柱下承台冲切计算的比较分析ok

不同规范下的柱下桩基础承台受冲切承载力计算的

比较分析

[提要] 本文用具体算例，对国内几本规范和美国ACI-318规范关于柱下桩基础承台受冲切承载力的计算进行了比较，并提出一些分析结论和自己的看法。 [关键词] 桩基础 独立承台 冲切承载力

THE COMPARISON OF CALCULATED PUNCHING

BEARING CAPACITY OF PILE CAP

UNDER COLUMN IN PILE FOUNDATION AMONG

DIFFERENT CODES

Abstract: This paper has compared the punch capacities of pile cap under column in pile foundation, which are calculated by national code and American ACI-318 respectively. The calculations are shown with some examples in detail. Some analytical conclusions and ideas are given

Keywords: pile foundation pile caps punching bearing capacity 1 前言

桩基础是高层建筑中很常见的基础形式，承台的抗冲切承载力在桩基础计算中占有非常重要的地位。一般来说，承台分为独立承台、条形承台、板式承台（筏板）。各规范对桩冲切的计算基本相同，本文不再讨论，下面主要讨论柱下承台的受冲切承载力。

条形承台一般均按梁进行设计，均配有足够数量的箍筋，抗剪承载力满足的情况下不会发生冲切破坏，故条形承台梁不用验算抗冲切承载力；独立承台剪切破坏和冲切破坏均有可能发生，故均需验算，国内外规范均有详细的计算公式；板式承台（筏板）由于其柱下冲切受力模型与独立承台基本相同，所以可采用独立承台的计算公式。

柱下承台的冲切根据冲切临界截面取法的不同一般分为两种：方法一为冲切临界截面取在柱边0.5h0处，当冲切临界截面与桩相交时，根据具体情况扣除或不扣除相交桩的单桩承载力，美国ACI-318规范即采用此方法；方法二为冲切锥体取柱边或承台变阶处至相应桩顶内边缘连线所构成的锥体并考虑了冲跨比的影响，国内现行规范均采用此方法。 实际计算中采用不同方法和规范所得到的结果也有所差别，下面分四种情况对不同规范关于柱下承台的冲切计算进行比较：（1）《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002（以下简称《地基规范》）；（2）《钢筋混凝土承台设计规程》CECS88：97（以下简称《承台规程》）和《建筑桩基技术规范》JGJ94-94（以下简称《桩基规范》）；（3）上海市《钢筋混凝土高层建筑筒体结构设计规程》DGJ08-31-2001（以下简称《上海高规》）；（4）美国ACI-318规范。

二、比较

基本条件： 1200mm×1200mm方柱，九桩承台高度h=1500mm，有效高度h0=1400mm，承台混凝土强度等级C40，桩直径600mm，单桩净反力设计值2800kN。见图1。

图1

1、《地基规范》

冲切面为柱边至桩内边线，见图2，根据《地基规范》式（8.5.17-1）

Fl≤2[?ox(bc?aoy)??oy(hc?aox)]?hpfth0

公式各参数含义见《地基规范》。

圆桩换算为方桩（取同《地基规范》圆柱的换算）截面边宽

bp?0.866d?0.866?600?520mm aox?aoy?1800?1200/2?520/2?940mm

?ox??oy?aox/h0?940/1400?0.672

图2

?ox??oy?0.84/(?ox?0.2)?0.84/(0.672?0.2)?0.964

受冲切承载力[Fl1]

[Fl1]?2[?ox(bc?aoy)??oy(hc?aox)]?hpfth0

?2?[0.964?(1.2?0.94)?0.964?(1.2?0.94)]?0.942?171?01.4

?18605kN

2、《承台规程》和《桩基规范》

根据《承台规程》式（4.1.2-1）及《桩基规范》式（5.6.6-4），冲切面为柱边至桩内边线，

简图同图2。

圆桩换算为方桩的截面边宽为bp?0.8d?0.8?600?480mm

aox?aoy?1800?1200/2?480/2?960mm

?ox??oy?aox/h0?960/1400?0.6857

?0x??0y?0.72/(?ox?0.2)?0.72/(0.6857?0.2)?0.813

受冲切承载力[Fl2]

[Fl2]?2[?ox(bc?aoy)??oy(hc?aox)]fth0

?2?[0.813?(1.2?0.96)?0.813?(1.2?0.96)]?180?01.4 ?17701kN

注：上式中ft按旧版《混凝土结构设计规范》GBJ 10-89取值。

3、《上海高规》

冲切面为柱边至桩内边线，简图同图2。 《上海高规》式（7.3.4-1）

Fl≤?1?humfth0

?1?a0/h0?940/1400?0.672

冲切系数?1?0.84/(?1?0.2)?0.84/(0.672?0.2)?0.963 冲切锥体计算周长um?4?2077?8308mm 受冲切承载力[Fl3]

[Fl3]??1?humfth0?0.963?0.942?8.308?1710?1.4?18043kN

4、美国ACI-318规范

根据美国ACI-318规范15.5.3、15.5.4条，柱下桩承台冲切临界面见图3。当临界面与一个或几个桩相交时，考虑到实际上桩的反力不是集中在一点，而是分布在桩的承压面上的，因此ACI规范对与直径为dp的桩的冲切力做如下规定：（1）若桩的中心位于验算截面以外的距离大于或等于dp/2（dp为桩径），则柱下冲切力不扣除这个桩的反力；（2）若桩的中心位于验算截面以内的距离大于或等于dp/2，则柱下冲切力扣除这个桩的反力；（3）若桩中心位于上述两者之间的位置，则柱下冲切力扣除这个桩的部分反力，其值按0~全部桩反力

内插求得。

图3

critical section for two-way action---------双向剪切(冲切)临界截面 critical section for beam action------------单向剪力(梁剪力)临界截面

根据ACI-318第11.12.2 条受冲切承载力取下列3式的小值，其中b0为冲切临界截面周

'长，fc为混凝土抗压强度设计值，d为承台有效高度，?c为柱截面长短边之比，?s为柱

类型的影响系数（中柱40、边柱30、角柱20）。

fc?19.1MPa，b0?4?(1.2?1.4)?10.4m，d?1.4m，?c?1，?s?40

'Vc?Vc?13(1?2/?c)6?12fc'b0d?1319.1?10126?10.4?1.4?21211kN （1） fc'b0d （2）

fc'b0d?619.1?10?10.4?1.4?31816kN

Vc?(?sdb0?2)fcb0d12' （3）

?(40?1.410.4?2)19.1?106?10.4?1.412?39134kN

根据（1）、（2）、（3）式，取最小值Vc?21211kN 受冲切承载力[Fl4]??cVc?0.75?21211?15908kN 三、分析与探讨

1、从以上比较可见几种规范柱下承台受冲切承载力从大到小的排列顺序为：

[Fl1]?18605kN〉[Fl3]?18043kN〉[Fl2]?17701kN〉[Fl4]?15908kN

即：美国ACI-318规范安全度最高，《承台规程》和《桩基规范》次之，《地基规范》安全度最低。[Fl1]比[Fl4]高出近17%，与《地基规范》8.5.17条文说明所说的ACI-318规范

安全度最低正好相反，当不考虑ACI-318受冲切承载力折减系数?c时所得结果与《地基规范》8.5.17条文说明图8.5.17-1基本吻合。这是否说明《地基规范》编制时比较的数据未考虑?c的影响呢？

2、桩直径小、间距密，则冲跨比小，冲切系数大，受冲切承载力也越大。如把上例中桩径改为500mm、桩间距改为1500mm，则

aox?683mm，?ox??oy?0.488，?ox??oy?1.221，[Fl1]?20736kN。

3、对于圆形截面换算为方形截面的方法，《桩基规范》按周长相等原则，即换算的方形截面边宽??dp/4?0.785dp，近似取0.8dp；而《地基规范》为按面积相等原则，换算的方

形截面边宽??dp42?0.75dp?0.866dp。可见两种结果略有差别，笔者认为取0.8dp比较实用且安全度略高。

4、柱下筏板承台又是高层建筑中常见的基础形式，但《地基规范》没有明确柱下筏板承台的受冲切承载力计算，实际设计可按《承台规程》CECS88：97第4.2.4条规定：对柱下平板式筏型承台，其冲切破坏锥体的取法与第4.2.1.1款对柱下独立承台的取法相同；承台受柱冲切的承载力计算也同独立承台。

5、从纯受力和计算上讲，ACI 318关于与冲切临界面相交的桩反力的考虑更能让人接受，但实际冲切破坏面不可能如ACI 318那样，所以笔者认为：冲切锥体取柱边或承台变阶处至相应桩顶内边缘连线所构成的锥体并考虑冲跨比的影响跟实际情况更加相符，ACI 318的冲切临界截面按柱边h0/2从计算简化上尚可理解，但与实际冲切破坏面相差较多。

参 考 文 献

[1] 建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）[S] [2] 建筑桩基技术规范（JGJ 94-94）[S] [3] 钢筋混凝土承台设计规程（CECS88：97）[S]

[4] 上海市钢筋混凝土高层建筑筒体结构设计规程（DGJ08-31-2001）[S] [5] 美国ACI318-02[S]

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