桩基圆形承台受弯承载力和配筋计算_王丽萍.pdf

文章编号 1006 2610 2013 03 0084 04 桩基圆形承台受弯承载力和配筋计算 王丽萍 刘嫔 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 西安710065 摘要 风电场工程基础设计中 经常会采用桩基圆形承台的基础形式来满足工程中的设计要求 然而 现行的规范 中并没有明确地给出桩基圆形承台的受弯承载力和配筋的相关设计方法 文章提供了一种用于计算桩基圆形承台 的受弯承载力和径环向配筋的方法 实际工程已验证了此方法的可行性 关键词 基础设计 桩基 圆形承台 受弯承载力 径环向配筋 中图分类号 TU473文献标识码 A Calculation on Flexural Capacity and Reinforcement Arrangement for Round Pile Cap of Pile Foundation WANG Li ping LIU Pin HYDROCHINA Xibei Engineering Corporation Xi an710065 China Abstract In foundation design of wind farm projects the pile foundation with the round pile cap is often applied to satisfy the engineering requirement However specifications currently applied have not specified relevant design methods for the flexural capacity and reinforce ment arrangement for the round pile cap of the pile foundation In this paper a method for calculation on flexural capacity and radial circumferential reinforcement arrangement for the round pile cap of the pile foundation is introduced It is proved feasible through engi neering practice Key words foundation design pile foundation round pile cap flexural capacity radial and circumferential reinforcement arrangement 收稿日期 2012 09 29 作者简介 王丽萍 1962 女 福建省福州市人 高级工程师 从事水电 风电和建筑工程设计工作 0引言 承台作为桩基础的重要组成部分 它将各基桩 连成一个整体 并将上部荷载传给桩基 因此 有必 要分析研究桩基承台的受弯承载力和配筋 通过优 化设计结构的尺寸 改善桩基承台的承载力和配筋 情况 文献 1 中规定桩基承台配筋应按抗弯计算确 定 且给出了群桩矩形承台弯矩的计算公式 文献 2 给出了两桩条形承台 多桩矩形承台 等边三桩 承台 等腰三桩承台弯矩计算公式 规定了箱形承 台 筏形承台 柱下条形承台梁 砌体墙下条形承台 梁的计算方法 文献 3 规定对不同形式的独立承 台 受力钢筋可按不同方式配置 对矩形 多边形 圆形承台 可按双向正交均匀布置 对三桩三角形承 台 可按三向板带均匀布置 对圆形或环形承台也可 按径向和环向布置钢筋 在实际的工程设计中 为 了减少基础的工程量 经常会采用桩基圆形承台的 基础形式来满足工程中的设计要求 对于圆形承 台 可以采用正交配筋和径 环向配筋 2 种方式 正 交配筋的优点是构造简单 便于施工 在工程中应用 较广 但该体系的材料分布图与弯矩分布图相差较 大 因而钢材用量多 不够经济 板在使用阶段的裂 缝和挠度都可能较大 4 因此针对于圆形承台基 本上选用径环向配筋方式 其优点是径环向配筋中 央弯矩较大而配筋也较密 材料分布与弯矩分布较 48王丽萍 刘嫔 桩基圆形承台受弯承载力和配筋计算 接近 因而板在使用阶段的裂缝及挠度都比正交配 筋圆板小 4 由于现行国家标准 1 3 无该方面的相 关设计方法 本文结合实际工程推导出了桩基圆形 承台正截面受弯承载力设计和径环向配筋计算方 法 1计算公式 对于桩基础采用 2 排桩的布置形式 若承台底 部半径为 R1 高 h1 中部为底面半径 R2 顶面半径 R3 高 h2的圆台 上部为半径 R4 高 h3的圆台 外 排桩布置的半径为 r1 内排桩布置的半径为 r2 基础 环半径为 r3 第 i 根桩的竖向力设计值为 Ni 各尺寸 如图 1 2 所示 在极端荷载工况下 这 2 排桩可以 分为 2 类 一类是只受压力作用的桩 另一类是既受 压力又受拔力作用的桩 图 1承台的外形尺寸图 图 2桩位布置图 1 1承台底部弯矩 1 承台弯矩计算截面取台柱边缘 M底 MN MG Ni r1 R4 Ni r2 R4 MG 1 式中 MG为基础自重对台柱边缘的弯矩 MG GGk R 2 1 R2 1 R2 4 R1 R4 2 2 Ni为第 i 根桩的竖向承载力 Ni FFk GGk n MMxk FFxkhd yi y 2 j MMyk FFykhd xi x 2 j 3 式中 Fk为极端荷载工况下 作用于承台顶面的竖 向力标准值 Gk为桩基承台和承台上土自重标准 值 Myk和 Mxk分别为极端荷载工况下 作用于承台 底面 绕通过桩群形心的 x 和 y 主轴的力矩标准值 xi xj yi yj为第 i 和 j 基桩至 y 和 x 轴的距离 n 为 桩基中的桩数 hd为基础环顶标高至承台底面的高 度 Fxk和 Fyk分别为极端荷载工况下 作用于基础环 顶面的 x 和 y 方向的水平力标准值 F G M分 别为荷载效应对结构不利时 永久荷载分项系数为 1 2 可变荷载分项系数不小于 1 5 荷载效应对结 构有利时 永久荷载分项系数为 1 0 可变作用分项 系数为 0 1 2 承台弯矩计算截面取基础环边缘 M底 MN MG Ni r1 r3 Ni r2 r3 MG 4 式中 MG为基础自重对基础环边缘的弯矩 MG GGk R 2 1 R2 1 r2 3 R1 r3 2 5 1 2承台顶部弯矩 1 承台弯矩计算截面取台柱边缘 M底 MN MG Ni r1 R4 Ni r2 R4 MG 6 式中 Ni为第 i 根桩的竖向承载力 MG 为基础自重 对台柱边缘的弯矩 采用公式 2 计算 2 承台弯矩计算截面取基础环边缘 M顶 MN MG Ni r1 r3 Ni r2 r3 MG 7 式中 MG为基础自重对基础环边缘的弯矩 采用式 5 计算 1 3配筋面积 按照正截面受弯承载力计算 求钢筋截面面积 s 1 2M fcbh2 0 8 58西北水电 2013 年 第 3 期 1 1 2 槡 s 9 As fcbh0 fy 10 将 M底和 M顶分别带入式 8 10 即可求得 承台底部和承台顶部的径向配筋总面积 1 4环向配筋 承台环向配筋按构造配筋 5 6 2算例 某风电场采用桩基础圆形承台的基础形式来满 足工程设计要求 计算后确定承台底部直径 16 0 m 高 2 8 m 具体尺寸如图 3 所示 底部为直径 16 0 m 高 0 8 m 的圆柱 中部为底面直径 16 0 m 顶面直径 6 8 m 高 1 0 m 的圆台 上部为直径 6 4 m 高 1 0 m 的圆台 承台下部连接 19 根混凝土灌 注桩 分 2 圈布置 第 1 圈 4 根 半径为 3 5 m 第 2 圈 15 根 半径为 7 0 m 桩平面布置如图 4 所示 图 3桩基承台尺寸图 单位 mm 图 4桩平面布置图 由厂家提供的荷载资料确定极端荷载工况下的 荷载值如表 1 所示 表 1极端荷载工况下的荷载标准值表 Fx kN Fy kN Fz kN Mx kN m My kN m Mz kN m 343 7675 129294846018250868 4 根据竖向力计算公式得出每根桩的受力 如表 2 所示 表 2第 i 根桩竖向力设计值表 名称桩号 Nimax kNNimin kN ZJ12288 06841 372 2458123 ZJ22396 570825 480 7482275 ZJ32256 290479 340 4678813 ZJ41891 44938424 37321416 ZJ51643 467248272 3553504 ZJ62097 286625 181 4640271 ZJ72355 593278 439 7706803 ZJ82372 440373 456 6177755 ZJ91622 989855292 8327433 ZJ101232 632402683 1901962 2 1承台底部径向配筋 1 截面取自台柱边缘 受压力作用的桩对台柱边缘的弯矩 MN 2288 07 2396 57 2256 29 1891 45 1643 47 2097 29 2355 6 2372 44 24 38 272 36 3 8 1622 99 1232 63 292 83 683 19 0 3 68021 5 kN m 基础自重对台柱边缘的弯矩 MG 12237 9289 1 0 82 82 3 22 8 3 2 2 24671 7 kN m 台柱边缘总弯矩 M MN MG 68021 5 29606 43349 8 kN m 所取截面有效高度 h0 1750 mm 1 2 M fcbh2 0 1 2 43349 8 103 19 1 20 11 1 752 106 0 044 1 1 2 槡 1 1 2 0 槡 044 0 045 A fcbh0 fy 19 1 106 20 11 1 75 0 045 360 106 84482 8 mm2 2 截面取自基础环边缘 受压力作用的桩对基础环边缘的弯矩 MN 2288 07 2396 57 2256 29 1891 45 1643 47 2097 29 2355 6 2372 44 24 38 272 36 4 9 1622 99 1232 63 292 83 683 19 1 9 91594 kN m 基础自重对基础环边缘的弯矩 68王丽萍 刘嫔 桩基圆形承台受弯承载力和配筋计算 MG 12237 9289 1 0 82 82 2 12 8 2 1 2 33614 3 kN m 基础环边缘总弯矩 M MN MG 91594 33614 3 57979 7 kN m 所取截面有效高度 h0 2750 mm 1 2 M fcbh2 0 1 2 57979 3 103 19 1 20 11 2 752 106 0 0365 1 1 2 槡 1 1 2 0 槡 0365 0 037 A fcbh0 fy 19 1 106 20 11 2 75 0 037 360 106 71610 34 mm2 综上 承台底部配筋 180 25 As 88362 mm2 2 2承台顶部配筋 1 截面取自台柱边缘 受拔力作用的桩对台柱边缘的弯矩 MN 372 25 480 75 340 47 181 47 439 77 456 62 3 8 2271 32 kN m 基础自重对台柱边缘的弯矩 MG 12237 9289 1 2 82 82 3 22 8 3 2 2 29606 kN m 台柱边缘总弯矩 M MN MG 2271 32 29606 38237 kN m 所取截面有效高度 h0 1750 mm 1 2 M fcbh2 0 1 2 38237 103 19 1 20 11 1 752 106 0 039 1 1 2 槡 1 1 2 0 槡 039 0 0398 A fcbh0 fy 19 1 106 20 11 1 75 0 0398 360 106 74311 4 mm2 2 截面取自基础环边缘 受拔力作用的桩对基础环边缘的弯矩 MN 372 25 480 75 340 47 181 47 439 77 456 62 4 9 11129 5 kN m 基础自重对基础环边缘的弯矩 MG 12237 9289 1 2 82 82 2 12 8 2 1 2 40337 1 kN m 基础环边缘总弯矩 M MN MG 11129 5 40337 1 51466 6 kN m 所取截面有效高度 h0 2750 mm 1 2 M fcbh2 0 1 2 51466 6 103 19 1 20 11 2 752 106 0 032 1 1 2 槡 1 1 2 0 槡 032 0 033 A fcbh0 fy 19 1 106 20 11 2 75 0 033 360 106 63428 6 mm2 综上 承台顶部配筋 180 25 As 88362 mm2 2 3环向配筋 环向配筋采用构造配筋 5 6 3结语 本文在满足相关规范的前提下 提供了一种桩 基圆形承台受弯承载力和径环向配筋设计的相关计 算方法 通过对实际工程的计算 已经验证了此方 法的可行性 对以后的建筑工程桩基础设计具有一 定的