多 層 框 架 一 柱 一 樁 設 計東北設計院：鄧子林 趙琦多層住宅和多層公共建筑的框架結構柱下采用預應力管樁時，通常采用兩樁基礎，縱、橫向設置未經加強的地梁，近年來有的工程采取適當加強地梁剛度，柱下采用的單樁方案，節省資金，加快進度。遼寧省2008年編制的預應力混凝土管樁基礎技術規范提出了“設計等級為丙級的建筑物，當底層為框架剪力墻結構時，可采取一柱一樁，但樁長應不小于5m，樁徑不小于400mm，AB型或AB型以上樁型，樁頂應設樁帽和兩向拉梁，拉梁在平面內應形成閉合框格。拉梁下做砂土墊層，梁兩側填土夯實，拉梁配筋應平衡框架柱彎矩，拉梁配筋連續貫通，梁端箍筋加密，梁側配置不小于14150的腰筋”綜合條文內容：設計為“一柱一樁的多層框架建筑”，首先一層（底層）需要布置一定數量的剪力墻，則框架柱彎矩大大減少，使柱下單樁以承受豎向力為主。由于剪力墻的設置使用功能欠佳，且施工繁雜。福建有關設計亦提供多層框架結構柱下可布置一根預應力高強度混凝土（PHC）管樁，如圖1平面圖所示一柱一樁基礎方案，可節省造價，縮短工期。管樁頂部與承臺連接大都采用頂部管芯插筋連接如圖2所示，管芯空心部分直徑不大，D=400 AB型樁，t=95，內徑為D1=210mm，樁頂空心部位插筋澆筑混凝土能承擔部分彎矩，為計算方便，可暫考慮為鉸接，如圖3。為此必須考慮在承臺面上縱、橫方向設置剛度稍大的地梁抗彎來平衡柱腳彎矩。亦如圖3所示，圖1中部的縱、橫向中柱柱腳兩側均各有一根地梁，約束效應較好，縱向外圍柱與橫向地梁、角柱、縱、橫向與第一跨地梁以及山墻中柱與內縱向柱第一跨相交的管樁僅有一根地梁，約束效應較弱。樁頂承臺與地梁連接，采取適當加大地梁斷面、增加剛度調整配筋來平衡框架柱腳彎矩，此地梁可稱為（抗彎地梁）以滿足設計要求。幾項措施：1、要求地梁與底層柱的線性剛度比大于2.0（包括一柱兩樁的承臺短向地梁）線性剛度之合；一柱兩樁承臺長向地梁可為構造地梁。如相鄰柱仍為一柱一樁時，則此構造地梁應為抗彎地梁。一柱一樁，柱側一梁時：K地梁=EJ梁/L，K柱=EJ柱/H，K地梁/K柱2.0.一柱兩樁，柱側兩梁時：（K地梁1 +K地梁2）/K柱2.0.實際工程中，由于一層柱基需要一定埋深（凍結深度）和功能需要，致使一層柱較長（高），則地梁斷面加大太多；建議：將柱下承臺加高（承臺底埋深滿足凍結要求），相應地將地梁往上提升，柱的高度（長度）有所減短，如圖3a所示，對一層框架結構和地梁內力亦有所改善。2、 地梁上、下鋼筋應通長對稱配置，梁端箍筋加密，以提高抗彎和延性。3、 管樁樁頂部用C30細石混凝土灌芯，深度不小于2.0m，插筋長度不小于1.5m。灌芯后抗剪強度有所提高，對抗震有利。4、 原條文一柱一樁的樁要求樁長不小于5m，樁徑不小于D=400mm，AB以上的PHC樁，地梁兩側填土夯實，地梁腰筋不小于14150可不變更。附：多層框架一柱一樁設計試算：（僅供參考）東北設計院：趙 琦設計一棟五層鋼筋混凝土框架辦公樓，內走廊，一層層高h=3.6m，二五層為3.3m，工程地質條件一般，承臺下布置一根管樁 （PHC），樁頂按鉸接考慮，采取縱、橫基礎拉梁（承臺梁）加大斷面，線性剛度大于一層柱線性剛度的2倍，平衡柱腳彎矩。工程地點：沈陽；基本風壓：0.55KN/M2；基本雪壓：0.5KN/M2；抗震設防烈度：7度；室內外高差0.3M，建筑高度H=17.1m；空心砌塊內隔墻荷載一層16.5KN/M，二至四層15.0KN/M；空心砌塊外墻荷載一層17.5KN/M，二至四層15.5KN/M；1、柱截面為350350；基礎平面、基礎拉梁斷面及配筋示意圖：為保證基礎拉梁線性剛度大于一層柱線性剛度的2倍，縱向中部拉梁3000、3900跨采用250400斷面；縱向端部3900跨采用250500斷面；橫向拉梁均為250550斷面；計算結果：一層柱最大軸壓比為0.740.85，橫向最大層間位移角=1/11611/550，橫向梁主筋配筋率為0.55%，縱向最大層間位移角=1/12231/550，縱向梁主筋配筋率為0.6%；配筋較為合理，其他各項指標均較安全。如果采用兩樁承臺方案，也要設置拉梁承擔隔墻荷重，其斷面大致為250350，本方案縱橫拉梁斷面雖有所增大，但減少了一半樁的用量。2、管樁選用和邊柱、樁基構造：經核算，本工程管樁頂豎向荷重設計值N=1950KNPHC樁 D=400 t=95 AB型樁R=2288KN（滿足要求）。同時管樁的摩阻力和端阻力承載力特征值亦滿足要求。柱基承臺滿足凍結深度，承臺和拉梁上表面盡量往上提升，減少一層柱的計算長度，詳見邊樁基礎構造剖面。3、采用柱截面350350時一層梁平面和梁配筋示意圖：4、建筑結構柱網和高度不變，柱截面由350350改為400400；基礎平面、基礎拉梁斷面及配筋示意圖：采用400400柱時，基礎拉梁線性剛度仍控制大于一層柱線性剛度的2倍，縱向中部拉梁3000、3900跨采用250450斷面；縱向端部3900跨采用250600斷面；橫向拉梁均為300600；拉梁斷面均大于采用350350柱時的基礎拉梁斷面，配筋基本未變，說明拉梁斷面過大，計算結果：一層柱最大軸壓比為0.580.85，橫向最大層間位移角=1/16501/550，縱向最大層間位移角=1/17151/550，其他各項指標均較保守；說明柱斷面太大相應拉梁斷面也要加大，沒有必要，或者說柱網太小，應加大柱網才是合適的。5、采用柱截面400400時一層梁平面和梁配筋示意圖：6、建筑抗震設計規范GB500112010規定建筑超過二層時，柱截面不小宜于400，上述五層結構按規范采用400柱相對較浪費，現拓展試算，假設建筑為七層，其余條件均不變，試算仍采用400柱時，基礎拉梁線性剛度仍控制大于一層柱線性剛度的2倍，縱向中部拉梁3000、3900跨采用250450斷面；縱向端部3900跨采用250600斷面；橫向拉梁均為300600；拉梁斷面均與結構只有五層時的基礎拉梁斷面相同，鋼筋僅增加5%，考慮軸壓比，一層柱混凝土采用C40，樁基部分D=400 AB 型 t=95管樁不滿足承載要求改為D=500 AB型 t=100管樁。計算結果：一層柱最大軸壓比為0.810.85，橫向最大層間位移角=1/11141/550，縱向最大層間位移角=1/11691/550，其他各項指標均較安全，較好的利用管樁的承載力高的特性，經濟效益較好。試算結果如下：7、試算結果五層和七層框架平面和柱網尺寸相同，一層地梁與柱的線性剛度比等于或大于2時。、從試算和表1中各項指標可以看出，上述多層住宅和多層公共建筑的框架采取加強地梁剛度，滿足地梁與一層柱線性剛度比大于或等于2時，采用一柱一樁的框架是可行的，避免了采用多樁基礎，減少樁的數量和承臺混凝土以及鋼筋用量，效果顯著。上述框架地梁與一層柱線性剛度比等于或大于2時，各項指標均滿足要求，且層間位移角均較小，如適當加大柱網，調整梁、柱斷面也是可行的，當框架層數不多時，地梁與一層柱線性剛度比取用1.5倍，也能滿足要求，希望大家共同探討。經試算上述框架樁基