12.5 壳体基础计算
12.5.1 壳体基础的外形尺寸(图12.5.1)应按下列规定确定:
1 倒锥壳(下壳)的控制尺寸r2应按下列公式确定:
图12.5.1 正倒锥组合壳基础
1-上环梁;2-正锥壳;3-倒锥壳
式中:Gk——基础自重标准值和至埋深z2处的土重标准值之和(kN);
pkmax、pkmin——分别为下壳经向长度内,沿环向(r2处)单位长度范围内,在水平投影面上的最大和最小地基反力标准值(kN/m)。
2 下壳经向水平投影宽度l可按下列公式确定:
式中:pk——在荷载标准值作用下,下壳经向水平投影宽度l和沿半径为r2的环向单位弧长范围内产生的总地基反力标准值(kN/m);
θ0——地基塑性区对应的方位角,可根据e/r2查表12.5.1,e=Mk/(Nk+Gk)。
表12.5.1 θ0与e/r2的对应值
3 下壳内、外半径r3、r1可按下列公式确定:
4 下壳与上壳(正锥壳)相交边缘处的下壳有效厚度h可按下列公式确定:
式中:Qc——下壳最大剪力(N),计算时不计下壳自重;
ƒt——混凝土的抗拉强度设计值(N/mm2);
p1——在荷载设计值作用下,下壳经向水平投影宽度l和沿半径为r2的环向单位弧长范围内产生的总地基反力设计值(kN/m),按本规范公式(12.5.1-5)计算,其中Gk、Nk采用设计值。
12.5.2 正倒锥组合壳体基础的计算可按下列原则进行:
1 正锥壳(上壳)可按无矩理论计算。
2 倒锥壳(下壳)可按极限平衡理论计算。
12.5.3 正锥壳的经、环向薄膜内力,可按下列公式计算:
式中:N1、M1——分别为壳上边缘处总的垂直力(kN)和弯矩设计值(kN·m);
Na、Nθ——分别为壳体计算截面处单位长度的经向、环向薄膜力(kN);
H1——作用于壳上边缘的水平剪力设计值(kN);
ra、r——分别为壳体上边缘及计算截面的水平半径(m)(图12.5.1);
α——壳面与水平面的夹角(°)(图12.5.1)。
12.5.4 倒锥壳的计算,可按下列步骤进行:
1 倒锥壳水平投影面上的最大土反力qymax可按下列公式计算(图12.5.4-1):
图12.5.4-1 倒锥壳土反力
式中:qymax——倒锥壳水平投影面上的最大土反力(kN/mm2);
φ0——土的计算内摩擦角(°);
φ ——土的实际内摩擦角(°);
c0——土的计算黏聚力;
c——土的实际黏聚力;
γ0——土的重力密度(kN/mm3 );
H0——作用在bc面上总的被动土压力(kN);
Q0——作用在bc面上总的剪切力(kN)。
2 壳体特征系数Cs,当Cs<2时应为短壳,Cs≥2时应为长壳。Cs可按下式计算:
式中:h——为倒锥壳与正锥壳相交处倒锥壳的厚度(m)。
3 倒锥壳内力(图12.5.4-2)可按下列公式计算:
图12.5.4-2 几何尺寸
1) 当为短壳时:
环向拉力Nθ:
2) 当为长壳时(图12.5.4-3):
图12.5.4-3 长壳环向压、拉力分布
a、b-分别为下壳外部和内部环向拉、压合力作用点间的距离
环向拉力Nθ1:
12.5.5 组合壳上环梁的内力可按下列公式计算(图12.5.5):
式中:NθM——环梁的环向力(kN)(以受拉为正);
Ma——环梁单位长度上的扭矩(kN·m)(围绕环梁截面重心以顺时针方向转动为正);
Mθ——环梁的环向弯矩(kN·m)(以下表面受拉为正);
Naai,Nabi——分别为第i个(i=1代表烟囱筒壁;i=3代表基础的正锥壳)壳体小径边缘和大径边缘处单位长度上的薄膜经向力(kN)(以受拉为正);
re——环梁截面重心处的半径(m);
ei——分别为壳体(i=1,3)的薄膜经向力至环梁截面重心的距离(m)(图12.5.5)。
图12.5.5 上环梁受力
12.5.6 组合壳体基础底部构件的冲切强度,可按本规范第12.4.2条~第12.4.4条的有关规定计算。冲切破坏锥体斜截面的下边圆周长Sx和冲切破坏锥体以外的荷载Qc(图12.5.6),应按下列公式计算:
图12.5.6 正倒锥组合壳
1 验算外边缘时:
2 验算内边缘时:
式中:h0——计算截面的有效高度(m)。