桩基设计要点

桩根底设计的主要流程根底选型桩基设计资料〔参考“岩土勘察报告”——岩土物理力学参数及原位测试参数、地下水位情况、抗震设防区按设防烈度提供的液化土层资料；〕、确定根底设计等级：丙级；PHC管桩〔可以参考“岩土勘察报告”〕二、桩基设计[1]、初定桩尺寸。初估截面尺寸〔可以参考PHC管桩图集〕、桩长〔承台底致桩端长度〕以便计算单桩承载力：初步确定承台底面标高，〔承台埋深d600mm，承台高可以参考桩基承台图集〕；选择持力层和确定桩端进入持力层深度〔桩端全断面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5d，碎石类土，不宜小于1d。当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d。〕[2]、确定单桩竖向承载力。Quk=Qsk+Qpk=u∑qsik*li+qpk*ApRa=Quk/2[3]、确定桩的数量、间距和布置方式。初步估算桩根数时，先不考虑群桩效应，按桩数小于等于3情况初定。(考虑偏压)Fk：柱根/桩顶的竖向力；Gk：底层墙、根底梁自重、覆盖土重、承台自重布桩：桩的最小中心距应满足标准要求：大等于3.5d。独立柱下桩基承台的最小宽度不应小于500mm，边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于150mm。[4]、验算桩基的承载力：[5]、桩身结构设计：N≤ψc*fc*AN——相应于荷载效应根本组合时的单桩竖向力设计值ψc*fc*A〔可直接查管桩图集〕[6]、承台设计：可以查图集A、承台在柱荷载作用下桩周边的抗冲切验算；B、承台板在单桩最大净反力作用处的抗冲切验算；C、承台板在桩净反力作用下的抗剪强度验算；D、把在各桩净反力作用下的承台板，作为受弯构件的抗弯强度验算，并配筋；E、当承台的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时，验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。[7]、绘制桩基施工图桩基设计等级：丙级确定桩数和布桩时，应采用传至承台底面的荷载效应标准组合；相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力特征值。4.2.3承台的钢筋配置应符合以下规定：柱下独立桩基承台纵向受力钢筋应通长配置(图-a)，对四桩以上〔含四桩〕承台宜按双向均匀布置，对三桩的三角形承台应按三向板带均匀布置，且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内(图4.2.3-b)纵向钢筋锚固长度自边桩内侧〔当为圆桩时，应将其直径乘以0.8等效为方桩〕算起，不应小于35dg(dg为钢筋直径)；当不满足时应将纵向钢筋向上弯折，此时水平段的长度不应小于25dg，弯折段长度不应小于10dg。承台纵向受力钢筋的直径不应小于12mm，间距不应大于200mm。柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0.15%。2柱下独立两桩承台，应按现行国家标准《混凝土结构设计标准》〔GB50010〕中的深受弯构件配置纵向受拉钢筋、水平及竖向分布钢筋。承台纵向受力钢筋端部的锚固长度及构造应与柱下多桩承台的规定相同。5承台底面钢筋的混凝土保护层厚度，当有混凝土垫层时，不应小于50mm，无垫层时不应小于70mm；此外尚不应小于桩头嵌入承台内的长度。桩与承台的连接构造应符合以下规定：1桩嵌入承台内的长度对中等直径桩不宜小于50mm；对大直径桩不宜小于100mm。2混凝土桩的桩顶纵向主筋应锚入承台内，其锚入长度不宜小于35倍纵向主筋直径。对于抗拔桩，桩顶纵向主筋的锚固长度应按现行国家标准《混凝土结构设计标准》〔GB50010〕确定。3对于大直径灌注桩，当采用一柱一桩时可设置承台或将桩与柱直接连接。柱与承台的连接构造应符合以下规定：1对于一柱一桩根底，柱与桩直接连接时，柱纵向主筋锚入桩身内长度不应小于35倍纵向主筋直径。2对于多桩承台，柱纵向主筋应锚入承台不应小于35倍纵向主筋直径；当承台高度不满足锚固要求时，竖向锚固长度不应小于20倍纵向主筋直径，并向柱轴线方向呈90º弯折。承台与承台之间的连接构造应符合以下规定：1一柱一桩时，应在桩顶两个主轴方向上设置联系梁。当桩与柱的截面直径之比大于2时，可不设联系梁。2两桩桩基的承台，应在其短向设置联系梁。3有抗震设防要求的柱下桩基承台，宜沿两个主轴方向设置联系梁。4联系梁顶面宜与承台顶面位于同一标高。联系梁宽度不宜小于250mm，其高度可取承台中心距的1/10~1/15，且不宜小于400mm。5联系梁配筋应按计算确定，梁上下部配筋不宜小于2根直径12mm钢筋；位于同一轴线上的联系梁纵筋宜通长配置。对于主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩基，在同时满足以下条件时，桩顶作用效应计算可不考虑地震作用：1按现行国家标准《建筑抗震设计标准》〔GB50011〕规定可不进行桩基抗震承载力验算的建筑物；2建筑场地位于建筑抗震的有利地段。不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架房屋，不进行桩基抗震承载力验算。单桩竖向承载力特征值应按下式确定式中Quk—单桩竖向极限承载力标准值；Ra—单桩竖向承载力特征值；K—平安系数，K=2。对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基、或由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值。当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式(5.3.5)估算：Qsk、qsik——桩侧总的和第i层土的极限侧阻力标准值，如无当地经验值时，可按表-1取值；Qpk、qpk——极限端阻力标准值，如无当地经验时，可按表-2取值。5.8桩身受压承载力计算Ⅰ受压桩钢筋混凝土轴心受压桩正截面受压承载力应符合以下规定：1当桩顶以下5d范围的桩身螺旋式箍筋间距不大于100mm，且符合本标准第条规定时：〔5.82当桩身配筋不符合上述1款规定时：〔5.8式中N—荷载效应根本组合下的桩顶轴向压力设计值；ψc—基桩成桩工艺系数，按第条规定取值；fc—混凝土轴心抗压强度设计值；fy’—纵向主筋抗压强度设计值；As’—纵向主筋截面面积。基桩成桩工艺系数应按以下规定取值：1混凝土预制桩、预应力混凝土空心桩：ψc=0.85；2干作业非挤土灌注桩：ψc=0.90；3泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、局部挤土灌注桩、挤土灌注桩：ψc=0.7~0.8；4软土地区挤土灌注桩:ψc=0.6。5.9承台计算根据图集选型拉梁设计：1.截面尺寸b>=250mm,h>=450mm,(1/10~1/15)*柱距。2.拉梁上的荷载：a.当拉梁需要承受自重及拉梁上部的荷载〔如墙体自重〕，应考虑荷载产生的内力b.拉梁承当的轴心拉力或压力计算，有两种方法：〔1〕以柱底剪力作用于梁端，按轴压构件确定截面尺寸，配筋计算时，那么取轴压绝对值按轴心受拉计算；〔2〕以柱轴力的1/10作为轴向拉力或压力的设计值确定配筋。c.拉梁承当柱底弯矩时，作者在做海南洋浦技工学校实训楼工程时采用设拉梁层方法减少控制框架结构计算位移角，既满足了标准的要求，又做到了经济合理，符合实际。得到了业主方的认可和好评。现总结分析如下：

多层钢筋混凝土框架结构，当首层层高较高，独立根底埋深又较深，抗震设计时楼层的弹性层间位移角常常难以满足《抗震标准》条的要求，当不考虑设置少量剪力墙时，通常可以采用以下三种措施的一种：

①加大框架结构梁，柱截面尺寸，提高混凝土的强度等级。

②可以采用短柱根底，使框架柱嵌固在根底短柱顶面，从而减小框架结构首层层高。〔此短柱根底可以理解为《地基根底设计标准》第8.2.6条预制高杯口短柱根底的现浇版。〕

③在框架结构±0.000地面以下靠近地面处，设置拉梁层，将框架结构首层分为两层。

在这三种措施里，第一种措施往往因建筑使用功能的要求等，受到限制，不能任意加大梁，柱截面尺寸，从而增加刚度，而仅仅提高混凝土的强度等级对改善结构整体侧向刚度来说又不是很明显；所以我们最好在第二种和第三种措施中选择，很多老前辈建议使用受力明确，构造简单，施工也方便的第二种措施即短柱根底。其截面尺寸及配筋构造要求可参照《地基根底设计标准》第8.2.6条的规定确定。

1．《抗震标准》6.1.11条规定，框架单独柱基有以下情况之一时宜沿两个主轴方向设置根底系梁：

⑴一级框架和Ⅳ类场地的二级框架；

⑵各柱基承受的重力荷载代表值差异较大；

⑶根底埋置较深，或各根底埋置深度差异较大；

⑷地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、液化土层和严重不均匀土层；

⑸桩基承台之间。

一般情况，根底系梁宜设置在根底顶面，其梁顶标高与根底顶面标高相同，当根底系梁梁底标高高于根底顶面时，应防止在根底系梁与根底之间形成短柱；当根底系梁距根底顶面较远时，根底系梁应按拉梁层〔无楼板的框架楼层〕进行设计，并参与结构整体计算。

2．设置拉梁的目的是为了独立柱基之间的整体性，有效调整柱基不均匀沉降和减小首层柱的高度。因此，拉梁应有一定的刚度，拉梁的截面的高度取〔1/15~1/20〕L，宽度取〔1/25~1/35〕L，其中L为柱间距。拉梁位置除桩基承台外宜在靠近首层地面。

框架独立柱基的地基及荷载及抗震等级无上述情况时，不一定非要设根底系梁或〔拉梁〕不可；尤其当柱距较大时，例如单跨厂房，体育馆，影剧院，餐厅，及大型站房等，因为这时拉梁的截面高度小，跨度大起不了应有的整体性作用。

3．注意多层钢筋混凝土框架结构设置拉梁层的问题。

4．当同时存在《抗震标准》第6.1.11条并且又难以满足《抗震标准》5.5.1条的弹性层间位移角限值时，就要求我们采用设置拉梁层了，这时设计中应注意以下几个问题：

①拉梁内力的手算〔不参加建模,整体计算〕计算可选以下俩种方法之一：

1〕取相连柱轴力F较大者的1/10作为拉梁的轴心受拉或轴心受压的压力进行承载力计算。拉梁截面配筋应上下相同，各不小于2Φ14，箍筋不少于φ6@200;拉梁截面可取上述第2条规定的较小值〔承托较重隔墙者除外〕。

2〕以拉梁平衡柱下端弯矩，柱基按中心受压考虑。拉梁的正弯矩钢筋全部拉通，支座负弯矩钢筋应有1/2拉通。此时梁的高度宜取上述第2条规定的较高值。此时梁的构造应满足抗震要求。

当拉梁承托隔墙或其他竖向荷载时，那么应将竖向荷载所产生的内力与上述俩种方法之一计算所得之内力进行组合。

②拉梁层作为一楼层参与整体计算，竖向荷载同2款，但应按1款取轴心拉力与整体所得内力组合确定拉梁配筋，一，二，三级框架结构的底层柱底截面弯矩设计值增大系数应用在首层，不应在拉梁以下的底层，否那么不平安。

拉梁层的拉梁应按框架梁设计，抗震设计时，拉梁应按相应抗震等级的框架梁设置箍筋加密区。

拉梁层无楼板，在PMCAD交互式建模时，应定义楼面房间开洞或定义零厚度楼板；结构整体计算时再定义弹性楼板〔弹性膜〕并采用总刚算法分析。

有填充墙等荷载的拉梁，应如实输入作用在拉梁上的线荷载或其他荷载，如楼梯立柱的集中荷载等。

设有拉梁层的框架结构，多了一个拉梁层，宜计算两次：第一次，将框架柱嵌固在根底顶面进行结构整体计算；第二次，假定拉梁层为地下室，即定义一层地下室后进行结构整体计算；用SATWE软件进行结构第二次整体计算时，总体信息中“回填土对地下室约束相对刚度比”可填1，以近似考虑地基土一定程度上的约束；框架梁柱配筋取俩次整体计算结果的较大值。

首层楼面以下根底顶面以上的框架柱，宜取拉梁层以上及以下框架柱纵向受力钢筋的较大值通长配筋；抗震设计时，拉梁以下的框架柱宜全高加密箍筋。

作者在做海南洋浦技工学校实训楼工程时采用第三种措施，按设拉梁层为地下室，结构计算位移比结果如下：

===工况1===X方向地震力作用下的楼层最大位移

X方向最大值层间位移角:1/567.

按拉梁层不作为地下室，结构嵌固于根底顶时，位移比结果如下：

===工况1===X方向地震力作用下的楼层最大位移

X方向最大值层间位移角:1/458.

因为其未考虑回填土约束，还有就是风荷载及地震力的失真，由此得出结论：此位移比结果是失真的，仅供梁柱配筋使用。

设有拉梁层的框架结构，之所以要进行俩次整体计算，其原因是：

其一,仅将框架柱嵌固在根底顶面处进行结构整体计算,可以使拉梁层顶面以下.根底顶面以上框架柱的配筋较为合理，但可能会使拉梁层顶面以上框架柱的配筋不合理,特别是抗震设计时,一,二,三级抗震等级的框架结构,其底层柱底的弯矩增大系数,在这时增大的是根底顶面处的拉梁层柱下端截面的弯矩(《抗震标准》第6.2.3条),而不是增大拉梁层顶面处的结构底层柱下端截面的弯矩,因而可能会使结构的底层柱的配筋偏少。〔注：底层指无地下室的根底以上或地下室以上的首层。〕

《抗震标准》第6.2.3条规定如下：一、二、三级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。底层柱纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置。〔相应第6.2.3条文说明：框架结构的底层柱底过早出现塑性屈服，将影响整个结构的变形能力。底层柱下端乘以弯矩增大系数是为了防止框架结构柱脚过早屈服。对框架-抗震墙结构的框架，其主要抗侧力构件为抗震墙，对其框架局部的底层柱底，可不作要求。

《混凝土标准》第11.4.3条规定如下：考虑地震作用组合的框架结构底层柱下端截面和框支柱的顶层柱上端和底层柱下端截面的弯矩设计值，对一、二、三级抗震等级应按考虑地震作用组合的弯矩设计值分别乘以系数1.5、1.25和1.15确定。底层柱纵向钢筋宜按柱上、下端的不利情况配置。〕

其二，仅假定拉梁层为地下室，将框架柱嵌固在地下室顶面，即拉梁层顶面处进行结构整体计算，这时结构的底层柱下端截面弯矩增大系数是增大拉梁层顶面处结构的底层柱下端截面的弯矩，因而可以使拉梁层顶面以上结构底层框架柱的配筋合理，但拉梁层顶面以下，根底顶面以上框架柱的配筋，及拉梁层拉梁的配筋和结构底层顶部框架梁的配筋就未必合理。

所以，设置拉梁层的框架结构，应进行俩次结构整体计算。配筋取俩者中的较大值

拉梁的设计设置，计算还会影响到地基根底，工程师应根据具体情况，具体分析。根据拉梁的位置不同，地基根底是否考虑上部的结构的弯矩，也是拉梁甚至根底设计重要的一环。

1．

设置在单独柱根底顶部的拉梁

当系梁受弯承载力满足以下条件时

∑Mb>Mcua〔6.1.7〕

式中Mcua系梁上部柱按实配钢筋面积和材料强度标准值确定的柱受弯承载力。

如以下图〔6.1.7〕A所示，地基可不考虑上部上部结构的弯矩作用。

MbL>Mcua