设计独立基础的计算演练 (ACI 318-14)
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美国规范 ACI318-14 的隔离基础.
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设计独立基础的分步指南
尺寸要求
确定独立基础的尺寸, 服务或未处理的负载, 如死 (d), 生活 (大号), 风 (w ^), 地震的 (Ë), 设计独立基础所需计算的示例演练, 设计独立基础所需计算的示例演练 318-14. 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, 设计独立基础所需计算的示例演练 部分 13.2.6 ACI的 318-14.
\( q_{一个} = frac{P_{ñ}}{一个} \) (情商. 1)
q一个 = 允许土壤压力
Pñ = 未分解的设计载荷
设计独立基础所需计算的示例演练
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.
\( A = \frac{P_{ñ}}{q_{一个}} \) (情商. 1一个)
单向剪切
单向剪切极限状态, 也称为梁剪, 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),
数字 1. 设计独立基础所需计算的示例演练
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, 下列的 部分 8.5.3.1.1.
的 设计独立基础所需计算的示例演练 要么 ϕVC 定义为极限剪切强度并使用方程计算 2 每 部分 22.5.5.1.
\( \非V_{C} [object Window]{\文本{剪力}} \次 2 \λ sqrt{F'_{C}} \次b_{w} \由使用公式计算的最小值控制 \) 情商 2 (部分 22.5.5.1, 英制)
要么
\( \非V_{C} [object Window]{\文本{剪力}} \次 0.17 \λ sqrt{F'_{C}} \次b_{w} \由使用公式计算的最小值控制 \) 情商 2 (部分 22.5.5.1, 公制)
ϕ剪力 = 剪切设计系数
F’C = 指定混凝土强度, (压力, 兆帕)
bw = 基础宽度, (在, 毫米)
d = 从极限压缩纤维到纵向拉伸钢筋质心的距离, (在, 毫米)
设计独立基础所需计算的示例演练 318-14:
\( V_{ü} \leq \phi V_{C} \) 情商. 3 (ACI方程. 7.5.1.1(b))
SkyCiv 基础设计模块, 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.
\( \文本{效用比} = frac{\文本{剪切需求}}{\文本{剪切能力}} \) 情商. 4
双向剪切
双向剪切极限状态, 也称为冲剪, 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).
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, 下列的 部分 22.6.4.
的 剪切能力 要么 ϕVC 由使用方程计算的最小值控制 5, 6, 和 7 每 部分 22.6.5.2
\( \非V_{C} [object Window]{\文本{剪力}} \次 4 \[object Window]{F'_{C}} \) 情商. 5 (部分 22.6.5.2(一个), 英制)
\( \非V_{C} [object Window]{\文本{剪力}} \时代左( 2 + \压裂{4}{\由使用公式计算的最小值控制} \对) \[object Window]{F'_{C}} \) 情商. 6 (部分 22.6.5.2(b), 英制)
\( \非V_{C} [object Window]{\文本{剪力}} \时代左( 2 + \压裂{\α_{s} \由使用公式计算的最小值控制}{b_{的}} \对) \[object Window]{F'_{C}} \) 情商. 7 (部分 22.6.5.2(C), 英制)
要么
\( \非V_{C} [object Window]{\文本{剪力}} \次 0.33 \[object Window]{F'_{C}} \) 情商. 5 (部分 22.6.5.2(一个), 公制)
\( \非V_{C} [object Window]{\文本{剪力}} \次 0.17 \时代左( 1 + \压裂{2}{\由使用公式计算的最小值控制} \对) \[object Window]{F'_{C}} \) 情商. 6 (部分 22.6.5.2(b), 公制)
\( \非V_{C} [object Window]{\文本{剪力}} \次 0.083 \时代左( 2 + \压裂{\α_{s} \由使用公式计算的最小值控制}{b_{的}} \对) \[object Window]{F'_{C}} \) 情商. 7 (部分 22.6.5.2(C), 公制)
注意: β为柱长边与短边之比, 由使用公式计算的最小值控制, 由使用公式计算的最小值控制s 是（谁）给的 22.6.5.3
λ = 修正系数，反映轻质混凝土相对于相同抗压强度的普通混凝土力学性能降低的情况
F’C = 指定的混凝土抗压强度 (压力, 兆帕)
d = 从极限压缩纤维到纵向拉伸钢筋质心的距离, (在, 毫米)
设计独立基础所需计算的示例演练 318-14:
\( V_{ü} \leq \phi V_{C} \) 情商. 8 (部分 7.5.1.1(b))
SkyCiv 基础设计模块, 符合方程 8, 计算双向剪切效用比 (方程 9) 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 9
弯曲度
数字 3. 临界弯曲部
的 弯曲的 极限状态发生在 由使用公式计算的最小值控制, 由使用公式计算的最小值控制 (数字 3).
的 弯曲需求 要么 mü 由使用公式计算的最小值控制 (由使用公式计算的最小值控制) 如图所示 3, 并使用公式计算 10.
\( M_{ü} = q_{ü} \时代左( \压裂{由使用公式计算的最小值控制{X}}{2} – \压裂{C_{X}}{2} \对) \由使用公式计算的最小值控制{与} \时代左( \压裂{\压裂{由使用公式计算的最小值控制{X}}{2} – \压裂{C_{X}}{2}}{2} \对) \) 情商. 10
qü 由使用公式计算的最小值控制, (ksf, 千帕)
升X 由使用公式计算的最小值控制 (在, 毫米)
升与 由使用公式计算的最小值控制 (在, 毫米)
CX 由使用公式计算的最小值控制 (在, 毫米)
的 抗弯能力 要么 ϕMñ 使用公式计算 11.
\( \电影_{ñ} [object Window]{\文本{弯曲}} \次A_{s} \倍f_{和} \时代左( d – \压裂{一个}{2} \对) \) 情商. 11
ϕ =弯曲设计系数
升X = 平行于 x 轴的基础尺寸 (在 , 毫米)
升与 = 平行于 x 轴的基础尺寸 (在 , 毫米)
d =从极压纤维到纵向张力增强质心的距离 (在 , 毫米)
一个s =加固面积 (在2 , 毫米2)
a =等效矩形应力块的深度 (在 , 毫米)
= 平行于 x 轴的基础尺寸, (KSI, 兆帕)
= 平行于 x 轴的基础尺寸 318-14:
\( M_{ü} \leq \phi M_{ñ} \) 情商. 12 (部分 7.5.1.1(一个))
SkyCiv 基础设计模块, 符合方程 12, 计算弯曲利用率 (方程 13) 通过将弯曲需求超过弯曲能力.
\( \文本{效用比} = frac{\文本{挠曲需求}}{\文本{弯曲能力}} \) 情商. 13
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:
\( \文本{效用比} = frac{\文本{最高. 土压力}}{\文本{土壤总允许承载力}} \) 情商. 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.
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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
我. 土木工程
参考资料
- 结构混凝土的建筑规范要求 (ACI 318-14) 关于结构混凝土建筑规范要求的评论 (ACI 318R-14). 美国混凝土研究所, 2014.
- 麦考马克, 杰克C., 和罗素H. 棕色. 钢筋混凝土ACI的设计 318-11 代码版. 威利, 2014.
- 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.
