第五章桩基设计.

桩基础计算严绍军中国地质大学（武汉）工程学院EngineeringFaculty,CUG(WuHan)分承台类型进行讲解①板式承台②三角形承台③墙下条形承台④柱下条形承台⑤筏板与箱型承台板式承台计算与设计1.桩顶作用效应计算轴心竖向力作用:偏心竖向力作用:水平力作用:桩基础计算与设计kkkFGNnykxk22ikkiikiiMxFGMyNnyx/ikkHHnF、G采用标准值xi与yi桩中心距桩群形心的距离2.桩基竖向承载力计算桩基础计算与设计kNRkkkFGNnacakcRRfA/aukRQK单桩竖向极限承载力标准值复合桩基承台效应桩数桩数增加Nk降低但承台效应降低当群桩基础桩中心距=3d承台效应可按承担上部荷载10％考虑。端承桩、少于4根的摩擦桩不计承台效应对于液化土湿陷性土欠固结土新填土高灵敏软土沉桩导致超孔隙水压力及隆起等不考虑承台效应得到桩数后按前面介绍的要求布桩根据桩顶荷载对桩身进行设计对承台进行设计3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计抗弯计算抗剪抗冲切计算厚度配筋3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗冲切板式承台冲切破坏形式柱或者变阶处的冲切破坏角桩的冲切破坏承台厚度不足柱冲切破坏角桩冲切破坏3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗冲切（柱）2.冲切锥体的角度45度1.来源于无筋混凝土抗冲切计算00.7lhtmFfuh00lhptmFfuh3.冲切锥体荷载ilQFFF设计值不计承台与土重Q不计土和承台重设计值作用下锥体内桩反力3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗冲切(柱)00hpltmFfuh4.确定000.840.2冲跨比：00aha0当0.25取0.25当1.0取1.0桩柱很近有利抗冲切桩柱远成45度破坏冲切系数：＝0.25得到1.87＝1得到0.7hp高度影响系数：H0800等于1.0h02000等于0.93.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗冲切(柱)0xc0y0yc0xhpt02[()()]lFbahafh00hpltmFfuh在两个方向不同因此分别进行修正本质是一致的3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗冲切(角桩)1y1x21x1y1hpt0[()2()]2laNcacfh1x1x0.560.21y1y0.560.2冲切体下截面冲切体上截面3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗剪切计算斜压破坏剪压破坏斜拉破坏3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗剪切计算5.9.9柱(墙)下桩基承台，应分别对柱(墙)边、变阶处和桩边联线形成的贯通承台的斜截面受剪承载力进行验算。当承台悬挑边有多排桩基形成多个斜截面时，应对每个斜截面的受剪承载力进行验算。规范强制规定依据《钢筋混凝土规范》(50010)无腹筋受弯构件的斜截面受剪承载力进行计算考虑到承台板较厚抗剪性能要考虑剪跨比的有利影响计算方法3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗剪切计算《钢筋混凝土规范》(G50010)t00.7hVfbh14h0800/hh0大于2000mm取2000h0小于800mm取800《建筑桩基技术规范》(JGJ94－2008)hst00Vfbh410hs/800h1.751.0承台剪切系数0/aha剪跨比0.250.2533取取0.251.41.50.730.4375时时时3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗剪切计算hst00Vfbh剪力V：iVVVi不计土和承台重桩反力设计值iFVn3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:阶梯型承台抗剪切计算hst00Vfbh3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:阶梯型承台抗剪切计算t00hsVfhb0201022y011y0yhhhbhbby00102()AbhhA下上＋按照面积等效原则处理0201022x011x0xhhhbhbbA1－A2B1－B23.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:锥形承台抗剪切计算t00hsVfhb1y1y2y010y15.01bbbhhb1x1x2x010x15.01bbbhhbA－AB－B3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗弯计算•模型概化•弯矩计算•按《钢筋混凝土规范》配置钢筋采用的是梁式法据模型试验表明：裂缝在两个方向呈梁式交替出现和开展取柱边的屈服绞线处弯矩作为设计弯矩基桩反力仅单向取矩不进行双向分配3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗弯计算弯矩计算yiiMxNxixi每根桩与柱的距离Ni不考虑承台及其上土体重量得到的桩顶力xiiMyNY－Y截面X－X截面3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1板式承台计算与设计:抗弯计算弯矩计算xixi每根桩与柱的距离ysy0y0.9MAhf1.钢筋d大于12mm间距100～200mm2.配筋率大于0.15％3.承台边桩起算锚固长度大于35d4.留足保护层的厚度三桩承台计算与设计1.桩顶作用效应计算桩基础计算与设计ykxk22ikkiikiiMxFGMyNnyx2.桩基竖向承载力计算kNR/aukRQKacakcRRfA3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.1三桩承台抗冲切计算按角桩的冲切计算方式分别计算每根桩底部角桩1101111(2)tan2ptlhcaNfh11110.560.22201122(2)tan2ptlhcaNfh11220.560.2顶部角桩3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.2三桩承台抗剪一般而言三桩三角形承台不发生抗剪切破坏因此不进行抗剪切计算3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.2三桩承台抗弯三桩承台分为等边三角形和等腰三角形两类分别计算钢筋混凝土板屈服线理论按机动法基本原理求弯矩max3aNMsmax3()32aNMscmax3()34aNMsc两式相加除以23.承台计算与设计桩基础计算与设计3.2三桩承台抗弯max3aNMsmax21.5()34aNMscmax20.75()34aNMsc两式相加除以2等腰三角形=短向桩桩心距长向桩桩心距3.承台计算与设计桩基础计算与设计3.2三桩承台抗弯ysy0y0.9MAhf1.计算的是与承台边正交截面的弯矩值钢筋布置在该方向均匀布置2.钢筋d大于12mm间距100～200mm柱应在钢筋内3.配筋率大于0.15％4.承台边桩起算锚固长度大于35d5.留足保护层的厚度砌体下条形桩基承台设计与计算1.桩顶作用效应计算桩基础计算与设计kkikFGNn2.桩基竖向承载力计算kNR/aukRQKacakcRRfA3.墙下条形承台基础内力分析桩基础计算与设计墙－承台－桩体系共同作用墙承台材料与尺寸不一致桩位置处变形小于桩以外部位桩的部位墙的荷载大中间部位荷载降低承台上荷载分布承台内剪力与弯矩分布•桩距•承台梁尺寸•墙体材料与尺寸•门洞的位置与尺寸考虑因素3.墙下条形承台基础内力分析桩基础计算与设计(1).按均布荷载连续梁法不考虑墙－承台－桩共同作用基桩作为支座荷载均布按连续梁计算弯矩与剪力这种方法计算出来的内力偏大(2).按过梁荷载取值法《砌体结构设计规范》GB50003砌体结构过梁荷载取值的规定取值3.墙下条形承台基础内力分析桩基础计算与设计(3).倒置弹性地基梁法考虑墙－承台－桩共同作用墙体看成半无限弹性地基承台看成倒置的弹性地基梁计算桩作用下承台荷载反力分布将反力进行简化作为承台梁上的荷载分布根据荷载分布按普通梁计算梁弯矩与剪力3.墙下条形承台基础内力分析桩基础计算与设计(3).倒置弹性地基梁法00cqLpa线性荷载最大值承台梁顶面以上均布荷载计算跨度：Lc=1.05L3kkn014.3bEIEa3kkn04.2bEIEaa0中间跨边跨承台梁的抗弯刚度墙体弹性模量与宽度3.墙下条形承台基础内力分析桩基础计算与设计(3).倒置弹性地基梁法三角形荷载范围桩净距三角形荷载范围部分重合三角形荷载范围完全重合存在门洞3.墙下条形承台基础内力分析桩基础计算与设计(3).倒置弹性地基梁法3.墙下条形承台基础内力分析桩基础计算与设计均布荷载法弹性地基梁法过梁法均布荷载法不考虑共同作用偏于保守一般不宜采用过梁法充分考虑墙体能发挥成拱效应对砌体要求较高偏于不安全弹性地基梁法考虑墙、梁协同作用考虑材料性质考虑开洞等比较符合实践情况4.墙下条形承台梁受剪计算桩基础计算与设计SVt0yV0ysbs0.71.250.8sinAVfbhfhfAs混凝土项箍筋项弯起钢筋项++《钢筋混凝土结构设计规范》（GB50010）4.墙下条形承台梁受弯计算桩基础计算与设计s0y0.9MAhf《钢筋混凝土结构设计规范》（GB50010）柱下条形承台桩基及箱筏承台桩基1.桩顶作用效应计算桩基础计算与设计ykxk22ikkiikiiMxFGMyNnyx2.桩基竖向承载力计算kNR/aukRQKacakcRRfA3.柱下条形承台内力计算桩基础计算与设计连续梁法简单但要求荷载均匀20%梁高度柱间距/6弹性地基梁法精度较高要求地基模型合理参数准确考虑上部结构刚度法考虑地基－梁－上部结构共同作用精度高计算复杂工作量大3.柱下条形承台内力计算桩基础计算与设计连续梁法柱作为支座桩净反力作为荷载可采用静力平衡法进行计算弹性地基梁法柱内力作为荷载承台梁置于由桩与地基土构成的弹性地基上体系满足静力和变形平衡条件3.柱下条形承台抗剪与抗弯桩基础计算与设计抗剪计算：按集中荷载作用下的梁进行计算001.751svtyvAVfbhfhs0/ah剪跨比：1.5时＝1.53.0时＝3.0s0y0.9MAhf抗弯计算4.筏型与箱型承台抗冲切计算桩基础计算与设计两种情况：单桩冲切群桩冲切4.筏型与箱型承台抗冲切计算桩基础计算与设计两种情况：单桩冲切群桩冲切p0hpt02.8lNbhfh0xy0y0yx0xhpt02[()()]liNbabafh5.筏型与箱型承台抗弯计算上部结构－基础－地基共同作用分析对于均匀分布的箱基可以仅计算局部弯矩00hpltmFfuh00.840.2＝0.25得到1.87＝1得到0.75.9.15对于柱下桩基当承台混凝土强度等级低于柱或者桩的混凝土强度等级时应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力桩基础计算与设计5.9.16抗震计算要求RE/SR作用：地震作用效应和其他荷载效应的基本组合R：结构构件承载力设计值RE：承载力抗震调整系数0.75～0.85设计实例桩基础计算与设计(设计实例)一、设计步骤1.桩端持力层选择2.桩型选择3.确定单桩承载力桩的设计4.确定承台形式桩数并进行布置5.承台尺寸及埋深确定6.考虑承台效应的承载力验算7.承台设计8.群桩实体基础承载力验算软弱下卧层验算沉降计算9.设计图纸绘制桩基础计算与设计(设计实例)二、实例无地下水主要土体为粘性土浅层为填土工程地质条件：上部结构条件：柱荷载：Fk＝2200kNMk＝640kN.mHk=86.3kN柱截面尺寸：800×400mm方案：采用预制桩独立承台桩端持力层为第3层硬塑状粘土桩基础计算与设计(设计实例)二、实例桩的配筋桩基础计算