剪力墙结构不规则墙肢下桩基承台设计之我见

2012-03-23王伟明梁亮亮

城市建设理论研究 2012年4期

王伟明梁亮亮

【摘要】承台是桩基础的一个重要组成部分，应有足够的强度和刚度，以便把上部结构的荷载传递给各桩并将各单桩，连接成整体参与受力。桩基承台的构造尺寸，除满足抗冲切、抗剪切、抗弯和上部结构需要外，尚应满足构造要求。

【关键词】剪力墙墙肢桩基承台

Abstract: pile foundation is an important component part of elevated pile caps, should have enough strength and stiffness, so that the upper structure of load transfer to the pile and will each single pile, linked to the overall participation in force. The construction of the pile caps size, in addition to meeting punching and shearing, bending and the upper structure need outside, still should meet the structural requirements

Key Words: shear wall, pile foundation

中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：

前言

承台为上部结构与桩基之间的连接部件，通常是三维块体。由于承台传力机制复杂，再加上研究不够、认识不足，国内外有关规范及手册对承台设计的规定往往不够完整，有时彼此间还存在较大差异。这种状况无法适应工程设计的需要。

桩基承台的构造

1.1承台受拉钢筋的最小配筋率

对卧置于地基上的钢筋混凝土板板中受拉钢筋最小配筋率可适当降低，但不

应小于0.15％。一般情况下，前者的底面与地基能够全面接触，当板承受上部结构传来的荷载而发生变形时，板的底面除存在地基的垂直反力外，尚存在设计中

忽略不计的水平剪应力(摩擦应力)，此剪应力改善了板的受力性能，特别是可提高受弯承载力。不少文献和国外规范指出，为了抵抗由于混凝土收缩和温度变化在卧置于地基上的混凝土基础板中产生的拉应力，应保证板中受拉钢筋不小于最小配筋率。而柱下独立桩基承台是支承于桩上的厚板，其底面在某些情况下可能与地基脱开，例如当承台底面以下的地基为可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土，或地基出现人工降水、震陷，沉桩过程中产生高孔隙水压等情况。此外柱下独立桩基承台(三桩及四桩承台)的受弯承载力试验表明，其受力具有双向梁的特性。

1.2承台的量低混凝土强度等级

对设计使用年限为50年的承台结构混凝土，由于耐久性要求。处于二a类环境时，最低混凝土强度等级为C25,处于二b类环境时，最低混凝土强度等级为C30。这一规定在结构设计中必须注意并遵守。某些二b类环境中的工程，当承台深埋较大，已超过当地地基土层的冰冻深度时，笔者认为这种情况下其要求可降低为C25。因为混凝土规范对二a及二b两类环境类别划分的主要区别在于结构混凝土所处的环境是否会结冰，因为混凝土若发生冻融会造成性能劣化。当承台顶部低于冰冻线时，混凝土不会遭受冻融，虽然当地属寒冷或严寒地区。承台的最低混凝土强度等级仍可采用C25。

1.3承台底面钢筋的混凝土保护层厚度

从承台的施工过程可以看，设有素混凝土垫层时，由于受嵌入承台的桩顶长度影响(特别是底面钢筋间到距小于桩直径或边长时)，承台底面钢筋网片必须放置在桩顶之上，此外尚需考虑可能存在的容许施工偏差(一般可取10mm)．因而当设有混凝土垫层时，底面钢筋的最小混凝土保护层厚度可取桩顶嵌入承台的长度加10mm。关于桩顶嵌入承台的长度，桩基规范有明确规定：对于中等直径桩不宜小于50mm；对于大直径桩不宣小于100mm。而地基规范仅要求嵌入承台

长度不宜小于50mm。因而若考虑不同桩径对嵌入长度的不同要求，承台底面钢筋的最小混凝土保护层厚度：设有素混凝土垫层时，对中等直径桩不宜小于60rm，对大直径桩不宜小于l10mm；参照一般混凝土基础的规定，无素混凝土垫层时应在上述基础上增加30mm。

1.4台底部受力钢筋端部的锚固长度

承台端部受拉钢筋的锚固长度自边桩内侧(当为圆桩时，应将其直径乘以0.8等效为方桩)算起，不应小于35dg(dg为钢筋直径)。此时对8RB335，HRB400，RRB400级钢筋末端可不必弯钩：当不满足时应将钢筋向上弯折，此时水平段的长度不应小于25dg'弯折段长度不应小于10dg。

承台的应力状态

2.1承台斜截面的承载力。

在以往承台设计中，承台厚度大多由抗冲切控制，而较少受剪切影响。作者认为，从承台的破坏机制来说，两者是一致的，不应把两者分开。承台现行的抗冲切计算等同于某个剪跨比的抗剪切计算，且偏于安全。

2.2承台的破坏以剪切变形为主。

承台的平面尺寸一般较小，因而承台承受的弯矩并不大，纵向配筋因构造要求已较多，故承台能承受较大的弯矩。因此承台的不易出现受弯破坏。

2.3承台上压力的扩散作用。

承台上部的压力，在通过承台传递和分配到其下部时，必然会在承台内

扩散。对于现行的承台构造，将扩散角定为45度仍偏于安全。文中在计算承台的强度时，将考虑这种扩散的有利作用。

设计的一些基本原则

应视实情而定是否要根据实际的桩位和承台尺寸重新验算承台的承载力

3.1承台选型

3.1.1承台型式

①独立承台

独立承台宜采用等厚板二也可采用变厚度的锥形或台阶形其平面形式可为方形、矩形、等腰三角形、圆形、正多边形等。独立承台多用于柱下。当柱间有自承重墙时,可在两个相邻的独立承台之间设置基础梁。

②筏式或箱形承台

当采用条形承台或交叉条形承台,承台之间的净距较小或沉降较大时,宜采用筏式承台。筏式承台可分为平板式、梁板式两种对于筒体结构,框筒结构和柱网均匀、柱距较小的框架结构,可采用平板式对于柱距较大的框架结构,可采用梁板式当上部结构荷载较大、对沉降控制要求较高或必须设置地下室时,可选用箱形

承台。应该注意在整个结构中不宜采用两种类型的承台,否则应用沉降缝将整个结构进行分隔在整个结构中也不宜采用部分桩基、部分天然地基支承的形式。

③条形或交叉条形承台

承重墙下一般都选用条形或井字形承台。对于柱下独立承台,若承台之间的净距较小或不均匀沉降较大时,可将两个或多个承台沿一个方向连接起来形成条形承台,或在两个方向连接起来形成交叉条形承台。

3.1.2承台埋置深度

在确定承台的埋置深度时,应综合考虑各种条件，如

①建筑物的用途，有无地下室设备基础和地下设施

②承台的厚度

③工程地质和水文地质条件

④相邻建筑物的基础埋深

⑤地基土冻胀的影响

3.2布桩原则

①承台布桩时应尽可能均匀、对称桩群的承载力重心宜与长期荷载重心重合

并使桩基在受横向力和力矩较大方向有较大的抵抗矩。

②柱下条形承台及交叉条形承台,桩宜布置在柱附近墙下条形承台及井字形承

台,桩宜沿承台轴线均匀布置,且建筑物四角、墙体转角处、纵横墙相交处、沉降缝的两边均宜布桩,但在首层门窗洞下不宜布桩。

③对箱形承台或墙下筏式承台宜将桩布置于墻下；对柱下筏式承台，宜将桩布置于柱下或附近对大直径桩,可采用一柱一桩布置但应充分考虑柱与桩的偏心影响。若筏式承台带有梁肋,可在梁肋下布桩。当箱形承台及筏式承台需要的桩数较多,又不能采用承载力更高的桩时,可采用满堂布桩。满堂桩的布置形式有矩形、梅花形、径向线、同心圆等。

桩基承台的加固设计

4.1采用钢筋硅三面围合的加固方案既加高了梁截面,又加宽了梁,使梁顶及两侧可以增配受力纵筋及箍筋,满足抗弯、抗剪、抗冲切能力。

4.2加固设计后,新旧硅共同工作,其抗弯、抗剪、抗冲切的计算与普通钢筋硅梁是不同的,应区别对待。

4.3承台梁靠近支座处剪力最大,抗剪筋应尽量锚至承台的底端,中间处按计算可适量减少。

5.桩基承台设计应注意的问题

5.1承台之间的连接

对于柱下单桩基础宜在相互垂直的两个方向设置连系梁这主要是为传递分配柱底剪力弯矩增强整个建筑物桩基的协同工作能力。

5.2多桩承台设计

一般方法是先假定承台的尺寸承台的平面尺寸往往是由构造要求确定厚度是凭工程经验先假定然后进行抗冲切验算和抗弯计算。

5.3桩与承台的连接

建筑物桩基桩顶嵌入承台的长度只需50-100mm，桩顶主筋锚承台30d，可形成介于铰接与刚接之间的连接方式，即可传递剪力，也可传递一部分弯矩。

结语：承台作为桩基与上层建筑的间的重要连接，对于整个建筑结构的质量具有关键性的影响，所以必须要做好承台的设计工作，本文从承台的构造、类型、连接方式、加固等方面提出其设计概念，希望能为业内承台的设计提供一些意见和参考。