結合新規范談單樁承臺及連系梁的設計

張亮亮

(山西約翰芬雷華能設計工程有限公司，山西 太原 030000)

鋼筋混凝土灌注樁具有安全適用、經濟合理等優點，近年來獲得了廣泛的應用，作者通過這幾年完成的幾項采用人工挖孔灌注樁工程的設計，并結合 JGJ 94-2008建筑樁基技術規范，GB 50010-2010混凝土結構設計規范(以下簡稱《規范》)的有關規定，對柱下單樁承臺及連系梁的受力狀況和設計要點進行了總結，簡述如下。

1 承臺

《規范》及《建筑地基基礎計算手冊》對柱下單樁承臺都缺少理論分析和設計的規定。規范沒有明確單樁基礎必須設置承臺，但其實承臺處受力復雜，而承臺恰恰可以把這些力傳遞到樁的頂部。

1.1 承臺的功能

樁頂部承擔的柱子底部和基礎梁端的內力均很大，同時還是樁與柱子、梁的交點，是剛度突變、桿件斷裂的不利部位，也是上部結構與樁的分界點，此位置容易產生應力集中。為避免樁身頂部遭到破壞，需要采取一定的加強措施，而承臺的主要作用就是加強薄弱位置，避免應力集中而產生樁頂部破壞。

1.2 承臺的受力分析

樁頂部是一個受力比較復雜的節點區。通過分析，結果表明其主要是受壓應力和剪力的作用，破壞形式為“剪壓破壞”。

圖1 樁頂部受力詳圖

如圖1所示，可以看出承臺承擔著三部分的荷載:

1)上部結構(柱子)傳來的力。包括軸力Nc，彎矩Mc和剪力Vc;2)基礎梁傳來的力。包括軸向力 Nb1，Nb2，彎矩 Mb1，Mb2，剪力Vb1，Vb2;3)樁的反力。

1.3 承臺的設計

1.3.1 承臺與樁身和柱子采用固接

承臺與樁身和柱子采用固接的原因如下:

1)傳遞樁端彎矩的需要:只有樁、樁承臺、柱子三者間采用固接，才能夠將柱底彎矩傳遞到樁身。2)結構計算的需要:結構計算時我們假定上部結構與基礎固接，樁、樁承臺、柱子三者之間應采用固接。3)抵抗水平荷載的需要:樁、樁承臺、柱子三者間采用固接可以有效減少樁頂的水平位移，提高樁抵抗水平力的能力。

對樁與承臺，柱與承臺的連接構造，《規范》中規定:樁頂及上部結構柱子的縱向主筋錨入承臺內的長度不宜小于35倍的縱向主筋直徑。對于抗拔樁，樁頂縱向主筋的錨固長度應按現行國家標準《規范》確定。詳見圖2。

圖2 承臺內鋼筋錨固詳圖

柱下獨立樁基承臺的最小寬度不應小于500 mm，邊樁中心至承臺邊緣的距離不應小于150 mm，詳見圖3。

圖3 單樁承臺示意圖

1.3.2 樁身應嵌入承臺內

為防止樁身與承臺連接不緊密，造成剪切破壞，需要把樁身嵌入承臺一定的深度。《規范》第4.2.4第1條中規定:樁嵌入承臺內的長度對中等直徑樁不宜小于50 mm;對大直徑樁不宜小于100 mm。

1.3.3 承臺的剛度

由于承臺是多個桿件匯集的節點，是把上部荷載傳遞給樁頂部的構件，為了可靠地連接柱子、連系梁及樁身，承臺必須保證自身的剛度及尺寸，參照《規范》第4.2.1條規定，承臺構造尺寸見圖3。

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1.3.4 承臺的混凝土強度等級

混凝土強度等級主要滿足以下兩個因素:1)滿足計算和構造的要求。計算要滿足局部承壓的要求。2)滿足施工的需要。為了方便施工，承臺宜與連系梁、樁身或柱為同一等級混凝土，減少混凝土等級的種類。通常情況下采用C25，C30。

1.3.5 承臺的配筋要求

承臺的鋼筋理論上應該根據實際受力的需要進行配置，且有以下計算要求:1)承臺的頂面底面均需配置雙向鋼筋。計算時應考慮上部結構柱子傳來的豎向力(見圖4a))。2)在對承臺側面的受拉鋼筋及箍筋進行計算時，應考慮上部結構柱子傳來的彎矩及剪力，按抗彎剪計算并配置鋼筋(見圖4b))。3)承臺還承擔著連系梁傳來的彎矩、剪力，也需按抗彎剪計算，并配置承臺側面的受拉鋼筋及箍筋(見圖4b))。實際設計中，承臺本身的剛度比與其連接的構件要大，計算出的配筋量一般都比較小，但設計時一般要滿足最小配筋率的要求，主筋直徑不應小于12。承臺的配筋構造詳見圖4c)。

圖4 承臺配筋示意圖

對于柱下單樁基礎，沖切不是影響承臺尺寸及配筋的因素，可不予考慮。

2 連系梁

《規范》第4.2.6第3條規定:“有抗震設防要求的柱下樁基承臺，宜沿兩個主軸方向設置連系梁”。

2.1 連系梁的功能

1)承托上部墻體荷載，將其傳給承臺，通過承臺傳入樁身。2)整體現澆的連系梁與承臺能調整各樁間的不均勻沉降。3)協調各樁之間的水平力，使樁頂水平位移大致相等，防止個別樁因水平承載力不足而導致破壞。4)承擔一部分樁底不平衡彎矩。

以上四個作用除第一個是一般的基礎梁都具有的功能外，其余三個均是連系梁特有的功能。

2.2 連系梁的位置

1)梁底與承臺底部平齊。我國上海、浙江等地采用此方法。這種方法傳力明確，施工較為方便。缺點是梁底部的鋼筋不能直接通過承臺，受伸入承臺的樁頭的影響。

2)梁置于承臺中部。當實際工程允許時，應采用這種布置，其優點是傳力更為明確，同時解決了鋼筋干擾的問題。不足之處是當梁高不同時，梁底不在同一標高上，給施工帶來不便。

3)梁頂與承臺頂面平齊。《規范》中采用了梁頂與承臺頂面平齊的方法。具有1)的優點，傳力明確，同時也與2)的不足之處相同，施工不便，梁頂部縱向鋼筋與承臺頂部主筋也互相干擾。

實際施工中得出方法3)相對來說施工較為便利。

2.3 連系梁的計算

計算方法有以下三種:

1)將上部直接承托的墻體的荷載全部布置于連系梁上，按多跨連續梁或者簡支梁分析計算。

2)將連系梁看作過梁進行計算。在砌體結構中，過梁的計算考慮了上部墻體的共同作用。

3)按倒置彈性地基梁計算。把連系梁上部的墻體看作彈性地基基礎，樁頂的反力則視為外力。

方法1)沒有考慮墻體與梁共同作用，偏向于保守;按過梁計算是建立在墻體充分發揮拱效應的情況下，偏向于不安全;實際工程中通常采用倒置彈性地基梁的方法。