基础设计软件SmartFoundation荷载处理原则:偏心有利

导读： 前段时间输电趣坛发了个地脚螺栓偏心的视频，评论区直接炸了锅。视频很搞笑，但”偏心”这事到底啥情况，没讲透。刚好SmartFoundation默认就是”偏心有利”原则，用户问得也多，今天咱们就来好好唠唠这个事。 

01 引言

Introduction

各位线路打工人，大家好！ 

前段时间，输电趣坛发了一个关于地脚螺栓偏心的视频。视频那是相当搞笑——施工队把地脚螺栓装歪了，然后鲁提辖与镇关西研究”这个偏心到底有没有影响”。 

视频虽然搞笑，但实事求地说，对偏心这个事并没讲透。由于偏心有利是SmartFoundation默认的荷载处理原则，用户问得也比较多，所以特地写篇小文，继续聊聊偏心到底是怎么一回事。 

02 基础偏心假定

Foundation Eccentricity Assumptions

说人话就是：地脚螺栓偏心，本质上是基础偏心。那基础偏心咋分析呢？两个基本假定： 

·假定一： 基础是刚性的 

·假定二： 基础整体绕基础底部中心转动 

这两个假定是整个偏心分析的基石，理解了它们，后面的内容就顺理成章了。 

03 坐标系定义

Coordinate System Definition

下面聊到的数值正负，都是基于SmartFoundation的坐标系，先给大家上个图，一目了然： 

图1 SmartFoundation坐标系定义

记住这个坐标系，后面所有的正负号讨论都跟它有关，不然容易绕晕。 

04 基础偏心有利

Eccentricity Advantage

设置基础偏心的目的说白了就是：利用竖向力（上拔力或下压力）因偏心对基础底部中心产生的弯矩，来抵消部分水平力对基础底部中心产生的弯矩，从而减小基础承受的整体弯矩。 

翻译成大白话就是——让竖向力帮水平力分担一点压力，别让水平力一个人扛。 

看下图就明白了： 

图2 偏心有利原理

上图中，基础偏心后，基础承受的整体弯矩明显减小了，效果立竿见影。 

这里有个重点要划一下：大家出基础施工图的时候，习惯按下图左边的基础绘制图纸。所以设置基础偏心后，水平力正确的输入方式是这样的： 

上拔工况：水平力按正值输入          下压工况：水平力按负值输入 

如果下压工况的水平力按正值输入的话，就会出现下面的情况： 

图3 水平力方向输入错误时的受力情况

看到没？下压力因偏心对基础底部中心产生的弯矩，跟水平力对基础底部中心产生的弯矩叠加了，偏心反而加大了基础承受的整体弯矩，妥妥的帮倒忙。 

可能有宝子要问了：”在实际中，难道真的不会出现这种情况吗？” 

可以很肯定地回答你们：绝对不会！

咱们从受力的角度来做定性分析——铁塔整体受力可以跟竖直方向的悬臂梁类比。从下图定性分析可以看到，铁塔左腿基础承受下压力时，水平力是向左的（水平力为负值）： 

图4 铁塔整体受力定性分析

所以，只要你的力学没还给老师，水平力的方向就是确定的，不会出现上面那种”帮倒忙”的情况。 

05 基础偏心不利

Eccentricity Disadvantage

细心的宝子们可能发现了：上面介绍的情况都是基础向塔中心偏心的情况。那如果基础往远离塔中心的方向偏心，又会怎么样呢？ 

图5 偏心不利原理

看图说话：基础偏心远离塔中心后，基础承受的整体弯矩反而增大，这肯定不是我们想要的结果。这就是偏心不利。 

实际工程中，经常会发生地脚螺栓施工错误导致偏心的情况。聪明的宝子们应该能想到： 

如果地脚螺栓偏心是靠近塔中心 → 改善基础受力，无须验算          如果地脚螺栓偏心是远离塔中心 → 需要验算基础受力是否还满足要求 

06 SmartFoundation的偏心有利原则

SmartFoundation Eccentricity Principle

如果在设计阶段人为设置基础（地脚螺栓）偏心，肯定是希望实现偏心有利的目的。但实现这个目的需要设计人员正确地设置偏心及正确地输入水平力方向。 

但是，懂的都懂——由于输电行业的特殊情况，很多地市院都是电气人员双肩挑，兼做基础设计的。电气专业的搞结构，懂的都懂那酸爽…… 

为了减轻设计人员的负担，SmartFoundation默认偏心按偏心有利的情况处理。也就是说，程序帮你把方向整明白了，你只管输数就行。 

水平力按标量考虑的基础模块

SmartFoundation中，掏挖、单桩、挖孔桩、嵌岩桩、岩石嵌固基础模块的水平力不区分正负（水平力按标量考虑）。 

对于这类模块： 

·如果设置地脚螺栓偏心，SmartFoundation按偏心有利原则处理 

·地脚螺栓偏心只允许输入正值

如果地脚螺栓因为施工错误，发生了偏心远离塔中心的情况，需要验算基础。这时可以打开中的相关选项，SmartFoundation将允许地脚螺栓偏心输入负值。

图6 工程设置-地脚螺栓偏心相关选项

当地脚螺栓偏心为负值时，SmartFoundation按竖向力对基础底部中心产生的弯矩叠加水平力对基础底部中心产生的弯矩进行计算。也就是说，坏的情况按坏的情况算，不藏着掖着。 

水平力按矢量考虑的基础模块

而SmartFoundation中，承台桩系列（承台灌注桩、承台挖孔桩、微型桩、预制微桩）基础模块的水平力区分正负（水平力按矢量考虑）。 

图7 承台桩系列模块的偏心设置

对于这类模块，SmartFoundation同样默认按偏心有利原则处理，程序在计算过程中会自动帮用户调整水平力方向。在默认设置下，基础主柱偏心仅允许输入正值。 

图8 允许输入负值偏心的选项

如果基础主柱偏心需要输入负值，可以选择上图所示的选项。但这里要提醒一句：此时用户要对自己的设计方案有清晰的认识，别瞎填。 

07 结语

Conclusion

好了，关于”偏心有利”这个事，今天就聊到这儿。总结一下： 

·偏心有利是真实存在的，不是玄学 

·基础向塔中心偏心 → 改善受力；远离塔中心偏心 → 雪上加霜 

·SmartFoundation默认按偏心有利处理，减轻设计人员的负担 

·施工错误导致的偏心要具体问题具体分析，该验算时就验算 

最后送大家一句话：偏心不可怕，就怕偏错了方向还没发现。希望大家以后在工作中遇到偏心问题，都能胸有成竹，不再懵逼！ 

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