卢空间网格结的稳定性计算

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1、一、空间网格结构稳定性的计算二、人工挖孔桩孔底采用荷载板试验的有关问题三、有关结构设计的概念问题四、关于地下室抗浮设计： 五、关于中预应力混凝土管桩部分六、关于建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012崁固稳定性和整体圆弧滑动稳定性问题一、空间网格结构稳定性的计算 1、 双层空间网格结构一般不用结构稳定性计算， 由于它有上下层的网格结构组成，最常见的平面网架结构，一般不用结构稳定性计算。但厚度小于跨度1/50的双层网壳应进行稳定性计算。单层空间网格结构必须进行稳定性计算，也就是说单层空间网格结构通常不由强度控制，而是由结构稳定性控制；2、空间网格结构技术规程JGJ7-2010规定：单层网壳以及

2、厚度小于跨度1/50的双层网壳均应进行稳定性计算。网壳的稳定性计算可按“考虑几何非线性的有限元法（即荷载-位移全过程分析）进行计算：假定材料为弹性，也可考虑材料为弹塑性，但对于大型和形状复杂的网壳结构宜考虑材料为弹塑性的全过程分析计算。3、全过程分析计算方法如下：第一步：加载 （D+L为作用到网壳面上的静载和活载），网格结构各节点的原始坐标为；算出各网格节点的位移。第二步：加载 （D+L为作用到网壳面上的静载和活载），网格结构各节点的原始坐标为；算出各网格节点的位移。.第j步：加载 （D+L为作用到网壳面上的静载和活载），网格结构各节点的原始坐标为；算出各网格节点的位移。4、以上每一步可计算出

3、网格结构各节点的位移，并可形成荷载-位移曲线；5、如何确定网壳结构的稳定极限承载力Pu：根据上面的网壳结构全过程分析荷载-位移曲线，求得的第一个临界点处的荷载值，可作为网壳的稳定极限承载力Pu；6、如何确定网壳结构的稳定容许承载力Pa：从第5步求得的网壳的稳定极限承载力Pu，除以安全系数K，即为壳结构的稳定容许承载力Pa ( Pa=Pu/K)安全系数K一般可取2.0，但按弹性全过程分析、且为单层球面网壳、柱面网壳、椭圆抛物面网壳时，安全系数K需取4.20 。7、单层网壳节点必须固结（即其杆件为空间梁单元）；双层网壳结点一般为饺结（即二力杆单元），也可以固结（即其杆件为空间梁单元）。二、人工挖孔

4、桩孔底采用荷载板试验的有关问题1、人工挖孔桩孔底采用荷载板试验，属深层平板试验，承压板采用直径为0.80M的刚性板；2、大直径灌注桩，桩侧阻力尺寸效应系数，桩端阻力尺寸效应系数：土类型粘性土、粉土砂土、碎石土桩侧阻力尺寸效应系数桩端阻力尺寸效应系数当为等直径桩时，表中的D=d3、问题：人工挖孔桩孔底采用荷载板试验，得出的桩底桩端阻力是否要尺寸修正？（1）、建筑桩基技术规范JGJ94-2008第5.3.6条要求要修正。（2）、但从概念上讲，不要修正，原因如下：一地基的承载力由两部分组成：（a）、无开挖深度时（无深度修正时）：Pu=cNc破裂面与水平面成45/2角，称为主动朗肯区，在区大主应力1是

5、水平向的，其破裂面与水平面成45/2角，称为被动朗肯区。在区中的滑动线，一组是对数螺线，另一组则是以A和为起点的辐射线。对于以上所述情况，普朗德尔得出极限承载力的理论解为：Pu=cNc其中：Nc=2（45/2）-1式中：Nc称为承载力系数，是仅与有关的无量纲系数，c为土的粘聚力，（b）、有开挖深度时（有深度修正时）：Pu=cNcqNq将基底水平面以上的土重用均布超载q（=d）代替，则赖斯纳（Reissner）得出极限承载力还须加一项qNq，即：Pu=cNcqNq其中：Nq=2（45/2）式中Nq也是仅与有关的另一承载力系数。下面我们来看不同直径的人拱挖孔桩桩底的荷载板试验的情况：根据上面的理论

6、及实测结果：(未被荷载板压住的那部分土有上拱的位移)（1）、Pu8(800)Pu8(1500)Pu8(3000)（2）、Pu15(1500)Pu8(1500)（3）、Pu30(3000)Pu8(3000)（4）、Pu8(800)Pu15(1500)Pu30(3000)直径越大，Pu越小，如果还要尺寸效应系数修正，这没有道理。对于由沉降控制的试验，应该扣除自重应力下的荷载产生的沉降。三、有关结构设计的概念问题1、房屋结构高度H问题：房屋结构高度H指室外地面到主要屋面板板顶的高度以下几种情况的房屋结构高度取法:（1）、有坡屋顶取至坡顶层高的一半处: （2）、半地下室房屋高度取法:（3）、开口地下室

7、房屋高度取法:2、高层建筑的埋置深度D问题：高层建筑的埋置深度D指的是室外地坪至基础底面天然地基或复合地基,可取房屋高度的1/15桩基础,不计桩长, 可取房屋高度的1/18 3、高层建筑的嵌固端与房屋高度H、埋置深度D关系：（1）、高层建筑的嵌固端与房屋高度H没有关系，与埋置深度D也没关系；（2）、不管能否当嵌固端，两主楼之间的纯地下室（以上无建筑），不是连体建筑。4、高层建筑的剪力墙布置原则：（1）、尽量不布置短肢墙；（2）、剪力墙分散、均匀布置，避免结构扭转；（3）、加大结构周边强体厚度；（4）、为了增加剪力墙的稳定性和刚度，尽量设置翼墙，使剪力墙成L型、工字型、箱型等有利的平面，（5）、

8、对于超高层建筑，剪力墙需保证起步厚度（底部厚度），上百米的超高层建筑剪力墙起步厚度200mm，250mm，300mm太薄；原因如下: 由于层与层竖向和平面定位施工误差，形成象“搭积木”的上升，剪力墙起步厚度太薄，对其受力极为不利。 为了避免这种情况，加大剪力墙的间距，从而加厚剪力墙。一般情况下，18层住宅，底层250mm，二层以上200mm19-25层住宅，底层起步厚度300mm30-33层住宅，底层底层起步厚度350-400mm40-46层住宅，底层起步厚度400-500mm5、特殊高层建筑的结构计算处理： （1）、这种情况处理方法：整体计算模型按第1，2种计算的结果包络设计，但要保证 “连

9、体处”在风荷载和小震下处于完好状态。四、关于地下室抗浮设计：1. 关于800(纵筋1522），1000（纵筋1822），1200（纵筋2222）抗拔冲钻孔灌注桩的单桩抗拔承载力特征值取值（均为C35）：（1） 所有抗拔桩，由于其桩周土为卵石、全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩、碎块状强 风化花岗岩，桩长12m，土层提供的抗拔力不起控制作用，应该桩身强度起控制作 用。（2） 800（1522）抗拔桩的单桩抗拔承载力特征值： 。在达到桩身混凝土轴心抗拉强度标准值时，800桩的拉力（标准值）： 如果按1185.33KN的拉力复核该桩的裂缝宽度，则其不满足裂缝要求：，主要原因是钢筋应力取值有问题，实际上

10、，钢筋应力：在达到桩身混凝土应变时（此时在160mm范围内，其裂缝宽度0.20mm） 综上所述：800(纵筋1522）单桩抗拔承载力特征值取1400KN（最终以抗拔试验为准）。（3） 、1000（1822）抗拔承载力特征值： 以控制：以控制：因此，1000（1822）抗拔承载力特征值可取1700KN。（4） 1200（2222）抗拔桩承载力特征值： 以控制： 以控制： 因此，1200（2222）抗拔承载力特征值可取2000KN3. 关于抗浮水位计算：本工程相当于黄海标高8.500，抗浮水位的黄海标高5.500，具体见下图。计算简图4. 关于地下室各层结构板折算厚度：地下室顶板： 板厚：180m

11、m 梁折算厚度： 框架柱折算厚度： 综上所述：顶板折算厚度：180+152+30=362mm 地下室一层（-1层） 板厚：120mm 梁折算厚度： 结构柱折算厚度： 综上所述：地下室一层折算厚度120+113.8+20=254mm。 地下室二层（-2F）同地下室一层。5. 地下室各层（顶板，-1F，-2F，底板）重量： 顶板： -1F ： -2F ： 底板： 6. 水浮力扣除自重剩下的力：7. 在8.4m8.4m柱网下需抗拔桩（800）的数量：，即每根桩下布置4根。五、关于中预应力混凝土管桩部分1、小直径预应力混凝土管桩（直径）和小截面空心方桩(边长)在以下条件不应使用。（1）、建筑高度超过1

12、00米建筑。（2）、桩基接头处于对钢结构和混凝土有强腐蚀性的场地；桩身处于腐蚀介质值有强腐蚀性的场地。（桩身处于腐蚀介质有强腐蚀性的场地，须经严格专家论证下才可使用）。（3）、桩基承台底以下存在厚度大于3米的中等或严重液化土层的场地，且采用预应力混凝土管桩或空心方桩无法消除液化等级至轻微级别。（4）、桩基承台底以下存在8米以上淤泥质土层、淤泥层等软弱土层，建筑结构无地下室（半地下室），结构高度超过28m（10层以上）的建筑。 （5）、桩基承台底以下存在8米以上淤泥质土层、淤泥层等软弱土层，建筑结构有一层地下室，结构高度超过60m（18层以上）的建筑。（6）、桩基承台底以下存在8米以上淤泥质土层

13、、淤泥层等软弱土层，建筑结构有二层地下室，结构高度超过80m（25层以上）的建筑。（7）、桩端持力层为中微风化岩、强风化岩、碎卵石层，且桩端持力层以上土层均为淤泥质土层、淤泥层等软弱土层。2、大直径预应力混凝土管桩（直径）和大截面空心方桩(边长)在以下条件不应使用。（1）、建筑高度超过120米建筑。（2）、桩基接头处于对钢结构和混凝土有强腐蚀性的场地；桩身处于腐蚀介质值有强腐蚀性的场地。（桩身处于腐蚀介质有强腐蚀性的场地，须经严格专家论证下才可使用）。（3）、桩基承台底以下存在厚度大于5米的中等或严重液化土层的场地，且采用预应力混凝土管桩或空心方桩无法消除液化等级至轻微级别。（4）、桩基承台底

14、以下存在12米以上淤泥质土层、淤泥层等软弱土层，建筑结构无地下室（半地下室），结构高度超过28m（10层以上）的建筑。 （5）、桩基承台底以下存在12米以上淤泥质土层、淤泥层等软弱土层，建筑结构有一层地下室，结构高度超过60m（18层以上）的建筑。（6）、桩基承台底以下存在12米以上淤泥质土层、淤泥层等软弱土层，建筑结构有二层地下室，结构高度超过80m（25层以上）的建筑。（7）、桩端持力层为中微风化岩、强风化岩、碎卵石层，且桩端持力层以上土层均为淤泥质土层、淤泥层等软弱土层。3、建筑结构无地下室（半地下室），结构高度在28m-60m（10-18层）的建筑；建筑结构有一层地下室，结构高度在60

15、m-80m（18-25层）的建筑；建筑结构有二层地下室，结构高度超过80m（25层以上）的建筑；软弱土层经过以下处理，建筑桩基可使用预应力混凝土管桩或空心方桩：（1）、桩基承台底以下存在淤泥质土层、淤泥层等软弱土层，且厚度超过2条（4）、（5）、（6）小条和3条（4）、（5）、（6）小条规定的厚度，在桩基施工前，软弱土层上部在建筑物范围场地采用固化处理，面积置换率（水泥搅拌桩面积与一根水泥搅拌桩分担的处理面积之比）20%；（2）、固化后桩基承台底以下软弱土固化的深度5米，剩下软弱土层的厚度不超过16米（对小直径预应力混凝土管桩和小截面空心方桩）和20米（对大直径预应力混凝土管桩和大截面空心方桩

16、）。4、采用预应力混凝土管桩或空心方桩基础，当地梁线刚度不能达到底层结构柱的线刚度2倍以上时，不应采用单柱单桩和单柱两桩。5、对于采用预应力混凝土管桩或空心方桩基础的建筑，应验算桩基的水平承载力。6、高层建筑宜设置地下室；对于无地下室的高层建筑，应满足规范埋置深度的要求，地面标高处和承台面均应设置地梁，且在建筑物周边须设置钢筋混凝土侧壁。六、关于建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012崁固稳定性和整体圆弧滑动稳定性问题摘 要：在建筑基坑设计中，按建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012计算时，会出现以下不合理的情况：（1）、在验算支护桩嵌固稳定性时，相同土层的情况下，桩长短的嵌固稳定性容易

17、满足规程要求，桩长长的嵌固稳定性反而不能满足规程要求，这是与常理不符的；（2）锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，当坑底以下为软土时，其嵌固深度应符合以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性的验算公式未考虑支撑力的影响，从而造成嵌固深度太长；本文针对上述情况进行分析研究，提出解决方法。关键词：基坑设计，桩嵌固稳定性，圆弧滑动稳定性一、概述：新的建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012，2012年10月1日开始实行，在建筑基坑设计过程中，相同土层的情况下按圆弧滑动条分法验算整体稳定性时（即规程公式4.2.3-1、4.2.5），围护桩的长度要较长，而在验算支护桩嵌固稳定性时（即规程公式4.2.1、4.2.

18、2），桩长短的嵌固稳定性容易满足规程要求，桩长长的嵌固稳定性反而不能满足规程要求，这种互相矛盾的不合理的情况，一直困扰着设计人员；另外锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，当坑底以下为软土时，其嵌固深度应符合以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性的要求（即规程公式4.2.5），设计过程中发现，围护桩的桩长要比原规程长的多才能满足新规程的要求；本文针对上述情况进行分析研究，提出解决方法。二、在验算支护桩嵌固稳定性时解决方法：悬臂式支挡结构的嵌固深度()应符合下式嵌固稳定性的要求（图1）：-（1）式中：-嵌固稳定安全系数，安全等级为一级、二级、三级的悬臂式支挡结构，分别不应小于1.25、1.20、1.15；

19、、-分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力标准值此（KN）；、-分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力合力作用点至挡土构件底端的距离（m）。图1 悬臂式结构嵌固固稳定性验算单层锚杆和单层支撑的支挡式结构的嵌固深度()应符合下式嵌固稳定性的要求（图2）：-（2）式中：-嵌固稳定安全系数，安全等级为一级、二级、三级的悬臂式支挡结构，分别不应小于1.25、1.20、1.15；、-分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力合力作用点至支点的距离（m）。图2 单支点锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构嵌固稳定性验算以上规程公式力学概念是对的，但在用理正设计软件验算（1）或（2）式时，由于其主动区

20、土压力采用朗肯土压力公式：-（3）该公式属三角形分布，随着深度z（z是深度从地面起算）的增加，主动区土压力也随着增加；而被动区土压力，在理正计算软件中，采用土弹簧刚度，其被动区土压力计算公式如下：-（4）式中：-土弹簧刚度；-围护桩在被动区范围内的变形；（3）式的被动区土压力沿围护桩深度方向分布，在同一土层情况下，呈梯形分布，由于开挖面桩身变形最大，而后逐渐变小，压力图呈现上大下小情况，基本上呈现矩分布；而主动区土压力呈现上小下大情况，沿着围护桩深度方向土压力越来越大，主动区土压力增大的速度比被动区快得多；由于上面的原因，在验算支护桩嵌固稳定性时，相同土层的情况下，桩长短的嵌固稳定性容易满足规

21、程要求，桩长长的嵌固稳定性反而不能满足规程要求，这是与常理不符的。图3 被动区采用土弹簧刚度的应力图为了避免上述不合理的情况出现，被动区土压力也需按经典的朗肯土压力公式计算：-（5）三、在验算以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性时解决方法：锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，当坑底以下为软土时，其嵌固深度应符合下列以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性的要求（图4），其计算公式如下（即为规程中的4.2.5公式）： -(6) 式中：-以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定安全系数，安全等级为一级、二级、三级的支挡式结构，分别不应小于2.20、1.90、1.70；图4 以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性验算改写成

22、如下式为：-(7)从(7)式中可看出：是以最下层支点为轴心的圆弧滑动扭转稳定性的公式，该（7）式未考虑最下层支点O处的剪力Q和弯矩M（图5）；在最下层支点O处，围护桩在O点处还有剪力Q和弯矩M；剪力Q在O点为轴心的扭转不产生扭矩；而O点处围护桩的弯矩M，对以O点为轴心的扭转的抵抗矩是有贡献的，而规程公式4.2.5未考虑，这就是在设计验算时很难满足规程公式4.2.5的主要原因。根据以上分析的结果，（7）式改写为：-（8）为了按规程的写法，再改写为：-（9）图5 在O点处增加剪力Q和弯矩M后，以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性验算的隔离体图另外锚拉式、悬臂式支挡结构和双排桩应按下列规定进行整体滑动

23、稳定性验算：（1）整体滑动稳定性可采用圆弧滑动条分法进行验算；（2）采用圆弧滑动条分法时，其整体滑动稳定性应符合下列规定：-（10）-（11）式中：-圆弧滑动稳定安全系数；安全等级为一级、二级、三级的支挡式结构，分别不应小于1.35、1.30、1.25；而规程公式4.2.5式，以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定安全系数，安全等级为一级、二级、三级的支挡式结构，分别不应小于2.20、1.90、1.70；两者圆弧滑动稳定安全系数，相差太大，也是造成规程中的4.2.5公式很难满足要求的原因。四、结论：（1）、在验算支护桩嵌固稳定性时，被动区土压力按经典的朗肯土压力公式计算，就可以避免在相同土层的情况下，桩长短的嵌固稳定性容易满足规程要求，桩长长的嵌固稳定性反而不能满足规程要求的不合常理的错误；（2）、在验算以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性时，增加在最下层支点围护桩在O点处的剪力Q和弯矩M，就可以解决桩长需过长的问题；同时也指出圆弧滑动稳定安全系数，相差太大的不合理的情况。