82地基基础设计概述和桩基础变刚度调平

地基基础设计概述和桩基础变刚度调平设计主讲人：三人行董工QQ:626394844YY频道：46110816三人行官网：三人行博客：也可以百度：“三人行结构”声明：为激发听课者的思考，本次课件只提供讲课提纲，详细内容讲座课程中讲解，谢谢大家的理解。2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网2一、基础设计概述•1、基础和地基•基础•地基•2、桩基础•3、荷载•1）JCCAD中荷载的选择•a)平面荷载•b)上部结构三维计算软件（如satwe）传来的荷载•c)PK荷载2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网3•2）荷载的组合：与上部结构不完全相同•a)基本组合：基础内力、配筋计算•b)标准组合：地基承载力、裂缝•c)准永久组合：沉降计算•对应《地规》P.93.0.4•3）活荷载的折减：三种方式•4、基础的埋置深度•1）埋置深度的确定•a)一般子室外地面算起•b)填方整平区：上部结构施工完成前、上部结构施工完成后•c)有地下室的情况：箱型基础和筏型基础、独立基础和条形基础2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网4•2）埋置深度的要求•a)天然地基或者复合基础•b)桩基础埋深（不计桩长）•c)位于岩石地基上的高层建筑•d)不要小于500（mm），除岩石地基•3）满足稳定和变形的要求时，宜浅埋•5、基础计算部分（变形验算）•1）变形验算的条件•2）变形验算的控制指标•a)砌体承重结构•b)框架结构和单层排架结构•c)多高层和高耸结构•d)必要时，尚应控制平均沉降量2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网5•6、桩基础•1）类型：•混凝土灌注桩（扩底灌注桩）、混凝土预制桩•2）桩长度的确定•（1）桩端进入持力层深度宜为1~3倍桩径，应特别慎重，不应随意减少，持力层层面不平时应特别注明由桩长及桩全截面进入持力层深度双控。•（2）对于桩身露出地面或桩侧不排水抗剪强度小于10kPa且长径比大于50的桩•尚应进行桩身压屈验算。•（3）一般情况下，桩端全截面进入持力层的深度：2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网6•a.粘性土、粉土不宜小于2d；砂土不宜小于1.5d；碎石类土不宜小于1d；且•抗震时，进入碎石土、砾砂、中粗砂、密实粉土、坚硬粘性土不应小于0.5m；•进入其他非岩石类土不应小于1.5m；存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力•层厚度不宜小于3d；•b.嵌岩桩：嵌入倾斜的完整/较完整岩石时不宜小于0.4d且不小于0.5m；倾斜•度大于30%的中风化岩宜根据倾斜度及岩石完整性适当加大；嵌入平整、•完整和较坚硬岩石时不宜小于0.2d且不应小于0.2m。•3）桩身强度：•灌注桩保护层厚75时不低于C30，保护层厚70时不低于C35。2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网7•4）桩体配筋：•（1）灌注桩最小配筋率：非地震区≥0.2%；地震区≥0.3%~0.65%（大直径取低值，小直径取高值，中间可按线性插值）；抗拔桩及承受水平力为主的桩应•计算确定配筋。•（2）通长配置：不少于6根且不少于桩纵向钢筋的1/2，直径不小于12mm，间距不宜大于300，净距不应小于60mm。•（3）大直径桩（d＞800）桩顶嵌入承台不宜小于100mm；中小直径桩（d≤800）•桩顶嵌入承台不宜小于50mm；桩顶主筋锚入承台不宜小于35d。2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网8•5）布桩要求•（1）基桩最小中心距（当采取减少挤土效应的措施时可根据当地经验适当减少）：•a.非挤土灌注桩：3.0d（当为端承桩时可取2.5d）；•b.部分挤土桩：非饱和土3.0d（超过三排或9桩时3.5d）；饱和土3.5d（超•过三排或9桩时4.0d）；•c.挤土桩：非饱和土3.5d（超过三排或9桩时4.0d）；饱和土4.0d（超过•三排或9桩时4.5d）；•d.钻（冲）孔扩底桩：1.5D或D+1.5m［当D大于2m］（超过三排或9桩•时2D或D+2.0m［当D大于2m］）；（D为扩大端直径）•e.沉管夯扩/钻孔挤扩桩：非饱和土2.0D且3.5d（超过三排或9桩时2.2D•且4.0d）；饱和土2.2D且4.0d（超过三排或9桩时2.5D且4.5d）。•（2）桩位合力点宜与竖向荷载合力点重合。2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网9•6）承台构造要求：•（1）一般规定：•a.独立、厚板承台宽度≥600mm；边桩中心至承台边缘的距离≥桩径或边长，•且承台边至桩边距离≥150mm；承台最小厚度≥300mm且满足竖向受力构•件纵筋锚固要求；•b.墙下条形承台：承台边至桩边距离≥75mm；•c.高层平板式或梁板式筏形承台最小厚度≥300mm，多层建筑墙下布桩的剪•力墙结构筏形承台最小厚度≥200mm且满足竖向受力构件纵筋锚固要求。2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网10•（2）承台配筋：•a.独立承台：配筋率不小于0.15%；四桩以上（含四桩）承台双向通长布置，•三角形三桩承台按三向板带均匀布置；二桩承台除按计算外，尚应按深梁•构造要求配置腰筋、箍筋；•b.组合承台：按计算配置上、下钢筋；•c.承台梁：除按计算外，尚应满足【混凝土规范】普通梁最小配筋率。•（3）承台强度等级：•满足耐久性设计及抗渗要求；•承台强度等级低于柱或桩的强度等级时，需验算局部受压承载力。2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网11•7）承台间连接：•（1）单桩承台，在桩顶两个主轴方向设置连系梁；当桩径≥2倍柱径时，可不设。•（2）两桩承台，在其短向设置连系梁。•（3）有抗震要求的独立承台，宜在两个主轴方向设置连系梁。•（4）连系梁顶面与承台面宜位于同一标高；梁宽宜≥250，高度取承台中心距的•1/10~1/15，且≥400mm。•（5）连系梁配筋应按计算确定，上下纵筋均不少于2根，直径≥12，同一轴线上•相邻跨连系梁纵筋应连通。2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网12二、桩基础变刚度调平设计•1、变刚度调平的概念•是考虑上部结构形式、荷载和地层分布以及相互作用的效应，通过调整桩径、桩长、桩距等改变基桩的支承刚度分布，以使建筑物沉降趋于均匀、承台内力降低的设计方法。•2、均匀布桩的受力以及沉降的特点：•基底反力：内小外大，马鞍形分布•基础沉降：内大外小，碟形沉降盆•3、变刚度调平设计的内涵：•突破传统、减少差异，降低内力，变刚度调平•4、变刚度调平设计方法：•局部增强、变桩距、变桩径、变桩长2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网132012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网142012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网152012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网162012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网172012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网18•5、桩筏、桩箱基础传统设计理念•1、基桩的总承载力不小于总荷载，桩群形心与荷载重心重合或接近；即满足力和力矩的平衡。•2、桩的布置大体均匀，有的还主张在角部和边部适当加密；因为实测桩顶反力角部最大，边部次之，中部最小；•3、沉降量和整体倾斜满足规范要求；•4、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，厚度达3-4m者鲜见，或为增加刚度而采用箱形承台；2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网19•6、均匀布桩导致碟形沉降•未考虑：变形协调•实质：场效应，外强内弱•实际情况中，群桩效应将导致桩的支承刚度由外向内递减；对于框剪、框筒结构，荷载集度是内大外小，而其上部结构的刚度对变形的制约能力相对较弱。若采用传统设计方法，则碟形差异沉降较明显，易引起开裂，影响正常使用的要求。•而采用变刚度调平设计理论调整桩基布置，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、承台(基础)内力和资源消耗的最小化。2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网20•7、变刚度调平设计理念•考虑地基、基础与上部结构的共同作用，对影响沉降变形场的主导因素——桩土支承刚度分布实施调整，“抑强补弱”，促使沉降趋向均匀。•1）、高层建筑内部的变刚度调平；•2）、主裙房间的变刚度调平。•对于前者，主导原则是强化中央，弱化外围。对于荷载集中、相互影响大的核心区，实施增大桩长（当有两个以上相对坚硬持力层时）或调整桩径、桩距；对于外围区，实施少布桩、布较短桩，发挥承台承载作用。•对于主裙房间的变刚度调平，主导原则是强化主体，弱化裙房。裙房采用天然地基时首选方案，必要时采取增沉措施。当主裙房差异沉降小于规范容许值，不必设沉降缝，连后浇带也可取消。•最终达到筏板上部结构传来的荷载与桩土反力不仅整体平衡，而且实现局部平衡。由此，最大限度地减小筏板内力，使其厚度减薄变为柔性薄板。2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网21•8、变刚度调平的原理•高层建筑地基(桩土)作为上部结构-基础-地基(桩土)体系中的组成部分，其沉降受三者共同的制约。共同作用的总体平衡方程为：2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网22•要使沉降趋于均匀，唯有依靠调整桩土支承刚度[K]s(p,s)，使之与荷载分布和相互作用效应相匹配。这也是优化高层建筑地基基础设计、减少乃至消除差异沉降的有效、可行而又经济的途径。•9、影响差异沉降的因素•1）、荷载大小及分布•（1）对相同地质、基础尺寸和埋深条件，沉降量随荷载增大而增加，差异沉降随之增大。对高层建筑而言，其差异沉降问题较多层建筑更为突出。•（2）荷载分布的不均，导致沉降分布不均；而且往往成为差异沉降的主因。•（3）荷载分布特征，与高层建筑主体的结构形式及建筑体型有关，而且这两者是决定荷载分布的主要因素。体型变化包含：建筑主体的体型，主体与裙房相连形成主裙连体体型；而主裙连体是荷载差异最大的建筑体型。2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网23•2）、上部结构刚度•上部结构刚度主要指结构的整体刚度，最制约差异沉降起到一定的作用，也就是所谓对基础刚度的贡献。•（1）落地剪力墙体系（简称剪力墙结构）由于其刚度大且分布均匀连续，对基础刚度的贡献最大；•（2）框架-核心筒（简称框筒）体系，虽然核心筒的刚度很大，但外围框架的刚度相对较小，因而对制约基础内外差异变形的刚度贡献不大。•（3）筒中筒结构体系，其外筒为密集框架（间距不大于4m）构成，主要目的在于增强结构的抗侧力性能，对基础的刚度贡献略大于框筒结构。2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网24•3）、地基、桩基条件•对于天然地基上筏板基础，地基的均匀性是制约差异沉降的关键因素，地基土的压缩性是影响沉降量和差异沉降的主要因素。天然地基承载力满足建筑物荷载要求，但沉降变形不见得满足，因而在这种情况下，变形控制分析十分重要。•桩基是高层建筑的主要基础形式，然而不是桩基就能圆满解决差异沉降问题。【但桩是调整支承刚度分布的、灵活有效的竖向支承体，因此变刚度调平设计是桩基础优化设计的核心内容】2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网25•4）、相互作用效应•承台-桩-土的相互作用效应导致：•（1）均布荷载下桩、土反力分布呈内小外大的马鞍形分布；•（2）基础应力场随面积增大而加深；•（3）群桩沉降随桩距减小和桩数增加而增大；•（4）基础或承台的沉降呈中部大外围小的蝶形分布；•（5）相邻基础因相互影响而倾斜；•（6）核心筒不仅因荷载集度高而且受外围框架区应力场的相互影响而导致沉降加大2012/2/18百度“三人行结构”访问博客及官网26•10、变刚度调平设计原则•总体思路：•以调整“桩土支承刚度分布”为主线，根据荷载、地质特征和上部结构布局，考虑相互作用影响，采取增强与弱化结合，减沉与增沉结合，刚柔并济，局部平衡，整体协调，实现差异沉降、承台（基础）内力和资源消耗的最小化。•1）、调