剪力墙下桩基础承台设计方法之探讨

曹文平

【摘要】民用建筑结构设计中，桩基础作为一种深基础，凭借受力可靠、沉降量少且均匀、刚度很大、施工方便、绿色环保和安全可靠等优点，在沿海地区或者土质很差的区域得到了广泛的应用。本文以PKPM和YJK为例，对于群桩桩基承台和桩基独立承台的设计进行了探讨，形成了较为典型的设计步骤，解决了设计师们在实际工作中遇到地一些问题。

桩基础分为柱下桩基础和墙下桩基础，对于高层建筑结构，由于剪力墙的存在，后者居多。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）5.9条[1]，桩基承台的设计主要分为受弯计算、受冲切计算、受剪计算及局部受压计算，在有抗震区域还应该考虑地震作用的参与。在规范中，大部分的公式是针对柱下桩基承台来的，而关于墙下桩基承台设计难以找到相应的公式。这令结构设计师在墙下桩基承台的设计中往往难以下手。传统的做法一般是参照柱下桩基承台计算公式来设计墙下桩基承台，这种方法比较粗略，而且概念不够清晰，可操作性不强，对于大面积群桩基础承台筏板不适用，而且过于主观，不同的人来设计得到的结果往往差别很大，饱受业主诟病。

其实PKPM软件的JCCAD和盈建科软件下基础板块均可以较好地实现对此类承台的计算和配筋。现以PKPM为例介绍大面积群桩基础承台的计算实现方法和注意事项[2]。

1、建模环节

首先，在cad中将桩位画好（图1），然后进入JCCAD的基础人机交互输入菜单，通过“导入桩位”将cad图导入至墙下，墙下布桩就此实现；其次，然后进入“筏板”下“围区生成”建立群桩承台（图2）；最后，导入上部荷载（SATWE荷载或PMCAD平面荷载）。至此，建模结束。

图1 CAD中确定桩位 图2 JCCAD中群桩桩基承台

建模环节注意事项：1、cad布桩位时，所有的桩用一个图层且该图层只表示桩位，以避免jccad识别错误。2、将桩位导入模型时力求桩位和上部剪力墙相对位置与图纸吻合，以保证计算的准确性，这里还需注意地是，桩位导入至模型的识别点只能是节点。

2、计算环节

计算主要分为冲切、受剪和受弯。其中冲切和受剪计算在基础人机交互输入菜单中的“筏板”子菜单下，对于墙下桩基承台而言，需要进行桩冲切板、单墙冲板、多墙冲板、内筒冲剪等计算，每项计算均有相应的计算书。而受弯配筋计算在桩筏、筏板有限元计算菜单下，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）5.9.3，筏形承台的弯矩宜考虑地基土层性质、基桩分布、承台和上部结构类型和刚度，按地基-桩-承台-上部结构共同作用原理分析计算；故在“桩筏、筏板有限元计算”的模型参数设置中，采用弹性地基梁板模型（桩和土按WINKLER模型），应该勾选“取SATWE刚度 SATFDK.SAT”，天然地基承载力特征值取为零。随后按其流程设置桩刚度，单元划分等，所有均设置完毕后，开始进行计算。最后得到结果，结果中便可以查到承台的弯矩图和配筋图，还可以查到桩反力图分布。

对于桩基独立承台，其设计步骤总体相同，但是筏板的建立需要通过增加节点来定位，对于整体群桩而言只有一块大筏板，建模比较简单；而对于桩下独立承台，由于数量很多，通过“筏板”来建立则显得非常费时费力。JCCAD对于独立承台还有另一种建模方式：可在“非承台桩”中的“围桩承台”布置。各片承台可以独立存在，在后续计算中可以独立计算。这种方法可以计算承台受弯配筋，但是却不能进行受冲切、受剪和受冲切计算。对于此类问题，盈建科软件给出了相应的解决方法，通过cad图不仅可以导入桩，还可以导入承台、筏板等各种构件，这大大方便了设计师的设计工作。下面以盈建科（YJK）为例介绍桩下独立承台的计算和设计方法[3]。

1、建模环节

首先，在cad中将桩位和独立承台画好（图3）；再通过盈建科基础建模中的“导入DWG”子菜单将桩位和承台导入至模型（图4），并赋予桩和承台的几何属性和材料属性；最后进行参数设置，注意此处的参数设置中，计算方法采用弹性地基梁板法，地基类型采用天然地基，常规桩基。

图3 CAD中确定桩位和承台 图4 盈建科中独立桩基承台

2、计算环节

进入基础计算及结果输出菜单，先后进行如下步骤：生成数据，划分网格，基床系数和桩刚度给与合适的数值，进行计算分析。至此就可以得到樁反力和承台设计所需要的所有内容了。跟JCCAD相比，盈建科对于桩位冲切计算有一定的优势：盈建科进行冲切计算的净反力是按照地基-桩-承台-上部结构共同作用原理分析得到的真实反力，其计算结果毋须手动复核。

结语

本文以国内比较有代表性的两款设计软件—PKPM和YJK为例，详细介绍了群桩桩基承台和桩基独立承台的冲剪和受弯计算，并提出了建模和计算中的注意事项，这与传统设计方法——SATWE中提取内力进行手算复核相比，具有计算速度快，步骤明确，设计直观、节省材料等优点，这对于工作繁重的结构工程师而言是有一定现实意义地，也为桩基承台的科学设计提供了一个借鉴思路。

参考文献

[1]JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2]中国建筑科学研究院 PKPM CAD 工程部. 独基、条基、钢筋混凝土地基梁、桩基础和筏板基础设计软件JCCAD用户手册 [S]. 2011.

[3]北京盈建科软件股份有限公司. YJK-F 基础设计软件用户手册及技术条件[S]. 2014.