空间变刚度群桩等沉降设计新方法

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一.空间变刚度群桩等沉降设计新方法及方案 由地基处理和桩基设计方法以及群桩应力、沉降规律，得到如下重要启示： 1.不管任何形式的摩擦桩，均要考虑桩、土共同作用、共同承担上部荷载。 2.长桩或超长桩对减少基础沉降明显；短桩或中长桩的优点是承担荷载，对减少基础沉降影响不大。 3.桩的长度增加，对减少基础沉降明显。 4.桩径小的桩与桩径大的桩相比较，其单位立方米砼所承担的荷载要大。 5.采用Ｍｉｎｄｌｉｎ解或Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ解计算基础的附加应力。这些规律已为理论研究和实测数据证实。另外，我们进行桩基设计时，按静力平衡原理，考虑安全系数来设计，很难达到单桩的极限承载力。实际上既没有利用土的承载力，也未用足桩的承载力，所以桩基础的设计承载力潜力还很大。由此可见，空间变刚度群桩等沉降设计不仅有理论根据，工程设计可行，而且还有很大的技术经济效益。 二.空间变刚度群桩基础的设计条件空间变刚度群桩等沉降的设计条件归纳起来为： 1.假定地基软土为均质的连续体。 2.超高层建筑的高度一般都超过２００ｍ，起码５０层以上，地下室埋深也超过１０ｍ。由于抗震、抗风和人防要求，地下室的刚度较大。上部结构刚度对基础沉降的影响，超过８～１０层影响甚微。因此，可忽略上部结构刚度的影响。 3.桩土共同作用，共同承担建筑的全部荷载，并充分利用地基土的承载力。 4.所有桩基均为摩擦桩，并按现行规范设计，群桩的承载力满足设计要求。 三.空间变刚度群桩的理论具体可表述为： 1 ）群桩基础静力平衡原理，确保群桩基础有足够的承载力。图变刚度长短桩地基竖向应力分布（有限元平面问题） 2 ）群桩基础中，桩土共同承载原理，不是人为地给桩土分担承载比例。 3 ）群桩基础满足弹性力学中的一般原理和基本假设，符合应力唱应变关系的一般规律，如采用Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ或ｍｉｎｄｌｉｎ方法计算附加应力。 4 ）充分发挥长短桩各自工作能力的优势，把长桩控制沉降的优点和短桩承担荷载的优点结合起来，优化组合即达到能承载、等沉降的目的。长短桩的应力和变形有限元计算结果，如图所示。单桩沉降明显与桩长成反比。 5 ）根据一般刚性板下或群桩基础下地基的竖向应力和变形规律，即逐渐远离基底下的地基，其应力逐渐变小，地基应变也逐渐变小，所需“地基刚度”也逐渐变小（不是地基本身刚度）。反之，“地基刚度”逐渐增大。把群桩基础视为一个整体地基，形成空间变刚度群桩的综合刚度基础。 四.空间变刚度群桩等沉降的设计方法 高层建筑或超高层建筑空间变刚度等沉降设计方法要复杂得多，其设计步骤为： 1.桩型和成桩工艺选择。 2.平面布桩方案研究，初步确定平面布桩方案。 3.空间变刚度桩方案研究，初步确定空间长短桩方案。 4.按规范进行承载力计算，使桩的总反力满足承载要求（含安全系数）。 5.根据桩顶反力和桩的沉降，重新修改平面布桩方案和空间变刚度群桩，反复几次，使各桩桩顶沉降差控制在一定范围内（等沉降），并使桩基总沉降控制在允许范围内。 五.空间变刚度群桩等沉降设计方案 １.纯框架小高层和多层建筑地基处理的变刚度桩基础设计方案 ２.纯框架中高层建筑地基处理的变刚度群桩基础设计方案 ３.框架-剪力墙或剪力墙结构高层建筑变刚度群桩基础设计方案 ４.筒中筒结构体系超高层建筑变刚度群桩基础设计方案