高层建筑桩筏基础工作性状研究

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1、高层建筑桩筏基础工作性状研究【摘要】桩筏基础是当今高层建筑最常用的基础形式，桩筏基础的合理设计，将产生巨大的经济效益。而桩筏基础的合理设计基于对桩筏基础工作性状的正确理解。现根据多年的结构设计经验和基于搜集到的相关桩筏基础的实验及实测资料，对高层建筑桩筏基础的工作性状进行分析。【关键词】高层建筑；桩筏基础；工作性状；分析中图分类号：TU97文献标识码：A前言桩筏基础是上部结构-筏板-桩-土四者共同作用的结果，目前规范上也多是半经验半理论公式。在设计过程中，由于对桩筏基础工作性状不甚了解，不能根据

2、地质条件对桩筏基础共同工作进行合理设计，仅关注桩基受力形式而忽略土的共同作用，造成不必要的基础成本增加。二、高层建筑桩筏基础受力性状分析2.1筏板钢筋受力分析诸多工程的实测都显示，无论是满堂桩还是轴线桩布置，筏板钢筋应力一般都在20~30N/mm2之间，只有钢筋强度设计值的十分之一，个别内力较大的工程也几乎没超过70N/mm2，例如总高度143.3米的陕西省邮政电信网管中心大楼筏板所测得的最大钢筋拉应力也只有42.669N/mm2。出现这种基础底板内力远远小于常规计算方法的因素很多，主要有基础底

3、板施工时的混凝土的硬化收缩力，使混凝土中纵向钢筋产生预压应力；上部结构和地下室整体刚度的贡献，并参与了基础的共同抗力，起到了拱的作用，从而减小了底板的挠曲和内力。高层建筑基础底板实际所受的弯曲内力都远小于常规计算值，有很大的内在潜力，所以在具体工程项目设计中，可以考虑筏板内配筋酌情减少。2.2基桩受力分析高层建筑桩筏基础的工作性状，对于常规设计（s/d=3~4情况）是基本上接近于弹性地基上的刚性基础的工作性状。对于一般的高层建筑，标准层与筏板底部平面相似，上部荷载是满布的常规设计，桩顶反力分布通

4、常是角桩反力最大，边桩次之，内部桩最小；常规设计条件下，桩间土仍分担上部荷载，桩间土地基反力略成马鞍形。为了充分发挥筏底桩间土的承载力，适当增加桩间距是合适的。三、桩筏基础沉降性状的分析3.1桩基沉降分析方法9桩基沉降分析方法有两大类，一类就是通常采用的实体深基础法，这种方法将桩与桩间土视为实体基础，忽略桩数和桩间土的变化对沉降的影响。一般来说计算结果与实测沉降有一定的差距，特别对于超长桩的沉降计算差距更大，现行国家规范采用这类方法。另一类分析方法则具体研究单桩沉降出发，考虑桩与土的相互作用，应

5、用叠加原理计算群桩沉降。常用的单桩沉降研究方法主要有：1、弹性理论法弹性理论法是以Poulos为代表提出的。它的基本假定是：桩被插入在一个理想均质的各向同性半空间体内。弹性模量和泊松比不因桩的存在而变化。桩的周边粗糙而底端平滑，由于桩与土之间保持弹性接触，满足桩身位移等于相邻土位移的相容条件。在计算中，认为桩与土的径向变形甚小，可忽略不计，只考虑桩在竖向荷载下的竖向变形。弹性理论法是Mindlin给出的弹性半空间作用单位竖向荷载时的位移和应力解为基础的，有较严密的理论基础，目前仍是分析中采用最多

6、的方法。2、荷载传递法最早由Seed和Rease在五十年代首先提出，其基本做法是设法找到某种能够描述桩、土单元之间的摩阻力和位移关系的函数曲线或数学关系式，称为t_z曲线或荷载传递函数，从而直观地模拟桩与土的荷载传递关系，通过对桩身单元的离散，建立基本微分方程。3、剪切位移法9剪切位移法是由Cooke提出的。认为桩引起土的沉降主要是由剪切变形引起的，提出剪切位移法分析单桩沉降。该方法认为：桩受到竖向荷载作用下，一方面由桩身侧面引起土体的剪切变形，剪应力从桩身表面通过周围土的连续环形单元向四周传递

7、；另一方面，桩底面引起土体的压缩变形。桩身和桩底的变形可分别进行计算。4、有限元法在桩的分析方面，用有限单元法能有效地考虑土的非线性、非均匀性以及桩土界面特性等，甚至还能用来分析土固结的时间效应和荷载的动力效应，但由于有限元分析的复杂性，实际上有限元主要还是用于单桩的分析和桩数不多的群桩分析。3.2“外密内疏”和“外疏内密”布桩法在传统布桩方法中，因中间桩沉降大，角桩的沉降小，荷载向刚度大的角桩集中，导致角桩的荷载比较大，通常的解决办法为在角上布置更多的桩，这样角上的刚度更大沉降更小，导致承台的

8、内力增大，只能增大承台的厚度来调整，以达到均匀沉降。如果中间多设置一些桩，则中间的沉降减小，可以减小承台的厚度，提高经济性。下图是一个银行采用“外密内疏”布桩法的实例分析，由图可看出，差异沉降还是较大的。图1纵向沉降实测曲线9“外密内疏”这种布桩方式主要是以群桩为优化对象，从控制各桩反力一致的角度出发，减少边桩与内部桩之间的差异布桩方式。但是由于导致了桩筏板受力不合理的现象存在，基础差异沉降会增大，最大弯矩也显著增大，对改善整个桩筏基础的受力是不合适的。而“外疏内密”的布桩方式是以整个桩筏基础为