李 旭 （山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

0 引 言

在火力發(fā)電廠鋼結(jié)構(gòu)主廠房設(shè)計(jì)中一般采用Stadd有限元軟件進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)建模分析，通過讀取柱腳反力，利用PKPM軟件中JCCAD模塊進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)。由于鋼結(jié)構(gòu)主廠房主要利用鋼支撐來抵抗側(cè)力，在地震工況下就會出現(xiàn)上拔力。由于JCCAD無法考慮鋼支撐下剪力墻的作用，為了減小樁的上拔力的作用，就只能通過增加樁數(shù)和基礎(chǔ)面積來滿足設(shè)計(jì)要求，這樣就不可避免增加了工程造價(jià)。本文通過采用SAP2000軟件，對兩個(gè)承臺樁按照有無剪力墻兩種情況進(jìn)行分析并進(jìn)行校驗(yàn)。

1 工程概況

某火力發(fā)電廠廠址地震烈度7度，加速度0.179g，地震分組第三組，場地類別III類。

主廠房采用鋼框架+支撐體系，2臺汽輪機(jī)組共用一個(gè)廠房，采用三列式布置，橫向汽機(jī)房跨度27m，除氧煤倉間12.5m，縱向全長150m，每列設(shè)兩道支撐，支撐中心距75m。

由于地質(zhì)條件差，基礎(chǔ)采用樁基，基樁為直徑800mm的鉆孔混凝土灌注樁,樁的承載力特征值為3500kN，樁的水平承載力特征值為350kN，合同規(guī)定抗拔力特征值不能超過500kN。主廠房上部鋼結(jié)構(gòu)采用Stadd有限元軟件進(jìn)行分析。

2 采用JCCAD 進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

圖1 支撐下柱承臺下基礎(chǔ)布樁圖

圖2 對設(shè)剪力墻的雙承臺基礎(chǔ)樁的有限元分析反力圖

D+L-EX 工況下基樁反力 表1

D+L+EX 工況下基樁反力 表2

對柱間支撐的柱基礎(chǔ)初步布樁見圖1，通過JCCAD模塊進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)，在恒+活+EX工況下：3C柱基礎(chǔ)樁最大豎向壓力為4782kN，水平承載力為339kN；4C柱基礎(chǔ)樁最大豎向壓力為3431kN，水平承載力為217kN。在恒+活-EX工況下：3C柱基礎(chǔ)樁最大上拔力為458kN，水平承載力為153kN；4C柱基礎(chǔ)樁最大上拔力為1419kN，水平承載力為352kN。樁的水平力可通過承臺之間設(shè)聯(lián)系梁或剪力墻共同抵抗，故不用考慮單個(gè)承臺樁水平力是否超標(biāo)。對于在地震工況下，偏心承臺樁的最大豎向壓力應(yīng)小于1.5倍樁承載力特征值即5250kN，滿足要求。按照合同規(guī)定4C柱不滿足抗拔要求，如要滿足合同規(guī)定，需要將3C和4C基礎(chǔ)聯(lián)合布置或者增加4C基礎(chǔ)的樁，這樣就會增大工程造價(jià)，同時(shí)由于BC列之間有磨煤機(jī)基礎(chǔ)樁，如果增大4C基礎(chǔ)或者是聯(lián)合基礎(chǔ)，就會影響磨煤機(jī)基礎(chǔ)樁的布置。根據(jù)以往工程的經(jīng)驗(yàn)，往往在支撐下設(shè)剪力墻，使得兩個(gè)承臺共同抵抗水平力，故在3C柱和4C柱之間-0.5m以下設(shè)400厚剪力墻相連，但JCCAD計(jì)算中樁的豎向承載力計(jì)算無法考慮剪力墻的作用，而通過手算的方法有較繁瑣，當(dāng)需要調(diào)整樁的布置還需要重新計(jì)算，給工程出圖帶來不便。

3 采用SAP2000 對設(shè)剪力墻的雙承臺基礎(chǔ)樁的分析

SAP2000是集成化的通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件，可以進(jìn)行三維空間整體分析。在SAP2000中建模，實(shí)際結(jié)構(gòu)單元用對象來體現(xiàn)，先定義出所使用的材料性質(zhì)，再建立結(jié)構(gòu)模型，指定荷載和屬性到對象上；然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，此時(shí)程序會自動將建立的面對象的模型轉(zhuǎn)換成基于有限元的模型；在分析結(jié)束后，通過結(jié)果數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行研判，得出合理的結(jié)論。在分析建模的過程中，也可以控制網(wǎng)格劃分，如細(xì)分的程度，以及處理相交單元的連接等，來做到對象和單元的一一對應(yīng)。

為了和JCCAD模塊進(jìn)行比對，對SAP2000建立的模型采取了以下幾項(xiàng)假定：

①基礎(chǔ)和墻采用SAP2000中厚膜來模擬；

②樁采用直徑800的柱單元來模擬與基礎(chǔ)采取頂部鉸接、底部剛接的做法，對樁的反力的讀取通過柱頂內(nèi)力來反映；

③短柱采用矩形柱單元模擬，與基礎(chǔ)剛接。

在對結(jié)構(gòu)分析時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：a.單元的剖分，在此過程中單元的剖分應(yīng)要保證柱和剪力墻的節(jié)點(diǎn)要共用，基礎(chǔ)的剖分要經(jīng)過樁的頂點(diǎn)；b.剛性基礎(chǔ)的保證，作為獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，為了符合規(guī)范的要求，就要假定獨(dú)立基礎(chǔ)平面內(nèi)剛度無限大，這是通過對基礎(chǔ)平面內(nèi)節(jié)點(diǎn)實(shí)行節(jié)點(diǎn)束縛來實(shí)現(xiàn)的。SAP2000有限元分析的結(jié)果見圖2。

加了剪力墻后3C承臺樁未出現(xiàn)上拔力，最大反力為951kN；4C承臺樁的最大上拔力為148kN，最大反力為184kN，均滿足要求見表1。加了剪力墻后3C承臺樁，最大反力為2854.51kN；4C承臺樁的最大反力為2806.56kN，均滿足要求（見表2）。

4 結(jié) 論

綜上所述，通過SAP2000的分析，對鋼結(jié)構(gòu)主廠房支撐下采用支撐下布剪力墻的方法不僅可以起到聯(lián)系基礎(chǔ)，共同抵抗水平力的作用，還可以將兩個(gè)承臺樁聯(lián)合起來共同承擔(dān)上部作用，減少鋼結(jié)構(gòu)主廠房支撐下的基礎(chǔ)樁上拔力，同時(shí)也可以減少地震荷載下的最大反力。

[1] JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2] DL 5022-2012,火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2012.

[3] 北京金土木軟件公司.SAP2000 中文版使用指南（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2011.