基础设计通常可以分为两部分:岩土设计和钢筋混凝土设计。**岩土设计**关注基础与支撑土体之间的相互作用,包括使用容许应力设计法(ASD)进行的地基承载力验算,以及抗浮、抗倾覆和抗滑移验算。**钢筋混凝土设计**则涵盖受弯设计、单向剪切、双向(冲切)剪切,以及按照强度设计法(LRFD)进行的配筋构造设计。
- 独立柱基础建模
在定义基础之前,必须首先为柱指定节点支座。通过下拉菜单可选择多种基础类型(图2)。对于ACI规范,目前仅支持独立柱基础,其余基础类型将在未来版本中推出。基础尺寸、混凝土保护层及配筋通过后续选项卡进行定义。
在“底板配筋”选项卡下,可定义钢筋直径和间距,最终的配筋数量将在配筋图中显示(图2)。
在“土体特性”选项卡下,可指定地下水位和覆土高度(图3)。可用的土体材料主要作为模板,允许按需修改土体容重和摩擦角等属性。
在“岩土配置”选项卡下,可指定允许地基承载力总值和摩擦系数(图4)。
- 示例
采用ACI混凝土设计手册(ACI Concrete Design Handbook)[3]中的基础示例4,对RFEM模型计算所得结果进行验证。该示例考虑了一个尺寸为5.5英尺×10.0英尺×2.833英尺的矩形扩展基础,用于支撑一个18英寸见方的柱。 基础底面位于完工地面以下4英尺处,因此覆土高度为:
- 4.0英尺 - 2.833英尺 = 1.167英尺**
是否考虑覆土的选项位于“荷载工况”选项卡下(图5),而覆土高度则在“土体特性”选项卡下输入(图3)。
此示例仅关注控制性荷载组合**D + L + W**,并使用给定的允许地基承载力**净值**8000磅/平方英尺。在RFEM中,需要指定允许地基承载力**总值**,因为这在当前的岩土工程报告中更为常见。 施加的荷载、材料属性及配筋布置见图6所示。
对于岩土设计,ACI示例采用荷载组合**D + L + 0.6W**,并假设容许承载力得到提高,该组合中活荷载和风荷载并未乘以通常用于ASD荷载组合的0.75系数。为与ACI示例匹配,因此在RFEM中创建了一个用户定义的荷载组合。
- 结果
运行混凝土基础计算后,结果将显示在“节点设计比率”表中。最小受弯配筋验算结果显示在“基础配筋”表中,而“节点配筋未覆盖区域”选项卡则汇总了配筋不足的所有位置(图7)。
设计验算详情包含了控制性计算公式,并引用了ACI 318规范的相应条文(图8)。
ACI混凝土设计手册和RFEM的结果汇总于图9所示的表格中。
- 结论
借助混凝土基础附加模块,用户可在RFEM 6中依据ACI 318和IBC进行矩形独立基础设计。该验证示例表明,RFEM的计算结果与ACI混凝土设计手册高度吻合,证实了所执行的岩土和钢筋混凝土设计流程的准确性。该附加模块集成了承载力、稳定性、受弯和受剪验算,为独立基础设计提供了高效的工作流程,未来版本还计划增加如锚固长度和插筋设计等功能。结合其杆件及底板设计能力,RFEM 6可以在单一模型中提供整套结构设计的完整工作流程。