桩基变刚度调平优化设计

桩基变刚度调平优化设计一、概述高层建筑有相当比例的上部结构为刚度相对较弱、荷载不均的框剪、框筒结构，其基础采用桩筏、桩箱基础，建成后其沉降呈蝶形分布，桩顶反力呈马鞍形分布。这些工程的基础设计多数沿用传统理念，采用均匀布桩与厚筏（或箱形承台）。这种传统理念可以概括为四点：1、基桩的总承载力不小于总荷载，桩群形心与荷载重心重合或接近；即满足力和力矩的平衡。2、桩的布置大体均匀，有的还主张在角部和边部适当加密；因为实测桩顶反力角部最大，边部次之，中部最小；3、沉降量和整体倾斜满足规范要求；4、筏板厚度在满足抗冲切的前提下随建筑物层数和高度成正比增大，厚度达3-4m者鲜见，或为增加刚度而采用箱形承台；常规设计计算方法只考虑静力平衡条件，而没有考虑上部结构、筏板、桩土的共同作用。而实际情况中，群桩效应将导致桩的支承刚度由外向内递减；对于框剪、框筒结构，荷载集度是内大外小，而其上部结构的刚度对变形的制约能力相对较弱。若采用传统设计方法，则碟形差异沉降较明显，易引起开裂，影响正常使用的要求。而采用变刚度调平设计理论调整桩基布置，使得基底反力分布模式与上部结构的荷载分布一致，可减小筏板内力，实现差异沉降、承台(基础)内力和资源消耗的最小化。二、传统设计理念的盲区传统设计理念的盲区归纳起来有以下四个方面：1、设计中过分追求高层建筑基础利用天然地基将箱基或厚筏应用于荷载与结构刚度极度不均的超高层框筒结构天然地基，由此导致基础的整体弯矩和挠曲变形过大，差异变形超标，甚至出现基础开裂。2、桩筏基础中，忽视桩的选型应与结构形式、荷载大小相匹配的原则将小承载力挤土桩用于大荷载高层建筑的情况，由此导致超规范密布大面积挤土桩，既不能有效减小差异沉降和承台内力，又极易引发成桩质量事故。3、桩筏基础中，忽视合理利用复合桩基调整刚度分布、减小差异沉降的作用由于荷载分布不均，布桩必然稀密不一，承台分担荷载作用在疏桩区不予利用，必然导致该部分支承刚度偏高，既不利于调平，又不利于节材。拣4弄、桩筏设羞计中，对说利用筏板奥刚颂度苏“霞调整荷载糟、桩反力锋分布及减保小差异沉后降慌”谱的期望值塑过高晶筏板对调疏整荷载和撇桩反力、润减小差异悔沉降可起鹿到一定作管用，但这省是以高投昌入为代价脏，且效果农不理想。雪三、基本小概念弹住宅建筑促多采用剪科力墙结构翼；办公楼咱等公共高盒层建筑主抗要采用框莲架顺-游核心筒结肌构，部分拦采用框兽架贞-承剪力墙、嫌筒中筒结锡构、框支巷剪力墙结努构。这两吃大类结构吗体系的力盛学特性有轧很大差别归。弟第二类结毒构的整体屠刚度差，述刚度与荷闸载分布不谊均，上部鼻结构与基竹础、基础叠相互作用沈特性更复喂杂。就设雀计而言，押第二类更箩复杂，工沙程实际中否由于设计冲不当而引下发的问题侍更多。株《建筑桩累基技术规差范丙》般JGJ9苹4-20伍0禽8艳提出变刚晌度调平设够计理念，抄其基本思驰路是：宫考虑地基穷、基础与远上部结构姥的共同作欲用，对影肺响沉降变御形场的主碧导因载素描—伴—见桩土支承寨刚度分布持实施调整宁，糖“轿抑强补坏弱过”光，促使沉葬降趋向均熊匀。具体热包括：朽1宝、高层建秤筑内部的单变刚度调部平；状2脏、主裙房械间的变刚顿度调平。闷对于前者侨，主导原迁则是强化跌中央，弱培化外围。铸对于荷载肃集中、相逗互影响大师的核心区迟，实施增艳大桩长（硬当有两个欺以上相对主坚硬持力阻层时）或裤调整桩径语、桩距；远对于外围秀区，实施解少布桩、擦布较短桩挨，发挥承拘台承载作恭用。论对于主裙塞房间的变崭刚度调平决，主导原冲则是强化耗主体，弱卫化裙房。格裙房采用兰天然地基漏时首选方相案，必要宰时采取增锐沉措施。沸当主裙房肤差异沉降殃小于规范喇容许值，亮不必设沉断降缝，连而后浇带也郑可取消。饼最终达到隆筏板上部档结构传来启的荷载与增桩土反力屈不仅整体蚁平衡，而缩且实现局微部平衡。负由此，最恼大限度地删减小筏板纷内力，使惰其厚度减摆薄变为柔搭性薄板。地调平设计毅过程就是勒调整布桩酸，进行共货同作用迭梁代计算的菌过程。管变刚度调阀平设计的巡标准定义慎是：通过应调整基桩浆的竖向支仔承刚度分省布，使桩拾基沉降趋倚于均匀，脉基础或承坚台内力和沫上部结构寸次应力显升著降低的呢设计方法让。楼四、变刚帝度调平的坏基本原理罚高层建筑敌地蚁基增(羽桩界土凝)蒸作为上部贯结烦构提-洋基杨础蕉-猛地猪基跌(鬼桩鞠土枝)终体系中的罚组成部分氏，其沉降体受三者共士同的制约锐。共同作翼用的总体止平衡方程关为：驾

鄙挺要使沉降狐趋于均匀沉，唯有依秀靠调整桩旬土支承刚屋度游[K]s翅(p,s贱)记，使之与米荷载分布云和相互作许用效应相团匹配。这士也是优化苏高层建筑季地基基础布设计、减赛少乃至消汁除差异沉杀降的有效距、可行而甚又经济的声途径。贼急五、影响火差异沉降抵的因素露

毒1落、荷载大六小及分布封

貌奶（租1鞭）对相同输地质、基难础尺寸和泥埋深条件栋，沉降量臭随荷载增派大而增加寸，差异沉恭降随之增涨大。对高雁层建筑而梅言，其差茎异沉降问亩题较多层签建筑更为进突出。制

增徐（摊2马）荷载分倚布的不均陷，导致沉评降分布不皂均；而且丑往往成为旗差异沉降严的主因。井

气亡（就3犹）荷载分揪布特征，魔与高层建瑞筑主体的赛结构形式警及建筑体音型有关，并而且这两料者是决定刃荷载分布宗的主要因循素。体型搞变化包含弟：建筑主桑体的体型将，主体与续裙房相连至形成主裙利连体体型进；而主裙扭连体是荷镜载差异最云大的建筑密体型。往

得2脊、上部结创构刚度戏

递眉上部结构蜡刚度主要会指结构的薪整体刚度昌，最制约椒差异沉降粉起到一定袭的作用，肿也就是所常谓对基础乱刚度的贡校献。赤

尽府（晨1帐）落地剪祸力墙体系弯（简称剪山力墙结构胶）由于其杯刚度大且渡分布均匀燕连续，对润基础刚度嗓的贡献最挺大；购

延载（航2臭）框抛架东-推核心筒（懂简称框筒脊）体系，旋虽然核心津筒的刚度撑很大，但狸外围框架铲的刚度相珠对较小，肚因而对制辟约基础内题外差异变蛾形的刚度辱贡献不大刑。译

云专（后3遣）筒中筒馒结构体系淹，其外筒桌为密集框反架（间距壶不大摄于划4逗m吩）构成，壤主要目的百在于增强撞结构的抗粘侧力性能耻，对基础渗的刚度贡胀献略大于喂框筒结构妇。焰

毛3翻、地基、虑桩基条件枣

攀萄对于天然梦地基上筏蛾板基础，射地基的均牙匀性是制它约差异沉矛降的关键修因素，地屿基土的压泛缩性是影横响沉降量保和差异沉替降的主要猴因素。天萄然地基承休载力满足匪建筑物荷北载要求，昏但沉降变窑形不见得心满足，因舱而在这种插情况下，叮变形控制止分析十分理重要。久

石叛桩基是高郑层建筑的勾主要基础还形式，然校而不是桩尤基就能圆遵满解决差汤异沉降问处题。【但田桩是调整僵支承刚度蚂分布的、蔽灵活有效包的竖向支妥承体，因叠此变刚度恨调平设计祸是桩基础裂优化设计盾的核心内色容】彩

裳4竿、相互作挥用效应葛

捆址承泼台幻-膏桩东-欢土的相互沸作用效应烘导致：酷

刃学（污1锋）均布荷内载下桩、废土反力分便布呈内小歌外大的马网鞍形分布炒；兰

傲逐（离2标）基础应究力场随面烈积增大而玉加深；炕

崇著（倡3妄）群桩沉倒降随桩距但减小和桩枣数增加而香增大；谨

而叨（闯4呜）基础或享承台的沉醒降呈中部控大外围小马的蝶形分巨布；格

锈滩（叶5低）相邻基观础因相互牛影响而倾芝斜；跳

鹿洗（光6帮）核心筒目不仅因荷出载集度高毙而且受外览围框架区穷应力场的候相互影响墙而导致沉堡降加大；炎

抱蛇等等。撕苹六、变刚夜度调平设迁计原则刮

记雨总体思路谁：榨

禁捎以调教整讨“践桩土支承铲刚度分视布区”净为主线，险根据荷载升、地质特答征和上部青结构布局献，考虑相们互作用影既响，采取族增强与弱椒化结合，喝减沉与增睛沉结合，中刚柔并济侧，局部平笨衡，整体交协调，实叶现差异沉完降、承台未（基础）掘内力和资掘源消耗的叙最小化。凶

嫁1棋、调整桩逼土支承刚呜度，使之喝与荷载匹星配傅根据建筑节物体型、首结构、荷贤载及地质只条件，选坚择桩基、强复合桩基衬、刚性桩俯复合地基阁，合理布溉局，调整窗桩土支承呢刚度，使焦之与荷载僻匹配国。雁三对于荷载底分布极度母不均的框贸筒结构，当核心筒区重宜采用常餐规桩基，适外框架区虎宜采用复邻合桩基害；让理对于中低经压缩性地猛基，高度撞不超耗过董60茂m愉的框筒结职构，高度庆不超守过真100江m午的剪力墙廊结构，可灭采用刚性柳桩复合地送基或核心答筒区局部羊刚性桩复趋合地基槽；浊临通过变化斧桩长、桩识距调整刚梦度分布病。托阁

挎2斜、减小各缎区位应力陪场影响扁

拳龟为减小各外区位应力岔场的相互甚重叠对核娃心区有效痕刚度的削筑弱，桩土润支承体布弟局宜做到武竖向错位仰或水平向探拉开。采哄取长短桩节结合、桩电基与复合瓣桩基结合甘、复合地蛮基与天然含地基结合心以减小相旧互影响，殃优化刚度失分布。砖

兴3以、考虑桩圆土相互作北用影响，芦采取强化扛指数鹿

蜂竟考虑桩土脉的相互作条用效应，绪支承刚度坊的调整宜代采用强化袜指数进行贞控制。韵

示把（俩1祖）核心区久强化指数锣宜开为周1.0蹦5虑～吸1.3狱0驶；外框为导二排柱者糟应大于一钉排柱，满翼堂布桩者伞应大于柱发下和筒下蒙布桩，内策外桩长相匆同者应大澡于桩长不洒同、桩底横竖向错位烦、水平间氧距较大的虏布局。酿

切弹（中2沫）外框区病的弱化指象数宜若为欧0.9毁5邪～鸣0.8骑5抬；外框区五的弱化指包数根据核泼心区强化回指数越大究，相应的石弱化指数奸越小的关悲系确定。辨在全筏总邮承载力特逗征值与总顾荷载标准嚼值平衡的宴条件下，淘控制核心活区强化指赶数，外框傅区的弱化声指数随之恼实现。锋

番监核心区强广化指叔数绕歌：为核心贯区【抗力派比里您】与【荷详载尚比遥拍】之比：HYPERLINK"/showpic.html""/showpic.html"存

敲λ乳R砍核心区抗跪力比罩Rak-恳c淋核心区的痰承载力特晃征值；振核心区指薄：核心筒辽及核心筒给边至相邻常框架柱跨卵距射的习1/跃2演范围策Rak续全筏基的俘承载力特塑征值；列

肢λ岁F位荷载比感Fk-c尿核心区荷道载标准值椅；渣Fk意全筏荷载耳标准值；手

扫4叼、主裙连店体设计原袋则牲

搞菜对主裙连猪体建筑，漫应按增强羊主体、弱蛾化裙房的睬原则设计撑，裙房宜看优先采用娃天然地基守、疏短桩固基；对于遮较坚硬地学基，可采忙用改变基掀础形式加绢大基底压楼力、设置葛软垫等增素沉措施。梁

愚5雁、基桩选蜓型和桩端谣持力层的痰确定阔

浇章桩基的基难桩选型和支桩端持力窃层确定，虏应有利于蹲应用后注留浆增强技蕉术，应确勺保单桩承磁载力具有愿较大的调胜整空间。玉

腐屑基桩宜集祝中布置于妥柱、墙下饱，以降低扇承台内力落，最大限舰度发挥承骡台底地基欲土分担荷巧载作用，蓬减小柱下口桩基与核象心筒桩基东的相互作晕用。障

挎6剩、共同作像用分析贺

奔迈宜在概念补设计的基耕础上，进天行上部结锈构貌-晴基础（承对台焦）愈-太桩土的共延同作用分镰析，优化低细化设计乒；差异沉林降控制宜疫严于规范飘值，以提蒜高耐久性唤可靠度，交延长建筑持物正常使广用寿命。氧堵七、桩基按变刚度设败计细则算1厦、框筒结篇构涨

坚极（屑1度）核心筒鸦和外框柱氧的基桩宜纪按集团式召布置于核土心筒和柱炒下，以减垦小承台内准力和减小逗各部分的颗相互影响白。滑

即敏荷载高集矿度区得核衬心筒，桩才数多，桩镇距小，不邻考虑承台集分担荷载鼓效应。算

狐盏对于非软充土地基，局外框区应穴按复合桩扔基设计，扑既充分发冒挥承台分那担荷载效鸽应，减少割用桩量，律又可降低香内外差异乏沉降。龄当存耽在陷2蜡个以上桩痛端持力层菠时，宜加紫大核心筒馋桩长，减雅小外框区圾桩长，形抵成内外桩屑基应力场健竖向错位痛，以减小瞒相互影响堡，降低差械异沉降。弱

昆匠（向2峰）以桩筏斤总承载力删特征值与愁总荷载效购应标准组铅合值平衡脉为前提，昆强化核心甜区，弱化枪外框区。纯

瓦遣核心区强吩化指数：世

茧叼对于核心房区与外框贝区桩端平搏面竖向错谣位或外框艰区柱下桩迷数不超变过当5粉根时，宜信取膏1.0门5甜～刮1.1斜5仰，外框架桑为一排柱愈取低值，服二排柱取鸭高值；些

意毕对于桩端狸平面处在费同一标高宽且柱下桩燃数超字过石5秘根时，核暑心区强化筋指数宜宫取朱1.贯2辫～休1.扑3挨，一排柱姻取低值。库

所素外框区弱乐化指数根鸟据核心区枝强化指数坦越高、弱吸化指数越扭低的关系笋确定；或裕按总承载底力特征值阔与总荷载舞标准值平铃衡，由单搜独控制核威心区强化郊指数，使援外框区相飘应弱化。抱

勉所（肿3峰）对于框产剪、框支植剪力墙、纠筒中筒结务构形式，字可参照框冻筒结构变炎刚度调平际原则布桩并。对荷载某集度高的板电梯井、拐楼梯间予炮以强化，魂其强化指掏数按其荷兔载分布特蓬征确定。刘2融、剪力墙吓结构三

次矩剪力墙结酿构不仅整除体刚度好羽，且荷载氏由墙体传止递于基础丧，分布较挂均匀。对丛于荷载集阅度较高的趴电梯井和免楼梯间应带强化布桩敲。基桩宜神布置在墙四下，对于给墙体交叉牲、转角处笋应予以布婶桩。当单击桩承载力南较小，按绘满堂布桩粉时，应适督当强化内锹部、弱化兔外围。旷3染、桩基承博台设计签

僻剖由于按前丛述变刚度调调平原则跨优化布桩明，各分区愉自身实现派抗力与荷乌载平衡，捧促使承台瓦所受冲切议力、剪切旗力和整体陶弯矩降至恋最小，因梅而承台厚怒度可相应铁减小。【捐按传统设亭计理念，述桩筏基础嫂的筏式承躬台往往采喉用与天然牵地基相同庙要求确定轨其最小板陵厚、梁高铜等】销

忆赏对变刚度愚调平设计凭的承台，现应按计算影结果确定隔截面和配婚筋。务

呀开最小板厚陷和梁高：来

酒领（随1荡）对于柱辞下梁板式糕承台，梁略的高跨比遇和平板式疫承台板的棒厚跨比，温宜庆取寻1/搬8盗（相当于腾天然地基里最小板堡厚灶1/摊6粉的城3/树4释）；民

碗凉（团2明）梁板式丽筏式承台夫的板厚与奏最大双向慈板格短边已净跨之比贯，不宜小链于悟1/1固6际，且不小错于罪400m绩m拖；漆

差洋（河3确）对于墙痒下平板式未承台，厚料跨比不宜岸小片于膝1/2川0染，且厚度丸不小升于阵400m托m饥。辞

集添（服4收）筏板最迫小配筋率栗应符合规罗范要求。徒

是揉筏形承台央的选型：拴