高層剪力墻結(jié)構地基反力計算及預應力管樁、承臺優(yōu)化
張帆
摘要：實際工程中經(jīng)常出現(xiàn)單樁承載力較小，導致樁位布置困難，能否找到某些方法，既保證安全性又使得樁總數(shù)以從根本上方便排布。
關鍵字：地基反力優(yōu)化 樁數(shù)優(yōu)化
一、 布樁的一般方法
高層剪力墻結(jié)構項目中，樁基礎設計我們通常采用中國建筑科學研究院開發(fā)的PKPM軟件中JCCAD模塊，對上部結(jié)構計算并按各種工況下產(chǎn)生的基底內(nèi)力進行組合加總，結(jié)合地質(zhì)勘察報告當中確定的單樁反力，完成布樁并進行承臺與地基梁等一系列基礎設計，而這是一個環(huán)環(huán)相扣的設計過程，因此樁布置的結(jié)果直接會影響到整個基礎，自然也會影響基礎的總造價及工期。傳統(tǒng)方式中通過疊加每個單片墻肢的軸力、剪力、彎矩(主要是軸力)最大值得到該剪力墻的總和，而這種方法看似滿足了安全方面的需求，但卻對成本不利，更多的樁數(shù)自然會導致樁的布置更加密集，有可能樁間距較小發(fā)生對周圍樁的擠土現(xiàn)象，實際工程中甚至可擠出1米多，不僅不滿足規(guī)范規(guī)定的樁間距，甚至會發(fā)生廢樁因而需要補樁的情況，嚴重影響基礎施工和結(jié)構安全，因此就產(chǎn)生了一個悖論：在設計角度看似更加安全更加可靠的布樁方法，在施工的過程中以及后期的使用階段反而存在可能的安全隱患，更何況于工程造價也沒有優(yōu)勢。
如何才能更準確更有效的把握樁數(shù)從而徹底改善這個問題呢?我們必須從設計的原理及具體的計算中找出答案。
二、 實際地基反力最大值計算及比較
《建筑地基基礎設計規(guī)范》中，對于地基基礎設計的抗力條款3.0.5及3.0.6分別提供了要求和具體計算：
1. 正常使用極限狀態(tài)下，標準組合的效應設計值Sk應按下式確定：
Sk=SGk+SQ1k+ψc2*SQ2k+…+ψcn*SQnk (1)
式中：SGk—— 作用標準值Gk的效應;
SQ1k——第i個可變作用標準值Qik的效應;
ψci——第i個可變作用Qi的組合值系數(shù)。
2. 準 組合的效應設計值Sk應按下式確定：
Sk=SGk+ψq1*SQ1k+ψq2*SQ2k+…+ψqn*SQnk (2)
式中：ψqi——第i個可變作用的準 值系數(shù)。
3. 承載能力極限狀態(tài)下，由可變作用控制的基本組合的效應設計值Sd，應按下式確定：
Sd=γGSGk+γQ1*SQ1k+γQ2*SQ2k+…+γQn*SQnk (3)
式中：γG—— 作用的分項系數(shù);
γQi——第i個可變作用的分項系數(shù)。
對應JCCAD中輸出的荷載組合為“荷載+活載”、“恒載+風載”、“恒載+活載+風載”、 “恒載+風載+活載”、 “恒載+活載+水平地震作用+豎向地震作用” 、 “恒載+活載+風載+水平地震作用+豎向地震作用”。
以廣東某高層剪力墻結(jié)構中墻為例，圖1所示5833+1798+1796KN，三片墻肢分別為“荷載+活載”+“恒載+風載+活載”+“恒載+風載+活載”的結(jié)果，顯然三者不是同一工況，三片墻肢不可能同時達到各自的最大軸力狀態(tài);圖2采用各個工況先分別加總再選出最大軸力，顯然要合理得多，也使得最大軸力減小到4261+1798+1796KN，而這減小的1572KN內(nèi)力足以使得該墻底樁數(shù)由原來的6樁減少為5樁，承臺也相應的減小(如圖3左變成圖3右)。
實際案例比較
圖4為采用最大軸力Nmax的結(jié)果進行布樁，如果按這種方式總共需要175根預應力管樁，而圖5為采用單片墻下加總之后取最大值的結(jié)果，該方式只需要157根樁，可節(jié)省造價10%。
不僅樁數(shù)有所減少，圖中還可以明顯看出相應的承臺面積也相應的縮小了，而單個承臺當中，樁相對于剪力墻更加緊密，而當豎向構件與樁之間的距離太大時還需要增加承臺厚度，因此對于承臺的成本也有提高。
前文所提到的樁間距較小的問題在本次對樁的優(yōu)化當中也有個比較明顯的體現(xiàn)，最下一排樁就存在此問題，而現(xiàn)場如果出現(xiàn)意外，作為設計人員甚至無法找到合適的位置補樁，處理起來會非常麻煩，不僅僅安全性更差，還非常耽誤工期。
三、 結(jié)論
雖然只是樁基礎一個看似不起眼的小問題，也可能造成一些不必要的麻煩，很多時候設計人員單純憑著自己的第一感覺以為多打樁就會有更好的安全性，實際上具體工程現(xiàn)場往往并沒有那么簡單。這個調(diào)整的好處就在于保證結(jié)構安全的同時也保證了施工的安全，還可以減少成本，縮短工期，也希望更多的在設計界進行推廣。
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