高层建筑桩筏基础变刚度调平设计分析

《高层建筑桩筏基础变刚度调平设计分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2010年第12期西部探矿工程187高层建筑桩筏基础变刚度调平设计分析熊银，干腾君(重庆大学土木工程学院，重庆400045)摘要：针对高层建筑桩筏基础的差异沉降控制问题，最新修订的《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008提出了变刚度调平设计新理念。在考虑上部结构、桩筏基础和地基共同作用的基础上，利用有限元软件ANSYS对竖向荷载作用下桩筏基础的沉降进行了计算分析，讨论了变桩长、桩径、非均匀桩距等布桩方式对基础差异沉降和内力的影响，对实际工程设计具有一定指导意义。关键词：差异沉降；变刚度调平；共同作用；有限元中图分类号：TU47文献标识码：A文章编号：lO04—57l6(2010)12—0

2、187一O4针对高层建筑桩筏基础传统设计方法带来的碟形上部结构与基础和地基共同作用是把上部结构、基差异沉降问题，最新修订的《建筑桩基技术规范》JGJ94础、地基三者作为一个整体考虑，并且三者之间须同时-2008提出变刚度调平设计新理念，其基本思路是：考满足静力平衡和变形协调。通过(1)式的共同作用分析虑地基、基础与上部结构的共同作用，对影响沉降变形可知，上部结构、基础和地基的刚度分布直接影响基础场的主导因素——桩土支承刚度分布实施调整，“抑强的沉降分布情况。理论分析和工程实例表明，若想减少补弱”，促使沉降趋向均匀。具体而言，对于高层建筑内差异沉降，采取加大基础刚度K方法的效果并不明显，部

3、的变刚度调平，主导原则是强化中央，弱化外围。对且明显的不经济。而上部结构剐度K，由于受到使用于荷载集中、相互影响大的核心区，实施增大桩长或调功能的约束，加强上部结构刚度的方法也很难实现。因整桩径、桩距；对于外围区，实施少布桩、布较短桩，发挥此，要使沉降趋于均匀，唯有依靠调整桩土支承刚度承台承载作用。调平设计过程就是调整布桩，进行共同K，使之与荷载分布和相互作用效应匹配。这也是优作用迭代计算的过程。化高层建筑地基基础设计、减少乃至消除差异沉降的有采用有限元软件ANSYS，建立上部结构～基础一效、可行而又经济的途径。地基三维弹塑性有限元分析模型，合理地模拟桩、筏、2计算分析土、上部结构的共同

4、作用，讨论了变桩长、桩径、非均匀2．1计算模型桩距等布桩方式对基础差异沉降和内力的影响，对实际采用ANSYS计算程序，建立算例模型进行分析。工程设计具有一定指导意义。计算模型为：上部结构为12层的框架一核心筒结构，层1变刚度调平设计原理高3m，框架柱截面尺寸600mm×600mm，框架梁截面高层建筑地基(桩土)作为上部结构一基础一地基尺寸250mmX600mm，核心筒剪力墙厚250ram。筏板(桩土)体系中的组成部分，其沉降受三者共同作用的制平面尺寸13．2mX13．2m，厚0．6m。桩型为600mm×约。共同作用的总体平衡方程为：600mm的钢筋混凝土桩，桩长19m。模型中所有混凝LK

5、+K，+K]{U)一{}+{Fr)(1)土材料计算参数均为：密度2500kg／m。，弹性模量3．0×式中：K——凝聚于基础的上部结构刚度矩阵；10MPa，泊松比0．2。桩的布置如图1所示。K厂一凝聚于基础的基础刚度矩阵；地基土分四层，在ANSYS程序中建立模型时，考K——凝聚于基础的桩土支承刚度矩阵；虑到建筑物对周围土体的影响，取地基土的土域范围为{U}——基础节点位移向量；50rex50mX53m。地基土的材料属性采用Drucker-{)、{F，}-一凝聚于基础的上部结构、基础荷Prager弹塑性模型，计算参数见表l。载向量。*收稿日期：2010-03—14第一作者简介：熊银(1983

6、一)，男(汉族)，重庆合川人，重庆大学土木工程学院在读硕士研究生，研究方向：高层建筑桩筏基础共同作用。188西部探矿工程2010年第12期2．2不同布桩方式的比较影响桩土支承刚度分布方式之一就是改变桩的布置方式，在筏基下桩的布置形式上，除了通常的“均匀布桩”形式外，目前工程界和学术界还存在两种截然相反且都已付诸实践的观点，即：“外强内弱”和“内强外弱’’两种形式。上面算例模型为均匀布桩，通过改变桩长来实现桩的“外强内弱”和“内强外弱”两种布置形式。取中间l～4号桩桩长为3hh，其他参数不变，实现“内强外弱”布桩。“外强内弱”布桩则取5～16号桩桩长为31m,其他参数不变。有限元计算后，得

7、到筏板中心线OX轴的沉降分布图3和弯矩分布图4。图l桩布置图沿筏板长度(m)01．22．43．64．86有限元计算中，采用SHELL63单元模拟筏板和上一0．04部结构的剪力墙，上部结构的梁柱用BEAM4单元来模一O．042—0．044拟，桩与土均采用S0I，II)45单元模拟。桩土的接触面，曼一0．046将利用面与面接触的Targe170、Conta173单元来模拟，o．oe桩土接触面摩擦系数取为0．2。考虑到模型的对称性，—O．