群柱下联合基础承载力研究.pdf

谢云1 s群柱下联合基础承载力研究摘目前工程中建筑物的体量越来越大，要往往因长度超限而设置温度变形缝；同时在上部结构大荷载作用下，基础尺寸也会增大因此通常会出现基础碰撞或重叠现象，解决问题的办法是将上部群柱设置在同一基础上，由基础将力传给地基，即做成群柱下联合浅基础或群柱下联合桩基础我国规范规程对群柱下联合基础的承载力计算均无相关条款规定，工程设计软件P K P M 仅做指导性规定，另外国外规范对其只是有所涉及，无明确的计算方法因此在实际工程中遇到群柱下联合基础问题，设计者大多根据图集或各自的经验，采取各不相同的处理方法由于缺少统一、合适的设计理论作指导，导致最终设计差异性较大，也给工程施工带来困难鉴于以上情况，本文在现行基础设计规范的基础上，探求群柱下联合浅基础的承载力计算方法，同时分析了基于单柱承台规范的群柱下联合桩承台的计算方法，对空间桁架理论在群柱下联合桩承台中的应用进行了探索主要做了以下几方面的研究工作：一、研究了群柱下联合浅基础承载力的计算方法，分析了两种具有代表性的方法，基于我国基础规范方法和基于A C I 规范方法，计算出两种方法下二柱下联合浅基础的承载力、钢筋用量等等，对比分析了其受力性能和经济指标。

建议采用基于我国基础规范方法计算承载力，同时也指出了A C I 规范算法的不足，需结合我国基础规范对其进行修正二、通过采用现行规范中承台计算方法基础上推广的两种方法：设置暗梁与未设置暗梁，给出了两种不同的冲切破坏锥体假定，计算群柱下联合桩承台的受弯、受剪、受冲切承载力其中提出，当8 0 0 氩_ 1 ．0 时按4 5 0 角锥体验算：当九 4 ．柱下桩基础独立承台受冲切计算公式中，柱对承台和角桩对承台的受冲切承载力计算公式中的冲切系数大于规范”1 中的冲切系数，同时也引入受冲切承载力截面高度影响系数( p l l s ) 5 ．柱下桩基独立承台斜截面受剪承载力计算公式中，‘变为五，同样也增加‰系数综观我国现行《规范》，其仅仅考虑柱下群桩对承台承载力的影响，对于群柱下联合基础的承载力如何计算则没有涉及在实际工程中遇到具体问题时，设计者往往按经验计算或套用单柱设计方法，导致设计差异性较大因此如何计算二、四柱等群柱下联合基础承载力是目前规范急需解决的问题三、国内群柱下联合基础研究现状雍景荣等删在国外工程教材的基础上，提出“假定基础刚度较大( 基础高度大于l ／6 柱距) ，基底反力按直线分布，不考虑上部结构刚度的影响；若基础高度小于1 ／6 柱距，应按弹性地基上梁的设计方法计算联合基础”的理论。

林世明川㈨在双柱之间设置暗梁，通过比较分析，相对于柱下独立基础，采用联合桩基础，不仅可以节省造价，同时基桩的竖向承载力也提高约1 5 ％并提出在一些特殊情况下，可考虑承台效应，充分发挥群桩一土一承台相互作用谢云飞群柱下联合基础承载力研究1 3李元松m 1 建议对于双柱梯形联合基础，当基础宽度大于3 米时，将原地基反力均匀的假设改为沉降均匀假设，同时给出相应的计算公式光军、徐传亮等嘲介绍了板式、梁板式、系梁式三种双柱联合基础的适用范围、特点及设计步骤，建议在使用基础设计软件时，应根据底层柱底最大内力值、柱间距等，调整基础底板尺寸，选择合理的联合基础形式，尽量使基底内力均匀并满足P S 1 ．2 f ．莫沛锵等㈣建议“当两柱之间距离较近，或基础底面积较大以至不能做成单独柱基时，可设计为双柱联合基础，两柱之间宣设置地梁，并应尽量使柱合力中心与基础底面形心重合同时除验算受弯及受剪承载力外，应注意地梁截面满足V ! 抑．2 5 I B c f c b h o “ 熊建辉、张仲先等“帅”采用有限元方法分析了双柱联合基础，提出了破坏模式及承载力计算公式总体而言，目前国内有关群柱下联合基础理论的文献甚少，相关基础规范中尚无指导性条款，对于群柱下联合基础承载力的计算尚无统一公式。

因此需深入研究群柱下联合基础的传力机理，同时提出适合工程需要的承载力公式，为工程设计提供参考1 ．3 本文的主要研究内容1 ．群柱下联合浅基承载力研究；拟分析工程设计中具有代表性的两种方法，即基于我国独立基础规范方法和A C I 规范算法，并得到适合工程计算的方法；2 ．群柱下联合桩承台承载力研究：目前工程设计中，主要针对群柱情况分为设置暗梁和不设置暗梁两种设计计算方法，本文试图通过具体算例，比较两种方法的优劣；3 ．群柱下联合桩承台有限元法研究：文中采用基于A N S Y S 的有限元法，建立不同厚度、平面尺寸、配筋形式的共1 2 组桩台模型，通过研究承台的应力、应变和位移等情况，试图得到承台冲垮比、配筋方式对承载力和变形的影响4 ．群柱下联合桩承台传力机理及承载力研究：通过分析二柱、四柱下联合桩承1 4扬州大学硕士学位论文台的应力、应变流分布，研究空间桁架理论在群柱下联合承台中的适用性，并推导出基于空间桁架理论的群柱下联合桩承台的设计方法和计算公式1 ．4 本文创新之处1 ．在已有的理论推导和实验成果基础上，对比分析群柱下联合基础的承载力计算方法，拟提出符合工程要求的承载力计算方法；2 ．采用基于A N S Y S 的有限元方法，通过建立不同形式的群柱下联合承台模型，分析群柱下联合桩承台的应力应变分布情况，引入空间桁架模型，验证其适用性。

并在此基础上，试图研究群柱下联合桩承台的承载力公式，以弥补现行规范的不足1 ．5 本章小结本章首先介绍了课题的研究背景及意义，概述了国内外规范中承台的设计方法、破坏机理及传力机理，阐述了国内外群柱下联合基础研究的理论进展，分析了这些理论的优点及不足之处最终提出了本文的主要研究内容、研究方法及创新之处谢云飞群柱下联合基础承载力研究第二章群柱下联合浅基础承载力研究在基础设计工程中，通常有三类基础形式：天然地基浅基础、人工地基浅基础和深基础当上部结构荷载不大，而基础问净距较小，柱基础相互碰撞或重叠，考虑采用群柱下联合浅基础我国现行基础规范中对群柱下联合浅基础没有涉及，因此仅能根据国内外现有文献中双柱联合基础的内容，研究群柱下联合浅基础承载力的计算方法文献【7 】【8 】【1 2 】在美国房屋建筑设计规范“3 的基础上，分三种情况介绍了双柱联合浅基础的近似计算方法包括：( 1 ) 矩形联合浅基础，主要用于两柱中荷载较小柱的一侧场地受限的情况，其适用条件是柱荷载合力作用线至荷载较小柱外边的距离x ( x = x o + l b ，x o 为荷载较小柱中心至基础边沿的距离) 不小于基础的长边1的一般即x > _ l ／2 ；( 2 ) 梯形联合浅基础，主要用于二柱中荷载较大柱的一侧场地受限的情况，其适用条件是柱荷载合力作用线至荷载较大柱外边的距离x 在基础长度l 的1 ／2 与l ，3 之间，即1 ／3 l ／8 B = = V 8 ×4 ．5 0 = 0 ．5 6 m ，取日= 0 ．T i n ，则H o = 0 ．6 6 m 。

抗剪切验算：0 ．0 7 f , B H o = 0 ．0 7 x 9 ．6 x 1 0 3x 3 ．2 ×0 ．6 6 = 1 4 1 9 ．2 6 N ，柱2 内边H o处的剪力K = E K + 以￡一g l 以+ ∥2 + H o ) = 1 3 0 9 ．2 十1 5 ．7 0 —9 4 0 ．2 3 x ( O ．3 7 5 + 0 ．4 5 ／2+ O ．6 6 ) = 1 4 0 ．2 1 h + 2 H o = 0 ．4 5 + 2 x 0 ．6 6 = 1 ．7 7 ) ，如= 以十髟2 + 月j ) ( b + 2 H o ) = ( O ．2 2 5 + 0 ．4 5 ／2 + 0 ．6 6 ) ( 0 ．4 5 + 2 x 0 ．6 6 ) ：1 ．9 6 m 2 ，u ，= 2 ( ／ I ／2 b + I ／2 H o ) + ( 6 + H o ) = 2 ( 0 ．4 5 ／2 + 0 ．4 5 ／2 + o ．6 6 ／2 ) + ( o ．4 5 + o ．6 6 ) =2 ．6 7 m ，0 ．“玑风= 0 ．6 x 1 ．1 x 1 0 3x 2 ．6 7 x 0 ．6 6 = 1 1 6 3 ．0 5 K N ，晶= E —p j A “+K # = 1 4 1 7 ．4 - 2 0 8 ．9 4x 1 ．9 6 + 9 ．0 = 1 0 1 6 ．8 2 K N 3 时，取扣3 。

图3 - 2 承台斜截面受剪计算3 ．1 ．3 受冲切承载力计算一、普通承台受冲切承载力可按下式计算：F I 鱼‰p 矗u f n l l o( 3 ．3 a )F I = F - EQ i( 3 ．3 b )a 产( O 7 2 ／Z + 0 ．2 >( 3 ．3 e )F l ：作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值；丘：承台混凝土抗拉强度设计值；‰：受冲切承载力截面高度影响系数h 2 0 0 0 m m 时，‰谢云飞群柱下联合基础承载力研究卸．9 ，中间按线形内插法取用；U m ：冲切破坏锥体一半有效高度处的周长；l l o ：承台冲切破坏锥体的有效高度；n ：冲切系数；九：冲跨比，X - - a o ／h o ，a o 为冲跨，即柱边或承台变阶处到桩边的水平距离；当a o l l o 时，取a o - = h o ，脚．2 ～1 ．O ；F ：作用于柱底的竖向荷载；∑Q i ：冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力( 不计承台和承台上土自重) 设计值总和二、矩形承台受冲切时，按下式计算：F I 丑[ 瞰( b c + J l o y 卜％，( } l c + a o x ) ] p ．p f t h o( 3 ．4 )F I - F ·∑N l ，陆= o ．8 4 ／( 九o x + 0 ．2 )B o y - 0 ．8 4 ／( 九o r + 0 ．2 )b o ：冲切破坏锥体的有效高度；‰：受冲切承载力截面高度影响系数。

h _ 一2 0 0 0 m m 时，p l l p = o ．9 ，中间按线形内插法取用；p 陆：冲切系数；九o x 、九0 y ：冲跨比，九0 x = a o ，【／h o ，b y - a o ／h o ，a o x 、a o y 为柱边或变阶处至桩边的水平距离；F ：柱根部轴力设计值；芝N i ：冲切破坏锥体范围内各桩的净反力设计值之和三、角桩对承台的冲切，可按下式计算：N l s 呐x ( c 2 + a l 妒) 邯l “c l + a l x ／2 ) 】p h p f ‰( 3 ．5 )p l x - O ．5 6 ／( A , t x + O ．2 ) ，p l y _ O ．5 6 ／( x l y + O ．2 )N l ：扣除承台和其上填土自重后的角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的竖向力设计值；p l x 、1 3 , y ：角桩冲切系数；h h y ：角桩冲跨比，h a l x ／h o ，h y - a l r ／h o ；O I 、c 2 ：从角桩内边缘至承台外边缘的距离；a l x ’a l v ．从承台底角桩内边缘引4 5 0 冲切线与承台顶面或承太变阶处相交点至角桩内边缘的水平距离：h o “ 承台外边缘的有效高度。

‘3 ．2 未设置暗梁时群柱下联合桩承台承载力分析我国《规范》针对桩承台的研究均是单点作用下的单柱桩承台，而群柱下合桩承台有多个荷载作用点，其破坏机理与单柱桩承台有较大的差别本文以四柱下承台为例进行计算，并结合文献相关内容f 2 1 】提出两点假设：( 1 ) 进行群柱下联2 8扬州大学硕士学位论文合桩承台的抗冲切承载力计算和承台斜截面受剪验算时，将群柱对桩承台的作用视为具有群柱外接矩形截面( 图3 - 3 ) 的单柱对其作用；( 2 ) 计算群柱下联合桩承台的受弯承载力时，在承台的长向，将承台视为支承在两柱上的单跨双外伸梁( 此时柱顶合力叠加至两点) ；在短向，仍按照单柱桩承台的做法将承台作为悬臂梁。