上部結(jié)構(gòu)剛度改變對樁筏基礎(chǔ)的影響初探

謝　軍 周洪康

（濟南齊魯建設(shè)項目管理有限責任公司，山東 濟南 250000）

上部結(jié)構(gòu)剛度改變對樁筏基礎(chǔ)的影響初探

謝軍 周洪康

（濟南齊魯建設(shè)項目管理有限責任公司，山東 濟南 250000）

在傳統(tǒng)的樁筏基礎(chǔ)設(shè)計過程中，有的設(shè)計人員沒有充分考慮到上部結(jié)構(gòu)剛度的變化，導(dǎo)致邊樁實際承載力超出了設(shè)計的承載力，從而影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，本文結(jié)合實際情況，分析上部結(jié)構(gòu)剛度改變對樁筏基礎(chǔ)的影響。

上部結(jié)構(gòu)；樁筏基礎(chǔ)；影響

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，樁筏基礎(chǔ)施工在實際施工過程中得到了廣泛的應(yīng)用。在對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析中，主要采用上部結(jié)構(gòu)與樁筏基礎(chǔ)分開研究，不僅要考慮到二者的力平衡關(guān)系，還要考慮到位移協(xié)調(diào)關(guān)系。在實際樁筏基礎(chǔ)分析過程中，要結(jié)合實際情況，采用合理的方法進行相應(yīng)的變形和強度驗算，保證高層建筑與樁筏基礎(chǔ)之間的協(xié)調(diào)。

一、上部結(jié)構(gòu)剛度改變對樁筏基礎(chǔ)的影響

在通常情況下，上部結(jié)構(gòu)的剛度矩陣可以采用多種建立方法，具體包括有限差分法、有限單元法、解析方法等。在實際過程中，計算人員可以結(jié)合變形協(xié)調(diào)和地基的剛度矩陣。還可以結(jié)合建筑物的性質(zhì)和特點利用有限差分法、有限單元法建立剛度矩陣。但是根據(jù)傳統(tǒng)的方法，主要結(jié)合力學結(jié)構(gòu)法，建立柔度矩陣，再根據(jù)求逆的方法，得到模型的剛度矩陣，從而與上部結(jié)構(gòu)的剛度矩陣進行結(jié)合，從而反映出地基的沉降情況。在具體分析過程中，計算人員可以結(jié)合實際情況，不斷簡化分析上部結(jié)果。

隨著我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，樁筏基礎(chǔ)方法不斷被優(yōu)化，上部結(jié)構(gòu)剛度改變對樁筏基礎(chǔ)影響已經(jīng)獲得不小的成就。隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用，波前法、結(jié)構(gòu)法以及分塊分解法得到了廣泛的應(yīng)用，可以有效消除計算機儲存量小于高層建筑結(jié)構(gòu)之間的問題，可以真實地反映高層建筑在施工過程中，隨著層數(shù)的增加，上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)荷載之間的變化。

二、建筑上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

在通常情況下，建筑工程主要包括上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)兩個部分。尤其在高層建筑工程施工過程中，上部主體結(jié)構(gòu)的安全性主要取決于自身構(gòu)件的強度和樁筏基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。在通常情況下，目前主要采用有限元分析法，這種方法受到建筑行業(yè)的普遍認可，成為當前高層建筑領(lǐng)域重要的數(shù)據(jù)分析工具。

第一，整體優(yōu)化設(shè)計研究。在進行連續(xù)建筑上部結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，截面優(yōu)化設(shè)計理論得到有效發(fā)展。就目前而言，連續(xù)性變量上部結(jié)構(gòu)理論研究主要表現(xiàn)在局部優(yōu)化和形狀優(yōu)化等方面。另外，離散變量建筑上部結(jié)構(gòu)發(fā)展速度比較慢，也是當前需要解決的重要問題。

第二，非線性離散性變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在通常情況下，建筑上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法具體表現(xiàn)在以下幾個方面：首先，數(shù)學規(guī)劃基本法，具體包括布格朗日乘子法、函數(shù)法以及可行方向法。其次，最優(yōu)準則法，就是在建筑上部結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，選擇最優(yōu)的設(shè)計方法，必須要滿足最優(yōu)的準則，在這些準則下，完成迭代公式，從而得出正確的結(jié)論。

三、樁筏基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計

對樁筏基礎(chǔ)而言，在實際過程中發(fā)揮著重要作用，可以有效地控制建筑物的沉降，提升地基基礎(chǔ)的承載能力，避免出現(xiàn)過大沉降。在通常情況下，樁筏基礎(chǔ)沉降量主要包括樁體的壓縮量、樁端對下臥土層的壓縮量以及下臥土層的壓縮量。

（一）樁筏基礎(chǔ)設(shè)計。

1.在進行樁長和樁身斷面選擇過程中，樁長要盡量選擇穿過壓縮性的土層；對樁身斷面，要控制好樁身的強度，保證單樁容許承載力與地基土對樁身的承載力相匹配。

2.在確定承臺埋深尺寸過程中，要保證外荷載全部由承臺的極限承載力具有一定的安全儲備，最大限度地消除安全隱患，再確定承臺的埋深和尺寸，對承臺的初步尺寸進行驗算，進行適當?shù)卣{(diào)整。

3.在計算不同用樁數(shù)量的樁基沉降過程中，要結(jié)合開始確定的承臺埋深和地面尺寸，結(jié)合施工的具體情況，確定不同的用樁數(shù)量方案，然后分別計算沉降量，得到沉降與樁數(shù)之間的關(guān)曲線，從而確定減沉樁基礎(chǔ)的樁距，保證建筑的豎向荷載對應(yīng)相應(yīng)的樁數(shù)。

4.設(shè)計人員要結(jié)合建筑物容許沉降量確定樁數(shù)，根據(jù)沉降與樁數(shù)的曲線，按照容許的沉降量確定實際用樁量。

（二）變剛度調(diào)平設(shè)計

在進行高層樁筏基礎(chǔ)設(shè)計過程中，通常采用均勻等長和等直徑分部的樁。但是在實際應(yīng)用過程中，雖然有的樁數(shù)不少，但是在存在單碟沉降。因為地基屬于一個三維形狀，在各個點相互作用下，對某一點的荷載就會產(chǎn)生位移，導(dǎo)致中間出現(xiàn)明顯地沉降，而對角點附近，沉降卻很小，從而導(dǎo)致筏板中心與筏邊出現(xiàn)沉降差，使得基礎(chǔ)內(nèi)力和上部結(jié)構(gòu)次應(yīng)力增加，進一步增加板的厚度和配筋。由于樁筏基礎(chǔ)的沉降，在通常情況，施工單位會通過增加筏板的厚度或者布樁的數(shù)量來解決沉降問題，會導(dǎo)致剛度過剩，存在浪費的情況。

在通常情況下，在無限大地基上的局部區(qū)域，沉降量與荷載是正比例關(guān)系，與所產(chǎn)生的剛度成反比，對地基局部而言，如果沉降增加，主要因為剛度較小造成的。因此，在施工過程中，施工人員可以適當削減荷載或者增加剛度來避免出現(xiàn)了沉降。對高層建筑而言，樁筏基礎(chǔ)的荷載分布主要是由上部結(jié)構(gòu)決定。在實過程中，上部結(jié)構(gòu)受到其他方面的影響，很難進行合理地調(diào)整，只能根據(jù)樁筏基礎(chǔ)進行適當?shù)卣{(diào)整，比如可以調(diào)整樁筏基礎(chǔ)板的厚度，縮小墻距等方式，調(diào)整基礎(chǔ)剛度的分部，但是會增加工程造價。因此，為了有效地減少樁筏基礎(chǔ)局部沉降，主要采用調(diào)平設(shè)計方式，控制好筏底部樁的布置和基土。在通常情況，變剛度調(diào)平設(shè)計主要包括以下幾方面，首先，設(shè)計人員要結(jié)合建筑物的荷載和地址條件，確定樁筏板的厚度；其次，要對建筑物的上部結(jié)構(gòu)和樁筏基礎(chǔ)改變進行分析。最后，設(shè)計人員要結(jié)合當天沉降情況，對沉降等值線進行科學分析，對沉降的大部分，加強局部的處理，從而做好樁的布置，增加樁長，建立新的剛度體系。

結(jié)語

在進行這類建筑設(shè)計過程中，要采用變剛度調(diào)平設(shè)計，針對主樓中心區(qū)和邊緣受力差別，設(shè)計人員可以調(diào)整樁長、間距以及樁徑，不斷優(yōu)化樁筏基礎(chǔ)設(shè)計，從根本上控制沉降差，有效地降低工程造價，節(jié)約資源。另外，由于主樓與裙房剛度不容，受到施工順序的印象，需要做好相互之間的協(xié)調(diào)，表面交接處出現(xiàn)變形情況，導(dǎo)致裂縫，影響到施工質(zhì)量。

[1]李婉，木林隆，連柯楠.考慮基礎(chǔ)剛度影響的風機梁板式樁筏基礎(chǔ)模型試驗研究[J].巖土力學，2014（10）：2875-2880.

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