17.1.6  桩筏基础

 

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功能说明

桩筏基础支持局部加厚筏板类型,下面就桩筏的分析计算做详细阐述。

1. 基桩承载力验算

   先将筏板上的柱、墙上部结构荷载及附加荷载转换为作用在筏板重心上的等效合力荷载,然后取荷载效应的标准组合计算每根基桩的竖向力。

 

图17.1.6  筏板上的等效合力示意

 

(1)筏板上竖向构件等效合力计算如下:

 

         式中:

               Nk— 作用于筏板上重心处,所有竖向构件在荷载效应标准组合下竖向力的合力;

              Nki— 第i个竖向构件在荷载效应标准组合下的竖向力;

               Gk— 筏板自重及其上附加荷载标准值;

               Hk— 作用于筏板上重心处,所有竖向构件在荷载效应标准组合下水平力的合力;

              Hki— 第i个竖向构件在荷载效应标准组合下的水平力;

                Tk— 作用于筏板上重心处,所有竖向构件在荷载效应标准组合下上拔力的合力;

               Tki— 第i个竖向构件在荷载效应标准组合下的上拔力;

  MxkMyk— 作用于筏板上重心处,所有竖向构件在荷载效应标准组合下绕xy轴弯矩的合力;

MxkiMyki— 第i个竖向构件在荷载效应标准组合下绕xy轴的弯矩;

           xiyi— 第ij基桩至筏板重心处xy轴的距离。

 

(2)基桩竖向承载力验算:

      轴心竖向力作用下

       偏心竖向力作用下

  式中:

                   Fk— 荷载效应标准组合作用下,基桩的平均竖向力;

          Fikmax — 荷载效应标准组合偏心竖向力作用下,第i基桩的竖向力最大值;

                     n— 筏基上的总桩数;

 xixjyiyj— 第ij基桩至筏板重心处xy轴的距离;

                     R— 基桩竖向承载力特征值。
 

(3)地震作用效应下,基桩竖向承载力的验算

       轴心竖向力作用下

FEk≤1.25R

       偏心竖向力作用下

FEkmax≤1.5R

  式中:

                 FEk— 地震作用效应和荷载效应标准组合下,基桩的平均竖向力;

          FEkmax— 地震作用效应和荷载效应标准组合下,基桩的最大竖向力。
 

(4)水平力作用下,基桩水平承载力验算

(5)上拔力作用下,基桩抗拔承载力验算

 

   式中:

                  Hik— 荷载效应标准组合下,作用于第i基桩的水平力;

                  Nik— 荷载效应标准组合下,作用于第i基桩的上拔力;

                   Gp— 基桩自重,地下水位以下取浮重度;

                      n— 筏基上的总桩数

                    Rh— 基桩水平承载力特征值;

                  Tuk— 群桩呈非整体破坏时,基桩抗拔极限承载力标准值。

 

2. 筏板抗冲切验算

        (1)柱(墙)对筏板的冲切验算

               计算时考虑作用在冲切临界截面重心上的不平衡弯矩所产生的附加剪力,距柱边0/2处冲切临界截面的最大剪应力τmax应按下列公式计算。

式中:

                    Fl —  相应于荷载效应基本组合时的集中力设计值,对内柱取轴力设计值减去筏板冲切破坏锥体内的所有基桩反力设计值;对边柱和角柱,取轴力设计值减去筏板冲切临界截面范围内的基桩反力设计值;计算基桩反力时不应考虑筏板自重及其上附加荷载(仅限于带地下室结构);

                  um — 距柱边h0/2处冲切临界截面的周长;

               Mun  — 作用在冲切临界截面重心上的不平衡弯矩设计值;

                cAB — 沿弯矩作用方向,冲切临界截面重心至冲切临界截面最大剪应力点的距离;

                    Is — 冲切临界截面对其重心的极惯性矩;

                   βs — 柱截面长边与短边的比值,当βs<2时,βs取2;当βs>4时,βs取4;

                   c1 — 与弯矩作用方向一致的冲切临界截面的边长;

                   c2 — 垂直于c1 的冲切临界截面的边长;

                   as — 不平衡弯矩通过冲切临界截面上的偏心剪力传递的分配系数;

(2)短肢剪力墙对筏板的冲切验算

      短肢剪力墙对筏板的冲切验算按等效外接矩形柱来计算,计算方法完全同柱对筏板的冲切计算,等效外接矩形柱参见图17.1.5-1。

(3)平板式桩筏内筒对筏板的冲切验算

      冲切计算公式:

 

 

 式中:

                  Fl — 相应于荷载效应基本组合时的内筒所承受的轴力设计值减去筏板冲切破坏锥体内的各基桩反力设计值,计算基桩反力时不应考虑筏板自重及其上附加荷载(仅限于带地下室结构);

                βhp— 受冲切承载力截面高度影响系数;当h不大于800mmβhp取1.0;当h大于等于2000mm时,βhp取0.9,其间按线性内插法取用;

                um — 距内筒外表面h0/2处冲切临界截面的周长;

                 h0 — 距内筒外表面h0/2处筏板的截面有效高度;

                   η — 内筒冲切临界截面周长影响系数,取1.25。

 

(4)基桩对筏板的冲切验算

          基桩对于筏板的冲切计算按下式进行:

 

   式中:

                N1 — 在荷载效应基本组合下,基桩的净反力设计值,计算基桩净反力时不应考虑筏板自重及其上附加荷载(仅限于带地下室结构);

                 bp — 桩截面边长,对于圆桩取bp=0.8dd为圆桩直径)

                 h0 — 筏板截面有效高度;

               βhp — 受冲切承载力截面高度影响系数;当h不大于800mm时,βhp取1.0;当h大于等于2000mm时,βhp取0.9,其间按线性内插法取用;

                   ft — 混凝土的抗拉强度设计值。

 

3. 筏基局部受压计算
当筏板的混凝土强度等级低于柱(墙、桩)混凝土强度等级时,需要验算柱下基础顶面处(或桩顶面处)的局部受压承载力,计算方法参见第17.1.1节柱下独基局部受压承载力的计算。

4. 地下室抗浮验算
桩筏基础的地下室抗浮计算方法完全同筏板基础,这里不再重复。

5. 桩筏基础内力计算
桩筏基础采用板元法分析,板元法分析适用的边界条件有弹性桩和倒楼盖。

(1)弹性桩法
      弹性桩法是将桩视为筏板的弹性支座,将上部竖向构件的荷载作用于筏板上,按板元法进行有限元分析,分析时可以考虑上部结构刚度的影响;其中对于单桩弹性刚度的计算请参见第9.2节的说明。
(2)倒楼盖法
      倒楼盖法是将上部竖向构件做为筏板的固定支座,各单桩反力做为作用于筏板上的荷载,按板元法进行有限元分析;其中单桩反力的计算方法有两种,分别为K值法和平均反力法,这两种方法的介绍请参见第9.1.4节内容,这里不再详述。