在线手册 RFEM 6 / RSTAB 9 | 混凝土基础

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Ann-Kathrin Dannwerth, B.Sc.

2024-07-11

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概览

附加模块混凝土基础

基础理论

设计规范

独立基础的设计特性

设计

结果

文档

地基承载力

地基承载力验算可以根据规范采用不同的方法进行。在欧洲规范中，验算通过比较作用的设计值和抗力设计值（地基承载力验算）进行，而在北美规范中通常采用容许地基压力。两种方法描述了相同的地基承载特性，但在安全概念和验算格式上有所区别。

EN 1997-1：地基承载力验算

根据 EN 1997-1 进行地基承载力验算时，地基承载力可以通过预先给定的容许地基压力确定，或通过计算地基承载力，同时考虑土层和土体参数来确定。

使用预先给定的容许地基压力进行验算

在这种验算方式中，将实际存在的地基压力与指定的容许地基压力进行比较。容许地基承载力值 σ_a 在“混凝土基础”模块的岩土设计配置中的“容许地基压力”部分定义。

确定基底中的内力和荷载偏心距

需要设计剪力以及附加基础荷载 V_z,+add，以及基础底板中心处的合成设计弯矩 M_y,+add 和 M_x,+add，以确定有效竖向荷载的偏心距：

e_{x} = - \frac{M_{y, + add}}{V_{z, + add}}

e_{y} = \frac{M_{x, + add}}{V_{z, + add}}

产生的作用的偏心距，包括在 x 和 y 方向上的附加基础荷载

确定有效基础面积

在地基承载力验算中，只考虑实际底板面积的一部分——即合力轴力作用在中心的部分。

L^{'} = m a x (w_{x} - 2 \cdot |e_{x}|; w_{y} - 2 \cdot |e_{y}|)

B^{'} = m i n (w_{x} - 2 \cdot |e_{x}|; w_{y} - 2 \cdot |e_{y}|)

A^{'} = B^{'} \cdot L^{'}

基础有效长度 L'、基础宽度 L' 和底部 A'

实际存在的地基压力

由此可以确定实际存在的地基压力：

σ_{v o r h} = \frac{{V^{'}}_{d}}{A^{'}}

地基破坏作用的设计值

验算

将实际存在的地基压力与给定的地基压力进行比较：

η = \frac{{V^{'}}_{d} / A^{'}}{{R^{'}}_{d} / A^{'}} \leq 1.0

设计准则地面破坏

使用计算的地基承载力进行验算（附录 D）

根据 EN 1997-1 [1] 进行地基承载力验算时，会对垂直于基础底面的作用与承载力设计值进行比较。使用根据 [1] 6.5.2.2 的计算方法。该规范附录 D 中给出了一个用于分析确定地基承载力的资料性示例。

确定排水条件下的地基承载力

根据 [1] 附录 D，公式 (D.2)，排水条件下地基承载力的特征值可确定如下：

R_{k} / A^{'} = \underset{σ_{c}}{\underset{⏟}{c^{'} \cdot N_{c} \cdot b_{c} \cdot s_{c} \cdot i_{c}}} + \underset{σ_{q}}{\underset{⏟}{q^{'} \cdot N_{q} \cdot b_{q} \cdot s_{q} \cdot i_{q}}} + \underset{σ_{γ}}{\underset{⏟}{0.5 \cdot γ^{'} \cdot B^{'} \cdot N_{γ} \cdot b_{γ} \cdot s_{γ} \cdot i_{γ}}}

σ_c	黏聚力产生的应力
σ_q	因基础深度产生的应力
σ_γ	基础宽度产生的应力

地基失效承载力标准值按照 EN 1997-1 附录 D (合并)

承载力系数 (N_c, N_q, N_γ)：这些系数根据土体条件和内摩擦角计算。

N_{q} = e^{π \cdot \tan (φ_{d}^{'})} \cdot \tan^{2} (45 ° + φ_{d}^{'} / 2)

N_{c} = (N_{q} - 1) \cdot \cot (φ_{d}^{'})

N_{γ} = 2 \cdot (N_{q} - 1) \cdot \tan (φ_{d}^{'}) sofern φ^{'} / 2 (raue Sohlfläche)

抗力系数

形状系数 (s_c, s_q, s_γ)：这些系数考虑了基础的几何形状，例如矩形或方形平面。

s_{q} = 1 + B^{'} / L^{'} \cdot \sin (φ_{d}^{'})

s_{c} = (s_{q} \cdot N_{q} - 1) / (N_{q} - 1)

s_{γ} = 1 - 0, 3 \cdot B^{'} / L^{'}

矩形或二次平面的形状系数

底面倾斜系数 (b_c, b_q, b_γ)：底面倾斜系数考虑了基础底面的倾角 α，并且基本上是为地基承载力验算而计算的。

b_{q} = (1 - α \cdot \tan (φ_{d}^{'}))^{2}

b_{c} = b_{q} - (1 - b_{q}) / (N_{c} \cdot \tan (φ_{d}^{'}))

b_{γ} = b_{q}

面积系数

荷载倾斜系数 (i_c, i_q, i_γ)：这些系数考虑了倾斜荷载的影响。

m_{B} = (2 + B^{'} / L^{'}) / (1 + B^{'} / L^{'})

m_{L} = (2 + L^{'} / B^{'}) / (1 + L^{'} / B^{'})

m = m_{L} \cdot \cos^{2} (ω) + m_{B} \cdot \sin^{2} (ω)

i_{q} = (1 - H_{d} / (V_{d} + A^{'} \cdot c_{d}^{'} \cdot \cot (φ_{d}^{'})))^{m}

i_{c} = i_{q} - (1 - i_{q}) / (N_{c} \cdot \tan (φ_{d}^{'}))

i_{γ} = (1 - H_{d} / (V_{d} + A^{'} \cdot c_{d}^{'} \cdot \cot (φ_{d}^{'})))^{m + 1})

坡度系数

力倾斜角与倾斜系数的几何关系

确定不排水条件下的地基承载力

在不排水条件下，使用以下公式：

R_{k} / A^{'} = (π + 2) \cdot c_{u} \cdot b_{c} \cdot s_{c} \cdot i_{c} + q

地基承载力承载力标准值按照欧洲规范 EN 1997-1 附录 D（不排水）

验算

将地基承载力作用的设计值与地基承载力的设计值进行比较：

η = \frac{{V^{'}}_{d} / A^{'}}{{R^{'}}_{d} / A^{'}} \leq 1.0

设计准则地面破坏

信息

作用 (Actions A)、土体参数 (Material M) 和地基承载力 (Resistance R) 应使用根据 [1] A.3 的分项系数 𝛾 进行折减。

IBC 2021 / ACI 318-19 (ASD)：地基压力

验算目的

地基压力验算用于检查由基础传递到地基的接触应力是否超过容许地基压力。在轴力和弯矩共同作用下，基础下方的应力分布假定为线性。

应力分布

地基接触应力由基础底板处的轴力和弯矩确定：

q_{u} = \frac{P_{z}}{A} \pm \frac{M}{S}

P_z	gesamte vertikale Last auf das Fundament [kip]
A	基础面积 [ft²]
M	弯矩在基础底板处 [kipft]
S	截面模量 of the foundation area [ft³]

地基压力

验算

得出的地基接触应力不得超过容许地基压力。容许地基压力 σ_a 可在混凝土基础模块的岩土设计配置中定义。

利用率

η = \frac{q_{u}}{σ_{a}}

利用率 – 地基压力

软件配置

容许地基压力 σ_a 在混凝土基础模块的岩土设计配置中定义。所有作用在基础上的竖向荷载均取自定义的荷载工况。

上级章节

外部稳定性 - 岩土工程设计