杨开:各科考点及注意事项之木结构和地基基础篇

linxiaoyun 2017.7.14 16:26 595 0
一注结构

木结构

木结构的题目通常是两道计算题,有时是一道计算题和一道概念题,计算题难度不大,几种受力状态(轴心受拉、轴心受压、受弯、拉弯和压弯)的计算,公式都很简单,力学模型也是最基本的,与其他结构不同之处主要有——结构重要性系数γ0的确定(与安全等级和使用年限有关)、材料强度的确定(原木、矩形截面、湿材、使用条件、使用年限、斜纹承压的调整)、木材的连接。木结构的2分,在复习阶段一定不能放弃,考试时要好好把握住。需要注意的事项如下:

(1)对于木结构压弯构件稳定计算,分平面内稳定和平面外稳定,平面内稳定的轴心受压稳定系数是弯矩作用平面内的稳定系数,平面外稳定的轴心受压稳定系数是弯矩作用平面外的轴心受压稳定系数,这一点跟钢结构同理,但是《木规》交代不清。对于木结构轴心受压构件稳定计算,稳定系数还是同钢结构轴心受压稳定系数。

(2)木结构强度和弹模的调整有如下几种情况:恒载条件(超过80%,就应以总荷载(恒荷载和可变荷载分别占控制作用的最大值)和仅按恒载两种工况分别验算,同时注意恒载对强度和弹模的折减)、使用年限、原木(对强度和弹模都提高)、矩形截面短边尺寸(提高10%)、湿材(降低10%),注意对于设计使用年限的调整,不仅对强度部分即承载力计算进行调整,还得考虑对荷载设计值进行调整。注意对于稳定计算不应考虑缺口的影响,应采用全截面。

(3)《木规》4.2.3条的各种调整要重点掌握,调整系数和调整项目(顺纹抗压、横纹抗压、抗弯、抗剪或弹性模量)的确定,不同的情况,调整项目是不一样的。

(4)轴心受拉计算,净截面面积应扣除分布在150mm长度上的缺孔投影面积;轴心受压计算,构件计算长度、构件长细比,稳定计算和强度计算对应的计算面积,以及螺栓孔不作为缺口。

(5)注意原木的计算,直径变化率一般取9mm/m或实际情况,验算挠度和稳定时,可取构件的中央截面,验算抗弯强度时,可取最大弯矩处对应的截面,标注原木直径时,应以小头为准;强度验算应以最小头和有缺陷孔进行计算。

(6)圆、半圆和矩形的惯性矩要写在规范上;

(7)注意木结构偏心受拉计算与混凝土结构、钢结构的不同(类似于钢结构的螺栓连接计算)。

(8)木结构的连接计算:单齿和双齿构造要求,截面要求;齿计算包括木材承压和受剪计算,剪面长度单齿计算值不应超过8hc齿深;双齿承压面计算取两个承压面的面积,受剪计算取第二个齿对应的剪面长度,且不应超过10hc齿深;对于采用湿材制作时,剪面长度取值应比计算值加长50mm,即在验算时应扣除50mm作为剪面长度进行计算;采用齿连接,在节点部位应采用保险螺栓作为安全储备,对于单齿,保险螺栓计算时强度设计值乘以1.25调整系数,而对双齿,采用两个保险螺栓,但不考虑强度调整系数,注意齿连接承压面面积的计算(通过几何图形求解)和抗剪力的计算。

(9)螺栓和钉连接:构造布置要求(构件厚度和排列最小间距),承载计算注意单剪和双剪,规范公式中承载力为单个剪面,钢夹板承载力计算系数取对应螺栓和钉的最大值,采用湿材连接时,螺栓连接的计算系数不应大于6.7;在连接计算中应注意湿材的修正,在单剪连接计算中,如果厚板厚度不满足最低要求时,应对单剪螺栓承载力给予限制。

(10)木结构钢构件的计算应按钢结构设计规范,其强度设计值应乘以0.85调整系数,其他按钢结构设计规范进行,垫板的计算包括截面(承压计算,尤其注意斜纹承压计算)和厚度(钢板的抗弯)。

(11)木结构题目所给的内力设计值,是否包含γ0,一直是比较有争议的地方,应看题目提示确定,若题目不明确,建议按照包含和不包含试算,看哪种情况离备选答案选项更近,一般来说往后的考试不太会出这种有争议的题目。

 

地基基础

地基基础的题目以计算为主,计算量并不大,需要概念特别清晰,荷载是取标准组合还是基本组合,应力是取土的自重应力、基地反力、净反力还是附加应力。地基承载力特征值的修正,基底最大应力的计算,基底最小尺寸的计算,挡土墙的相关知识,不同形式基础的受剪、受弯和冲切计算,单桩承载力特征值估算,桩基承台的构造及受剪、受弯和受冲切计算,复合地基承载力特征值这些都是必考的内容,另外不同基础形式的构造要求,山区地基、软弱地基和地基处理的概念,桩基施工和检测也常考。地基变形计算也是考试的重点,只要是地基基础就离不开变形,要熟练掌握。需要注意的事项如下:

(1)注意题干中的已知条件,如“可按永久荷载效应控制”,求设计值时就要进行荷载组合,分项系数取1.35,《地规》8.2.11条柱下矩形独立基础任意截面的底板弯矩和《地规》8.2.14条墙下条形基础的弯矩经常容易忘记乘分项系数。

(2)挡土墙及其基础,求基底最大压应力,应对基底形心求矩,而不是挡土墙重心。

(3)基础及其上图的自重计算,若是求重力,则应乘以基础底面积,若是求应力,则不用乘面积,总而言之,是要注意单位。

(4)若题干或图形中有地下水时,应注意由于地下水引起的变化:1)pk=(Fk+Gk)/A中的Gk应扣除水浮力,即pk=Fk/A+gd- gwdw。2)若是不透水岩(土)层,附加应力p0=p-pc中的应扣除水自重,即p0=p-(gmd+gwdw),有地下室时,gmdd的和gwdwdw的不一样,应按场地自然地面确定。3)《桩规》5.4.4条桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载计算时,由土自重引起的桩周第i层土平均竖向有效应力sri’中的gige应取浮重度。4)《桩规》5.4.5条抗拔桩基承载力验算中的GgpGp取浮重度。5)地基承载力特征值修正,ggm都取浮重度(有效重度)。6)地下水不用乘主动土压力系数,就可以成为侧向力。

(5)计算基底最大压应力时,一定要注意判断e=M/(Fk+Gk)<b/6,即pk,min>0,若不满足则用pk,max=2(Fk+Gk)/3la计算。

(6)验算地基承载力或计算基底最小尺寸时,应特别注意软弱下卧层的验算,特别是题干有相关条件时,比如“地基压力扩散角q”和“土层弹性模量Es”,若没有进行软弱下卧层的验算,题干一直条件就没有用上,应留意此类情况。

(7)冲切计算,冲切临界截面是距离柱边h0/2,用来计算周长,um=4×(c+2×h0/2);冲切破坏锥体是距离柱边h0,用来计算面积,A=4×(c+2×h0)2

(8)附加应力p0=p-gmd,基底平均应力减去土的自重应力,标准组合用来计算软弱下卧层,准永久组合用来计算沉降。

(9)净反力pj=p-gGd,基底平均应力减去基础及其上部土重,用来计算基础的受剪、受弯和受冲切。

(10)桩基验算冲切和剪切时,基桩和上部结构的柱子都是按照方形考虑的,若为圆形,应转化为方形,《地规》8.5.18条(c=0.866d)《桩规》5.9.7条(b=0.8d),与此相反,当验算减沉复合数桩基础中点沉降时,需将方桩转化为圆桩,此时,d=1.27b

(11)《地规》8.2.8条独基受冲切验算时,应特别注意冲切破坏锥体是否在基底范围内,不在时应画图计算面积Al

(12)变形计算总结(应弄清楚附加应力系数和平均附加应力系数):1)《地规》5.3.5条,地基变形,地基内的应力分布,可采用各向同性的均质线性变形体理论,考点——沉降计算经验系数的计算,计算深度zn的确定(变形比法、应力比法和简化公式),相邻荷载影响,Esi的取值。2)《地规》5.3.10,地基土的回弹变形,相当于一个反向的应力,使用土的回弹模量,考点——条文说明中的例题(可结合辅导书学习),Eci的取值。3)《地规》5.3.11,回弹再压缩。4)《地规》附录R.0.1~R.0.3,实体深基础模型计算桩基础最终沉降,单向压缩分层总和法,考点——桩底平面处的附加应力。5)《地规》R.0.4~R.0.5,明德林应力公式方法计算桩基础沉降。6)《桩规》5.5.6条,桩中心距不大于6倍桩径的桩基,等效作用分层总和法,考点——桩基等效沉降系数,桩基沉降计算经验系数(折减和放大),简化公式,沉降计算深度zn的确定,Esi的取值。7)《桩规》5.5.14条,承台底地基土不分担荷载的桩基(单桩、单排桩、疏桩基础),单向压缩分层总和法,考点——附加应力的计算方法(考虑桩径影响的明德林解),桩身压缩seszi的取值,最终沉降计算深度zn的确定,Esi的取值。8)《桩规》5.5.14条,承台底地基土分担荷载的复合桩基(单桩、单排桩、疏桩基础),单向压缩分层总和法,考点——附加应力的计算方法(按Boussinesq解),桩身压缩sesziszci的取值,最终沉降计算深度zn的确定,Esi的取值。9)《桩规》5.6.2,减沉复合疏桩基础中点沉降,考点——sssspp0的计算方法,Esi的取值。10)《桩规》3.1.8条,概念设计,变刚度调平设计(减小差异沉降和承台内力),实施细则。11)《地规》3.0.2~3.0.3条,应按地基变形设计,应作变形验算,可不作变形验算的规定。12)《地规》5.3.1~5.3.4条和《桩规》5.5.1~5.5.5条,地基变形特征指标——沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜及不同结构指标的规定,地基变形允许值,桩基沉降变形允许值。13)《地规》7.2.10~7.2.12条和《地处规》7.1.7~7.1.8条,复合地基的最终变形量,考点——压缩模量的当量值计算、复合地基沉降计算经验系数的取值、土层压缩模量的变化、地基变形计算深度zn的确定。14)《地规》7.5.5条和《地规》附录N,大面积地面荷载,考点——[sg]的取值,qeq的计算。

(13)题目所给的土压力,自重应力都是标准值,如果要计算地下室外墙弯矩设计值要乘以1.35的分项系数。

(14)关于挡土墙土压力问题,我们一般做的情况都不是朗肯土压力,但是都是c=0的情况。如果c不等于0,黏性土,那么一般都是以朗肯土压力为背景出题,这个时候要注意顶部有负压力段,但是实际土压力不能为负。还要结合地面活荷载,地下水压力,以及结合主动土压力增大系数一起出题。特别强调,地下水部分,土取浮重度,地下水不用乘以主动土压力系数就可以成为侧向压力。

(15)关于负摩阻力,一定要先确定中性点,一般题目会给持力层为基岩的情况。然后才能定出中性点以上部分要考虑负摩阻力也就是作为荷载输入。而单桩承载力特征值只能从中性点以下摩阻力和端阻力计算。

(16)关于液化土,题目的液化土一般都是在20m以内,因为20m以下的液化土目前规范没法判别。这里面要特别注意两点,不是说一个沙土范围内只要一个测点就能解决问题的,因为在10m以上一个折减,10m以下一个折减系数,而且可能10m以上不液化,10m以下液化。所测点所能代表的土层厚度是有限的,具体代表的厚度在《抗规》中有说明。考题往往会将液化土层分布在10m范围左右,8~12m之间。

(17)对于挡土墙土压力计算,从规范的角度值得作出如下总结:首先计算方法分三种,规范法、朗肯土压力计算法、库伦土压力计算法。对于朗肯土压力,土压力对墙背的摩擦角为0是个特点,黏性土和非黏性土都可以计算,而且在有地面活载,地下水的时候,通常是用朗肯土压力计算。对于库伦土压力,只适用于非黏性土,这是最重要的一个特点,但是他不需要限制墙背光滑,也就是说主动土压力可以对墙背有摩擦角。如果不满足以上两种条件,那就要采用规范法计算主动土压力,这时候要特别注意,土压力对墙背有摩擦角,也就是主动土压力的合力并不是垂直于墙背,但是却不影响主动土压力的合力作用点的位置仍然是1/3土坡高度,另外黏性土的主动土压力也不用像朗肯土压力那样考虑负压力段扣除,直接还是顶部为0的三角形分布。

(18)关于地基处理中,要特别注意求复合地基承载力以及复合土层压缩模量的放大系数的时候,只与基础底的土也就是所谓的基底天然地基承载力有关,与桩侧和桩底地基承载力特征值无关。一般如果题目较难的话,复合地基的桩长蔓延不是一个土层,可能穿越若干个土层。那么与其他土层有关的变量就是压缩模量。

(19)在进行软弱下卧层承载力验算时,对于偏心荷载可采用平均基底压力求解下卧层顶面的压力。

(20)注意不同验算条件下荷载组合不同(验算地基承载时和基础裂缝宽度,采用正常使用标准组合,验算地基变形,采用准永久组合(恒荷载+可变荷载*准永久系数),不考虑风荷载和地震荷载;验算结构配筋,采用基本组合,验算挡土墙稳定,采用基本组合,荷载效应系数为1.0。

(21)对于厂房大面积堆载沉降的计算:计算范围为横向取5倍的基础宽度,纵向为实际堆载长度,当荷载范围不属于上述范围时,应进行折算成等效均布荷载,折算时应注意厂房外侧的荷载也应考虑。

(22)地基承载力特征值的修正,深度(注意基础埋置深度的取值,自室外地面标高算起)、宽度;对于偏心距小于0.033倍基础宽度时,地基承载力可采用土的抗剪强度进行求解,此时不再需要进行深度和宽度的修正(因公式中已包含);但在运用公式时,应注意宽度和深度的限制;注意在软弱下卧层验算时,地基承载力仅经深度修正,而不进行宽度修正,与处理后地基承载力的修正一致。

(23)在季节性冻土下,冻土的判别中,表格中冻结期间的地下水位距离冻结面深度(一般可采用标准冻结深度,即从地表面到冻结面底部的距离)的最小距离求解;基础埋置深度应分别根据不同土层的冻胀类别进行计算,取不同土层的埋置深度最大值。

(24)墙下条形基础的计算,基础底面宽度根据地基承载力确定,厚度根据抗剪设计值(采用净反力)计算确定,配筋根据弯矩设计值(采用净反力)计算确定,对于条形基础梁的内力可按连续梁计算,边跨及第一内支座弯矩值宜乘以1.2的系数;对于独立基础的抗冲切计算冲切面积和提供承载面积计算;注意柱在条形基础梁上形成的冲切计算,尤其是柱在条形基础边缘上形成的冲切面计算。

(25)毛石基础基础高度计算根据台阶的宽高比确定,上部一般取墙厚(370mm或240mm);墙下条形基础的厚度根据抗剪计算,而配筋根据弯矩计算,注意有无垫层对钢筋保护层厚度的影响(有垫层40mm,无垫层70mm),即对截面有效高度的影响。

(26)注意在进行抗冲切计算和抗剪计算中,截面高度影响系数计算公式不同,前者为系数与高度h呈线性变化(800~2000mm),而抗剪计算中系数与有效高度h0呈指数变化(800~2000mm)。

(27)高层建筑筏形基础,准永久荷载作用下的偏心距应有限制,梁板式筏基底板的厚度按照抗冲切和抗冲剪的最大值计算,注意平板式筏基底板截面承载力计算(抗冲切部分,按不平衡弯矩产生的附加应力计算,而对于受剪部分可取单位宽度下的计算截面进行验算。

(28)桩基承台计算,包括柱对承台的冲切,桩对承台的冲切以及桩柱连线之间的剪切(发生在承台的变阶处,计算宽度即取变阶处宽度)。

(29)桩的特征值计算,桩尖部分不予记入桩身部分,桩的配筋计算采用设计值,而特征值采用标准值(注意Gk计算)。

(30)地基处理部分,压实填土最大干密度和最优含水量,预压固结度(考虑涂抹和井阻影响以及不考虑公式的区别)以及强度提高公式、最终变形量计算公式,砂石桩中的处理后孔隙比和砂石桩布置间距关系,水泥粉煤灰(CFG)桩中的变形计算公式,在复合地基公式中,桩间土强度可取未修正的天然地基强度,灰土挤密桩计算公式(挤密系数与桩间距关系)。注意面积置换率公式指桩体横截面面积与桩体所承担的复合地基面积之比。桩的根数计算可直接由总的需处理面积除以单个桩的等效处理面积。

(31)地基液化判别应注意上覆非液化土层厚度的计算,即判别液化地基土层的上部厚度,同时需要扣除淤泥土层厚度,注意与场地类别中覆盖层厚度的区别。同时注意最上端和最下端标准贯入点所代表土层厚度(di)计算以及层位影响权函数值(Wi),标准贯入点土层的分界线有地下水位,液化土层的上下限,判别深度以及土层的分界线。

(32)《桩规》中钢管桩,嵌岩桩,大直径桩,负摩阻力计算,抗拔桩,竖向承载力计算要熟练掌握。

(33)桩水平承载力,压屈计算等需熟练掌握。

(34)《地规》公式(5.2.4)中要特别注意基础埋深的取值规定式中的b为基础短边尺寸或条基宽度(题目图中表示的尺寸不一定是基础的短边)。

(35)压缩模量当量值,把计算公式写在规范空白处。

(36)《地规》图8.2.7-1-b中h0标注有误,打斜线的面积考前算好,写在旁边,考试就可省去不少时间。

(37)有地下水时垫层材料应选用排水较好的砂石垫层。

(38)地基抗震部分,场地类别划分,地震液化判别(临界标贯击数、液化指数<仅对判别为液化的土计算>),桩的承载力调整(液化土层中的调整以及对以下两种不利工况都应进行验算<全部承担地震作用,地震作用按水平地震影响系数的10%采用>),打入式预制桩及其他挤土桩,打桩引起桩间土挤密作用可用公式求解打桩后桩间土的标贯击数。在抗震验算时,天然地基承载力需按深度和宽度修正以抗震调整系数。

 

作者简介:杨开,目前在中国建筑设计研究院范重结构设计工作室从事结构设计工作,主要参与超高层建筑和体育建筑结构设计。

Last Modified·2017年7月14日 16:27

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