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高层建筑桩筏基础变刚度调平设计分析

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高层建筑桩筏基础变刚度调平设计分析 2010年第 12期 西部探矿工程 187 高层建筑桩筏基础变刚度调平设计分析 熊 银 ,干腾君 (重庆大学土木工程学院,重庆 400045) 摘 要:针对高层建筑桩筏基础的差异沉降控制问题,最新修订的《建筑桩基技术规范》JGJ 94--2008 提出了变刚度调平设计新理念。在考虑上部结构、桩筏基础和地基共同作用的基础上,利用有限元软 件 ANSYS对竖向荷载作用下桩筏基础的沉降进行 了计算分析,讨论 了变桩长、桩径、非均匀桩距等 布桩方式对基础差异沉降和内力的影响,对实际工程设计具有一定指导...

高层建筑桩筏基础变刚度调平设计分析
2010年第 12期 西部探矿工程 187 高层建筑桩筏基础变刚度调平设计 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 熊 银 ,干腾君 (重庆大学土木工程学院,重庆 400045) 摘 要:针对高层建筑桩筏基础的差异沉降控制问题,最新修订的《建筑桩基技术规范》JGJ 94--2008 提出了变刚度调平设计新理念。在考虑上部结构、桩筏基础和地基共同作用的基础上,利用有限元软 件 ANSYS对竖向荷载作用下桩筏基础的沉降进行 了计算分析,讨论 了变桩长、桩径、非均匀桩距等 布桩方式对基础差异沉降和内力的影响,对实际工程设计具有一定指导意义。 关键词:差异沉降;变刚度调平;共同作用;有限元 中图分类号:TU47 文献标识码:A 文章编号:lO04—57l6(2010)12—0187一O4 针对高层建筑桩筏基础传统设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 带来的碟形 差异沉降问题,最新修订的《建筑桩基技术规范》JGJ 94 -- 2008提出变刚度调平设计新理念,其基本思路是: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。具体而言,对于高层建筑内 部的变刚度调平,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。调平设计过程就是调整布桩,进行共同 作用迭代计算的过程。 采用有限元软件 ANSYS,建立上部结构~基础一 地基三维弹塑性有限元分析模型,合理地模拟桩、筏、 土、上部结构的共同作用,讨论了变桩长、桩径、非均匀 桩距等布桩方式对基础差异沉降和内力的影响,对实际 工程设计具有一定指导意义。 1 变刚度调平设计原理 高层建筑地基(桩土)作为上部结构一基础一地基 (桩土)体系中的组成部分,其沉降受三者共同作用的制 约。共同作用的总体平衡方程为: LK +K,+K ]{U)一{ }+{Fr) (1) 式中:K ——凝聚于基础的上部结构刚度矩阵; K厂一 凝聚于基础的基础刚度矩阵; K ——凝聚于基础的桩土支承刚度矩阵; {U}——基础节点位移向量; { )、{F,}-一 凝聚于基础的上部结构、基础荷 载向量。 上部结构与基础和地基共同作用是把上部结构、基 础、地基三者作为一个整体考虑,并且三者之间须同时 满足静力平衡和变形协调。通过(1)式的共同作用分析 可知,上部结构、基础和地基的刚度分布直接影响基础 的沉降分布情况。理论分析和工程实例表明,若想减少 差异沉降,采取加大基础刚度 K 方法的效果并不明显, 且明显的不经济。而上部结构剐度 K ,由于受到使用 功能的约束,加强上部结构刚度的方法也很难实现。因 此,要使沉降趋于均匀,唯有依靠调整桩土支承刚度 K ,使之与荷载分布和相互作用效应匹配。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。 2 计算分析 2.1 计算模型 采用ANSYS计算程序,建立算例模型进行分析。 计算模型为:上部结构为 12层的框架一核心筒结构,层 高 3m,框架柱截面尺寸 600mm×600mm,框架梁截面 尺寸 250mmX600mm,核心筒剪力墙厚 250ram。筏板 平面尺寸 13.2mX 13.2m,厚 0.6m。桩型为 600mm× 600mm的钢筋混凝土桩,桩长 19m。模型中所有混凝 土材料计算参数均为:密度 2500kg/m。,弹性模量3.0× 10 MPa,泊松比0.2。桩的布置如图 1所示。 地基土分四层,在 ANSYS程序中建立模型时,考 虑到建筑物对周围土体的影响,取地基土的土域范围为 50rex 50mX 53m。地基土的材料属性采用 Drucker-- Prager弹塑性模型,计算参数见表 l。 * 收稿日期:2010-03—14 第一作者简介:熊银(1983一),男(汉族),重庆合川人,重庆大学土木工程学院在读硕士研究生,研究方向:高层建筑桩筏基础共同作用。 188 西部探矿工程 2010年第 12期 图 l 桩布置图 有限元计算中,采用SHELL63单元模拟筏板和上 部结构的剪力墙,上部结构的梁柱用BEAM4单元来模 拟,桩与土均采用S0I,II)45单元模拟。桩土的接触面, 将利用面与面接触的Targe170、Conta173单元来模拟, 桩土接触面摩擦系数取为0.2。考虑到模型的对称性, 取 1/4模型为研究对象,对称面上施加对称约束,底面 上施加完全约束,其他两个侧面的约束为竖向可自由滑 动,横向固定。有限元网格划分见图2。 圈 2 有限元网格划分示意图 2.2 不同布桩方式的比较 影响桩土支承刚度分布方式之一就是改变桩的布 置方式,在筏基下桩的布置形式上,除了通常的“均匀布 桩”形式外,目前工程界和学术界还存在两种截然相反 且都已付诸实践的观点,即:“外强内弱”和“内强外弱’’ 两种形式。 上面算例模型为均匀布桩,通过改变桩长来实现桩 的“外强内弱”和“内强外弱”两种布置形式。取中间l~ 4号桩桩长为3hh,其他参数不变,实现“内强外弱”布 桩。“外强内弱”布桩则取5~16号桩桩长为31m,其他 参数不变。有限元计算后,得到筏板中心线OX轴的沉 降分布图3和弯矩分布图 4。 一 0.04 一 O.042 — 0.044 曼 一0.046 o.o e — O.O5 - 0.052 — 0.O54 沿筏板长度(m) 0 1.2 2.4 3.6 4.8 6 图3 筏板OX轴沉降围 沿筏板I乏度《m} 0 1.2 2。4 3.6 4.8 6 图4 筏板OX轴弯矩图 : 从图 3可见,均匀布桩时基础平均沉降为 50.04mm,差异沉降为5.89mm~“内强外弱”布桩基础 枷 枷 划 Ⅲ Ⅲ Ⅲ m —g.z 一 。 誊 冀。 一 譬 ≮≯0 。。磐 √_镬 2010年第 12期 西部探矿工程 189 平均沉降为 49.81mm,差异沉降为 3.86ram;“外强内 弱”布桩基础平均 沉降为 44.32ram,差异沉 降为 7.1mm。可见,“内强外弱”布桩减少了差异沉降,平均 沉降量也略有减小。“外强内弱”布桩则减少了平均沉 降量,但却增加了差异沉降。而从图4还可以得到这样 一 个清晰的结论,即改变布桩方式对筏板内力的影响相 当大,其中以“外强内弱”布桩形式基础弯矩最大,“内强 外弱”布桩最小。 由上述分析可知,“外强内弱”这种布桩形式虽然略 微减少了基础的总体沉降量,但却是以增加差异沉降和 基础弯矩为代价的。采用“内强外弱”形式布桩时,虽然 总体沉降量减小效果不够明显,但差异沉降和基础弯矩 却大大减小,因此当对总体沉降量要求不太严格时,采 用“内强外弱”布桩是比较合理的选择。特别是对于框 架一核心筒结构,规范明确提出,应根据荷载分布,作到 局部平衡,并考虑相互作用对于桩土刚度的影响,强化 内部核心简和剪力墙区,弱化外围框架区。 2.3 改变不同参数实现“内强外弱”布桩的比较 2.3.1 改变桩长 分别取 1~4号桩桩长为 25m、31m,其他参数不 变,即通过改变桩长实现“内强外弱”布桩。有限元计算 后,筏板中心线OX轴的沉降分布和弯矩分布如图5和 图 6。 0.O{8 - — - 旦 邀 0.O 5 一 0.0 52 O.0 54 沿筏板K度(m) 0 i.2 2.‘ 3.6 ;.8 6 图5 筏板OX轴沉降图 从图5和图6中可以清楚的得到,通过改变桩长实 现的“内强外弱”布桩相对于均匀布桩,减少了基础的差 异沉降和弯矩。均匀布桩时基础差异沉降为 5.89ram, 最大弯矩为 144.27kN·In。中间桩桩长取 31m时,基 础差异沉降为 3.86ram,比均匀布桩减少了2.03mm;基 础最大弯矩为 118.33kN ·rn,比均匀布桩减少了 25.94kN ·m。 2.3.2 改变桩径 分别取 l~4号桩桩径为 0.9m×0.9m、1.2m× 1.2m,其他参数不变,即通过改变桩径实现“内强外弱” 沿筏扳长度(m) 0 1.: 2. 3.6 .8 6 图 6 筏板OX轴弯矩图 布桩。有限元计算后,筏板中心线 OX轴的沉降分布和 弯矩分布如图7和图8。 沿筏板长度cmj 0 1.2 2.4 3.6 ;.8 6 图 7 筏板 OX轴沉降图 沿筏扳K座 m) 0 1.2 2.4 3.6 4.8 6 图8 筏板 OX轴弯矩图 从图 7和图 8中可以得到,通过改变桩径实现的 “内强外弱”布桩相对于均匀布桩,减少了基础的差异沉 降和最大弯矩,但基础的沉降量和部分弯矩有所增大。 均匀布桩 时基础差异沉降为 5.89ram,最大弯矩为 144.27kN·m。中间桩桩径取 1.2m时,基础差异沉降 为 4.63ram,比均匀布桩减少了 1.26mm;基础最大弯 矩为 125.49kN·ITI,比均匀布桩减少了 18.78kN·ITI。 2.3.3 改变桩距 采取增加核心筒下布桩数量来减小桩距,即通过改 19O 西部探矿工程 2010年第 12期 变桩距实现“内强外弱”布桩。核心筒下分别增加布置 1根、4根桩,如图9和图1O所示,其他参数不变。有限 元计算后,筏板中心线OX轴的沉降分布和弯矩分布如 图 11和图 12。 口 原均布桩 一 加桩 图9 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 1桩布置图 0.O48 世 一0.05 口 原均布桩 一 加桩 图 10 方案2桩布置图 滞筏板长度(m) 0 1.2 2.4 3.6 4.8 6 图 11 筏板 OX轴沉降图 从图 11和图 12中可知,通过改变桩距实现的“内 强外弱”布桩相对于均匀布桩,减少了基础的差异沉降 和弯矩。均匀布桩时基础差异沉降为5.89mm,最大弯 矩为 144.27kN·I13.。中间桩布置为方案 2时,基础差 g ● Z 邑 静 沿筏板长艘⋯ 0 1.2 2.4 3.6 4.8 6 图 12 筏板OX轴弯矩图 异沉降为 3.68mm,比均匀布桩减少了 2.21mm~基础 最大 弯矩 为 115.97kN ·m,比均匀 布桩 减少 了 28.3kN·m。同时,比较方案 1和方案 2可知,方案 2 布桩对筏板所有部位的弯矩都减少。布桩时宜优先考 虑柱墙下布桩,可有效的减少基础的局部弯矩。 3 结论 (1)“外强内弱”布桩形式虽然减少了基础的总体沉 降量,但却增加了基础差异沉降和弯矩。“内强外弱”形 式布桩时,虽然总体沉降量减小效果不够明显,但差异 沉降和基础弯矩却大大减小。 (2)采用改变桩长、桩径和桩距的方法实现“内强外 弱”布桩时,就减少基础的差异沉降和弯矩的效果而言, 改变桩长、桩距方法的效果明显优于改变桩径的方法; 就同时考虑桩基整体造价的优化设计而言,则改变桩长 的方法为最佳选择。 总之,具体到实际工程设计中,要实现整体布桩的 “强”和“弱”,采用哪种调整方法还必须与现场地质条件 和施工条件结合起来,在经济合理的前提下,尽量不增 加技术难度。撇开场地地质条件和施工因素的影响,一 般来说,以调整桩长的方法,即以长、短桩布置最为合 理。因为其调节沉降的效果较好,可调节的范围也比较 大 。 参考文献 : [1] 钱力航.高层建筑箱形与筏形基础的设计计算[M].北京: 中国建筑工业出版社,2003. 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分类:金融/投资/证券
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