樁基承臺在工程實例中的計算應用

柳艷紅

(山西省建筑設計研究院，山西太原 030013)

0 引言

在工程實例中，樁基承臺基礎應用范圍較為廣泛。橋梁建筑中多用高樁承臺，工業與民用建筑的樁基礎一般采用低樁承臺;多層與高層建筑是由基礎梁、筏形基礎的底板兼做承臺。也有直接在墻柱下布置獨立樁基承臺。力求布置樁位時把樁布置在柱下和墻下，否則需要驗算基礎梁或底板或樁基承臺的抗彎、抗沖切、抗剪切承載力。

1 工程概況

山西某建筑為一辦公樓，該辦公樓與地下車庫連為一體。主樓為地下1層，地上12層(不包括屋頂塔樓)，地下1層為5.0 m，地上1 層為3.9 m，其余層為3.7 m，頂層為 5.0 m?？偢叨?46.500 m。室內外高差0.6 m。采用框架剪力墻結構形式。與主樓相連的地下車庫采用柱下鋼筋混凝土獨立基礎，局部條形基礎，主樓采用柱下、柱下墻下樁承臺基礎。

2 樁基承臺承載力計算

在工程實例的平面布置圖中，有幾何形狀規則柱下兩樁承臺、三樁承臺、四樁承臺;有幾何形狀不規則的柱下、墻下四樁承臺、多樁承臺。對于幾何形狀規則的承臺用機算程序對其進行承載力的驗算校核，對于幾何形狀不規則的承臺用手算對其進行承載力的驗算;下面介紹CT-1的承載力計算(見圖1)。

2.1 基本資料

1)幾何參數。

樁承臺的幾何尺寸按照其構造要求設置。

柱為正方形:800×800，墻厚為350;C40。

樁為圓形:樁直徑 A=800，樁 C35，換算為方樁 bp=0.8×800=640。

承臺C35，HRB335樁基重要性系數r0=1.0。

受拉鋼筋合力點到承臺底邊距離:as=100 mm。

進行承載能力極限狀態的計算，所以讀取荷載效應SATWE基本組合值組合 1.35恒+0.7×1.4活柱墻共同承擔的 F=35 174.8 kN。

2)基樁反力計算。

沖切破壞錐體內基樁平均 N單=F/13=35 174.8/13=2 705.75 kN。

2.2 柱、墻對承臺的沖切驗算

由《建筑樁基技術規范》(5.9.7.1):

其中，F參數是不計承臺與其上土重，在荷載效應基本組合作用下柱墻底的豎向荷載設計值，從機算程序中直接讀取;承臺H=1 300;ft=1.57 N/mm2;h0=h－as=1.300－0.100=1.200 m;Fl=F－∈Qi;β0=0.84/(λ+0.2)，λ=a0/h0，β0=0.7;線性內插 βhp=1.0×(1.0－0.9)×(1 300－800)/(2 000－800)=0.958。

1)外側結構構件截面對承臺的沖切。

柱邊或墻邊到樁邊水平距離對應為280，280，280，630，1 280，280。

沖切破壞錐體一半有效高度周長相應4 740，1 080，175，5 420，175，1 840。

a0平均=[280×(4 740+1 080+175)+630×5 420+1 280×175+280×1 840]/um。

a0平均=434.3 mm，λ =a0/h0=434.3/1 200=0.362(0.25≤λ≤1.0)。

um外總=13 430 mm，α =0.84/(0.362+0.2)=1.494 7N單=7×2 705.75=18 940.25 kN。

βhpβ0μmfth0=0.958 × 1.494 × 1.57 × 13 430 × 1 200=36 213.709 kN。

7N單=7×2 705.75=18 940.25 kN＜36 213.709 kN。

2)內側結構構件截面對承臺的沖切其計算方法同1)，承臺滿足抗沖切要求。

3)計算外側墻側結構構件截面對承臺的沖切其計算方法同1)，承臺滿足抗沖切要求。

承臺抗沖切主要取決于承臺板厚度;當承臺板較薄時，常在柱邊或墻邊形成不小于45°破壞錐體;在手算中主要圍繞承臺沖切破壞錐體來計算。

2.3 角樁對承臺的沖切驗算

1號角樁對承臺的沖切驗算，由《建筑樁基技術規范》(5.9.8.1):

N1=[β1x×(C2+a1y/2.0)+β1y×(C1+a1x/2)]×βhp×ft×h0=2 705.75，a1y=0.280 m。

λ1x=a1x/h0=0.280/1.200=0.233= λ1y，β1x=0.56/(λ1x+0.2)=0.56/(0.233+0.2)=1.293。

β1y=β1x，C1=C+1/2×bp=0.800+0.640/2=1.120 m=C2。

因 h=1.300 m，所以 βhp=1.0－[(1.0－0.9)×(1 300－800)/(2 000－800)]=0.958。

將其代入公式可知 2β1x×(C2+a1y/2.0)βhp×ftb×h0=2×1.293×(1 120+280/2)×0.958×1.57×1 200=5 880.92 kN。

2 705.75 kN＜5 880.92 kN，角樁對承臺的沖切滿足要求。

角樁對承臺的沖切，主要取決于承臺板厚度;當承臺板較薄時，常在角樁處形成不小于45°破壞錐體。

2.4 柱邊、樁邊承臺斜截面受剪驗算

由《建筑樁基技術規范》(5.9.10.1):

V＜βhs×α×ftb0×h0，βhs=(800/h0)1/4=0.903 6，axmax=630 mm，λ=axmax/h0=630/1 200=0.525(0.25＜λ＜3)。

α=1.75×(0.525+1.0)=1.147 5，b0×h0=9 600×1 200=11 520 000 mm2。

γ0×V=5N單=5×2 705.75=13 528.75＜βhs×β×ftb0×h0=0.903 6×11 520 000×1.147 5×1.57=18 753.4 kN。

同理，b0=6 000的方向計算也滿足斜截面抗剪切要求。

從計算公式中看出，當承臺板厚足夠時，可以防止發生破壞。

2.5 承臺的受彎驗算

1)承臺底面X方向配鋼筋計算。

X左=950 mm，X右=700 mm，取2 m的樁基單元配鋼筋計算。

Asx左=γ0×Mx/(0.9×h0×fy)=1.0×2 705.75×0.95/0.9×1 200×300×2=3 967 mm2，φ25@120。

2)承臺底面Y方向配鋼筋計算。

Y上=600 mm，Y下=1 050 mm，Asy下=γ0×Mx/(0.9×h0×fy)=4 384 mm2，φ25@100。

3)承臺的最小配筋面積。

As1min=ρmin×H×1 000=0.150%×1 300×1 000=1 950 mm2。

實際工程中，當承臺厚度較小，同時配筋不足時，容易發生彎曲破壞，為了防止發生此類破壞，承臺板底部配有足夠數量的受彎鋼筋。

2.6 柱對承臺的局部受壓驗算

因為承臺的混凝土強度等級小于柱的混凝土強度等級，驗算柱下承臺頂面的局部受壓載力。

由《混凝土結構設計規范》6.6.1.1:Fl＜1.35×βc×βl×fc×Aln。

fc=16.7 N/mm2，βc=1.0，取 2 m 的樁基單元計算。

Aln=350×2 000=700 000 mm2，Ab=3Aln，βc=1.732。

Fl=2XN單＜1.35×βc×βl×fc×Aln=1.35×1.732×1.0×16.7×700 000=27 333.558 kN。

柱下承臺局部受壓承載力滿足要求。

2.7 樁對承臺的局部受壓驗算

因為承臺的混凝土強度等級不小于樁的混凝土強度等級，所以不用驗算樁上承臺局部受壓承載力。

3 結語

當布置樁位時樁布置不在柱下和墻正下方時，則需要驗算基礎梁或底板或樁基承臺的抗彎、抗沖切、抗剪切承載力。對于幾何形狀不規則的承臺按照上述方法計算，對于承臺厚度，底板鋼筋足量達到在工程中的應用。

[1]GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范[S].

[2]JGJ 94-2008，J 793-2008，建筑樁基技術規范[S].

[3]GB 50010-2010，混凝土結構設計規范[S].

[4]國振喜，曲昭嘉.建筑地基基礎設計手冊[M].北京:機械工業出版社，2008.