【摘 要】本文對(duì)上部為剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用大直徑灌注樁的轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，提出科學(xué)實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，可為同類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考。

【關(guān)鍵詞】剪力墻結(jié)構(gòu)；大直徑樁；轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)

1 概述

在抗震設(shè)防高烈度地區(qū)的多高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除核心筒區(qū)域（樓梯間、電梯間）外，其余剪力墻肢長(zhǎng)一般都控制在1600～3000mm左右。對(duì)這類剪力墻結(jié)構(gòu)，有時(shí)，根據(jù)地勘的實(shí)際情況，可能采用大直經(jīng)人工挖孔或鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。這樣的結(jié)構(gòu)形式對(duì)這樣的基礎(chǔ)形式，除核心筒區(qū)域外，大部分采用墻下單樁或雙樁的基礎(chǔ)布置形式即可滿足承載力和變形要求。這樣的布樁形式，有時(shí)給承臺(tái)的布置帶來(lái)困難，特別是墻下單樁在結(jié)構(gòu)傳力途徑上，必須通過(guò)承臺(tái)懸臂受彎、剪、扭來(lái)傳遞上部荷載與地震作用，使樁與承臺(tái)的受力和配筋構(gòu)造都很復(fù)雜，并不直觀。針對(duì)這種情況，設(shè)置基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁使上部結(jié)構(gòu)傳力明確也是一種不錯(cuò)的選擇。因此，本文對(duì)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳盡的探討，提出科學(xué)實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，可為同類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

2 大直徑灌注樁的轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)

大直徑灌注樁轉(zhuǎn)換層由大直徑灌注樁和轉(zhuǎn)換梁構(gòu)成。大直徑灌注樁的布置、設(shè)計(jì)、構(gòu)造已有成熟經(jīng)驗(yàn)[1][2]，不再贅述，只需設(shè)計(jì)人員按工程設(shè)計(jì)中剪力墻平面布置的實(shí)際情況，上部荷載及地震作用大小，再根據(jù)單樁承載力設(shè)計(jì)值、變形和最小中心距等要求布樁即可。這種情況，大部分墻下只能布置單樁，只有局部剪力墻比較長(zhǎng)及樓梯、電梯間核心筒位置可以布雙樁或多樁。對(duì)于普通柱下單樁承臺(tái)本身只是一個(gè)結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造上的要求，且大直徑樁還可不設(shè)承臺(tái)（樁帽）。對(duì)于墻下布置單樁的情況，即使單樁剛心與墻肢剛心重合，而剪力墻肢在實(shí)際受力工作狀態(tài)中，其各種荷載組合的質(zhì)心是變化的，一般很難與剛心重合，其墻下單樁承臺(tái)的設(shè)置很難達(dá)到合理水平。因此，在兩樁之間的剪力墻（肢）下設(shè)置基礎(chǔ)梁來(lái)將上部剪力墻（肢）承擔(dān)的荷載傳遞到大直徑樁上的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式就應(yīng)運(yùn)而生。實(shí)際上這種結(jié)構(gòu)形式，是在建筑物上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間設(shè)置了一道轉(zhuǎn)換梁。從廣義上講，這本身就是一種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)[3]，只是這種轉(zhuǎn)換概念要考慮到地基土和基礎(chǔ)的共同作用，同時(shí)，剪力墻（肢）下布樁不受使用功能的限制，可能兩樁之間的剪力墻（肢）具有連續(xù)性等特殊情況。

轉(zhuǎn)換梁主要承受豎向荷載，轉(zhuǎn)換梁的受力特征主要表現(xiàn)為在豎向荷載作用下的受力規(guī)律?？刹捎肧ATWE或底層框架程序?qū)D(zhuǎn)換層的計(jì)算，用其它方法（如人工）復(fù)核。在模型輸入過(guò)程中，把大直徑樁以框支柱的形式輸入，然后輸入框支梁以及上部剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)兩樁之間的剪力墻（肢）具有連續(xù)性時(shí)，輸入的框支梁至少按一層樓高的深梁輸入，并按深梁的構(gòu)造要求配置鋼筋。因轉(zhuǎn)換層在地下，計(jì)算時(shí)可不考慮抗震作用。

在這里把樁當(dāng)做框支柱來(lái)考慮，實(shí)際上樁本身的受力特征是有別于框支柱的，框支柱主要是承擔(dān)上部框支梁傳來(lái)的豎向荷載、水平風(fēng)荷載與地震作用，側(cè)向沒(méi)有約束，因此，要求其側(cè)向剛度較大。而樁在承受轉(zhuǎn)換梁傳來(lái)的上部荷載外，同時(shí)受到土的水平約束而其側(cè)摩阻力將發(fā)揮作用。大直徑樁的土層水平側(cè)阻力來(lái)自樁土間土層的剪切錯(cuò)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的剪切力，而決定剪切力大小的水平有效應(yīng)力與土層的有效壓力（樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m）成非線性關(guān)系，但當(dāng)大直徑樁的樁頂水平位移在變形的某一范圍（研究表明是在3~8mm）內(nèi)時(shí)[4]，樁側(cè)水平摩阻力是隨樁頂位移的增大而增大，當(dāng)超出這一范圍時(shí)，樁頂水平位移繼續(xù)增大則樁側(cè)水平摩阻力卻會(huì)減小。因此，當(dāng)設(shè)有地下室或當(dāng)樁周地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m（樁周地基土承載力）較大時(shí)，大直徑樁基轉(zhuǎn)換層可視為水平嵌固的計(jì)算模型。

要控制樁頂水平位移，除要求樁側(cè)土剛度外，還要求樁及轉(zhuǎn)換梁都要具有一定的剛度。一般情況，剪力墻（肢）下大直經(jīng)灌注樁的直徑（含護(hù)壁）均大于1米，截面剛度I都較大。但計(jì)算模型中樁的計(jì)算長(zhǎng)度取值直接影響其線剛度。根據(jù)規(guī)范[1]條文說(shuō)明軸向受壓樁，其受壓承載力主要受縱向主筋、箍筋及成樁工藝系數(shù)影響，樁周受土的約束，側(cè)阻力使軸向荷載隨深度遞減，箍筋起水平抗剪作用且使側(cè)向約束增強(qiáng)。有關(guān)文獻(xiàn)[1][2][5]規(guī)定在樁頂3~5d（d為樁徑）或1.0~1.5米范圍內(nèi)螺旋箍加密。因此，樁的計(jì)算長(zhǎng)度取值建議：當(dāng)有地下室時(shí)取1.0m左右，無(wú)地下室時(shí)取1.5m左右為宜。

在樁基轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)中，除考慮樁土共同作用外，還應(yīng)考慮轉(zhuǎn)換梁與剪力墻（肢）組成壁式框架梁和樁節(jié)點(diǎn)的剛域作用、上部結(jié)構(gòu)起拱效應(yīng)的卸載作用、滿跨剪力墻的深梁作用等。當(dāng)室內(nèi)地坪至轉(zhuǎn)換梁頂還有地下空間時(shí)，可將該無(wú)剪力墻（肢）部分，用剪力墻連通，這可增大起拱效應(yīng)的卸載作用，同時(shí)增大轉(zhuǎn)換梁的剛度，減少轉(zhuǎn)換梁的配筋。根據(jù)筆者多年的設(shè)計(jì)研究經(jīng)驗(yàn)：上部結(jié)構(gòu)起拱效應(yīng)的卸載作用可達(dá)上部荷載的15%~20%。滿跨剪力墻按一層高（3~4m）的深梁設(shè)計(jì)，其地梁僅需滿足承擔(dān)一層剪力墻自重及施工荷載和構(gòu)造要求，樓面處的梁按臥梁構(gòu)造設(shè)置；考慮轉(zhuǎn)換梁與剪力墻（肢）組成壁式框架梁的剛域作用可減少轉(zhuǎn)換梁跨度。轉(zhuǎn)換梁的剛域長(zhǎng)度為：

lb=hc/2-hb/4（1）

式中：hc為剪力墻（肢）邊到樁中心線的距離，hb為轉(zhuǎn)換梁的截面高。

對(duì)于普通的樁基承臺(tái)，當(dāng)?shù)亓号c承臺(tái)連接，則承臺(tái)與樁之間的連接一般按鉸接考慮，通過(guò)承臺(tái)，地梁傳至樁的彎矩大約為節(jié)點(diǎn)處彎矩的20%，其余彎矩須由承臺(tái)和地梁消耗。當(dāng)采用轉(zhuǎn)換梁形式時(shí)，如果樁與轉(zhuǎn)換梁之間采用樁頂與梁頂平齊，樁頂與梁頂?shù)匿摻铄^固按屋面框架梁的錨固方式，并要求樁的線剛度是轉(zhuǎn)換梁線剛度的3~5倍左右時(shí)，可考慮按半剛接選取計(jì)算模型。并在樁頂上設(shè)置雙向轉(zhuǎn)換（地）梁來(lái)抵抗樁頂彎矩，這樣，按剛度分配的計(jì)算結(jié)果來(lái)配置轉(zhuǎn)換梁及樁頂部分的配筋，既減小了對(duì)轉(zhuǎn)換梁的剛度要求，又減小了對(duì)樁頂部分的配筋量。

在不考慮地基土的作用時(shí)，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體是作為一個(gè)整體共同作用變形，轉(zhuǎn)換梁處于這個(gè)整體彎曲變形的受拉翼緣區(qū)域，轉(zhuǎn)換梁會(huì)出現(xiàn)軸向拉力；由于轉(zhuǎn)換梁與上部剪力墻（肢）形成拱的傳力作用，上部的豎向荷載傳到轉(zhuǎn)換梁時(shí)，很大一部分荷載以斜向荷載的形式通過(guò)轉(zhuǎn)換梁作用于樁支座，則形成了在轉(zhuǎn)換梁跨中一定區(qū)域內(nèi)承受軸向拉力，而在支座區(qū)域內(nèi)承受軸向壓力的現(xiàn)象。因此，轉(zhuǎn)換梁的最終受力狀態(tài)是由于上述兩種因素綜合影響的結(jié)果，故在轉(zhuǎn)換梁的配筋構(gòu)造中上、下部縱向鋼筋應(yīng)盡可能連通。

轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸一般由剪壓比控制，其承載力一般由剪力墻（肢）邊的斜截面（受剪承載力）控制。因此，在轉(zhuǎn)換梁范圍內(nèi)配置足夠數(shù)量的箍筋、在剪力墻（肢）邊的截面內(nèi)設(shè)附加橫向鋼筋對(duì)于控制斜裂縫都是非常重要的。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁跨度較大時(shí)，撓度、裂縫也是控制轉(zhuǎn)換梁的重要因素，這就要求轉(zhuǎn)換梁具有足夠的強(qiáng)度和剛度。對(duì)于基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁承托上部剪力墻（肢），考慮地基土的彈性地基梁作用，則梁上部及下部應(yīng)均勻布置足夠數(shù)量的縱向鋼筋，這與上述轉(zhuǎn)換梁受力分析的配筋要求一致；同時(shí)由于有些墻肢與轉(zhuǎn)換梁形成偏心，在增大箍筋的同時(shí)還要在梁側(cè)面設(shè)置足夠的抗扭筋或縱向構(gòu)造鋼筋[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

在剪力墻（肢）下布置大直徑灌注樁，當(dāng)部分為墻下單樁時(shí)，在保證計(jì)算樁長(zhǎng)內(nèi)配置足夠的縱筋及箍筋并具有一定的剛度情況下，本文對(duì)轉(zhuǎn)換層的計(jì)算模型，轉(zhuǎn)換梁的受力狀態(tài)及配筋要求進(jìn)行了詳盡分析和探討，認(rèn)為：采用轉(zhuǎn)換梁的形式從力學(xué)分析的角度，傳力路線明確、清晰，當(dāng)考慮剪力墻（肢）和樁的剛域及起拱效應(yīng)等多種因素，經(jīng)工程實(shí)例分析比較，當(dāng)剪力墻（肢）的長(zhǎng)度超出樁基較多時(shí)，采用轉(zhuǎn)換梁較承臺(tái)更為安全適用、經(jīng)濟(jì)合理。

參考文獻(xiàn)

[1]建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-2008）中國(guó)建筑工業(yè)出版社2008

[2]大直徑擴(kuò)底灌注樁技術(shù)規(guī)程（JGJ225-2010）中國(guó)建筑工業(yè)出版社2010

[3]徐培福復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中國(guó)建筑工業(yè)出版社2005

[4]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法及實(shí)例分析中國(guó)建筑工業(yè)出版社2008

[5]全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（2009）結(jié)構(gòu)（地基與基礎(chǔ)）中國(guó)計(jì)劃出版社2010

[6]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）中國(guó)建筑工業(yè)出版社2010