基础梁相关及计算.docx

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1、基础梁基础梁简单说就是在地基土层上的梁。 基础梁一般用于 框架结构 、框架剪力墙结构，框架柱落于基础梁上或基础梁交叉点上， 其主要作用是作为上部建筑的基础，将上部荷载传递到 地基上。在工业厂房中，一般都以柱作为主要的承重构件，而墙只起到围护作用，这时就需要在柱的基础上设置一根承担两柱之间墙体荷载的梁，此梁叫基础梁。基础梁断面一般作成梯形1。基础梁作为基础，起到承重和抗弯功能，一般基础梁的截面较大，截面高度一般建议取 1/41/6 跨距，这样基础梁的 刚度很大，可以起到基础梁的效果，其配筋由计算确定。水利、土建工程中连接上部结构与地基 的梁式构件。一般又称弹性地基梁 。在 水闸 、船闸 、船坞

2、等结构2的底板计算中 , 通常用图 1 所示方法截取梁条 , 以基础梁的计算来代替基础底板的计算。图 2 为基础梁的计算简图。基础梁除受梁上荷载作用外，有时还要考虑变温影响、边荷载作用等。对于半无限大、有限深地基上的常截面梁，在各种外荷载以及边荷载作用下 , 梁的内力、位移均已制成表格 , 以便工程设计中查用。基础梁计算的关键，在于选择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 : 又称基础梁弹簧垫层模型。它假设地基单位面积上所受的压力与地基沉陷成正比。半无限大弹性体模型: 它假设地基是半无限大的理想弹性体。中厚度地基模型：它假设地基为有限深的弹性层。成层地基模型：它假设地

3、基为分层的平面或空间弹性体。除外，其余的模型，又称为连续介质地基模型。此外，有时还采用双垫层弹簧模型、各向异性地基模型等。在一些小型工程设计或初步设计中，有时直接采用地基反力直线分布假设，使反力的求解成为静定问题，计算大为简化。基础拉梁与基础梁拉梁的计算方法有两种：1、取拉梁所拉结的柱子中轴力较大者的1/10 ，作为拉梁轴心受拉的拉力或轴心受压的压力，进行承载力计算。按此法计算时，柱基础按偏心受压考虑。（基础土质较好，用此法较节约）2、以拉梁平衡柱底弯矩，柱基础按中心受压考虑。拉梁正弯矩 钢筋全部拉通，负弯矩筋有 1/2 拉通。此时梁的截面高度宜取下面的取值较高者独立基础拉梁的问题一般情况下，

4、独立基础两个方向都会设基础梁，既可以提高基础整体性，也可以用来承担底层的墙体。请问大家一般基础梁是设在基础顶面，还是设在某个靠近正负零的标高处？如果是前者，那么在基础埋深 较大时，不仅浪费底层墙体，而且会造成底层柱计算长度过大，导致底层的整体刚度较二层刚度之比过小。如果是后者，那么基础梁到基础顶之间的柱就非常有可能是短柱甚至超短柱了，可见过不少人这样设计，不知道为什么，规范是不提倡这样的啊。（基础梁就是基础拉粱，主要是为了提高基础整体性 , 应与基础相连.）现在许多住宅首层架空，此时仅在首层设梁，不再设基础梁。但七度及以上层数较多时，还是加基础梁为好（虽然有点浪费）。首层以下的柱当然按短柱处理

5、。基础梁最好与基础直接相连, 第一种较好 . 原因如下 :1, 基础梁的主要作用是协调地震时各基础的变形, 使基础能共同协调工作 , 所以才按拉梁设计, 因此是用来协调基础的, 而不是协调柱子.2, 底层柱计算长度大是一个常见的问题, 有较多的解决方法, 不应该为了讲究柱的刚度值而牺牲基础梁的作用.3, 短柱问题十分明显4, 若必须按方案二做, 不用细说 ., 结构的计算简图也应该取到基础顶面, 所以方法二不提倡, 其力学概念不明确.5, 若要减小柱的计算长度可以适当把基础顶面提高( 对多层建筑有效 ).设置拉梁的情况1. 有抗震设防 , 基础埋深不一致基础梁2. 地基土质分布不均匀3. 相邻

6、柱荷载相差悬殊4. 基础埋深较大拉梁的主要作用是平衡柱下端弯矩 , 调节不均匀沉降等 . 多层建筑 , 基础埋深较浅 , 宜设在基础顶面 ; 高层建筑 , 宜具体情况而定。1. 我想基础埋置很深时，可以在o.ooo 下 50 或 60 设基础梁，这样可以降低底层柱的计算高度；2. 如果基础埋置不深，明知基础梁拉在靠近0.000 处会造成短柱，那就设在基础顶面；如果非得拉在靠近柱根处，那可以设基础短柱，加大柱截面，箍筋加密；（ 1）一般工程无特殊 要求 时，基础梁顶标高取 -0.050 （与基础短柱顶平）；基础梁（ 2）基础梁地构造在图纸中注明：先素土夯实 ，再铺炉渣300 厚，梁底留100 高

7、空隙；（ 3）基础梁平面定位尺寸必须明确，基础梁支座若没有完全落在基础短柱上，即基础梁端部悬空或局部悬空时，应注明梁下以同标号同浇素砼填充，基础短柱严禁出现外凸现象；（ 4）基础梁一般采用 C20 或 C25 等级的混凝土浇筑；（ 5）注意基础 梁高 度一般取 1/12 跨距。a. 跨距为 6m 时，梁高一般取500；b. 跨距为 7.5m 时，梁高一般取600 或 650； 梁配筋大小应根据其荷载计算确定，一般可取6 16， 8100/200。当基础按轴心受力计算，上部结构传来底弯距由基础梁平衡时，基础梁应设置在基础顶面，当基础梁仅起连接作用或作为首层墙体基础时，可设置在-0.05标高处。拉

8、梁截面宽度 0.03L0.04L，高度 0.05L0.067L。如按 0.1Nmax 法计算，配筋应上下相同，且不少于 615mm2 （2D14 ）。此外，当拉梁承受底层墙体荷载时，不管采用上述何种方法计算的，都必须对基础拉梁另行按“梁 ”或 “连续梁 ”进行验算。两个阶段设计是三个设防水准的具体实施。其步骤是 :第一阶段设计是对绝大多数建筑物，应满足一、二设防水准的设计要求，即按照第一水准 (多遇地震 )的地震参数，进行地震作用计算、结构分析和构件内力计算，然后采用相应的 构造 措施，达到 “小震不坏，中震可修 ” 的要求。 第二阶段设计是对地震时容易倒塌的部位进行塑性变形验算， 使薄弱层

9、的水平位移不超过容许塑性位移。第一阶段为结构设计计算阶段：主要任务是承载能力计算和一系列基本抗震构造措施设计。确定结构方案和结构布置， 用小震作用计算结构弹性位移和构件的内力，并用极限状态法设计各构件（譬如确定配筋或者确定型钢类型），同时进行结构的抗震变形验算，按照延性和耗能要求， 采用相应的构造措施。 这样就基本可以做到保证前面所说的“三水准”中的前两个水准：小震不坏，中震可修。第二阶段为验算阶段：主要对抗震有特殊要求或者对地震特别敏感、存在大震作用时容易发生灾害的薄弱部位进行弹塑性变形验算，要求其值在避免结构发生倒塌的范围内。如果层间位移超过允许值， 认为结构可能发生严重破坏或者倒塌， 则

10、需要对薄弱部位采取必要的措施，直到满足要求为止。通过计算和构造措施， 通过弹性阶段的设计计算和塑性阶段的验算， 实现“小震不坏，中震可修、大震不倒”的抗震要求。三水准遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用 小震不坏当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏， 但经一般修理或不需修理仍可继续使用 中震可修当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏 大震不倒两阶段设计：第一阶段设计：小震弹性计算，地震效应与其他荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设 计， 满足小震强度要求；限制小震的弹性层间位

11、移角；同时采取相应的抗震构造措施，保证结构的延性、变形能力和耗能 能力， 自动满足中震变形要求。第二阶段设计：限制大震下结构弹塑性层间位移角；并采取必要 的抗震构造措施 满足大震防倒塌要求。关键词：隔震结构隔震设计来源： CUAD 期刊库 孙柏锋 1, 潘文 2(1.云南恒锐建设技术咨询有限公司,云南昆明 650011;2. 昆明理工大学建筑工程学院,云南昆明 650224)摘要 :结合建筑抗震设计规范(GB50011 - 2001) ,提出了针对隔震装置设计的隔震结构两阶段设计法。该方法在项目的方案阶段,根据项目的基本情况采用简化估算方法对隔震层进行估算 ,为方案的确定提供依据;在施工图设计

12、阶段,采用时程分析方法对隔震层进行设计计算,为上部结构和基础设计及隔震装置的选用提供依据。文中以4 层多层框架结构体系为例进行了分析 ,结果显示提出的设计方法具有简便,符合工程应用的特点,且该方法有利于提高设计质量 ,减少设计周期。关键词:隔震结构 ;隔震设计 ;两阶段设计法 ;水平向减震系数中图分类号 : P315. 966; TU241. 7; TU318 +. 1; TU352. 1 + 2引言随着社会经济的发展,破坏性地震造成的经济损失越来越大。传统的结构抗震设计思想以“小震不坏、中震可修、大震不倒”三水准为设防目标 ,建筑结构依靠结构的变形来吸收并消耗地震能量 1 。传统的抗震设防目

13、标 ,已经不是一种完善的抗震设计理念,而采用建筑结构隔震技术,在大震下结构不损坏或者仅有轻微损坏,从而保证了罕遇地震发生时人员、设备、仪器的安全,符合现阶段的基于性能的抗震设计思想 ,有良好的发展和应用前景。隔震结构是指在建筑物基础和上部结构之间设置隔震装置而形成的结构体系,通过隔震装置来减轻地震对上部结构的破坏,确保其在地震下的安全。 1隔震结构两阶段设计法的介绍考虑到我国的隔震结构应用现状,结合我国建筑抗震设计规范( GB50011 - 2001) ( 以下简称抗规) , 保证设计的可延续性,本文引入了将简化估算方法和相对较为精确的时程分析方法相结合的思路,即为两阶段设计法。两阶段设计法的

14、具体内涵是在工程方案阶段,采用简化估算方法,便于快速提供在特定场地条件和结构体系以及隔震装置条件下的设计方案,为业主和设计单位提供决策参考;在施工图设计阶段依据我国现行的相关标准采用相对较为准确的时程分析方法,便于最终确定和优化结构布置与隔震装置参数。2隔震结构简化估算设计方法隔震结构简化估算设计方法的基本思路:对于隔震结构体系,先将上部结构简化为等效单质点体系,通过给定预期的水平向减震系数,得出建筑结构采用隔震后的水平地震影响系数 1,由地震影响系数曲线定出隔震后体系的自振周期T1 ,从而得出隔震层刚度K 隔 ,最后初步选择隔震装置。2. 1隔震结构简化估算设计方法的两点假设(1) 由于基础

15、隔震层刚度一般远小于上部结构的刚度,在地震作用下,上部结构视为整体平动,将上部结构视为刚体。(2)忽略结构自身阻尼变化的影响。 2. 2隔震结构简化估算设计方法的步骤(1)在进行初步设计时,凭借经验或现有的建筑物选定并计算结构重力荷载代表值G (房屋的重力荷载代表值为其自重加上可变荷载的一半 ) ,并估算基础固定时建筑结构自振周期。(2) 根据场地类别、 设计地震分组、 抗震设防烈度和结构自振周期以及阻尼比由抗规中地震影响系数曲线确定基础固定时结构的地震影响系数 。(3)因为水平向减震系数和减震效果之间存在一一对应的关系(如表1 所示 ) ,可以在隔震设计时首先提出明确的隔震设计目标,即降低地

16、震烈度的目标,这样对于隔震结构的上部结构,可按降低后的地震烈度进行抗震设计。因此可以已知预期的水平向减震系数 , 按式 ( 1)确定隔震结构水平地震影响系数 1。 1 = 0. 7 (1)(4) 忽略结构自身阻尼变化的影响,根据地震影响系数曲线反算出隔震结构的自振周期T1,其中预期的水平向减震系数 与隔震度 3 I = T1 / T的关系如表 2 与表 3 所示。1)基础固定时自振周期 0. 1 T Tg时 ,即 = 2 max ,通常自振周期处于此范围的多为砌体结构或者与砌体结构周期相当的结构,抗规中规定 :砌体结构隔震后体系的基本周期,不应大于 2. 0s 和 5倍特征周期的较大值,与砌体

17、结构周期相当的结构隔震后体系的基本周期,不应大于5 倍特征周期值 2 ,则处于此周期范围结构的隔震度与水平向减震系数的关系如表2 所示。2)基础固定时周期Tg T 1. 0s 时 ,即 = (Tg/T) 2 max。(5)由于基础隔震层刚度一般远小于上部结构的刚度,在地震作用下 ,上部结构视为整体平动,将上部结构视为刚体,可将原结构等效为单质点体系,则根据式 (2)可得到隔震层刚度K 隔 ,然后根据隔震层刚度初步选择隔震装置。 3隔震结构时程分析方法在施工图设计阶段依据我国现行的相关标准采用相对较为准确的时程分析方法,以便于最终确定和优化结构布置与隔震装置参数。(1)隔震体系的计算模型,按抗规

18、 12. 2. 2条的规定 ,包括隔震支座、隔震层顶板的梁板结构及上部框架结构 ,简化为多个集中质点的剪切型结构。按抗规12. 2.4 条的规定 ,隔震层的水平刚度和等效粘滞阻尼比可根据隔震支座的性能参数Kj 、j按下列公式 (3)、(4) 计算 :Kh =Kj (3) eq = Kj j /Kh (4) 式中 : eq 为隔震层等效粘滞阻尼比; Kh 为隔震层水平动刚度; j 为隔震支座由实验确定的等效粘滞阻尼比;Kj为隔震支座 (含阻尼器 )由实验确定的水平动刚度。(2) 隔震结构的水平向减震系数,应根据结构隔震与非隔震两种情况下各层层间剪力的最大比值 ,按抗规 表 12. 2.5 确定

19、,大致相当于层间剪力最大比值的1. 4 倍。隔震结构体系进行时程分析时,输入加速度波形应符合抗震规范对地震波选取的标准要求 4 。4设计实例根据上述的基础隔震结构的两阶段设计方法,以一工程实例说明其具体的应用方法。 4. 1工程概况该结构建在类场地上,设计地震分组为第一组的一座四层框架结构教学楼 ,无地下室。抗震设防烈度为9度。结构长 34. 2 m, 宽 9. 3 m, 层高为 3. 6 m, 总高度16. 4m。拟采用基础隔震结构设计,预期的水平向减震系数 = 0. 50 。4. 2 具体设计内容及步骤 4. 2. 1第 1 阶段设计(1)参考已有建筑或凭借经验选定并计算上部结构重力荷载代

20、表值 G 上 =14 000 kN, 本例中假设隔震层质量为上部结构底层质量的0. 5 倍 ,则隔震层重力荷载 G 隔=1 720 kN; 估算基础固定时建筑结构自振周期T =0. 43 s 。(2)特征周期值 Tg = 0.35 s,则基础固定时建筑结构的地震影响系数 = 0. 266,按式 (1) 确定隔震结构基本周期的水平地震影响系数 1 = 0. 7 0. 50 0. 266 = 0. 093 1 。(3) 忽略阻尼对地震影响系数的影响,根据地震影响系数曲线反算出隔震结构的周期T1 = 1. 38 s 。则根据式 (2) 得到多遇地震作用下隔震层刚度K 隔 = 33. 21 kN /m

21、m 。(4)初步选择直径 500 mm、 600 mm 橡胶垫 ,数量分别为 12 个、6 个 ,多遇地震作用下隔震层刚度初步定为K 隔 = 34. 32 kN /mm, 等效阻尼比为23. 3%。如表 4 所示为橡胶支座的选型和计算参数。(本算例所采用的橡胶支座的计算参数,按云南省正安橡胶减震技术公司提供的参数取用。4. 2. 2第 2 阶段设计(1)在施工图设计阶段采用时程分析方法最终确定和优化布置、装置参数,结合我国的抗规和叠层橡胶支座隔震技术规程 的相关规定 ,本算例非隔震结构采用PKPM 进行计算 ,隔震结构采用 3D- BASIS 基础隔震计算分析程序计算。(2) 分别输入调幅后的

22、3 条地震波 (其中 2 条天然地震波 , 1 条人工地震波) , 天然波取自类场地上的实际记录,人工波根据场地地震地质环境评价报告提供的地震动参数生成符合规范要求的地震波。用 3 条波作用下各自最大值的平均值作为时程分析的代表值, Keq50 = 34. 32kN /mm, eq50 = 23. 3%; Keq250= 20. 592kN/mm, eq250 = 15. 9% , 满足初步的刚度要求。层间剪力最大比值为0. 339 0. 35, 满足上部结构降低地震烈度 1. 0 度进行设计。在罕遇地震作用下 max = 87. 2mm, 满足隔震支座在罕遇地震作用下的水平位移要求。(3)考

23、虑到4 层的钢筋混凝土框架结构 ,实测的结构周期接近砌体结构 ,如按抗规 附录 L. 1. 1. 2公式简化计算 ,考虑阻尼比为 20%, 非隔震结构的自振周期为 0. 66 s,隔震后的自振周期为1. 64 s,类场地特征周期值 Tg = 0. 35 s, 则水平向减震系数为 : = 2 2 ( Tg /T1 ) ( T / Tg ) 0. 9= 2 0. 625 (0. 35 /1. 64) 0. 8 (0. 66 /0. 35)0. 9= 0. 455 此值比由时程分析方法得到的水平向减震系数小,同样说明 ,上部结构按照降低一度进行设计是可行的。 5 结语(1)本文针对现行规范和规程中隔震结构设计分析方法的要点 ,引入了基础隔震结构的两阶段设计法,该方法能为业主在方案确定之初提供相对较直接的参考 ,将改变以往决策过程中完全凭借经验的盲目性,使得设计人员在实际的设计过程中能更好把握设计要求。有利于缩短设计的时间周期,提高设计人员的工作效率。(2)对于多层隔震结构 ,简化估算方法得到的多遇地震作用下隔震层刚度低于时程分析中所采用的隔震层刚度 ,随着层数的增加高阶振型的影响增大,这种差距将会逐渐增大 ,但仍能满足工程需要。