摘要: 运用力学的分析方法,简化计算承台内力。本文通过工程实例,配合规范规定对承台的设计和验算,进一步说明复杂群桩承台设计的技术要点。对比分析简化计算与YJK有限元分析,选取合理的计算结果。
关键词: 群桩承台 冲切计算 抗剪计算 抗弯计算
一、引言
图1 项目效果图
工程项目中,高层建筑已趋常态,桩筏基础更是普遍使用的基础形式。随着各类计算软件的成熟,多数技术人员依靠软件得出数据,并没有对结
果进行核算或判断。本文通过工程实践计算承台内力,与电算(YJK计算软件)结果对比,选取合理的计算结果。
二、工程概况
深圳某办公楼,总建筑面积67250㎡,地下室面积8800㎡。主体结构地上23层,地下3层,建筑高度98.750m,地下室底板标高-14.700(绝对标高为6.600)。主体结构采用框架-核心筒结构体系,效果图如图1所示。
室外地坪为斜坡式,高点21.150(绝对标高),低点14.650(绝对标高)。考虑深圳市地下水常年变化幅度2~3m及室外地坪标高,取地下稳定水位标高H=17.6m(0.000绝对标高为21.300)。
三、核心筒处群桩承台内力简化计算
本项目基础采用钻孔灌注桩,持力层为强风化化岗岩层,桩径1000mm,单桩承载力4650KN。核心筒处桩及承台对称布置详图2。承台高度根据上部楼层数,选取2.8米。
根据电算结果,现取筒体竖向构件标准组合轴力合力值ΣN=224097KN。混凝土采用C35,钢筋采用HRB400,ft=1.57N/mm2,fy=360 N/mm2。
承台尺寸17000x25500x2800 h=2800mm 有效高度h0=2700mm
群桩合力:N=224097KN
单桩反力:P1=224097/54=4150KN
图2 主体结构基础布置图 图3 简化计算示意图
1、冲切计算
1.1) 柱冲切满足要求,计算略(承台高2.8米,冲切锥体内有4根桩,由《建筑桩基技术规范 JGJ 94-2008》 式5.9.7-1、2条可知,柱冲切满足要求)。
1.2) 角桩冲切 (建筑桩基技术规范 JGJ 94-2008 第5.9.8条)
,,
∴抗冲切满足要求。
2、抗剪计算(建筑桩基技术规范 JGJ 94-2008 第5.9.10条)
1)墙下桩基承台,对墙边和桩边联线形成的贯通斜截面受剪验算
取
2)柱下桩基承台,对柱边和桩边联线形成的贯通斜截面受剪验算
取
∴抗剪满足要求。
单位长度剪力:Q =33615/17=1977KN/m
3、抗弯计算
3.1)Y向抗弯承载力
3.1.1)1-1剖面处,以墙为固端,按短悬臂计算
核心筒Y向墙体范围单位长度弯矩:My=37817/(25.5/2-5.25)=5042KN·m/m
3.1.2)3-3剖面处,按墙、柱间距,取5.25米范围,以柱为支点,桩承载力为反力。简化受力如图4,
采用理正结构设计软件6.5PB1,弯矩计算结果如图5。
柱范围单位长度弯矩:
图4 3-3剖面受力简图
图5 3-3剖面弯矩简图
3.1.3)X向抗弯承载力
2-2剖面处,取17/2米宽承台计算,以墙为固端,柱为支点,桩承载力为反力。简化受力如图6,采用理正结构设计软件6.5PB1,弯矩计算结果如图7。
图6 2-2剖面受力简图
图5 3-3剖面弯矩简图
单位长度弯矩:
3.2)考虑水浮力卸载计算
考虑深圳市地下水年变化幅度2~3m及室外地坪标高,取地下稳定水位标高H=17.6m(室外地面以下0.5米)对承台进行水浮力卸载计算。
则水位高:17.6-6.6=11m
底板下水浮力
承台下水浮力
取等效水浮力为
核心筒承台承力范围(18.8mx29m)水浮力卸载:
单桩反力,卸载后每个桩反力:
受力分析简化同3.1,布置均布荷载84.2KN/m2(可转化为线荷载),集中力(即桩承台力)为3300KN。核心筒范围布置群桩承台,承台面积较大,考虑水浮力卸载后,其弯矩减小,此处计算略。需注意,当柱距较大,柱下承台承受水浮力范围偏大时,受弯承载力可能由水浮力卸载控制。
四、YJK计算分析桩筏
本项目采用YJKS1.8.3计算分析筏板基础,得出X、Y向剪力与弯矩结果如图7~10。
图7 Qx剪力(1.2G+1.4Q) 图8 Qy剪力(1.2G+1.4Q)
图9 Mx弯矩(1.2G+1.4Q) 图10 My弯矩(1.2G+1.4Q)
由上图结果中可见,除剪力Qx远大于计算值外,其于内力值与简化计算值基本相近。导致结果差异是因圆桩折算为方桩后,与框架柱重叠,如图2中3-3剖面。计算柱边剪力时,仅针对第一排(从下向上数)和柱边联线形成的贯通斜截面受剪验算。YJK中,桩与柱定义为杆件,未考虑二者交叉重叠,考虑了第二排(从下向上数)和柱边联线形成的贯通斜截面受剪验算,故数据相差较大。从实际受力情况判断,此处YJK的数据不可取,按简化计算结果配置抗剪钢筋。
五、结论
实际工程中,布置较为复杂的桩筏基础,软件分析结果出现异常时,设计人员需要自己计算和判断结果是否合理。比如本工程中桩布置与柱距离较近,实际二者有重叠部分,设计人员要选择合理的斜截面进行截面受剪验算。
本文结合《建筑桩基技术规范》与《建筑地基基础设计规范》分析判断,让设计人员进一步了解规范。设计中应结合项目结构布置考虑相应的受力简图。
参考文献:
1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范GB50007-2011.中国建筑工业出版社,2012
2.中华人民共和国国家标准.建筑桩基技术规范JGJ 94-2008.中国建筑工业出版社,2008
3.建筑地基基础设计方法及实例 朱炳寅.娄宇.杨琦.中国建筑工业出版社
论文作者:胡云霞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
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