高層建筑樁基礎-1.ppt

第六章 高層建筑樁基礎,6.1 概 述,高層建筑對樁基礎的基本要求 高層建筑的特點 高度高，豎直荷載大而集中； 重心高，對傾斜十分敏感，且在風和地震水平荷載作用下會產(chǎn)生巨大的傾覆力矩，故對基礎的承載力、穩(wěn)定性和差異沉降要求很高。 高層建筑對樁基礎的基本要求 超常的豎向與水平向承載力和剛度； 良好的整體性。,二、高層建筑樁基礎的作用特點（一）,樁支承于堅硬的持力層上(基巖、硬塑粘性土等) ，具有很高的豎向單樁承載力或群樁承載力，足以承擔高層建筑的全部豎向荷載(包括偏心荷載)。 樁基具有很大的豎向單樁剛度(端承樁)或群樁剛度(摩擦樁)，在建筑物自重或相鄰荷載影響下，不會產(chǎn)生過大的不均勻沉降，并能確保建筑物的傾斜不超過允許范圍。 具有巨大的單樁側(cè)向剛度(大直徑樁)或群樁基礎的側(cè)向剛度及其整體抗傾覆能力，能抵御風和地震引起的水平荷載與力矩，保證高層建筑的抗傾覆穩(wěn)定性。,二、高層建筑樁基礎的作用特點（二）,箱、筏承臺底土可以分擔部分上部結構荷載。 德國法蘭克福展覽會大樓，筒中筒結構，樁筏基礎，56層，高256m，僅用64根41300mm鉆孔樁，長度26.934.9m，建筑物總重1880MN，筏底土分擔25的荷載。 上海某高層住宅，框架剪力墻結構，16層，高56.5m，樁箱基礎，箱基底板面積為49.95X14.2，鋼筋混凝土預制方樁500mmX 500mm，樁長26m，樁距1.65m3.3m，共布樁209根，箱基底土分擔建筑物荷載大約17.5。,二、高層建筑樁基礎的作用特點（三）,樁身穿過可液化土層而支承于堅實土層或嵌固于基巖，在地震引起淺層土液化時，樁基憑靠深部穩(wěn)固土層仍具有足夠的抗壓與抗拔承載力，從而確保高層建筑的穩(wěn)定。 高層建筑樁基礎的基本形式 樁柱基礎 形式：柱下獨立樁基礎，可采用一柱一樁或一柱數(shù)樁基礎. 特點：各個樁柱基礎之間通常設置拉梁，或?qū)⒌叵率业装暹m當加強。,適用條件： 1)單樁柱基只適用于端承樁。因為各個基礎之間只有拉梁相連，幾乎沒有調(diào)整差異沉降的能力，而框架結構又對差異沉降很敏感。 2)群樁樁基主要用于摩擦樁。一般僅當持力層比較堅硬且無軟弱下臥層的地質(zhì)條件下采用，以免產(chǎn)生過大的差異沉降。 樁梁基礎 組成形式：樁梁基礎指框架柱荷載通過基礎梁(或稱承臺梁)傳遞給樁的樁基礎。 特點：比樁柱基礎具有較高的整體剛度和穩(wěn)定性，具有一定程度的調(diào)整不均勻沉降的能力。,適用條件：樁梁基礎主要適用于端承樁。 1）端承樁承載力高，樁數(shù)可以較少，承臺梁不必過寬，否則就失去了經(jīng)濟性； 2）若用摩擦樁，那么為調(diào)整不均勻沉降而加大基礎梁斷面也是不經(jīng)濟的。 樁墻基礎 形式：剪力墻或?qū)嵏雇脖谙碌膯闻呕蚨嗯艠痘A。 特點： 1）剪力墻可視為深梁，以其巨大的剛度足以把荷載較均勻地傳給各支承樁，無需設置基礎梁； 2）剪力墻厚度較小，而樁徑一般較大，為了保證樁與墻體很好地共同工作，通常在樁頂做條形承臺。,適用條件：常用于筒體結構。 樁筏基礎 形式：當受地質(zhì)條件限制，單樁承載力不很高，而采用滿堂布樁才足以支承建筑荷載時，常通過整塊鋼筋混凝土板把柱、墻(筒)集中荷載分配給樁。 這塊板稱為筏，這類基礎稱為樁筏基礎。筏可做成梁板式或平板式。 樁筏基礎適用于軟土地基上的筒體結構、框剪結構和剪力墻結構，以便借助于高層建筑的巨大剛度來彌補基礎剛度的不足。 若為端承樁基，則可用于框架結構。,5.樁箱基礎,形式：樁箱基礎系由底板、頂板、外墻和若干縱橫內(nèi)隔墻構成的箱型結構把上部荷載傳遞給樁的基礎形式。 特點： 1）剛度很大，可以調(diào)整各樁受力和沉降； 2）造價較高。 適用條件：軟地基上建造的高層建筑。,四、樁基的基本要求與樁基概率極限狀態(tài)設計,樁基的基本要求 合理選擇樁基的形式。樁基形式的選擇，應考慮以下幾個方面： 1）地質(zhì)條件。 當有條件做成大直徑端承樁時(基巖或密實的卵石層埋藏較淺時)，采用單樁支承的和單排樁支承的墻基是最為經(jīng)濟合理的； 當端承樁的直徑和承載力受到限制時，采用多樁支承的柱基和多排樁支承的墻基比較合理； 在深厚軟土地區(qū)(如覆蓋層土層100m以上)只能采用各種摩擦樁基礎。,2) 高層建筑的體型與結構特點,體型較規(guī)則且高度不很高(如30層以下住宅)的高層建 筑，可考慮采用小群樁的樁柱基礎和樁梁基礎； 當體型復雜而地基條件又不好時，可考慮采用樁筏或樁箱基礎。 3) 建筑功能對地下空間利用的方式。 合理選擇持力層與樁長。持力層的選擇應考慮下列因素： 1）能提供足夠大的單樁承載力。所選持力層一般應為中密以上的非液化砂層、比較堅硬的粘土層或卵石、礫石層，甚至基巖。 2）保證建筑物不產(chǎn)生過大的沉降與差異沉降。,3）考慮單方混凝土所提供的承載力。單方混凝土提供的承載力越大，樁基造價越低。 由于樁側(cè)表面積為樁徑的一次函數(shù)，樁體積為樁徑的二次函數(shù)。因此，在提供同樣大小承載力的情況下，摩擦樁宜用細長樁，即樁徑小、持力層深為宜. 4）考慮施工技術的可能性 樁的布置是否合理。 1) 對于樁箱基礎，宜將樁布置于墻下；對于帶肋梁的樁筏基礎，應將樁布置于肋梁下。 2)對于滿堂布樁的樁箱、樁筏基礎， 采用“內(nèi)疏外密”布樁，樁分布與荷載傳遞方式一致；采用“外疏內(nèi)密”，可以降低底板的內(nèi)力和用鋼量。,樁基需滿足水平承載力的要求。 高層建筑樁基的施工和使用不能對周圍環(huán)境造成不良的影響，并應技術先進，造價經(jīng)濟合理。高層建筑多建在建筑物密集、交通繁忙、地下管線交錯的繁華城區(qū)，一般不宜采用擠土樁；當有條件時，應優(yōu)先采用人工挖孔樁。 樁基的極限狀態(tài)設計法 概率極限狀態(tài)設計法 概念：應用概率論和數(shù)理統(tǒng)計理論分析極限狀態(tài)時各因素的變化規(guī)律進行設計的方法稱為概率極限狀態(tài)設計法。,極限狀態(tài)的分類：承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài) 。 極限狀態(tài)設計法的特點：以結構的失效概率或可靠指標來度量結構的可靠度。 樁基的極限狀態(tài) 樁基承載力極限狀態(tài)： 1）樁基的破壞形態(tài)包括地基土強度破壞或樁身強度破壞。通常豎向承載樁和橫向承載短樁的破壞多由地基土強度破壞而引起；而橫向承載長樁的破壞則多由樁的材料強度破壞所引起。 2）這種以地基土或樁結構喪失穩(wěn)定性的極限狀態(tài)即為樁基承載力極限狀態(tài)。,正常使用極限狀態(tài)：為滿足結構物有效使用和耐久性要求，而對橫向承載樁的水平位移、轉(zhuǎn)角、以及特殊荷載下的樁身裂縫進行校核等，屬于樁基正常使用極限狀態(tài)。 樁基的失效概率和可靠指標 樁的功能函數(shù),樁基礎的可靠指標和失效概率Pf,分項系數(shù) 單樁豎向承載力設計值R的計算公式,樁基豎向承載力抗力分項系數(shù),建筑樁基安全等級,樁基計算的荷載組合,對于樁基承載能力極限狀態(tài)，應采用荷載效應的基本組合和地震作用效應組合進行設計。 按正常使用極限狀態(tài)驗算樁基沉降，應采用荷載的長期效應組合。 計算樁基的水平變位、抗裂、裂縫寬度時，采用荷載效應的短期效應組合或短期效應組合考慮長期荷載的影響。,6.2 豎向荷載作用下 單樁的工作性狀,一、豎向荷載作用下單樁的荷載傳遞,1、荷載傳遞的基本方程,1、荷載傳遞的基本方程,2、按照受力性能對樁的分類,按樁側(cè)阻力QS與樁端阻力QP的發(fā)揮程度和分擔荷載比，將樁分為摩擦型樁和端承型樁兩大類。 摩擦型樁 ：指在豎向極限荷載作用下，樁頂荷載全部或主要由樁側(cè)阻力承受。根據(jù)樁側(cè)阻力分擔荷載的大小，摩擦型樁分為摩擦樁和端承摩擦樁兩類。 摩擦樁： QS /Q0.8 端承摩擦樁：QS /Q0.60.75 端承型樁：指在豎向極限荷載作用下，樁頂荷載全部或主要由樁端阻力承受，樁側(cè)阻力相對樁端阻力而言較小，或者可以忽略不計的樁。根據(jù)樁端阻力發(fā)揮的程度和分擔荷載的比例，可分為摩擦端承樁和端承樁兩類。,端承樁： QP /Q0.8； 摩擦端承樁： QP /Q0.60.75 樁荷載傳遞的一般規(guī)律 樁端土與樁側(cè)土的模量比EbES 越小，樁身軸力沿深度衰減愈快，即傳遞到樁端的荷載愈小. 隨樁土剛度比 EPES (樁身剛度與樁側(cè)土剛度之比)的增大，傳遞到樁端的荷載增加.但當EPES 1000后， QP /Q的變化不明顯。,樁荷載傳遞的一般規(guī)律,隨樁的長徑比ld(l為樁長，d為樁徑)增大，傳遞到樁端的荷載減小，樁身下側(cè)阻發(fā)揮值相應降低； 當ld 40時，在均勻土層中，QPQ趨于零； 當ld 100時，不論樁端土剛度多大，其QPQ值小到可忽略不計。 擴大樁端面積，樁端傳遞荷載的比率QPQ增大。,二、樁側(cè)負摩阻力,1、樁側(cè)負摩阻力產(chǎn)生的條件 樁周土在自重作用下固結沉降或浸水導致土體結構破壞、強度降低而固結(濕陷) ； 外界荷載作用導致樁周土固結沉降，如鄰近樁側(cè)地面承受局部較大的長期荷載或大面積地面堆載(包括填土)； 因降水導致樁周土中有效應力增大而固結。,2、樁側(cè)負摩阻力對樁基的影響,摩擦型樁： 負摩阻力對樁體產(chǎn)生下拉荷載使樁基隨之沉降； 在樁基中部某點，負摩阻力降低到0，該點稱為中性點。 中性點以上樁側(cè)摩阻力可以視為0。 端承型樁： 負摩阻力對樁體產(chǎn)生下拉荷載，但由于樁端持力層較硬，故沉降很小，或沒有沉降。 負摩阻力長期作用