高层剪力墙结构桩基础设计要点

高层剪力墙结构桩基设计要点

[摘要]依据新实施的《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）设计理论和方法，针对高层剪力墙结构的特点，分析了常用桩基础的设计要点和注意事项。

[关键词]高层剪力墙结构；桩基；承台效应；差异沉降；桩基概念设计

0．前言

大开间落地剪力墙结构对建筑高度要求低，建筑内不露梁柱，承重墙与分隔墙结合，有效增加建筑空间，隔声效果好；结构自身整体性强，侧向刚度大，抗侧力性能好，用钢量少，施工周期短，造价相应较低，已在近年来日益增多的高层居住建筑（住宅、公寓、饭店、旅馆等）中。由于高层建筑结构上部荷载大，对地基、基础承载力、变形限值、整体稳定等要求高，桩基础已成为高层剪力墙结最常用的基础形式。桩基础是结构重要组成部分，造价一般要占到总造价的25%左右，且一旦出现问题，弥补难度大。所以设计人员要把握好桩基础的设计每一个环节，真正做出技术先进、安全适用、经济合理、确保质量的设计。

1. 上部结构布置对桩基设计的影响

1.1结构上部竖向荷载

高层居住建筑剪力墙结构，当荷载均匀或变化不大时，一般竖向荷载标准值可按下表估算。

高层建筑竖向荷载标准值估算表表1

因为确定桩数和布桩采用的是传至承台底面的荷载效应标准值，所以根据上部竖向荷载和岩土工程勘察报告提供的地质参数可初步确定桩所需达到的承载力和布桩方案。

1.2剪力墙布置

上部剪力墙布置时，为了保证建筑布置的灵活性，尽可能地保证使用建筑面积，剪力墙一般布置在外墙处（特别是两端），内墙则在满足户内梁布置的情况下尽量减少，这样的剪力墙布置在提供结构侧向刚度的同时提供了最佳的抗扭刚度，减小扭转位移，在满足层间位移指标（层间位移角）、扭转指标（周期比、位移比）的前提下尽量大开间布置剪力墙（一般7~8米，相当于建筑的2~3个开间），减小结构刚度、结构自重，地震作用下的地震效应也相应减小，从而减小作用于承台底面的竖向力和弯矩，从根源上降低基础造价。

避免布置短肢墙，相对长肢墙提供的抗侧刚度较小，且地震作用下容易先破坏，设计中计算和构造配筋量都大，也无法实现桩基础墙下布桩，需要增设承受桩反力的承台梁，增加上部和基础造价。长肢墙按照墙厚的确定一般大于1600，对于500直径的预应力管桩墙下布桩是很容易满足墙下布桩的要求的，对于600直径的混凝土灌注桩在墙长达到1800是也是很容易满足墙下布桩的要求的。

疏散楼梯间及电梯厅处荷载分布集度较大，所以这些地方也是布置剪力墙的重要部位，承受竖向荷载，将上部荷载直接传给桩基。

其他剪力墙平面布置尽可能均匀对称，尽量使结构的刚度中心和质量中心重合，以减少地震作用下扭转产生的弯矩。

1.3基础荷载分布

剪力墙的布置基本决定了基础的荷载分布和荷载集度。由于剪力墙平面内刚度大，剪力墙结构竖向荷载呈线性荷载，分布较均匀。根据1.2所述的剪力墙布置原则，电梯井及楼梯间竖向荷载集度较大，约为一般剪力墙的两倍，在地震力及风荷载等动力作用下建筑两端剪力墙（特别是长款比大的建筑）弯矩较大。这就是我们初步按承载力布桩的依据。

2.桩基设计内容及要点

2.1桩型的选择

本文主要针对最常用的两种摩擦型桩——混凝土（预应力）管桩和钻孔灌注桩，进行分析。这里混凝

土管桩为部分挤土成桩，钻孔灌注桩为非挤土成桩，适用性见下表。设计人员应根据具体工程情况选用合适的桩型。

注：1.灌注桩为潜水钻成孔灌注桩，管桩为混凝土（预应力）管桩 2. ○表示比较合适；△表示有可能采用；×表示不宜采用 2.2单桩竖向承载力

2.2.1不考虑承台效应单桩竖向承载力

设计人员一般根据岩土工程勘察报告提供的土的物理指标与承载参数之间的经验关系确定单桩竖向承载力，按《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2001）规范计算，此处不再赘述

2.2.2考虑承台效应单桩竖向承载力

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）5.2.4条宜考虑承台效应确定复合桩基竖向承载力特征值的条件，剪力墙结构上部刚度较好，对于体型不复杂的高层建筑物有利于抵抗桩基的差异沉降，可以考虑承台效应确定复合桩基竖向承载力特征值。对于桩布置与剪力墙下的筏形承台竖向承载力特征计算如下。 不考虑地震作用：()c ak a c ak c a A f R A f R R 18.0~15.0+=+=η

考虑地震作用：c

ak c a a A f R R ηζ25

.1+=，根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)表4.2.3，对于扬州地区，

带有一层地下室的高层建筑a ζ一般可取到1.3，即()c ak a A f R R 187.0~156.0+=

由于桩与筏板及筏板下土体共同作用时沉降呈碟形（盘形），所以涉及过程中外围区域可适当多地考虑承台效应，提高单桩承载力特征值，减少桩数和桩长，更多地发挥承台承载作用，使外围沉降适当增加。中部区域则相反，较少考虑承台效应，单桩承载力特征值提高较少，增加桩数和桩长，上部作用主要由基桩来承担，降低内部沉降。从而从整体上降低桩基内外差异沉降，降低差异沉降引起的筏板内力及上部结构次生应力。

2.3单桩水平承载力的确定 2.

3.1影响单桩水平力特征值的因素

因素包括桩身截面抗弯刚度、材料强度、桩侧土质条件、桩的入土深度、桩顶约束条件，因此，提高桩的水平承载力可以从以上几个因素着手，桩身截面抗弯刚度大、材料强度越高、桩侧土质条件越好、桩的入土深度越大、桩顶约束条件越牢固则桩的水平承载力越高。 2.3.2特征值的确定

对于低配筋率的灌注桩，通常是桩身先出现裂缝，随后断裂破坏；此时，单桩水平承载力由桩身强度控制。

对于抗弯性能强的桩，如高配筋率的混凝土预制桩和钢桩，桩身虽未断裂，但由于桩侧土塑性隆起，