考慮是否進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，組合工況內(nèi)力設(shè)計(jì)值輸入界面如下。拄底內(nèi)力NQdT)VxQdl)VyOdJ)Mx(kN,m)MyOdT.m)基本組合1100000140標(biāo)準(zhǔn)組合880000112椎永加a合55000070用戶可以輸入全部的荷載組合值，也可以通過內(nèi)力簡化輸入設(shè)置。在下圖作用力編輯對話框中僅輸入設(shè)計(jì)值或標(biāo)準(zhǔn)值，通過設(shè)置相應(yīng)的簡化系數(shù)，由程序計(jì)算其它組合值。3.荷載效應(yīng)組合：根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）選用。在“工況組合編輯”對話框中，列出了基本工況和各組合工況（略）。用戶可以對已有組合工況進(jìn)行編輯等操作，也可自定義新工況。同時(shí)程序還提供了修改缺省組合參數(shù)（如下圖），使用戶更方便地選擇各種組合工況。程序默認(rèn)組合方法為根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）條文3.2.4的簡化規(guī)則。4.其它驗(yàn)算：如下圖包括地基沉降驗(yàn)算和軟弱下臥層驗(yàn)算（選擇《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DGJ08-11-1999時(shí)，僅有沉降驗(yàn)算）。柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例基本參數(shù)信息：本工程地基資料為雜填土（0?1.2m）：Y=16.5kN/m3；粉土（1.2?5m,顆粒含量＞10%）：Y=16.5kN/m3，fak=135kpa,Es1=7.5Mpa；淤sat泥質(zhì)粉土：fk=85kpa，Es2=2.5Mpa；地下水位位-1.2m。采取錐形高杯口基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面尺寸為2.7mX2.4m,如下圖。柱底內(nèi)力基本組合值F=900kN,M=140kN?m,標(biāo)準(zhǔn)組合值和準(zhǔn)永久組合值根據(jù)內(nèi)力簡化計(jì)算有基本組合值求得。進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),沉降驗(yàn)算和軟弱下臥層驗(yàn)算。驗(yàn)算內(nèi)容：驗(yàn)算內(nèi)容包括：承載力驗(yàn)算,軟弱下臥層驗(yàn)算,抗沖切驗(yàn)算,抗剪切驗(yàn)算,局部受壓驗(yàn)算,底板配筋驗(yàn)算,基礎(chǔ)短柱壓/拉彎承載力驗(yàn)算,短柱配箍驗(yàn)算,杯口抗彎驗(yàn)算,變形驗(yàn)算。MTSTOOL自動生成圖文并茂的詳細(xì)計(jì)算

書，由于篇幅有限，有局部刪減。地基承載力驗(yàn)算地基承載力特征值計(jì)算地基承載力特征值：書，由于篇幅有限，有局部刪減。fa=fak+HbY*(b-3)+Hd*Ym*(d-0.5)=135+0.3x9x(3-3)+1.5xl3.5x(2-0.5)=165.375kPa地基抗震承載力特征值：faE弋a(chǎn)*fa=165.375x1.1=181.913kPa地基承載力驗(yàn)算控制工況：標(biāo)準(zhǔn)組合工況內(nèi)力：N=720kN；Vx=0kN；Vy=0kN；Mx=0kN*m；My=112kNm基底作用力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算：基底豎向合力值：Fk+Gk=930.125kN基底Y向力矩值：Myk=112kNm基底平均壓力值：Pk=(Fk+Gk)/A=930.125/64800x104=143.538kPaW181.913，滿足基底最大壓力值：Pkmax=(Fk+Gk)/A+|Myk|/Wy=930.125/64800x104+112/2916000x106=181.947kPaW218.295,滿足基礎(chǔ)下臥土層承載力驗(yàn)算查地基規(guī)范(GB50007-2002)表5.2.7,得地基壓力擴(kuò)散角：Z=23°土層頂面處土的附加壓力值：pz=b*l*(pk-pc)/(b+2*z*tanZ)/(l+2*z*tanZ)=29.095kPa土層頂面處土的自重壓力值：Pcz=Ym*dz=10.8x5=54kPa經(jīng)深度修正后的土層承載力特征值：faz=fak+%z*(dz-°.5)*Ym=85+1x(5-0.5)x10.8=133.6kPa第1個(gè)土層壓力值：pz+pcz=83.095kPa第1個(gè)土層承載力特征值：faz=133.6283.095,滿足基礎(chǔ)抗沖切驗(yàn)算控制工況：基本組合工況內(nèi)力：N=900kN；Vx=0kN；Vy=0kN；Mx=0kN*m；My=140kN?m基底作用力計(jì)算：基礎(chǔ)與覆土自重設(shè)計(jì)值：G=278.07kN基底豎向力值：Fd=N+G=1178.07kN基底Y向力矩值：Myd=140kN?m沖切錐體抗沖切承載力計(jì)算：抗沖切承載力：珥=0.7邙h*bm*Ho*ft=446.6kN基底沖切壓力值：Fl=169.692kN<446.6kN,滿足按保守簡化方法(均布最大凈反力)計(jì)算的沖切壓力為：Fl=Al*(pmax-G/A)=176.504kN<446.6kN，滿足基礎(chǔ)抗剪切驗(yàn)算控制工況：基本組合基底作用力和凈壓力分布同沖切驗(yàn)算時(shí)，詳見沖切驗(yàn)算抗剪切承載力：Fv=0.7*Ph*Av*ft=635.25kN經(jīng)積分計(jì)算，剪切壓力值：Fl=341.015kN<635.25kN,滿足按保守簡化方法(均布最大凈反力)計(jì)算的剪切壓力：Fl=Al*(pmax-G/A)=370.062kN<635.25kN，滿足控制工況下基礎(chǔ)局部受壓驗(yàn)算按素混凝土驗(yàn)算柱下基礎(chǔ)混凝土的局部受壓考慮局部受壓面上荷載均勻分布，取荷載分布影響系數(shù)：3=1基礎(chǔ)素混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fcc=0.85*fc=0.85x9.6=8.16N/mm2控制工況：基本組合控制內(nèi)力：N=900kN局部受壓面積：Al=Xc*Yc=1600cm2強(qiáng)度提咼系數(shù)：卩i=(Ab/Ai)o.5=2.625柱下局壓應(yīng)力比：g=N/(?*fCc*卩i*Al)=0.2626W1，滿足基礎(chǔ)底板配筋驗(yàn)算基礎(chǔ)底板X向配筋驗(yàn)算控制工況、基底作用力和凈壓力分布同上基礎(chǔ)X向最大有效面積：Ax=8250cm2基礎(chǔ)X向?qū)嵟滗摻蠲娣e：Asx=18.096cm2基礎(chǔ)X向配筋率：psx=Asx/Ax*100=0.2193%三0.15%，滿足底板鋼筋總拉力：Fs=fbx*Abx*l=380.007kN相對受壓區(qū)高度：寧x/h0=27.388/400=0.06847Wgb=0.614，滿足底板鋼筋力臂長度：S=h0-x/2=386.306mm第1階抗彎承載力為：mu=Fs*S=146.799kN-m基底凈壓力對第1階截面彎矩為：118.286kN-mW146.799kN*m,滿足按(保守簡化方法)均布最大凈反力計(jì)算的截面彎矩：M=h2*(2*l+bc)*(pmax-G/A)/6=124.029kN?mW146.799kN*m,滿足基礎(chǔ)底板Y向配筋驗(yàn)算控制工況、基底作用力和凈壓力分布同上基礎(chǔ)Y向最大有效面積：Ay=9150cm2基礎(chǔ)Y向?qū)嵟滗摻蠲娣e：Asy=14.137cm2基礎(chǔ)Y向配筋率：psy=Asy/Ay*100=0.1545%三0.15%，滿足底板鋼筋總拉力：Fs=fby*Aby*l=296.881kN相對受壓區(qū)高度：寧x/h°=18.92/400=0.0473Wgb=0.614,滿足底板鋼筋力臂長度：S=h0-x/2=390.54mm第1階抗彎承載力為：mu=Fs*S=115.944kN-m抗彎驗(yàn)算取用的基底面積呈梯形分布，區(qū)域內(nèi)地基凈壓力分布圖(kPa)如下基底凈壓力對第1階截面彎矩為：68.026kN-mW115.944kN*m,滿足按(保守簡化方法)均布最大凈反力計(jì)算的截面彎矩：M=h2*(2*l+bc)*(pmax-G/A)/6=91.543kN-m<115.944kN*m,滿足基礎(chǔ)短柱壓/拉彎承載力驗(yàn)算短柱按素混凝土構(gòu)件驗(yàn)算壓/拉彎承載力控制工況和基頂內(nèi)力：同上底部作用力計(jì)算：軸力：Nz=N+p*g*X*Y*Hz=940.517kN向彎矩：Myz=My+Vzx*Hz=140kN-m短柱X向尺寸：X=1050mm短柱Y向尺寸：Y=1050mm短柱計(jì)算長度：lo=2*(Hz-Hb)=1200mm軸心受壓承載力設(shè)計(jì)值：Nu0=V*fCc*X*Y=8996.4kNX向初始偏心距：E0x=Myz/Nz=148.854mmX向偏壓承載力設(shè)計(jì)值：Nux=V*fCC*Y*(X-2*Eox)=6445.632kN短柱壓彎應(yīng)力比：g=Nz/Nu=N/min(Nu0,Nux)=0.1459<1,滿足基礎(chǔ)短柱配箍驗(yàn)算短柱抗剪截面驗(yàn)算控制工況和短柱作用力：同上max(X,Y)/min(X,Y)=1<4,取截面抗剪系數(shù)為0.25截面X向不受剪力作用，滿足要求向截面強(qiáng)度比：gy=Vyz/(0.25邙c*fc*X*Yo)=O<1.0,滿足短柱配箍驗(yàn)算有效軸力：Na=min(N,0.3*fc*X*Y)=900kN取計(jì)算截面剪跨比：入=1.5杯口抗彎承載力驗(yàn)算柱子插入杯口深度：h1=600mmX向抗彎承載力驗(yàn)算控制工況和工況內(nèi)力：同上柱后下角點(diǎn)彎矩計(jì)算：IMxl=max（-Mx+Vy*hi-0.5*N*Yc,0）=0kN?m杯口X向右側(cè)抗彎承載力計(jì)算杯頂焊接鋼筋網(wǎng)抗彎承載力：Ms=93.566kN?m杯壁箍筋抗彎承載力：Mg=27.445kN?m短柱縱筋抗彎承載力：Mz=101.599kN?m杯口抗彎承載力：Mu=Ms+Mg+Mz=222.61kN?mX向抗彎應(yīng)力比：討MxI/Mu=0W1,滿足Y向抗彎承載力驗(yàn)算控制工況和工況內(nèi)力：同上柱左下角點(diǎn)彎矩計(jì)算：IMyI=max（-My-Vx*h1-0.5*N*Xc,0）=0kN?m杯口Y向右側(cè)抗彎承載力計(jì)算杯頂焊接鋼筋網(wǎng)抗彎承載力：Ms=93.566kN?m杯壁箍筋抗彎承載力：Mg=27.445kN?m短柱縱筋抗彎承載力：Mz=101.599kN?m杯口抗彎承載力：Mu=Ms+Mg+Mz=222.61kN?mY向抗彎應(yīng)力比：討MJ/Mu=0W1,滿足基礎(chǔ)沉降驗(yàn)算基礎(chǔ)沉降驗(yàn)算控制工況：準(zhǔn)永久組合工況內(nèi)力：N=450kN；Vx=0kN；Vy=0kN；Mx=0kN*m；My=70kN?m基底豎向力值：Fc=N+Gk=450kN基底中心壓力值：Pz=F/A=101.871kPa基底中心自重壓力：Pc=27kPa基底中心附加壓力：P0=Pz-Pc=74.871kPa基底下各層土的壓縮情況如下：Zi(m)aiZiai(m)AZiai(m)Si(mm)SSi(mm)00.25030.15960.4790.47919.11719.117130.05030.6530.17520.92340.039As'3=1.255>0.025XS'i=1.001mm依G