解析独基承台加防水板工程建模与计算的技术问题

1. JCCAD软件能否输入锚杆计算？输入锚杆计算的时候程序是如何考虑锚杆的作用的？水浮力作用下，锚杆能否视为防水板支座？

（1）JCCAD可以输入锚杆计算，在“基础模型”桩“定义布置”菜单点“添加”，在弹出的定义界面菜单里下拉框选择“锚杆”。可在弹出的锚杆定义菜单输入锚杆的基本参数。

图 1

其中“筋体面积”如果按默认值0，那么程序会根据《建筑工程抗浮设计技术标准》JGJ 476-2019 第7.5.6条计算锚杆的筋体面积As，公式中Nt取锚杆定义中的“抗拔承载力”。

锚杆布置可以先在某一跨内将锚杆布置好，然后用桩“编辑”菜单下“复制”“镜像”的功能快速布置锚杆（图2），也可以通过基础模型菜单里的“导入DWG图”功能导入已经绘制好的锚杆布置图。

图 2

（2）程序计算的时候将锚杆视为单向弹簧，“弹簧”刚度程序默认按下列公式计算锚杆刚度，其中As取（1）中计算结果，Lc取锚杆定义中锚杆长度，Es“计算设计”参数里定义的“锚杆杆件弹性模量”，通常为钢筋的弹性模量。

计算出的锚杆刚度可以通过“分析设计”菜单下“桩刚度”菜单修改。锚杆刚度会影响锚杆的抗拔力计算、底板的受力与变形、底板的内力与配筋。所以，对于抗浮工程而言，锚杆刚度是非常重要参数，一定要结合计算理论、实际经验及软件计算结果综合考虑其合理性。

锚杆一般不能视为防水板的支座，当然，如果工程中水浮力作用下，锚杆变形很小，可以近似视为防水板“支座”，此时适当增加锚杆抗拉刚度，减小锚杆受拉变形来近似模拟这种“支座”效应。

2. 对于防水板的分析计算，什么情况下可以指定基本抗浮工况可以用“倒楼盖”模型？什么情况下要考虑“非线性”计算？

“倒楼盖”计算的一个基本前提假设是基础板计算只考虑局部弯曲，不考虑其整体弯曲。如果基础在各种荷载作用下，墙柱等上部构件竖向位移差很小或者整个基础反力呈线性分布，那么基础就可以按“倒楼盖”模型计算，此时需要“计算设计”参数里指定计算模型为“倒楼盖”。

图 3

如果仅仅是水浮力作用下上部墙柱竖向位移很小，那么“计算设计”参数里计算模型还是选择“winkler”模型，需要在参数的“荷载工况”下，指定可以防水板就可以基本抗浮工况按“倒楼盖”模型计算。 如果仅仅是水浮力作用下上部墙柱竖向位移很小，那么“计算设计”参数里计算模型还是选择“winkler”模型，需要在参数的“荷载工况”下，指定可以防水板就可以基本抗浮工况按“倒楼盖”模型计算。

图 4

图 5

图  6

综上所述，如果基础所有荷载作用下均满足“倒楼盖”模型计算条件，则在“计算设计“参数里计算模型勾选“倒楼盖”，如果仅仅是水浮力作用下满足“倒楼盖”模型的计算条件，那么在参数“荷载工况”里指定基本抗浮工况为“倒楼盖”模型计算

3. 计算结果构件算法和有限元算法差异很大，如何理解？结果怎么取舍？

对于布置独基或者承台的工程，程序可以提供“构件算法”和“有限元算法”。

程序默认单柱下独基或者承台只提供构件算法，其他情况多柱下、剪力墙下或者防水板内独基或者承台同时提供构件算法及有限元算法。用户可以通过“分析设计”菜单下的“补充定义”菜单下的“计算方法”菜单交互指定独基承台是构件算法还是有限元算法（图7） 。

图  7

构件算法及有限元算法原理上的差异 ：

（1）规范算法（构件算法）：假定整个基础是刚性体，各种荷载作用下基础本身不变形，做刚体运动。基于这个假定计算反力、冲剪、内力配筋。通常配筋只有底筋。

（2）有限元算法：整个承台视为筏板，各种荷载作用下上部、基础和地基协调变形。配筋有顶筋和底筋。

软件处理上的差异 ：

（1）规范算法是单独计算，不考虑相连基础的整体效应及上下部共同作用；有限元法计算考虑相连基础整体效应及上下部共同作用。

（2）荷载差异。规范算法尽管可以考虑防水板传递荷载，但是先将荷载倒算到柱底，然后进行分析计算，有限元算法是有限元整体分析，荷载直接通过基础构件传递。

（3）桩刚度及基床系数影响。规范算法不受地基刚度影响，有限元算法受桩基刚度及地基刚度差异影响。

适用情况 ：

很难准确通过量化指标来确定哪些情况用构件算法，哪些情况用有限元算法。只能大概的归纳为：规范算法适用尺寸不大受力简单的独基，或者桩数不多、尺寸不大、受力相对简单的承台，这样的受力构件基本能保持刚体假定，如单柱下独基承台。有限元算法适用于基础形状不规则、桩数较多，受力相对复杂的独基承台，基础不能满足刚体假定，如复杂剪力墙下承台。

4. 地下室外墙是否需要布置条基？如果布置条基程序是否可以正确计算？地下室外墙的面外弯矩程序能否考虑？

对于防水板的工程，地下室外墙下有时候会布置条基或者拉梁，如果荷载相对较大可能还会布置弹性地基梁。

布置无筋扩展条基。需要在程序“基础模型”菜单下墙下条基（图8），程序里这个菜单下的条基是无筋扩展基础，自动布置或者人工布置后，程序会自动完成相应的计算或者验算，目前程序里的这类条基仅仅在基础模型菜单里实现建模和计算，后续“分析设计”菜单里目前无法考虑这类基础的影响。

图 8

这种地下室外墙下的基础，在程序里还可以通过筏板加厚的方式来实现（图9）。筏板局部加厚区可以在后续“分析设计”菜单里统一分析并且给出配筋结果 。

图 9

5. 柱下局部加厚按子筏板输入、按承台输入或者按柱墩输入有啥区别，哪种输入方式更为合理？

对于柱下局部加厚，程序里可以按承台、子筏板、加厚区及柱墩输入，在后续计算的时候，这些构件的处理方式会有差异。

（1） 按承台输入：程序自动确定桩数，然后按照《桩基规范》要求计算承台冲剪及承台底部钢筋，如果参数里勾选“独基承台考虑防水板面荷载”，那么承台计算过程中可以考虑防水板荷载影响。“结果查看”菜单里程序提供“构件算法”和“有限元算法”两类结果。一般标准的独基，承台，直接按独基承台输入即可。

（2） 按子筏板输入：那么程序仅仅将承台范围内当成局部筏板处理。计算柱、墙冲切的时候，目前会以子筏板边界来判断是否是边角柱冲切，这样可能会导致冲剪验算结果不容易满足。后续计算的时候子筏板范围内的结果按筏板形式给出，子筏板和外围防水板协调变形，统一分析。子筏板范围内力输入基床系数来模拟地基土的作用。如果是大面积的筏板属性不一致（如主群楼筏板厚度不一致，大面积降板等），建议按子筏板输入。“结果查看”只提供“有限元算法”结果。

（3） 按局部加厚区输入：局部加厚区范围内内墙柱冲切判断边角部冲切的时候不以局部加厚区边界范围为参考，其他处理方式与“子筏板”一致。对于面积不大的筏板加厚（如墙下加厚等）一般按该方式建模。“结果查看”只提供“有限元算法”结果。