上部結(jié)構(gòu)考慮不同地震影響下的樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

雷小雨

(甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030)

0 前 言

西北地區(qū)常見(jiàn)地質(zhì)條件為濕陷性黃土層，樁筏基礎(chǔ)為這類地質(zhì)條件下的高層建筑提供了一個(gè)可靠選項(xiàng)，使得樁筏基礎(chǔ)在這片土地用的廣泛而普遍。樁筏聯(lián)合基礎(chǔ)兼有筏形基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，既可降低基底壓力，增加整個(gè)基礎(chǔ)剛度，調(diào)整地基不均勻沉降，又解決了特殊地基情況下的穩(wěn)定性和安全性，如持力層埋置較深、軟弱地基土、邊坡及岸邊等不利條件。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB5011—2010)規(guī)定了樁基需驗(yàn)算抗震承載力的條件，一般高層建筑樁筏設(shè)計(jì)均需考慮地震作用影響。而隨著建筑高度的增加，地震力和風(fēng)荷載代替重力荷載成為對(duì)結(jié)構(gòu)變形、整體穩(wěn)定和傾覆安全性的主要影響原因。樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)豎向拉、壓荷載由樁基承擔(dān)；而平面布置、不均勻沉降、風(fēng)荷載和地震帶來(lái)的水平力等引起的彎矩、剪力、局壓力等由筏板承擔(dān)。

1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑由于上部結(jié)構(gòu)需考慮不同地震影響，而基礎(chǔ)承擔(dān)不同的傾覆力矩有不同的布樁方式、內(nèi)力分布和設(shè)計(jì)方法等。樁筏聯(lián)合基礎(chǔ)中筏板厚度與樁布置方式有關(guān)，當(dāng)樁沿上部墻、柱布置無(wú)錯(cuò)位時(shí)，筏板相當(dāng)于水平力轉(zhuǎn)換底板，厚度按底板以上房屋總層數(shù)乘以30 mm估算；樁也可在底板下平均布置，與上部墻、柱錯(cuò)位，需要再以受沖切承載力驗(yàn)算確定板厚，不應(yīng)小于500 mm。配筋率不宜小于0.25，雙層雙向配筋?；A(chǔ)埋深不得小于1/18。單樁承載力應(yīng)滿足《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-2008)中5.2節(jié)相關(guān)要求。

根據(jù)《甘肅省鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)高寬比超限抗震措施暫行規(guī)定》驗(yàn)算罕遇地震作用時(shí)需加大基礎(chǔ)有效埋深，傾覆力矩采用小震傾覆力矩乘以放大系數(shù)的簡(jiǎn)化辦法，按公式PMAX≤1.2faE，NEKmax≤Quk(抗壓)，NEKmax≤Tuk+Gp(抗拔)控制，公式右邊也可采用載荷試驗(yàn)確定的極限值。底板懸挑長(zhǎng)度宜相應(yīng)增大，且不小于板厚，并驗(yàn)算此處抗彎、抗剪、抗沖切承載力。

2 設(shè)計(jì)實(shí)例

本文選取的高層建筑均為剪力墻結(jié)構(gòu)，工程抗震等級(jí)均為8度(0.2 g)，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，Ⅱ類場(chǎng)地，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)和建筑樁基設(shè)計(jì)等級(jí)均為甲級(jí)。由于高寬比不同，采取的抗震措施不同，工程一進(jìn)行小震計(jì)算滿足即可；工程二由于高寬比超限，需考慮大震作用。基礎(chǔ)計(jì)算均采用YJK-F，地基沉降采用分層總和法，基礎(chǔ)整體內(nèi)力和變形計(jì)算采用彈性地基梁板法，基礎(chǔ)采用板單元，考慮上部結(jié)構(gòu)一定的剛度，筏板厚度由剪力墻及樁的沖切驗(yàn)算控制。

工程一：某高層住宅，位于甘肅省天水市秦安縣，房屋高度71.60 m，高寬比5.48，超規(guī)范限值1以內(nèi)，基礎(chǔ)部分控制多遇地震下樁不出現(xiàn)拉力。筏板厚度1 300 mm，樁采用長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁，基礎(chǔ)底板懸挑長(zhǎng)度為≥0.6m。荷載準(zhǔn)永久組合下，基礎(chǔ)最大沉降值22 mm，小于規(guī)范的規(guī)定的平均沉降200 mm，且基礎(chǔ)整體傾斜小于2.5‰。筏板、承臺(tái)截面計(jì)算無(wú)超筋超限情況(見(jiàn)圖1～2)。

圖1 工程一樁位、筏板布置圖

圖2 基樁多遇地震下基樁豎向力

工程二：某高層住宅，位于蘭州市，房屋高度98.63 m，高寬比7.03，超規(guī)范限值2～3，屬于省定高寬比超限的高層建筑工程，基礎(chǔ)部分控制多遇地震下樁不出現(xiàn)拉力，罕遇地震作用下驗(yàn)算單樁抗壓、抗拔承載力和筏板外挑部分大震下抗彎、抗剪及抗沖切計(jì)算。筏板厚度1 500 mm，樁采用干作業(yè)機(jī)械鉆孔灌注樁。荷載準(zhǔn)永久組合下，基礎(chǔ)最大沉降值12 mm，小于規(guī)范的規(guī)定的平均沉降200 mm，且基礎(chǔ)整體傾斜小于2.5‰。

罕遇地震作用下，加強(qiáng)基礎(chǔ)埋深不得小于1/16，本工程基礎(chǔ)埋深1/14.2；基礎(chǔ)底板懸挑長(zhǎng)度為≥1.50 m，最不利外挑長(zhǎng)度3.40 m；結(jié)構(gòu)傾覆力矩取2.2倍多遇水平地震作用下傾覆力矩，基底外挑筏板處彎矩M=2 226 kN·m，剪力V=2 492 kN，經(jīng)驗(yàn)算不需配置箍筋，需要配置彎起鋼筋。圖3為工程二樁位、筏板布置圖。

圖3 工程二樁位、筏板布置圖(圖中陰影樁為抗拔樁)

圖4為基樁多遇地震下基樁豎向力，圖5為基樁罕遇地震下基樁豎向力。

圖4 基樁多遇地震下基樁豎向力

圖5 基樁罕遇地震下基樁豎向力

3 結(jié) 論

1)經(jīng)過(guò)比較，多遇地震下樁筏聯(lián)合基礎(chǔ)中角樁和邊樁的樁頂反力明顯大于內(nèi)部樁，呈現(xiàn)“馬鞍形”，尤其以樁集中在墻下布置更為明顯，可以適當(dāng)加大該處筏板配筋。以墻體及周邊為范圍布置樁基，適當(dāng)增大無(wú)豎向構(gòu)件區(qū)域樁間距的布樁方式，可以充分發(fā)揮地基土和筏板的共同作用，減少樁數(shù)，比較經(jīng)濟(jì)；當(dāng)由于承載力影響，均勻滿布樁基時(shí)，內(nèi)力分布與地震作用方向相近，剛度較弱易傾覆方向的建筑橫方向處邊樁反力更大。

2)考慮罕遇地震影響時(shí)，筏板懸挑端長(zhǎng)度增加，抗彎鋼筋增多，樁數(shù)明顯增加。應(yīng)主要控制建筑橫向筏板外懸挑端基底壓應(yīng)力、樁的抗壓抗拔承載力，增加此處樁數(shù)以及布置抗拔樁；同時(shí)，此處筏板懸挑邊緣也會(huì)出現(xiàn)最大彎矩、剪力，通過(guò)配置抗剪箍筋和抗彎鋼筋等措施解決。

樁筏聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要考慮的因素還有很多，比如沉降、樁土共同作用、上部結(jié)構(gòu)剛度等，也有不少關(guān)于樁筏基礎(chǔ)中樁、筏和地基土的共同工作性態(tài)的研究，對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)合理、降低基礎(chǔ)造價(jià)很有意義。本文從實(shí)際工程中遇到的不同地震影響下高層建筑樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)遇到的問(wèn)題出發(fā)，簡(jiǎn)單地總結(jié)了一般規(guī)律和提出常用構(gòu)造措施，列舉了兩種情況下設(shè)計(jì)時(shí)不同的考慮方式，為同類工程設(shè)計(jì)提供一些參考。

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