柱下基础连系梁设计

柱下基础连系梁设计

吴　伟

摘　要:对柱下基础连系梁的功能进行了分析,在考虑基础的水平移位、地基不均匀沉降和基础转动的情况下,在此基础上提出了连系梁的设计建议,以供工程设计人员参考借鉴。

关键词:连系梁,功能,内力,基础

中图分类号:TU471.11文献标识码:A

　　在工程实践中,经常遇到这样的情况,柱下基础是否应沿双向设置连系梁、连系梁的截面配筋如何设计?对这样的问题现行规范都或多或少地有所涉及,但很不具体,目前也很少有文献对此论述。连系梁的盲目设计可能会造成结构的不安全或不经济,文中试图讨论连系梁的设计问题,供工程设计人员参考。1　连系梁功能分析

柱下基础之间的连系梁在结构中起着举足轻重的作用,是联系上部结构与地基的重要构件,协助基础将上部结构的各种作用顺利地传递到地基中去。因此,连系梁主要有如下的功能: 1)传递竖向荷载。当连系梁兼作基础梁、承托上部墙体的重量时,连系梁将所承担的竖向荷载传给基础。2)传递水平作用。建筑物、尤其是高层建筑都承受较大的风荷载、地震荷载等水平作用,连系梁将柱底巨大的水平剪力的一部分进行再分配,通过拉结作用将水平剪力传给邻近的基础或筏板,使各基础在水平荷载作用下的水平位移大致相等,防止个别基础因水平承载力不足而出现过大的水平位移。传递水平作用是连系梁的重要功能,尤其是对高层建筑和有抗震设防建筑的柱下单桩基础、柱下单排桩基础、地基主要受力层有较弱层或严重不均匀土层的基础。3)分担柱底弯矩。当连系梁相对于柱和基础有足够的抗弯刚度时,它能分担一部分柱底弯矩,减小基础的转动变形,保证内力分析时柱底嵌固的力学模型。4)调整不均匀沉降。连系梁对基础之间的不均匀沉降有一定的调节能力,其调节能力的大小取决于连系梁的刚度,如果连系梁的跨度很大,线刚度(EI/l)很小,则调整不均匀沉降的能力较弱。以上四项功能中,传递竖向荷载是可以作定量分析的,关于基础梁设计的文献也较多,传递水平作用的功能是最主要的也是最有效的,分担柱底弯矩和调整不均匀沉降的能力都较弱,后三项功能的连系梁目前还没有定量的计算方法。

2　连系梁的设计

连系梁的设计方法是所有构件设计中最不确定的,因此只能根据设计者的经验和概念,重在概念设计。

2.1　连系梁的布置

连系梁布置的原则是基础因各种因素作用,可能产生水平移动、竖向不均匀沉降及转动时设置连系梁。对于桩基础,单桩承台宜在两个互相垂直的方向上设置连系梁,两桩承台宜在短向设置。有抗震设防的框架结构柱下基础,对下列情况均宜沿两个主轴方向设置连系梁[1]:1)一级框架和Ⅳ类场地的二级框架;

2)各柱基础承受的重力荷载代表值差别较大;3)基础埋置较深,或各基础埋置深度差别较大;4)地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、液化土层和严重不均匀土层;5)桩基承台之间。

为了节省投资,在下列情况下可考虑不设连系梁[])无抗震要求的单桩承台当桩柱直径之比大于2且柱底弯矩、剪力较小时;2)无抗震要求两桩承台短向柱底弯矩、剪力较小时;3)前面提到的需设连系梁条件以外的情况,如持力层好、柱底内力差别不大的柱下浅基础;4)基础少量位移不影响内力的结构,如单层排架结构。

2.2　连系梁截面与配筋

连系梁截面与配筋理论上应由计算确定,实际上计算是相当困难的。因为求连系梁的内力必须先计算地基的不均匀变形,包括基础的沉降、移位,而地基变形计算的精确性不够且相当复杂,因此连系梁设计应重在概念设计并辅以理论计算。

只要求出了基础的相对位移u,w和θ,便可由相关公式求出连系梁的内力[3,4],用来指导连系梁设计。从连系梁的内力分析可知,连系梁抵抗侧移的能力最强,因为连系梁受轴向拉压作用产生轴向变形,杆件的轴向刚度与杆长的一次方成反比;抵抗基础转动的能力次之,因为连系梁受弯曲作用产生弯曲变形,而杆件的抗弯刚度与杆长的平方成反比;抵抗地基不均匀沉降的能力最弱,因为连系梁受剪切作用产生剪切变形,而杆件的抗剪刚度与杆长的立方成反比。因此连系梁的正确设计方法应是综合考虑地基的变形情况,合理确定连系梁的截面和配筋。

对于以抵抗水平作用为主要功能的连系梁,如高层建筑桩基、抗震级别为一级或二级框架的柱下基础等,该类基础连系梁的共同特点是连系梁起承担、分配、传递基顶水平荷载的作用。对于该类受轴向力作用的连系梁,建议连系梁截面高度

h=

1

10

～1

15

l,梁宽b≥250mm;纵筋面积先按所连接柱子最

大轴力的10%作为拉力计算,再考虑其他因素扩大1.5倍～2倍,不宜小于4<12;梁顶标高宜与承台顶位于同一标高,这样使传力直接且便于施工,梁顶标高位于其他位置都是不可取的。

对于以抵抗地基不均匀沉降为主要功能的连系梁,如桩基础承受的重力荷载差别较大,地基持力层不均匀或地基承载力特征值小于130kPa的软弱地基、地基主要受力层范围内存在液化土层等,该类地基上的基础可能出现不均匀沉降,基础连系梁以抵抗地基不均匀沉降为主,连系梁受剪切作用。由于其抗剪承载力较弱,建议加大连系梁的截面和配筋,梁高h≥1/121,箍筋应满足抗剪要求,一般不应使用连系梁抵抗过大的地基不均匀沉降。3　结语

连系梁在地基基础中具有重要的传力和协调变形作用,通过对连系梁的内力分析可知,连系梁抵抗基础(承台)水平移位的能力最强,抵抗柱底弯矩或基础转动的能力次之,抵抗地基不均匀沉降的能力最弱。连系梁的设计应综合考虑各种因素,重在概念

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　　　第33卷第8期

2007年3月　　　　　　　　　　　　　　山西建筑

SHANXI　AR CHITECTUR E

　　　　　　　　　　　　　Vol.33No.8

Mar.　2007

2:1

文章编号:100926825(2007)0820104202

CF G 桩复合地基沉降计算探讨

张齐凯

摘　要:对常用的复合地基沉降计算方法进行了分析,并指出了其对CF G 桩复合地基的实用性,利用有限元法和复合模量法对一个工程实例的沉降进行了计算,结果表明,有限元法虽然和实测值相比仍有一定误差,但计算精度相对较高,计

算方便迅捷。

关键词:复合地基,沉降计算,CF G 桩中图分类号:TU473.12

文献标识码:A

引言

水泥粉煤灰碎石桩简称CF G 桩是由碎石、石屑、粉煤灰、掺适量水泥加水拌和,用各种成桩机械制成的具有可变粘结强度的桩型,作为一种刚性复合地基在地基处理中得到了广泛的应用。近年来众多学者对其进行了系统的研究,然而作为设计计算中的重要组成部分的沉降计算,其理论和实践仍然处于不断发展之中,相比之下,CF G 桩的沉降计算远不如承载力计算研究的更深入、更成熟,而实际上按变形控制进行CF G 桩复合地基的设计更为合理,因为强度和变形是完全统一的,一般情况下强度破坏就意味着持续的沉降变形,而能够达到稳定的沉降变形则不一定是破坏。文中在分析当前常用的几种复合地基沉降计算方法的基础上,利用一个工程实例对CF G 桩复合地基的沉降计算方法进行比较,对CF G 桩复合地基的沉降计算提出一些观点和建议。

1　常用的CF G 桩复合地基沉降计算方法及分析1.1　解析法

解析法大多应用Mindlin 解为基础的G eddes 积分计算复合地基中桩荷载所产生的附加应力。桩间土荷载产生的附加应力按Bouss inesq 解计算,复合地基中任一点的附加应力为二者的叠加。由此得到桩间土荷载、桩端阻力、桩侧阻力分布规律后,即可计算复合地基的应力场。显然,它比Bouss inesq 解简化计算得到的复合地基应力场要精确,但桩端阻力的分布规律还有待进一步研究。

1.2　数值解法

有限元计算中,在构造几何模型时通常可以采用两种方法:1)将单元划分为土体单元和增强体单元,两者采用不同的计算参

数,在土体单元和增强体单元间再考虑设置接触单元。2)将加固

区土体和增强体作为复合土体单元进行考虑,用复合材料参数作为复合土体单元的计算参数。进行复合地基有限元分析的时候,计算参数直接关系到计算结果的精度。在实际中,大都以某些实测的应力场和变形场为基础,对计算参数予以修正。

1.3　

沉降计算经验公式[1]

当前,复合地基沉降计算理论仍处于不断发展和完善的过程

中,还无法更精确的计算其应力场而为沉降计算提供合理的模式,因而其变形计算多采用经验公式。

1.3.1　加固区变形量

S 1的计算

1)复合模量法。

将复合地基加固区中增强体和土体视为一个统一的整体,采用复合压缩模量来评价其压缩性;用分层总和法计算其压缩量。复合模量表征土体抵抗变形的能力,数值上等于某一应力水平时复合地基应力与复合地基相对变形之比。通常复合模量可用桩抵抗变形能力与桩间土抵抗变形能力的某种叠加来表示。计算式为:

E s p =m E p +(1-m )E S 。

其中,E p 为桩体压缩模量;E S 为桩间土压缩模量;m 为面积置换率;E s p 为复合模量。

采用分层总和法计算复合地基加固区压缩量S 1,表达式为:

S 1=

6

n

i =

1

ΔP i

E s pi

H i 。

式中:ΔP i ———第i 层复合土上附加应力增量;

H i ———第i 层复合土层厚度。

2)应力修正法。

采用该方法时考虑复合地基一般置换率较低,近似地忽略桩的存在,而根据桩间土实际分担的荷载,求出附加应力,按照桩间土的压缩模量来计算复合土层的压缩变形。

设计。参考文献:

[1]G B 5001122001,建筑抗震设计规范[S].[2]G B 5000722002,建筑地基基础设计规范[S].

[3]包世华.新编高层建筑结构[M ].北京:中国水利电力出版社,2001.82283.[4]杨艹弗康,李家宝.结构力学[M ].北京:高等教育出版社,1983.

14215.

Design of coupl ing bea ms of single f ounda tion under column

WU Wei

Abstra ct :The functions of coupling beams of single foundation under column are analyzed.Suggestions are proposed for coupling bea m design ,whic h take t he horizontal dis placement ,uneven settlement a nd rotation of foundation in cons iderations in ord er toprovide ref erences for designers.K ey w or ds :coupling beam ,f unction ,internal force ,single foundati on

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01第33卷第8期2007年3月　　　　　　　　　　山西建筑SHANXI 　ARC HITECTUR E

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