使用PKPM—JCCAD進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需注意的幾個(gè)問題

　摘 要：在運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件PKPM進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者在一些簡單的基礎(chǔ)形式設(shè)計(jì)過程中，對PKPM-JCCAD的參數(shù)輸入不夠重視，造成工程設(shè)計(jì)不經(jīng)濟(jì)或存在安全隱患；本文通過對PKPM-JCCAD中這些容易被忽視的參數(shù)及軟件理解加以總結(jié)，便于廣大設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中合理運(yùn)用。 

　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；PKPM-JCCAD 

　　1.前言： 

　　建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，國內(nèi)使用最廣的軟件是中國建筑科學(xué)研究院建研科技股份有限公司研發(fā)編制的PKPM-JCCAD軟件，很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者因?yàn)閷�軟件�?nèi)設(shè)的一些參數(shù)與現(xiàn)行規(guī)范的對應(yīng)不夠理解，但又考慮到工程規(guī)模較小而疏忽了概念的推敲，造成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)不必要的浪費(fèi)更有存在安全隱患的可能；這些情況在進(jìn)行獨(dú)立柱基礎(chǔ)，磚混結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)及剛排架獨(dú)立柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)均有發(fā)生。本文針對作者在建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中遇到的一些問題和廣大設(shè)計(jì)者做一探討。 

　　2.進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)荷載的讀�。� 

　　在使用PKPM-SATWE（或TAT）完成上部結(jié)構(gòu)計(jì)算后，導(dǎo)入JCCAD模塊進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)讀取荷載時(shí)出現(xiàn)圖1所示對話框。在默認(rèn)情況下軟件是對所有SATWE荷載（當(dāng)用TAT軟件計(jì)算時(shí)為TAT荷載），即包含SATWE地震荷載全部選取，因?yàn)镴CCAD程序并沒有自動判斷是否需要讀取地震作用工況。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010第4.2.1條當(dāng)要設(shè)計(jì)的工程可不進(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算時(shí)應(yīng)該在“讀取荷載”對話框中將兩個(gè)方向的水平地震作用和豎向地震作用的復(fù)選勾去掉（上頁圖即為去掉后），這樣生成的基礎(chǔ)既滿足規(guī)范要求又會設(shè)計(jì)的比較經(jīng)濟(jì)。 

　　3.PKPM-JCCAD參數(shù)輸入中“自動計(jì)算覆土重”的勾選： 

　　點(diǎn)取PKPM-JCCAD中“參數(shù)輸入-基本參數(shù)菜單”會出現(xiàn)圖2所示對話框，當(dāng)勾選最下方“自動計(jì)算覆土重”后，圖示“單位面積覆土重”輸入框自動隱去，此時(shí)程序自動按20KN/m3的基礎(chǔ)與土的平均重度計(jì)算，計(jì)算高度從基本參數(shù)輸入的室外地面標(biāo)高算至基礎(chǔ)底部；在使用軟件做帶有地下室的框架結(jié)構(gòu)獨(dú)立柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，對于建筑物內(nèi)部的框架柱（指從室外自然地面至地下室地面間周邊無回填土的框架柱）如果勾選了“自動計(jì)算覆土重”就會增加了從室外自然地面至地下室地面段高度本來沒有的覆土重量，導(dǎo)致獨(dú)立柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)偏大，與實(shí)際不符造成浪費(fèi)。因此，此參數(shù)只有在沒有地下室的工程中才予以勾選，如果有地下室，需自行計(jì)算并手工輸入從地下室地面至基礎(chǔ)地面的單位面積覆土重。需要指出的是此參數(shù)僅對條形基礎(chǔ)和獨(dú)立柱基礎(chǔ)起作用。 

　　4.運(yùn)用PKPM-JCCAD軟件進(jìn)行磚混結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)承載力修正的問題： 

　　《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50007-2011明確說明：當(dāng)采用箱形基礎(chǔ)或筏基時(shí)，承載力修正用基礎(chǔ)埋置深度自室外地面標(biāo)高算起。鑒于此，運(yùn)用PKPM-JCCAD軟件進(jìn)行磚混結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，在給定“室外自然地面標(biāo)高”和“基底標(biāo)高”后，程序在計(jì)算地基承載力修正值時(shí)，修正高度取值即為“室外自然地面標(biāo)高-基底標(biāo)高”。但程序默認(rèn)的修正值在一些情況下并不可取，現(xiàn)以例題加以說明： 

　　某工程為磚混結(jié)構(gòu)五層（含一層的半地下室），其中半地下室層及一層為商業(yè)用房，二～四層為住宅，層高均為2.8米；半地下室層商業(yè)入口一側(cè)自然地面標(biāo)高-2.800，其余三面自然地面標(biāo)高為-0.300；擬采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚400毫米，筏板基礎(chǔ)基底標(biāo)高-3.300；擬建工程地基承載力特征值Fak為150KPa，地基土為黏粒含量不低于10%的粉土（承載力寬度，深度修正系數(shù)分別為0.3和1.5），地基土容重18KN/m3。 

　　進(jìn)入PKPM-JCCAD模塊進(jìn)行筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，在“基本參數(shù)→基本設(shè)計(jì)參數(shù)→室外自然地坪標(biāo)高”輸入-0.3，可得到修正后的地基承載力值Fa為233.7KPa；輸入-2.8時(shí)，修正后的地基承載力值為166.2KPa。輸入不同的“室外自然地坪標(biāo)高”得到了截然不同的兩個(gè)數(shù)值，差值高達(dá)67.5KPa。上述Fa計(jì)算公式均為《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50007-2011中5.2.4條，只是承載力修正用基礎(chǔ)埋置深度d取值不同（前者為3米，后者為0.5米）。工程設(shè)計(jì)時(shí)以哪個(gè)標(biāo)高作為“室外自然地坪標(biāo)高”更符合實(shí)際，又存在不同的觀點(diǎn)：觀點(diǎn)1：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50007-2011第5.2.4條條文解釋，對于兩側(cè)超載不等時(shí)，取小值；即承載力修正用基礎(chǔ)埋置深度按0.5米取值。觀點(diǎn)2：《北京地區(qū)建筑設(shè)計(jì)技術(shù)細(xì)則（結(jié)構(gòu)專業(yè)）》規(guī)定，當(dāng)建筑四邊的填土厚度不同時(shí)，承載力修正值可按加權(quán)平均方法確定；即承載力修正用基礎(chǔ)埋置深度按1.75米取值�？紤]到建筑物由于上部荷載而導(dǎo)致地基土破壞方向的不確定性，筆者認(rèn)為按觀點(diǎn)1，即《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》提出的理論更符合工程實(shí)際。在軟件輸入實(shí)際操作中，“室外自然地坪標(biāo)高”按-2.800輸入，但這樣操作又會遺漏非商業(yè)入口面的其它三面-2.800～-0.300標(biāo)高段的土體荷載，這就要求設(shè)計(jì)者對此部分土體荷載以筏板附加荷載的形式予以考慮。 

　　5.輕型門式剛架柱腳鉸接時(shí)獨(dú)立柱基礎(chǔ)基底面積計(jì)算存在的問題： 

　　在運(yùn)用PKPM系列軟件做輕型門式剛架結(jié)構(gòu)獨(dú)立柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，程序是先運(yùn)行PKPM-STS模塊完成上部剛架的設(shè)計(jì)，然后通過兩種途徑完成剛架柱獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。途徑1：在PKPM-STS模塊中利用“補(bǔ)充數(shù)據(jù)→布置基礎(chǔ)”菜單完成基礎(chǔ)布置的模型階段，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算后，在“PK內(nèi)力計(jì)算結(jié)果圖形文件→顯示計(jì)算結(jié)果文件→基礎(chǔ)計(jì)算文件輸出”中查看獨(dú)立柱基礎(chǔ)的基底面積及配筋；途徑2：將計(jì)算完成的上部剛架結(jié)構(gòu)調(diào)入PKPM-JCCAD中讀取PK荷載，完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。兩種途徑不同，計(jì)算理論及結(jié)果是相同的：都是在通過計(jì)算上部剛架完成后，得出剛架柱腳處軸向力，剪力和彎矩后計(jì)算獨(dú)立柱基礎(chǔ)。從上部剛架結(jié)構(gòu)計(jì)算到剛架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，軟件銜接程序是：已知剛架柱腳標(biāo)高處軸向力、剪力和彎矩，設(shè)計(jì)者給定的基底標(biāo)高；將柱腳標(biāo)高處的內(nèi)力轉(zhuǎn)變?yōu)榛�底�?biāo)高處的內(nèi)力，通過基底標(biāo)高處的內(nèi)力完成剛架獨(dú)立柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。 

　　在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，加深獨(dú)立柱基礎(chǔ)基底標(biāo)高，在不改變基礎(chǔ)底面積大小的前提，一般情況下是安全的，因?yàn)閷τ阡摻罨炷�土框架結(jié)構(gòu)，柱底彎矩對獨(dú)立柱基礎(chǔ)底面積大小計(jì)算起控制作用，而剪力相對彎矩來說顯得作用很小，加大基礎(chǔ)埋深，彎矩并沒有改變，而因?yàn)榧由詈蟪休d力修正計(jì)算高度會增大，承載力修正值會加大；對于柱腳鉸接的輕型門式剛架，因?yàn)橹�腳鉸接，理論上此處彎矩為0，結(jié)構(gòu)自重輕軸向力小，對獨(dú)立柱基礎(chǔ)底面積大小計(jì)算起控制作用的是柱底剪力，柱底剪力轉(zhuǎn)變?yōu)榛�礎(chǔ)底部彎矩，隨著基礎(chǔ)埋深的加大，柱底剪力至基礎(chǔ)底面高度加大則基礎(chǔ)底面處彎矩加大明顯，這種彎矩增大的效應(yīng)在很多時(shí)候都大于因?yàn)榧由詈蟪休d力修正計(jì)算高度增大引起的承載力修正值增大，基礎(chǔ)亦會加大。故在設(shè)計(jì)柱腳鉸接門式剛架獨(dú)立柱基礎(chǔ)過程中，當(dāng)某些因素的改變導(dǎo)致基礎(chǔ)需要加深時(shí)須謹(jǐn)慎對待。 

　　6.結(jié)語： 

　　分析了在使用PKPM-JCCAD進(jìn)行一些簡單的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)可能遇到、忽視的問題，在工程設(shè)計(jì)中對軟件內(nèi)設(shè)的一些參數(shù)與現(xiàn)行規(guī)范的對應(yīng)準(zhǔn)確理解，才能達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。當(dāng)然，以上這些只是在運(yùn)用軟件進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)、總結(jié)的很小的一部分，還有許多需要在設(shè)計(jì)實(shí)踐中不斷分析總結(jié)以使設(shè)計(jì)結(jié)果更加經(jīng)濟(jì)合理。 

　　參考文獻(xiàn) 

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　　[4] 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范.GB 50007-2011 [S]