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

王星

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(jiǎn)單的基礎(chǔ)形式設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)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(guò)對(duì)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(guó)內(nèi)使用最廣的軟件是中國(guó)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?duì)軟件內(nèi)設(shè)的一些參數(shù)與現(xiàn)行規(guī)范的對(duì)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(duì)作者在建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的一些問(wèn)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)荷載的讀取：

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(duì)話框。在默認(rèn)情況下軟件是對(duì)所有SATWE荷載（當(dāng)用TAT軟件計(jì)算時(shí)為T(mén)AT荷載），即包含SATWE地震荷載全部選取，因?yàn)镴CCAD程序并沒(méi)有自動(dòng)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(duì)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(yè)圖即為去掉后），這樣生成的基礎(chǔ)既滿足規(guī)范要求又會(huì)設(shè)計(jì)的比較經(jīng)濟(jì)。

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

點(diǎn)取PKPM-JCCAD中“參數(shù)輸入一基本參數(shù)菜單”會(huì)出現(xiàn)圖2所示對(duì)話框，當(dāng)勾選最下方“自動(dòng)計(jì)算覆土重”后，圖示“單位面積覆土重”輸入框自動(dòng)隱去，此時(shí)程序自動(dòng)按20KN/m。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(duì)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(wú)回填土的框架柱）如果勾選了“自動(dòng)計(jì)算覆土重”就會(huì)增加了從室外自然地面至地下室地面段高度本來(lái)沒(méi)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(méi)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(duì)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(wèn)題：

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50007-2011明確說(shuō)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)高一基底標(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(shuō)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)一基本設(shè)計(jì)參數(shù)一室外自然地坪標(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?zhuān)瑢?duì)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(zhuān)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(huì)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(duì)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(mén)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(wèn)題：

在運(yùn)用PKPM系列軟件做輕型門(mén)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(guò)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(guò)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(guò)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?jiǎng)偧苤_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讟?biāo)高處的內(nèi)力，通過(guò)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?duì)于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱底彎矩對(duì)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(duì)彎矩來(lái)說(shuō)顯得作用很小，加大基礎(chǔ)埋深，彎矩并沒(méi)有改變，而因?yàn)榧由詈蟪休d力修正計(jì)算高度會(huì)增大，承載力修正值會(huì)加大；對(duì)于柱腳鉸接的輕型門(mén)式剛架，因?yàn)橹_鉸接，理論上此處彎矩為0，結(jié)構(gòu)自重輕軸向力小，對(duì)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A(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(huì)加大。故在設(shè)計(jì)柱腳鉸接門(mén)式剛架獨(dú)立柱基礎(chǔ)過(guò)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(duì)待。

6.結(jié)語(yǔ)：

分析了在使用PKPM-JCCAD進(jìn)行一些簡(jiǎn)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(wèn)題，在工程設(shè)計(jì)中對(duì)軟件內(nèi)設(shè)的一些參數(shù)與現(xiàn)行規(guī)范的對(duì)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。