多层地下室平板式桩筏基础承台的设计方法浅析

多层地下室平板式桩筏基础承台的设计方法浅析　吕慧勇　上海市建工设计研究院有限公司　上海　２０００５０　摘要：阐述了多层地下室平板式桩筏基础承台设计的荷载取值，承载力验算，以及通过对算例的手工计算值与程序有　限元计算值的比较，探讨平板式桩筏基础在大水浮力受力状态下承台的设计方法，以期为类似工程提供可资借鉴的承　台设计简化算法。　关键词：多层地下室　平板式桩筏　水浮力　桩承台　中圈分类号：ＴＵ４７１．１　５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　００４—１　００１（２０１　４）０８—０９２７—０２　Ｐｒｅ¨ｍｉｎａｒｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｐｌａｔｅ　Ｔｙｐｅ　Ｐｉｌｅ　Ｒａｆｔ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｃａｐｓ　ｏｆ　Ｍｕｌｔｉ－Ｓｔｏｒｅｙ　Ｂａｓｅｍｅｎｔｓ　Ｌｖ　Ｈｕｉｙｏｎｇ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．．Ｌｔｄ．　Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００５０　对于软土地区、淤泥质土层较厚、地下水位较高、地　下室底板较多采用平板式桩筏基础简化基础形式，加快施　工进度。此时，计算假定考虑上部及地下室底板荷载仅由　桩及水浮力承担，不考虑地基土的反力…。底板承受自重　和较大的水浮力，起到防水板的作用。此种工况下的桩基　承台和普通的柱下独立桩基承台是不同的，多了水浮力和　荷载、底板面荷载、承台及底板自重）由基本组合１．３５恒　＋Ｏ．９８活控制，计算承台配筋时浮力参与计算组合，分项系　数当浮力有利时可取１．０，不利时可取１．２。此时，浮力也　分为低水位浮力值和高水位浮力值。故荷载组合为１．３５恒　＋Ｏ．９８活一１．Ｏ（１．２）浮（低或高）。　１．１承台正截面受弯计算　承台受到桩的向上反力和底板向上水浮力作用，此时　底板自重的参与　。现从相关计算的荷载取值与组合、软　件电算与手工计算之间校核比较等方面探讨一下此种工况　下桩基承台的设计。　柱底荷载＋承台及底板荷载（包括自重）等于桩顶反力＋　水浮力。如认为浮力不利，取分项系数为１．２，浮力分别取　高、低水位值，则桩反力小；如认为浮力有利，取分项系　数１．０，浮力分别取高、低水位值，则桩反力大。经对各工　１　承台计算的荷载组合　平板式桩筏承台的受力状态如图１所示。　况组合对比分析，承台受弯计算结果相差不多，故浮力分　项系数及高低水位对承台正截面受弯计算影响不大，但应　取各工况组合的最大弯矩值进行计算。　１．２承台受剪计算　承台受剪计算同受弯计算，水浮力小桩反力大，水浮　力大则桩反力小，总的反力值基本一致。经对各工况组合　对比分析，浮力分项系数及高低水位对承台受剪计算影响　不大，但应取各工况组合的最大剪力进行计算。　Ｒ（桩反力）　（桩反力）　１．３承台柱冲切验算　对于柱下无桩承台类型，如四桩承台，冲切力为柱　底荷载减去冲切锥体范围内水浮力，此时水浮力为有利荷　图１平板式桩筏平台的受力状态　根据《荷载规范》、《地基规范》及《桩基规范》　相关内容，由电算分析得出承台底面以上荷载（包括柱底　载，应取分项系数为１．０，低水位浮力，冲切锥体范围内总　上反力最小，得到最大冲切力，故最不利荷载组合为１．３５　恒＋０．９８活一１．Ｏ浮　）。对于柱下有桩承台类型，如五桩　承台，冲切力为柱荷载减去冲切锥体范围内桩反力和水浮　作者简介：吕慧勇（１９７６一）男，本科，工程师。　通讯地址：上海市武夷路１５０号（２０００５０）。　收稿日期：２０１４－０６—１７　力，水浮力最大时，桩反力最小，冲切锥体范围内总上反　力最小，可得到最大冲切力。故认为此时水浮力为不利荷　２０１４．８　ＢｌｍｄｉＩＩｇ　ｃ。ｎｓｔｒＩｌｃｔｉ。ｎ　Ｉ　９２７　载，应取分项系数为１．２，高水位浮力，最不利荷载组合为　１．３ｓ恒＋０．９８活一１．２浮（高１。　１．４承台角桩冲切验算及局部受压验算　此时水浮力是向上的有利荷载，应取分项系数为　１．０，低水位浮力，最不利荷载组合为１．３５恒＋０．９８活　一１．０浮　１，此时可得到最大桩反力设计值。　计算筏板配筋时，对于多层地下室，一般为高水位浮　力起控制作用，此时筱板自重及面荷载为有利荷载，分项　系数应取１．０。筏板面活荷载为有利荷载，分项系数应取　０。水浮力为不利荷载，分项系数应取１．０。故最不利荷载　组合为１．０恒一１．２浮ｆ高）。　在进行桩筏基础的承台及筱板设计时，应根据验算项　目进行具体分析，选取最不利的控制荷载组合。或进行轮　番组合验算，选取最不利结果。但现部分基础设计软件进　行构件验算时，或遗漏部分应有的荷载组合，或未对构件　具体单项采用所对应的最不利荷载组合，直接采用其计算　结果，对工程会造成一定的安全隐患。设计人员在设计时　应加强对软件计算结果的校审复核工作。　２　计算实例　现举一例桩筱式基础四桩承台，用基础有限元软件对　其受弯承载力进行电算分析计算，并采用手工简化计算对　其进行校核。工程框架结构部分，地上１２层，地下３层，　柱距８　ｍ　ｘ　８　ｍ，局部平面及结构剖面见图２。　剖面示意　１ｔｌ２框架结构部分平面、剖面示意　财ｌ　ｌ　　Ｉ　９２８　ｌ　ｌｍ｜Ｉ第３６卷ＷＩｓＭ　柱底力最大设计值为１４　８０１．５　ｋＮ：底板板面恒荷　为２　ｋＮ／ｍ　；筏板板面活荷为４　ｋＮ／ｍ　；地下水高水位　按一１．０　ｍ；低水位按一２．Ｏ　ｍ；底板厚１　０００　ｍｍ，底板　底标高为一１４．５　ｒｎ；承台厚１　４００　ｍｍ，承台底标高为　一１４．９　ｍ；承台受荷相关范围面积为Ｓ１＝８Ｘ８＝６４　ｍ　；承台　受荷相关范围内底板面积５２＝８　Ｘ　８—３　Ｘ　３＝５５　ｍ　ｉ承台受荷　相关范围内承台面积Ｓ　３　Ｘ　３＝９　ｍ　。　图３、图４分别为ＰＫＰＭ系列ＪＣＣＡＤ和盈建科系列基础模　块弯矩分析结果。　以下为手工简化计算弯矩。据《桩基规范》，假设不　考虑此筏形承台的结构整体弯矩影响：承台及筏板仅受水　浮力影响；基床系数为０，不考虑土反力影响。承台受荷相　关范围高水位浮力设计值为（分项系数取１，为有利荷载）　８　５０２．５　ｋＮ承台受荷相关范围内筏板荷载设计值为２　２８０　ｋＮ　或２　１６２　，故不计承台本身质量，在荷载效应基本组合下　的基桩竖向反力设计值为２　１４４．７ｓ　，此时延承台边由底　板荷载折算传来线荷载设计值为一４２１．３５　ｋＮ／ｍ，则：　１　１　Ｍ１＝÷ｑ厂＝÷×２×４２１．‘　３５　Ｘ　１．１５　＝５５７．２４　ｋＮ・ｍ　Ｍ２＝ＰＬ＝４２１．３５Ｘ　３×１．１５＝１　４５３．６６　ｋＮ・１３３；　１　＿、　Ｍ３　乙　２×２　１４４．７５　Ｘ　ｏ．５５　２　３５９．２３　ｋＮ’ｍ　Ｍ＝５５７．２４＋１　４５３．６６＋２　３５９．２３＝４　３７０．１　２　ｋＮ・ｍ：　每米弯矩值＝４　３７０．１　２／３＝１　４５６．７１　ｋＮ．ｍ／ｍ。　３　结语　由以上对比分析可知，ＪＣＣＡＤ结果中柱底峰值弯矩未　考虑柱截面宽度折减，弯矩值偏大，且网格单元取值越　小，值越大，如以此为依据承台配筋，造成了一定的浪　费。盈建科计算结果柱底峰值弯矩考虑了柱截面宽度折　减，通过与手工简化验算复核，结果较为可靠，可作为承　台配筋依据。　・・０　０　０　［１】梅刚，陈东兆，赵光明．剪力墙下桩独立筏形承台基础设计与分　析［Ｊ］．建筑技术开发，２０１　１（５）：２１—２４．　［２］陈亚东，宰金珉，戚科骏．群桩与土和承台结构非缌陛相互作用机　理的数值分析［Ｊ］．建筑科学，２００７（７）：２４—２７．　【３】李富盈．桩－土一承台共同作用的模型试验研究［Ｊ］．河南科学，２００７（６）：　９５７－９５９．　［４］朱珊，夏现成’牛腾飞．桩筏基础承台土反力和承台分担荷栽研究［Ｊ］．　工程建设与设计。２００４（５）：１７－１９．　［５】林宝新．某超长结构桩筏承台大体积混凝土的温度计算与抗裂　分析【Ｊ］．安徽建筑，２００４（２）：４０－４１．　［６６］戴建国，徐斌．桩筏和桩箱基础承台板内力计算的一种简单方法［Ｊ］．　地下工程与隧道．１９９９（４）：２２—２４．３０．