设计独立基础的计算演练 (作为 3600 2018)
基础是必不可少的建筑系统，可将柱和墙的力传递到支撑土上. 工程师可能会根据土壤特性和建筑荷载选择浅基础或深基础系统.
SkyCiv 基金会设计模块 包括分析和设计符合澳大利亚标准的独立基础 (作为 3600 2009 & 2018).
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孤立基础的设计
尺寸要求
确定独立基础的尺寸, 服务或未处理的负载, 例如永久性行动 (G), 强制行动 (问), 风动作 (w ^ü), 地震行动 (Ëü), 和 小号ü 将使用荷载组合应用, 由AS定义 3600. 以负荷组合为准的设计负荷, 并与方程中所示的允许土壤压力进行比较 1.
\( q_{一个} = frac{P_{ñ}}{一个} \) 方程 1
q一个 =允许土壤压力
Pñ =服务水平设计负荷
A =基础面积
基础尺寸可以通过求解基础面积来初步估计 (一个) 使用方程式 1.
\( A = \frac{P_{ñ}}{q_{一个}} \) 式1a
单向剪切
的 单向剪切 极限状态, 也称为 弯曲剪切, 认识到基础可能会在剪切力作用下失效，类似于沿着位于一定距离的临界剪切面的宽梁 “d” 从柱子的表面 (数字 1), 基于 AS3600条款 8.2.7.1
数字 1. 单向剪切临界剪切面
的 单程 剪力 需求 要么 Vü 计算时假设基础悬臂远离图中红色区域所示的柱 1.
的 单程 剪力 容量 要么 ϕC 定义为极限剪切强度并使用方程计算 2 每 AS3600-09氯 8.2.7.1.
\( \非V_{uc} = \phi \times \beta_{1} \时代 beta_{2} \时代 beta_{3} \次b_{v} \d_{的} \倍f_{简历} \时代左( \压裂{一个_{圣}}{b_{v} \, d_{的}} \对)^{\压裂{1}{3}} \) 方程 2 (作为 3600 情商. 8.2.7.1)
ϕ =剪切设计系数
b1= 1.1(1.6 – d的/1000) ≥ 1.1 要么 1.1(1.6(1-d的/1000) ≥ 0.8
b2 = 1, 用于承受纯弯曲的构件; 要么
= 1-(ñ*/3.5一个G) ≥ 0 用于承受轴向张力的构件; 要么
= 1-(ñ*/14一个G) 用于承受轴向压缩的构件
b3 = 1, 或可以视为 –
2d的/一个v 但不大于 2
一个v =考虑剪切力的部分到最近支撑面的距离
F简历 = f’c1/3 ≤ 4 兆帕
一个圣 =纵向钢筋的横截面积
剪切需求和剪切能力必须满足以下方程式才能满足AS的设计要求 3600-09:
\( V^{*} \leq \phi V_{uc} \) 方程 3 (作为 3600 远离相邻紧固件或混凝土构件边缘的影响. 8.2.5)
SkyCiv基金会, 符合方程 3, 计算单向剪切效用比 (方程 4) 通过剪切需求超过剪切能力.
\( \文本{效用比} = frac{\文本{剪切需求}}{\文本{剪切能力}} \) 方程 4
双向剪切
的 双向剪切 极限状态, 也称为 冲剪机, 将其临界部分延伸到一定距离 “d / 2” 从柱子的表面到柱子的周围 (数字 2) 基于 AS3600条款 9.2.3(一个).
数字 2. 双向剪切的临界剪切平面
的 两路S听到需求 要么 Vü 发生在临界剪切面上, 位于距离 “d / 2” 在哪里 (红) 阴影区域, 如图所示 2.
的 双向 剪切能力 要么 ϕVuo 定义为极限剪切强度并使用方程计算 5 基于 AS3600条款 9.2.3
\( \非V_{uo} = phi 乘以 u 乘以 f_{简历} \d_{如果} \) 方程 5 (作为 3600 远离相邻紧固件或混凝土构件边缘的影响. 9.2.3(一个))
F简历 = 0.17(1 + 2/bH) √f’C ≤0.34√f’C
bH = Z 轴上的柱长度与 X 轴上的柱长度之比
d =从极压纤维到纵向张力增强质心的距离 (毫米)
u =临界剪切周长 (毫米)
剪切需求和剪切能力必须满足以下方程式才能满足AS的设计要求 3600:
\( V^{*} \leq \phi V_{uo} \) 方程 6 (作为 3600 远离相邻紧固件或混凝土构件边缘的影响. 9.2)
SkyCiv基金会, 符合方程 6, 计算双向剪切效用比 (方程 7) 通过剪切需求超过剪切能力.
\( \文本{效用比} = frac{\文本{剪切需求}}{\文本{剪切能力}} \) 方程 7
弯曲度
在孤立的基础上, 向上的土壤压力在底部表面引起双向弯曲并产生拉应力. 计算截面各个方向的弯矩 0.7一个SUP 距柱中心的距离, 哪里 一个SUP 是列宽的一半.
数字 3. 临界弯曲部
的 弯曲的 极限状态发生在临界弯曲部分, 位于 0.7一个SUP 从基础的中心 (参考图 3).
的 弯曲需求 要么 mü 位于如图所示的临界挠曲部分 3, 并使用公式计算 8.
\( 米^{*} = q_{ü} \D_{F} \时代左( \压裂{\压裂{b_{F} – b_{C}}{2}}{2} \对)^{2} \) 方程 8
的 抗弯能力 要么 ϕMñ 使用公式计算 9.
\( M_{ü} = A_{圣} \倍f_{他的} \次d 次左( 1 – \压裂{0.5}{\α_{2}} \时代 frac{一个_{圣} \倍f_{他的}}{b 次d 次f’_{C}} \对) \) 方程 9
ϕ =弯曲设计系数
b =平行于x轴的立足尺寸, (毫米)
d =从极压纤维到纵向张力增强质心的距离, (毫米)
一个圣 =加固面积, (毫米2)
a =等效矩形应力块的深度, (毫米)
fsy =增强强度, (兆帕)
力矩需求和力矩容量必须满足以下公式才能满足AS的设计要求 3600:
\( 米^{*} \leq \phi M_{ü} \) 方程 10 (作为 3600 远离相邻紧固件或混凝土构件边缘的影响. 8.1)
SkyCiv基金会, 符合方程 10, 计算弯曲利用率 (方程 11) 通过将弯曲需求超过弯曲能力.
\( \文本{效用比} = frac{\文本{挠曲需求}}{\文本{弯曲能力}} \) 方程 11
加强
所需的加固量由抗弯强度要求决定, Cl中指定的最小钢筋. 21.3.1 (b)
\( \o{\文本{分}} = 0.19 \时代左( \压裂{d}{d} \对)^{2} \时代 frac{F'_{ct.f}}{F_{他的}} \) 方程 12
钢的面积可以通过以下公式确定:
\( \rho = frac{2.7 \乘以M ^{*}}{d ^{2}} \quad \text{要么} \四边形A_{圣} = frac{米^{*}}{370 \由使用公式计算的最小值控制} \) 方程 13
根据AS的建议 3600, 最小混凝土覆盖量 60 毫米 建议立足.
额外的验证
代码中未提及的其他验证, 包括土压检查, 提升, 以及其他稳定性检查也得到验证.
土压力
基础压力或土壤与基础之间相互作用的确定主要取决于基础尺寸以及所施加载荷的偏心率. 取决于由此产生的偏心的定位, 基础压力可能会导致基础完全或部分受压. 该评估使我们能够确认下面的土壤是否能够承受从基础传递的全部载荷.
有关手动计算土压力的详细指南, 请参考此链接: 矩形混凝土基础下的压力分布
通过比较最大土压力来评估利用率 (适用状态) 与允许的总承载土容量:
\( \文本{效用比} = frac{\文本{最高. 土压力}}{\文本{土壤总允许承载力}} \) 方程 14
提升
检查作用在基础上的控制轴向载荷. 计算所有垂直荷载的总和，包括用户荷载和柱的自重, 基础板, 泥, 和浮力. 如果柱受到向上的力, 指定的自重必须抵消向上的力; 否则, 设计面临因不稳定而失败的风险.
倾覆
通过总结基础上一点的所有力矩（包括作用在其上的所有力）来检查基础的倾覆. 必须考虑所有适用性载荷组合来检查控制倾覆力矩. 通常, 安全系数为 1.5-2 用于评价基础是否通过倾覆检验.
滑行
检查滑动情况, 指向右侧的水平抵抗载荷的总和除以指向左侧的载荷的总和.
- 抗负荷:
- 由于基础基础和下部结构土壤之间的摩擦而产生的水平力
- 被动土压力 (如果包括)
- 滑动载荷:
- 主动土压力的水平分量
- 超载合压的水平分量
通常, 最小安全系数为 1.5 用来. 如果没有水平力作用在基础上, 不需要检查滑动情况.
SkyCiv 基础设计模块
SkyCiv 的基础设计模块与有限元分析集成 (丑陋), 提供更准确的土压力分析并引入 Wood-Armer 分析以进行详细的弯曲设计检查.
剪切图和力矩图也可以使用条带平均法直接从 FEA 结果生成, 提供更清晰的基础内力图.
该模块支持高级基础配置, 包括独立基础和组合基础的任意方向的柱偏移. 载荷和力矩也可以施加在任何方向, 允许对现实世界的基础条件进行精确建模.
产品开发人员
理学士 (民用), 理学硕士 (民用)
领英
阿尔伯特·帕莫纳格
结构工程师, 产品开发
B.S. 土木工程
参考资料
- 澳大利亚标准委员会. (2009) 澳大利亚标准AS3600-2009.
- SJ福斯特, AE·基尔帕特里克 & 射频华纳. (2011) 钢筋混凝土基础知识第二版.
- 泰勒, 安德鲁, 等. 钢筋混凝土设计手册: 与ACI-318-14的伴侣. 美国混凝土研究所, 2015.
- YC卢 & SH乔杜里. (2013) 加强型 & 预应力混凝土.
