剪力墻下樁基礎(chǔ)承臺(tái)設(shè)計(jì)方法之探討

曹文平

【摘要】民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，樁基礎(chǔ)作為一種深基礎(chǔ)，憑借受力可靠、沉降量少且均勻、剛度很大、施工方便、綠色環(huán)保和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，在沿海地區(qū)或者土質(zhì)很差的區(qū)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文以PKPM和YJK為例，對(duì)于群樁樁基承臺(tái)和樁基獨(dú)立承臺(tái)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，形成了較為典型的設(shè)計(jì)步驟，解決了設(shè)計(jì)師們?cè)趯?shí)際工作中遇到地一些問(wèn)題。

樁基礎(chǔ)分為柱下樁基礎(chǔ)和墻下樁基礎(chǔ)，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)，由于剪力墻的存在，后者居多。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）5.9條[1]，樁基承臺(tái)的設(shè)計(jì)主要分為受彎計(jì)算、受沖切計(jì)算、受剪計(jì)算及局部受壓計(jì)算，在有抗震區(qū)域還應(yīng)該考慮地震作用的參與。在規(guī)范中，大部分的公式是針對(duì)柱下樁基承臺(tái)來(lái)的，而關(guān)于墻下樁基承臺(tái)設(shè)計(jì)難以找到相應(yīng)的公式。這令結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在墻下樁基承臺(tái)的設(shè)計(jì)中往往難以下手。傳統(tǒng)的做法一般是參照柱下樁基承臺(tái)計(jì)算公式來(lái)設(shè)計(jì)墻下樁基承臺(tái)，這種方法比較粗略，而且概念不夠清晰，可操作性不強(qiáng)，對(duì)于大面積群樁基礎(chǔ)承臺(tái)筏板不適用，而且過(guò)于主觀，不同的人來(lái)設(shè)計(jì)得到的結(jié)果往往差別很大，飽受業(yè)主詬病。

其實(shí)PKPM軟件的JCCAD和盈建科軟件下基礎(chǔ)板塊均可以較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)此類承臺(tái)的計(jì)算和配筋?，F(xiàn)以PKPM為例介紹大面積群樁基礎(chǔ)承臺(tái)的計(jì)算實(shí)現(xiàn)方法和注意事項(xiàng)[2]。

1、建模環(huán)節(jié)

首先，在cad中將樁位畫好（圖1），然后進(jìn)入JCCAD的基礎(chǔ)人機(jī)交互輸入菜單，通過(guò)“導(dǎo)入樁位”將cad圖導(dǎo)入至墻下，墻下布樁就此實(shí)現(xiàn)；其次，然后進(jìn)入“筏板”下“圍區(qū)生成”建立群樁承臺(tái)（圖2）；最后，導(dǎo)入上部荷載（SATWE荷載或PMCAD平面荷載）。至此，建模結(jié)束。

圖1 CAD中確定樁位 圖2 JCCAD中群樁樁基承臺(tái)

建模環(huán)節(jié)注意事項(xiàng)：1、cad布樁位時(shí)，所有的樁用一個(gè)圖層且該圖層只表示樁位，以避免jccad識(shí)別錯(cuò)誤。2、將樁位導(dǎo)入模型時(shí)力求樁位和上部剪力墻相對(duì)位置與圖紙吻合，以保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，這里還需注意地是，樁位導(dǎo)入至模型的識(shí)別點(diǎn)只能是節(jié)點(diǎn)。

2、計(jì)算環(huán)節(jié)

計(jì)算主要分為沖切、受剪和受彎。其中沖切和受剪計(jì)算在基礎(chǔ)人機(jī)交互輸入菜單中的“筏板”子菜單下，對(duì)于墻下樁基承臺(tái)而言，需要進(jìn)行樁沖切板、單墻沖板、多墻沖板、內(nèi)筒沖剪等計(jì)算，每項(xiàng)計(jì)算均有相應(yīng)的計(jì)算書。而受彎配筋計(jì)算在樁筏、筏板有限元計(jì)算菜單下，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）5.9.3，筏形承臺(tái)的彎矩宜考慮地基土層性質(zhì)、基樁分布、承臺(tái)和上部結(jié)構(gòu)類型和剛度，按地基-樁-承臺(tái)-上部結(jié)構(gòu)共同作用原理分析計(jì)算；故在“樁筏、筏板有限元計(jì)算”的模型參數(shù)設(shè)置中，采用彈性地基梁板模型（樁和土按WINKLER模型），應(yīng)該勾選“取SATWE剛度 SATFDK.SAT”，天然地基承載力特征值取為零。隨后按其流程設(shè)置樁剛度，單元?jiǎng)澐值?，所有均設(shè)置完畢后，開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算。最后得到結(jié)果，結(jié)果中便可以查到承臺(tái)的彎矩圖和配筋圖，還可以查到樁反力圖分布。

對(duì)于樁基獨(dú)立承臺(tái)，其設(shè)計(jì)步驟總體相同，但是筏板的建立需要通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)來(lái)定位，對(duì)于整體群樁而言只有一塊大筏板，建模比較簡(jiǎn)單；而對(duì)于樁下獨(dú)立承臺(tái)，由于數(shù)量很多，通過(guò)“筏板”來(lái)建立則顯得非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力。JCCAD對(duì)于獨(dú)立承臺(tái)還有另一種建模方式：可在“非承臺(tái)樁”中的“圍樁承臺(tái)”布置。各片承臺(tái)可以獨(dú)立存在，在后續(xù)計(jì)算中可以獨(dú)立計(jì)算。這種方法可以計(jì)算承臺(tái)受彎配筋，但是卻不能進(jìn)行受沖切、受剪和受沖切計(jì)算。對(duì)于此類問(wèn)題，盈建科軟件給出了相應(yīng)的解決方法，通過(guò)cad圖不僅可以導(dǎo)入樁，還可以導(dǎo)入承臺(tái)、筏板等各種構(gòu)件，這大大方便了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)工作。下面以盈建科（YJK）為例介紹樁下獨(dú)立承臺(tái)的計(jì)算和設(shè)計(jì)方法[3]。

1、建模環(huán)節(jié)

首先，在cad中將樁位和獨(dú)立承臺(tái)畫好（圖3）；再通過(guò)盈建科基礎(chǔ)建模中的“導(dǎo)入DWG”子菜單將樁位和承臺(tái)導(dǎo)入至模型（圖4），并賦予樁和承臺(tái)的幾何屬性和材料屬性；最后進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，注意此處的參數(shù)設(shè)置中，計(jì)算方法采用彈性地基梁板法，地基類型采用天然地基，常規(guī)樁基。

圖3 CAD中確定樁位和承臺(tái) 圖4 盈建科中獨(dú)立樁基承臺(tái)

2、計(jì)算環(huán)節(jié)

進(jìn)入基礎(chǔ)計(jì)算及結(jié)果輸出菜單，先后進(jìn)行如下步驟：生成數(shù)據(jù)，劃分網(wǎng)格，基床系數(shù)和樁剛度給與合適的數(shù)值，進(jìn)行計(jì)算分析。至此就可以得到樁反力和承臺(tái)設(shè)計(jì)所需要的所有內(nèi)容了。跟JCCAD相比，盈建科對(duì)于樁位沖切計(jì)算有一定的優(yōu)勢(shì)：盈建科進(jìn)行沖切計(jì)算的凈反力是按照地基-樁-承臺(tái)-上部結(jié)構(gòu)共同作用原理分析得到的真實(shí)反力，其計(jì)算結(jié)果毋須手動(dòng)復(fù)核。

結(jié)語(yǔ)

本文以國(guó)內(nèi)比較有代表性的兩款設(shè)計(jì)軟件—PKPM和YJK為例，詳細(xì)介紹了群樁樁基承臺(tái)和樁基獨(dú)立承臺(tái)的沖剪和受彎計(jì)算，并提出了建模和計(jì)算中的注意事項(xiàng)，這與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法——SATWE中提取內(nèi)力進(jìn)行手算復(fù)核相比，具有計(jì)算速度快，步驟明確，設(shè)計(jì)直觀、節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于工作繁重的結(jié)構(gòu)工程師而言是有一定現(xiàn)實(shí)意義地，也為樁基承臺(tái)的科學(xué)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)借鑒思路。

參考文獻(xiàn)

[1]JGJ 94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院 PKPM CAD 工程部. 獨(dú)基、條基、鋼筋混凝土地基梁、樁基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件JCCAD用戶手冊(cè) [S]. 2011.

[3]北京盈建科軟件股份有限公司. YJK-F 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件用戶手冊(cè)及技術(shù)條件[S]. 2014.