樁基承臺(tái)在工程實(shí)例中的計(jì)算應(yīng)用

柳艷紅

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

0 引言

在工程實(shí)例中，樁基承臺(tái)基礎(chǔ)應(yīng)用范圍較為廣泛。橋梁建筑中多用高樁承臺(tái)，工業(yè)與民用建筑的樁基礎(chǔ)一般采用低樁承臺(tái);多層與高層建筑是由基礎(chǔ)梁、筏形基礎(chǔ)的底板兼做承臺(tái)。也有直接在墻柱下布置獨(dú)立樁基承臺(tái)。力求布置樁位時(shí)把樁布置在柱下和墻下，否則需要驗(yàn)算基礎(chǔ)梁或底板或樁基承臺(tái)的抗彎、抗沖切、抗剪切承載力。

1 工程概況

山西某建筑為一辦公樓，該辦公樓與地下車庫連為一體。主樓為地下1層，地上12層(不包括屋頂塔樓)，地下1層為5.0 m，地上1 層為3.9 m，其余層為3.7 m，頂層為 5.0 m。總高度 46.500 m。室內(nèi)外高差0.6 m。采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)形式。與主樓相連的地下車庫采用柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，局部條形基礎(chǔ)，主樓采用柱下、柱下墻下樁承臺(tái)基礎(chǔ)。

2 樁基承臺(tái)承載力計(jì)算

在工程實(shí)例的平面布置圖中，有幾何形狀規(guī)則柱下兩樁承臺(tái)、三樁承臺(tái)、四樁承臺(tái);有幾何形狀不規(guī)則的柱下、墻下四樁承臺(tái)、多樁承臺(tái)。對(duì)于幾何形狀規(guī)則的承臺(tái)用機(jī)算程序?qū)ζ溥M(jìn)行承載力的驗(yàn)算校核，對(duì)于幾何形狀不規(guī)則的承臺(tái)用手算對(duì)其進(jìn)行承載力的驗(yàn)算;下面介紹CT-1的承載力計(jì)算(見圖1)。

2.1 基本資料

1)幾何參數(shù)。

樁承臺(tái)的幾何尺寸按照其構(gòu)造要求設(shè)置。

柱為正方形:800×800，墻厚為350;C40。

樁為圓形:樁直徑 A=800，樁 C35，換算為方樁 bp=0.8×800=640。

承臺(tái)C35，HRB335樁基重要性系數(shù)r0=1.0。

受拉鋼筋合力點(diǎn)到承臺(tái)底邊距離:as=100 mm。

進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算，所以讀取荷載效應(yīng)SATWE基本組合值組合 1.35恒+0.7×1.4活柱墻共同承擔(dān)的 F=35 174.8 kN。

2)基樁反力計(jì)算。

沖切破壞錐體內(nèi)基樁平均 N單=F/13=35 174.8/13=2 705.75 kN。

2.2 柱、墻對(duì)承臺(tái)的沖切驗(yàn)算

由《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(5.9.7.1):

其中，F(xiàn)參數(shù)是不計(jì)承臺(tái)與其上土重，在荷載效應(yīng)基本組合作用下柱墻底的豎向荷載設(shè)計(jì)值，從機(jī)算程序中直接讀取;承臺(tái)H=1 300;ft=1.57 N/mm2;h0=h－as=1.300－0.100=1.200 m;Fl=F－∈Qi;β0=0.84/(λ+0.2)，λ=a0/h0，β0=0.7;線性內(nèi)插 βhp=1.0×(1.0－0.9)×(1 300－800)/(2 000－800)=0.958。

1)外側(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面對(duì)承臺(tái)的沖切。

柱邊或墻邊到樁邊水平距離對(duì)應(yīng)為280，280，280，630，1 280，280。

沖切破壞錐體一半有效高度周長(zhǎng)相應(yīng)4 740，1 080，175，5 420，175，1 840。

a0平均=[280×(4 740+1 080+175)+630×5 420+1 280×175+280×1 840]/um。

a0平均=434.3 mm，λ =a0/h0=434.3/1 200=0.362(0.25≤λ≤1.0)。

um外總=13 430 mm，α =0.84/(0.362+0.2)=1.494 7N單=7×2 705.75=18 940.25 kN。

βhpβ0μmfth0=0.958 × 1.494 × 1.57 × 13 430 × 1 200=36 213.709 kN。

7N單=7×2 705.75=18 940.25 kN＜36 213.709 kN。

2)內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面對(duì)承臺(tái)的沖切其計(jì)算方法同1)，承臺(tái)滿足抗沖切要求。

3)計(jì)算外側(cè)墻側(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面對(duì)承臺(tái)的沖切其計(jì)算方法同1)，承臺(tái)滿足抗沖切要求。

承臺(tái)抗沖切主要取決于承臺(tái)板厚度;當(dāng)承臺(tái)板較薄時(shí)，常在柱邊或墻邊形成不小于45°破壞錐體;在手算中主要圍繞承臺(tái)沖切破壞錐體來計(jì)算。

2.3 角樁對(duì)承臺(tái)的沖切驗(yàn)算

1號(hào)角樁對(duì)承臺(tái)的沖切驗(yàn)算，由《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(5.9.8.1):

N1=[β1x×(C2+a1y/2.0)+β1y×(C1+a1x/2)]×βhp×ft×h0=2 705.75，a1y=0.280 m。

λ1x=a1x/h0=0.280/1.200=0.233= λ1y，β1x=0.56/(λ1x+0.2)=0.56/(0.233+0.2)=1.293。

β1y=β1x，C1=C+1/2×bp=0.800+0.640/2=1.120 m=C2。

因 h=1.300 m，所以 βhp=1.0－[(1.0－0.9)×(1 300－800)/(2 000－800)]=0.958。

將其代入公式可知 2β1x×(C2+a1y/2.0)βhp×ftb×h0=2×1.293×(1 120+280/2)×0.958×1.57×1 200=5 880.92 kN。

2 705.75 kN＜5 880.92 kN，角樁對(duì)承臺(tái)的沖切滿足要求。

角樁對(duì)承臺(tái)的沖切，主要取決于承臺(tái)板厚度;當(dāng)承臺(tái)板較薄時(shí)，常在角樁處形成不小于45°破壞錐體。

2.4 柱邊、樁邊承臺(tái)斜截面受剪驗(yàn)算

由《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(5.9.10.1):

V＜βhs×α×ftb0×h0，βhs=(800/h0)1/4=0.903 6，axmax=630 mm，λ=axmax/h0=630/1 200=0.525(0.25＜λ＜3)。

α=1.75×(0.525+1.0)=1.147 5，b0×h0=9 600×1 200=11 520 000 mm2。

γ0×V=5N單=5×2 705.75=13 528.75＜βhs×β×ftb0×h0=0.903 6×11 520 000×1.147 5×1.57=18 753.4 kN。

同理，b0=6 000的方向計(jì)算也滿足斜截面抗剪切要求。

從計(jì)算公式中看出，當(dāng)承臺(tái)板厚足夠時(shí)，可以防止發(fā)生破壞。

2.5 承臺(tái)的受彎驗(yàn)算

1)承臺(tái)底面X方向配鋼筋計(jì)算。

X左=950 mm，X右=700 mm，取2 m的樁基單元配鋼筋計(jì)算。

Asx左=γ0×Mx/(0.9×h0×fy)=1.0×2 705.75×0.95/0.9×1 200×300×2=3 967 mm2，φ25@120。

2)承臺(tái)底面Y方向配鋼筋計(jì)算。

Y上=600 mm，Y下=1 050 mm，Asy下=γ0×Mx/(0.9×h0×fy)=4 384 mm2，φ25@100。

3)承臺(tái)的最小配筋面積。

As1min=ρmin×H×1 000=0.150%×1 300×1 000=1 950 mm2。

實(shí)際工程中，當(dāng)承臺(tái)厚度較小，同時(shí)配筋不足時(shí)，容易發(fā)生彎曲破壞，為了防止發(fā)生此類破壞，承臺(tái)板底部配有足夠數(shù)量的受彎鋼筋。

2.6 柱對(duì)承臺(tái)的局部受壓驗(yàn)算

因?yàn)槌信_(tái)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，驗(yàn)算柱下承臺(tái)頂面的局部受壓載力。

由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.6.1.1:Fl＜1.35×βc×βl×fc×Aln。

fc=16.7 N/mm2，βc=1.0，取 2 m 的樁基單元計(jì)算。

Aln=350×2 000=700 000 mm2，Ab=3Aln，βc=1.732。

Fl=2XN單＜1.35×βc×βl×fc×Aln=1.35×1.732×1.0×16.7×700 000=27 333.558 kN。

柱下承臺(tái)局部受壓承載力滿足要求。

2.7 樁對(duì)承臺(tái)的局部受壓驗(yàn)算

因?yàn)槌信_(tái)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不小于樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，所以不用驗(yàn)算樁上承臺(tái)局部受壓承載力。

3 結(jié)語

當(dāng)布置樁位時(shí)樁布置不在柱下和墻正下方時(shí)，則需要驗(yàn)算基礎(chǔ)梁或底板或樁基承臺(tái)的抗彎、抗沖切、抗剪切承載力。對(duì)于幾何形狀不規(guī)則的承臺(tái)按照上述方法計(jì)算，對(duì)于承臺(tái)厚度，底板鋼筋足量達(dá)到在工程中的應(yīng)用。

[1]GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JGJ 94-2008，J 793-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]國(guó)振喜，曲昭嘉.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.