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　　摘 要：為了優(yōu)化樁基設(shè)計(jì)方案，近年來，在樁基設(shè)計(jì)中普遍采取變剛度調(diào)平的設(shè)計(jì)理念。本文介紹了采用自行研制開發(fā)的PSFIA（樁－土－基礎(chǔ)共同作用）分析技術(shù)的基本原理，該方法可以預(yù)估各種樁基方案下建筑物整體的沉降以及差異沉降，在滿足設(shè)計(jì)要求以及各級規(guī)范的前提下，能夠較好的比選出更為優(yōu)化的樁基方案，減少差異沉降，從而降低基礎(chǔ)內(nèi)力，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 以北京地區(qū)某高低層建筑為例，通過PSFIA方法進(jìn)行不同方案的樁－土－基礎(chǔ)的協(xié)同沉降計(jì)算對比分析，從而合理調(diào)整基樁布置，使其樁和筏板受力更加合理有效，并將沉降和差異沉降控制在控制值之內(nèi)，從而使設(shè)計(jì)方案具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。
　　關(guān)鍵詞：PSFIA方法；樁基；共同作用分析；變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)；協(xié)同沉降計(jì)算；差異沉降

　　1 引言
　　近年來，由于建筑功能需要,高層建筑經(jīng)常和低層裙房相毗鄰，地下部分則有更大面積的純地下室,同時(shí),高層主樓、裙房及純地下室往往都座落在同一基礎(chǔ)底盤上。對于地基基礎(chǔ)而言，這種情況往往造成地基沉降的差異,而差異沉降是導(dǎo)致基礎(chǔ)內(nèi)力和上部結(jié)構(gòu)次應(yīng)力增大、板厚增加、配筋增多的根源。因此，采取有效實(shí)際的設(shè)計(jì)方案可以達(dá)到減小沉降差異的目的，進(jìn)而減小基礎(chǔ)內(nèi)力，大幅度節(jié)約成本，節(jié)省工期，這已成為現(xiàn)在設(shè)計(jì)方案的主要考慮之一。目前采用一般的數(shù)值分析方法，由于缺乏針對地區(qū)工程地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件、實(shí)測沉降成果的系統(tǒng)研究，使其計(jì)算結(jié)果往往和實(shí)際差別較大。
　　本文介紹了自行研制開發(fā)的PSFIA（樁－土－基礎(chǔ)共同作用）分析技術(shù)的基本原理，該方法可以預(yù)估各種樁基方案下建筑物整體的沉降以及差異沉降，在滿足設(shè)計(jì)要求以及各級規(guī)范的前提下，能夠較好的比選出更為優(yōu)化的樁基方案，減少差異沉降，從而降低基礎(chǔ)內(nèi)力，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 以北京地區(qū)某高低層建筑為例，通過PSFIA方法進(jìn)行不同方案的樁－土－基礎(chǔ)的協(xié)同沉降計(jì)算對比分析，從而合理調(diào)整基樁布置，使其樁和筏板受力更加合理有效，并將沉降和差異沉降控制在控制值之內(nèi)，從而使設(shè)計(jì)方案具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。
　　2 樁、土和基礎(chǔ)共同作用分析方法
　　基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，宜進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)—承臺(tái)—樁土共同作用計(jì)算分析，據(jù)此確定沉降分布、樁土反力分布及承臺(tái)內(nèi)力，通過調(diào)整布樁方案比對差異沉降的變化，進(jìn)一步優(yōu)化布樁，并確定基礎(chǔ)內(nèi)力與配筋。通過共同作用分析，可以提高基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。
　　2.1 PSFIA方法的基本原理
　　PSIA方法是根據(jù)建筑物基礎(chǔ)形式，采用梁板有限元法建立反映基礎(chǔ)作用荷載和位移關(guān)系的基礎(chǔ)剛度矩陣，根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的地層情況，按照布辛奈斯克（Boussinesq）和明德林（Mindlin）應(yīng)力假設(shè)，采用分層總和法建立起地基柔度矩陣，從而列出地基沉降與基底反力的關(guān)系式。按照地基與基礎(chǔ)共同作用的原理，假設(shè)在各節(jié)點(diǎn)處基礎(chǔ)與地基的變形協(xié)調(diào)一致，由此獲得以節(jié)點(diǎn)位移為未知數(shù)的協(xié)調(diào)方程，采用非耦合逐次逼近法求解節(jié)點(diǎn)位移，然后計(jì)算出各單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力及基底反力。[1]
　　2.2 PSFIA方法的特點(diǎn)
　　（1）本方法采用地基－基礎(chǔ)－樁共同作用的分析原理，考慮樁－土－基礎(chǔ)（承臺(tái)）的變形協(xié)調(diào)，因此所得的沉降分布比一般常規(guī)方法（例如“等代墩基法”或“修正的等代墩基法”）所計(jì)算的沉降接近實(shí)際。特別在建筑物采用不同的基礎(chǔ)類型，其剛度變化很大時(shí)，能反映不同類型基礎(chǔ)對沉降調(diào)整能力的差異，有利于基礎(chǔ)方案的合理選擇；
　?。?）本方法考慮了荷載分布、地基土層變化、基礎(chǔ)剛度調(diào)整、群樁效應(yīng)等諸多因素的影響，故能夠計(jì)算各種復(fù)雜樁基、天然地基或二者同時(shí)采用的工程，所獲得的沉降分析結(jié)果能較好地反映工程的實(shí)際沉降分布；
　?。?）采用增量法分多個(gè)荷載階段計(jì)算，可反映在不同荷載階段時(shí)地基土的變形差異，還可模擬高層主樓與周圍裙房之間所設(shè)置的沉降后澆帶澆灌前后基礎(chǔ)剛度的變化反映后澆縫對高低層建筑變形與整體內(nèi)力的影響，從而可判斷設(shè)置沉降后澆帶的必要性以及澆灌時(shí)間；
　　（4）為了使分析具有一定的可靠性，不僅進(jìn)行了有針對性的大型群樁測試，還搜集了大量的高層建筑物（包括天然地基和樁基工程）沉降實(shí)測資料進(jìn)行“反演”，獲取相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。除此以外，通過實(shí)際工程觀測的驗(yàn)證，證明采用本方法估算的沉降分布情況與實(shí)際較為接近，可作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)依據(jù)。
　　3 工程應(yīng)用
　　3.1 工程概況
　　燕翔飯店地下結(jié)構(gòu)為四層（局部三層），地上由首旅大廈、諾金飯店及裙房組成。諾金飯店及裙房之間通過防震縫分開，首旅大廈、諾金飯店及裙房在地面以上為三個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元。諾金飯店地上二十五層(含設(shè)備層)，結(jié)構(gòu)高度為98.39 m；；諾金飯店裙房為三層，結(jié)構(gòu)房屋高度為：18.100m；首旅大廈地上二十八層結(jié)構(gòu)高度為114.49m（不包括局部突出屋面部分）。抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.2g；設(shè)計(jì)地震分組：第一組，場地類別為Ⅲ類，特征周期0.45s,地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級。
　　3.2 工程地質(zhì)條件
　　擬建場地自然地面標(biāo)高除局部為32.18m（原建筑拆除）外，其它部位約36.27m (35.13～36.81m)。基底以下為第四紀(jì)沉積層，地層巖性及分布的詳細(xì)情況詳見“基底以下地層巖性及分布表”。