在桩筏基础设计中,在考虑控制沉降的同时也应当将桩基内力作为设计指标的重要部分。因此,以下分析将针对不同方案内桩基内力进行分析。
图4-15为不同桩筏基础方案下桩基Y方向弯矩图。
图4-15 不同方案桩基Y方向弯矩图
由图4-15a可以得出,均匀布桩桩长为10 m时,桩基Y向弯矩较小,这是因为此时桩基竖向沉降过大,桩基在Y方向无法产生较大弯矩。由图4-15b可以得出,加大筏板下桩长后,Y方向弯矩在布置于外侧的桩基比较明显,同时塔楼下桩基在Y方向也出现了较大的弯矩。由图4-15c可以得出,加大筏板下所布桩的长度至30 m时,塔楼筏板下的桩基Y方向弯矩值基本很小,Y方向弯矩值主要出现在布置与外侧的桩基,这是因为塔楼与地下室之间荷载差异较大,导致地下室在Y方向向塔楼方向变形。由图4-15d可以得出,减小地下室筏板下桩长至10 m时,地下室筏板下的桩基Y方向弯矩减小,弯矩集中在塔楼下的桩基上。由图4-15e~h可以得出,布桩在塔楼筏板下时,Y方向弯矩出现桩基外侧,弯矩的绝对值因桩筏基础的刚度的变化而不同。
图4-16为不同方案下桩基Z向轴力图。
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图4-16 不同方案桩基Z向轴力
由图可以得知,桩轴力自桩顶至桩端逐渐减小,不同的布桩方式导致桩顶和桩端轴力的绝对值不同。减少桩基的数量,导致桩顶轴力的增加,因此桩基轴力在设计中也是考虑的一个重点内容。
图4-17为不同桩筏基础布置方案下上部结构弯矩图。
图4-17 不同桩筏基础布置方案上部结构弯矩图
由图4-17a~c可以得出,随着桩长的不断增加,上部结构特别是与塔楼相接触部分的地下室的弯矩绝对值逐渐减小,弯矩形态并没有发生改变。由图4-17d~f可以得出,随着在地下室筏板逐渐减少桩数甚至不布桩,对上部结构弯矩特别是与塔楼相接触部分的地下室的弯矩形态发生较大改变,而弯矩绝对值也相应地发生改变。由图4-17g可以得出,继续增大塔楼筏板下桩长,塔楼与地下室相接触的部分弯矩绝对值数量减小,弯矩形态同方案1~方案3相同。由图4-17h可以得出,减小塔楼筏板下所布桩的桩间距后,弯矩形态同方案4~方案6相同,弯矩绝对值有所减小。
通过分析结构形式为纯框架结构的大底盘多塔楼桩筏基础的优化设计可以得知,在桩筏基础设计中,应充分考虑上部结构荷载分布对桩筏基础的影响,荷载分布集中和较大的部位应着重考虑增大基础刚度,荷载分布较为分散或荷载较小的部位可以考虑一定程度减少基础刚度。在增大基础刚度方面,增加桩长是最有效的途径和方法,减小筏板厚度和改变桩间距对基础减沉影响不明显。
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