高层建筑桩筏基础变刚度调平设计应用

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1、第19卷第4期厦门理工学院学报V01．19No．42011年12月JournalofXiamenUniversityofTechnologyDec．2011高层建筑桩筏基础变刚度调平设计应用钱晓丽，张建勋，林向宇(福建工程学院土木工程系，福建福州350108)[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．群桩基础变桩长、变桩距是变刚度调平设计手段之一．在7组变刚度物理模拟试验及ANSYS有限元分析3组数值模拟试验的基础上，用MATLAB对数据进行回归分析

2、，得到变刚度群桩基础沉降的计算公式，推导出物理模型试验的相似准则方程，对某高层变刚度布桩基础进行了沉降预测分析．实测沉降结果表明：变刚度沉降计算方法比《建筑桩基技术规范》更接近实际，可为变刚度调平设计工程提供有益借鉴．[关键词】桩筏基础；变刚度；沉降；模拟试验；数值模拟[中图分类号]TU473．1[文献标志码]A[文章编号]1673—4432(2011)04—0055—06对于高层建筑桩筏基础，传统设计理念采用均匀布桩，有的还主张边角桩实施加强．筏板厚度在满足抗冲切的前提下随建筑物层数和高度成正比增大．由此导致碟形差异沉降较明显，易

3、引起上部结构开裂，影响正常使用的要求．最新修订的中华人民共和国行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中减少差异沉降和承台内力的变刚度调平设计是重要修订内容之一，通过调整桩基布置，使得基底反力分布模式与上部结构的荷载分布一致，可减小筏板内力，实现差异沉降、筏板内力的最小化．王涛等通过上部结构一基础一地基(桩土)共同作用分析，实测了变刚度布桩模式下模型试验和具体工程的筏底地基土反力，分析变刚度布桩减小用桩量和差异沉降的意义】．张武等以天然地基筏板和4组变刚度桩筏基础模型对比试验为基础，分析基桩平面布置、几何尺寸与基础沉降的

4、关系，从而为桩筏基础变刚度调平概念设计提供试验依据-4J．冯知夏等以黄土地基某超高层建筑为例，介绍桩筏基础设计时采用以控制沉降变形为目的、以共同工作分析为手段的变刚度调平设计方法]．郭院成等利用有限元数值模拟手段，比较分析了平面变刚度、竖向变刚度和空间变刚度3种设计方法对降低筏板基础差异沉降的效果．目前国内在变刚度群桩领域进行了一些试验及工程监测，但是对已建成变刚度工程的沉降观测、乃至长期沉降观测很少．同时，规范只给出指导性的概念设计，对具体的变刚度设计方法没有涉及．变刚度桩基础设计在我国还远远没有推广，也急需积累大量的理论研究、实

5、测资料以补充规范J．本文在物理、数值模型试验的基础上，预测变刚度群桩基础的沉降，并与4年的观测资料进行了对比．1不规则布桩物理及数值模拟试验为了分析研究变刚度调平设计中桩筏基础的受力性能和地基土的沉降变形特征，进行了7组桩筏基础变刚度调平模型试验，用大型有限元数值模拟软件ANSYS进行了3组模拟实验引．[收稿日期]2011—07—27[修回日期]2011—10—08[基金项目】福建省教育厅JK类科技项目(JK2011033，JK2009022)[作者简介]钱晓丽(1970一)，女，教授，博士，从事岩土工程研究．E-mail：q~O8

6、O8@163．corn·56·厦门理工学院学报2011正1．1物理模型试验试验有3组3桩等桩长(桩长分别为400mm、600mm、800mm，3倍桩径桩距，编号A，、A2、A。)；1组3桩变桩长(2边桩桩长为400mm，中桩桩长800mm，3倍桩径桩距，编号B)；1组3桩变桩长(2边桩桩长为600mm，中桩桩长800mm，3倍桩径桩距，编号C)；1组3桩变桩长；(2边桩桩长为600mm，中桩桩长800mm，4．5倍桩径桩距，编号D)；1组9桩变桩长(4角桩桩长400mm，4边桩桩长600mm，1中心桩桩长800Inn，梅花形布桩，编

7、号E)，共计7组．模型桩采用PP—R硬质塑料管制作，直径d=32mm．承台模型采用6mm厚的预制钢板(见图l所示)．+3248边中边96ooG角边角96(干)48‘I一96一f一96I『‘2．．f图1桩基础平面布置图Fig．1Pilefoundationlayout承台表面的位移测试是先将电子位移计的测杆倒退，再垂直顶在承台上．随着承台的不断下沉，便可直接得到下沉的位移量．位移计后部用万向磁力表座固定，同时辅以百分表校对．桩端的沉降测试需测试中心桩、角桩及边桩3种．首先将薄铁片剪成与桩同直径的圆型，用502胶水粘贴在桩端．试验测试时

8、，先将承台放置于桩顶，承台在中心桩、角桩、边桩的相应部位，预先钻出直径10mm的圆孔，然后将‘p8的铁丝穿过承台，垂直插入桩中，再将铁丝顶部水平固定小玻璃片，位移计即可直接放在玻璃的水平面上．1．2数值模型试验为了进一步研究模型试验所