高层建筑桩筏基础分析与设计

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1、羔二皇—苎笙——～一塑垩查堂堡圭堂垡堡茎!!!!(四)桩一厚筏的分析对于桩筏基础底板的设计计算，一贯遵循的是薄板理论。随着建筑层数的不断增加，底板也不断变厚，有的已经超过3m。上海金茂大厦的底板达到了4m，上海某电厂锅炉基础的底板达到了4．75m。对这些重要建筑物和构筑物底板的分析是设计中十分重要的环节，采用薄板理论分析会带来较大误差，不能满足工程安全和经济需要。因此采用厚板理论分析显得尤为必要，研究厚板的工作性状、应力和应变等，为设计提供准确数据。(五)变厚度桩筏基础分析变厚度的桩筏基础在实际工程中应用相当广泛。高层建筑中，上部结构

2、的荷载和结构体系往往差异较大，对基础的刚度和沉降有不同的要求，为了节约造价，往往裙楼的筏板比较薄，主楼的筏板比较厚，形成交厚度的筏板。另外在一些工程中，梁板式筏板应用较多，柱网用地梁连接成网格状整体，降低柱网中间筏板的厚度，以节约造价。软弱地基上建造的大型油罐和烟囱等构筑物，在受力集中的筏板边缘的厚度往往大于筏板中间的厚度，在避免大幅降低筏板整体刚度的基础上，节约工程造价。如果按薄板理论分析，由于理论所限，不能正确反应板的实际变厚度情况，往往得不到正确的结果。以上所总结的都是目前软土地区桩筏基础分析和设计中一些需要进一步研究的问题。沿

3、海地区普遍属于软弱土地区，这些地区的经济发展居于全国前列，高层建筑数量多、层数高，建筑平面形式复杂、功能多样化，大型工业建筑相继兴建，对基础工程提出了新的课题和挑战。桩筏基础作为这些建筑的主要基础形式，在广泛应用的同时，也暴露了许多有待深入研究和优化的问题。为了使桩筏基础设计做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，还需要在目前的工作基础上进行进一步研究。1．2目前桩筏基础的分析设计方法虽然桩筏基础很早以前就在实际工程中应用，但其研究工作却开始于本世纪50年代。科学工作者在大量的理论分析、模型试验、现场测试基础上，提出许多分析和设计

4、方法。Poulos在1989年的RankinLe咖re上作了题为“Pile耋三兰型——一塑垩查兰堡主兰垡笙苎!竺!behaviom'--theoryandapplication(桩的性状——理论和应用)”的讲座f4l，对已有的单桩和群桩分析和设计方法作了分类和评价。按照Poulos的分类，桩的分析设计方法分成三个大类：第一类是基于经验而非土力学原理的方法，通过简单的现场及室内试验和桩的性状建立相关关系，比如根据CPT、SPT试验和桩的承载力建立关系，桩的沉降根据桩距的经验关系计算或者按照受压杆件计算；第二类是根据简单的理论或者图表，变

5、形采用线弹性模型或者非线性弹性模型，稳定采用刚塑性模型分析，比如有效应力方法芦1、弹性理论方法161等；第三类是基于应力路径的现场试验，变形分析采用线弹性、简单非线性等模型，稳定分析采用刚塑性模型，比如有限元法171、非线性边界元法伟I、非线性荷载传递法‘9J等。群桩的分析方法不下十几种，但是由于地基是三相体，性质干变万化，因此Poulos谈到：“地基模型建立方式和计算参数的选择常常比分析方法更加重要”。近几年来上述各种方法中比较有影响的主要是弹性理论法、边界元法、非线性荷载传递法。弹性理论法理论严格，通过两根桩的相互影响系数a考虑群

6、桩的相互作用，经过Poulos等人长达30年的系统研究，根椐各种群桩和地质情况制作了大量的计算图表，可以近似考虑地基的成层性、非线性，桩的残余应力等因素，是各种方法中影响最大的14】。但是应该看到，弹性理论法全部的计算都是基于各向同性的弹性半空闻介质中的Mindlin解，严格的说只适用于各向同性的弹性介质，所谓考虑的成层性、非线性等情况也只是在不同土层的弹性模量上作了一些文章，对地基的成层性、压缩的非线性、土层厚度不均匀等情况没法准确分析。所以实测表明：弹性理论计算的桩土相互作用远大于实测的桩土相互作用I埘，理论计算的桩与桩影响距离为

7、20d，实测的影响距离为(卜10)d，因此应用弹性理论需要对相互影响系数进行修正。另外按照弹性理论计算直接得出的是桩顶反力，桩侧摩阻力还需要采用别的方法求解。计算参数的选择同样是弹性理论应用中一个很重要的问题，既然是弹性理论，必然需要用到弹性模量和泊松比，泊松比对计算的结果影响比较小，取值容易，而弹性模量的取值难度很大。土工试验直接得到的是地基的压缩曲线和压缩模量，换算到弹性模量误差很大。根据上海地区单桩实测的P～s曲线进行模量拟合分析””，发现弹性模量和压缩模量存在如下关系：E=(2～3．5)Esl-2。这种经验关系具有很大的地区局

8、限性，同时弹性模量和压缩模量的这种关系也仅仅是一种表观的关系，对每一层土不一定都成立。边界元法理论基础同4苎二遣L—!丝塑垩查鲎堡主兰竺堡茎!竺!样是各向同性弹性半空间上的Mindlin解，和弹性理论一样有局限性。边界元