超高层筒中筒结构桩土共同工作的原位测试分析与研究
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摘要
本文采用有限元法分析计算了超高层筒中筒结构桩土的共同工作。地基土采用分层地基模型，桩土界面采用接触单元处理，上部结构采用子结构法处理。对竖向荷载作用下的空间筒中筒结构、桩筏基础和地基进行了三维有限元分析。研究整体结构和单片墙结构在上部结构刚度、桩端土强度、桩长、桩径、桩距、筏板厚度、筏板外挑宽度等影响因素变化时的桩顶反力分布规律、桩筏荷载分担比、桩基沉降和差异沉降规律。同时，结合现场原位实测研究及分析，进行了理论计算结果与现场实测结果的对比以及整体结构和单片墙结构共同工作性状的对比。本文提出了外疏内密的布桩方法和沉降控制优化方法，并就常规桩筏基础设计提出建议以及给出了桩筏荷载分担比计算公式。
In this paper, the finite element method is used for the analysis and computation of interaction between pile and soil in super-highrise frame-tube. By adopting the layering foundation model, the contact element and the substructure method, the three-dimensional finite element analysis for soil, pile-raft foundation and frame-tube applied by the vertical loads is established. The regularities of pile-top reaction distribution, the carrying load ratio between pile and raft, the settlement and the imparity settlement of foundation in the frame-tube structure and the single wall are influenced by some factors such as the stiffness of the superstructure, the intensity of the soil under the piles, the length and radius of the piles, the distance between the piles, the thickness and the suspended width of the raft. At the same time, in coordination with the analysis and the study based on the test on site, the comparison of theory result with field measurements has been taken, as well as the comparison of frame-tube with single wall interaction behaviors. In this paper, the allocation mode of the piles, that is sparse in the exterior and dense in the interior, and the optimized method based on the settlement control are proposed. Suggestions in ordinary methods of pile-raft foundation design and formula of the carrying load ratio between pile and soil are put forward.
In this paper, the finite element method is used for the analysis and computation of interaction between pile and soil in super-highrise frame-tube. By adopting the layering foundation model, the contact element and the substructure method, the three-dimensional finite element analysis for soil, pile-raft foundation and frame-tube applied by the vertical loads is established. The regularities of pile-top reaction distribution, the carrying load ratio between pile and raft, the settlement and the imparity settlement of foundation in the frame-tube structure and the single wall are influenced by some factors such as the stiffness of the superstructure, the intensity of the soil under the piles, the length and radius of the piles, the distance between the piles, the thickness and the suspended width of the raft. At the same time, in coordination with the analysis and the study based on the test on site, the comparison of theory result with field measurements has been taken, as well as the comparison of frame-tube with single wall interaction behaviors. In this paper, the allocation mode of the piles, that is sparse in the exterior and dense in the interior, and the optimized method based on the settlement control are proposed. Suggestions in ordinary methods of pile-raft foundation design and formula of the carrying load ratio between pile and soil are put forward.
引文
[1] 史佩栋、高大钊、桂业琨主编，高层建筑基础工程手册，中国建筑工业出版社，2000。
[2] 赵锡宏等著，带裙房的高层建筑与地基基础共同作用的设计与实践，同济大学出版社，1999。
[3] 董建国、赵锡宏，高层建筑地基基础共同作用理论与实践，同济大学出版社，1999。
[4] 董建国、杨敏、赵锡宏等，高层建筑桩筏基础整体弯矩确定的新方法，结构工程师，1992(1-2合刊)。
[5] 董建国、杨敏、赵锡宏等，软土地基超长桩箱(筏)基础设计的若干问题，同济大学学报，1995(5)。
[6] 徐士良，FORTRAN常用算法程序集，清华大学出版社，1992。
[7] 张问清、赵锡宏、宰金珉，任意力系作用下层状弹性半空间的有限元分析方法，岩土工程学报，1981(2)。
[8] 宰金珉、宰金璋，高层建筑基础分析与设计，中国建筑工业出版社，1993。
[9] 钱家欢、殷宗泽，土工原理与计算，中国水利水电出版社，1996。
[10] 龚晓南，土工计算机分析，中国建筑工业出版社，2000。
[11] 汪涛，高层建筑上部结构与桩筏基础的共同作用分析，焦作工学院学报，1998(4)。
[12] 陈晓平、茜平一，桩筏基础设计的系统分析方法研究，水利学报，1995(10)。
[13] 郭宏磊、蒋永生、丁大钧，桩筏筏板设计的商讨，东南大学学报，1996(6B)。
[14] 董建国、高层建筑桩筏基础设计中几个问题，结构工程师，1997(4)。
[15] 尚守平、杜运兴、周芬，桩箱(筏)基础与地基共同作用的分析研究，土木工程学报，2001(4)。
[16] 刘前曦、侯学渊、章旭昌，筏—桩—土共同作用分析方法，同济大学学报，1996(6)。
[17] 邵全、李寅，竖向力作用下桩箱、桩筏基础的共同作用分析，云南工业大学学报，1996(2)。
[18] 龚晓南、陈明中，桩筏基础设计方案优化若干问题，土木工程学报，2001(4)。
[19] 张力，桩—筏基础中厚板内力分析，山东矿业学院学报(自然科学版)，1999(3)。
[20] 阳吉宝，桩筏基础桩筏荷载分担比的简便计算方法，建筑结构，1997(4)。
[21] 宰金珉，桩土明确分担荷载的复合桩基及其设计方法，建筑结构学报，1997(4)。
[22] 彭良泉、茜平一，高层建筑桩筏(箱)基础中减少桩数的可行性分析，土工基础，1999(3)。
[23] 李海峰、陈晓平，高层建筑桩筏基础优化设计研究，岩土力学，1998(3)。
[24] 周正茂，桩筏基础设计方法的改进及其经济价值，岩土工程学报，1998(6)。
[25] 刘前曦、侯学渊、章旭昌，均匀等长布桩桩筏基础工作形状研究，地下工程与隧道，1996(4)。
[26] 潘卫东、孙进，一种实用的高层建筑桩筏基础设计方法探讨，甘肃科技，1998(4)。
[27] 刘金砺等，群桩承台土反力性状和有关设计问题，第五届土力学及基础工程学术会议论文选集，中国建筑工业出版社，1990。
[28] 张保良、赵锡宏、姜洪伟，上部结构—筏—桩—地基共同作用分析，建筑结构学报，1997(2)。
[29] 陈颖辉、孙君实、邵全，“桩箱(筏)基础共同作用”分析的程序，云南工业大学学报，1999(2)。
[30] 史佩栋，121m高办公楼砂土地基桩筏基础与上部结构共同作用实测研究，地基基础工程，1999(3)。
[31] 中国建筑科学研究院CAD工程部，高层结构空间有限元分析新模型—SATWE，土木工程学报，1996(3)。
[32] 杨敏、王树娟、王伯钧、周融华，考虑极限承载力下的桩筏基础相互作用分析，岩土工程学报，1998(5)。
[33] 胡道华，桩筏基础计算与分析，天然气与石油，2000(1)。
[34] 郭宏磊、郑晓冰，按正常使用极限状态确定桩筏基础中筏板厚度的方法，建筑结构，1999(5)。
[35] 杨敏、王树娟，桩筏基础相互作用下土中应力场的变化规律，岩土工程学报，1999(1)。
[36] 王成华、陈环，桩台共同作用的非线性有限元分析，第一届全国计算岩土力学讨论会论文集。
[37] 陆贻杰，水泥土桩复合地基的三维非线性有限元分析，第一届全国计算岩土力学讨论会论文集。
[38] 赵锡宏等，上海高层建筑桩筏与桩箱基础设计理论，同济大学出版社，1989。
[39] 阳吉宝，高层建筑桩筏和桩箱基础的优化设计，工程勘察，1996(1)。
[40] 赵西安、李国胜、李国强、戴振国，高层建筑结构设计与施工问答，同济大学出版社，1991。
[41] 张问清等，逐步扩大子结构法计算高层结构刚度的基本原理，建筑结构学报，1980 (6)。
[42] 宰金珉、张问清等，高层空间剪力墙结构与地基共同作用三维问题的双重扩大子结构有限元—有限层分析，建筑结构学报，1983(5)。
[43] 陈希哲，土力学地基基础，清华大学出版社，1996。
[44] 宰金珉，群桩与土和承台非线性共同作用分析的半解析半数值方法，建筑结构学报，1996(1)。
[45] 戴葵，桩筏基础设计的理论研究，工程力学增刊，1998。
[46] C.S. Desai:Numerical design—analysis for piles in sands, Proc. ASCE J Geotech. Engrg. Div, Vol. 100, GT6, pp613～635, June, 1974.
[47] C.S. Desai,T. Kuppusamy and A.R. Alameddine, pile cap—pile group—soil interaction, Proc. ASCE J Struct. Div, Vol. 107, ST6, pp817～834, May, 1981.
[48] M. Ottavianni, Three—dimensional finite element analysis of vertical loaded pile groups, Geotechnique, Vol.25, No.2,pp159～174,1975.
[49] 朱百里、沈珠江，计算土力学，上海科技大学出版社，1989。
[50] 倪新华，筏基—桩基—土体共同作用数值分析，同济大学博士论文，1990。
[51] 刘金砺、袁振隆，粉土中钻孔群桩承台—桩—土的相互作用特性和承载力计算，地基基础论文集(1980～1993)，中国建筑科学研究院地基基础研究所，1994。
[52] H.G. Poulos, E.H. Davis, Pile Foundation Analysis and Design, Series in Geotechnical Engineering, John Wiley & Sons, New York, 1980.
[53] 陆倍俊，考虑共同工作改进带桩结构设计，建筑结构，1994(2)。
[54] 王荫长，高层建筑简体结构的计算方法，科学出版社，1988。
[55] 建筑桩基技术规范，中国建筑工业出版社，1994。
[56] 高层建筑箱形基础设计与施工规程JGJ6—80，中国建筑科学研究院主编，中国建筑工业出版社，1980。
[57] 高层建筑箱形与筏形基础技术规范JGJ6—99，中国建筑科学研究院主编，中国建筑工业出版社，1999。
[58] 中华人民共和国国家标准，建筑地基基础规范(GBJ7—89)及条文说明，中国建筑工业出版社，1990。
[59] 中华人民共和国国家标准，钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程(JGJ—89)，中国建筑工业出版社，1991。
[60] 王国强，实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践，西北工业大学出版社，1999。
[61] 王莺歌，筒体结构、桩筏基础与地基土共同工作的理论研究及数值分析，西安建筑科技大学硕士论文，2002。
[62] 齐良锋，西安地区高层建筑桩基础的工作特性及共同工作研究，西安建筑科技大学博士论文，2002。
[63] ANSYS基本过程手册、建模与分网手册、非线性分析指南、高级分析指南，ANSYS公司北京办事处，2001。
[2] 赵锡宏等著，带裙房的高层建筑与地基基础共同作用的设计与实践，同济大学出版社，1999。
[3] 董建国、赵锡宏，高层建筑地基基础共同作用理论与实践，同济大学出版社，1999。
[4] 董建国、杨敏、赵锡宏等，高层建筑桩筏基础整体弯矩确定的新方法，结构工程师，1992(1-2合刊)。
[5] 董建国、杨敏、赵锡宏等，软土地基超长桩箱(筏)基础设计的若干问题，同济大学学报，1995(5)。
[6] 徐士良，FORTRAN常用算法程序集，清华大学出版社，1992。
[7] 张问清、赵锡宏、宰金珉，任意力系作用下层状弹性半空间的有限元分析方法，岩土工程学报，1981(2)。
[8] 宰金珉、宰金璋，高层建筑基础分析与设计，中国建筑工业出版社，1993。
[9] 钱家欢、殷宗泽，土工原理与计算，中国水利水电出版社，1996。
[10] 龚晓南，土工计算机分析，中国建筑工业出版社，2000。
[11] 汪涛，高层建筑上部结构与桩筏基础的共同作用分析，焦作工学院学报，1998(4)。
[12] 陈晓平、茜平一，桩筏基础设计的系统分析方法研究，水利学报，1995(10)。
[13] 郭宏磊、蒋永生、丁大钧，桩筏筏板设计的商讨，东南大学学报，1996(6B)。
[14] 董建国、高层建筑桩筏基础设计中几个问题，结构工程师，1997(4)。
[15] 尚守平、杜运兴、周芬，桩箱(筏)基础与地基共同作用的分析研究，土木工程学报，2001(4)。
[16] 刘前曦、侯学渊、章旭昌，筏—桩—土共同作用分析方法，同济大学学报，1996(6)。
[17] 邵全、李寅，竖向力作用下桩箱、桩筏基础的共同作用分析，云南工业大学学报，1996(2)。
[18] 龚晓南、陈明中，桩筏基础设计方案优化若干问题，土木工程学报，2001(4)。
[19] 张力，桩—筏基础中厚板内力分析，山东矿业学院学报(自然科学版)，1999(3)。
[20] 阳吉宝，桩筏基础桩筏荷载分担比的简便计算方法，建筑结构，1997(4)。
[21] 宰金珉，桩土明确分担荷载的复合桩基及其设计方法，建筑结构学报，1997(4)。
[22] 彭良泉、茜平一，高层建筑桩筏(箱)基础中减少桩数的可行性分析，土工基础，1999(3)。
[23] 李海峰、陈晓平，高层建筑桩筏基础优化设计研究，岩土力学，1998(3)。
[24] 周正茂，桩筏基础设计方法的改进及其经济价值，岩土工程学报，1998(6)。
[25] 刘前曦、侯学渊、章旭昌，均匀等长布桩桩筏基础工作形状研究，地下工程与隧道，1996(4)。
[26] 潘卫东、孙进，一种实用的高层建筑桩筏基础设计方法探讨，甘肃科技，1998(4)。
[27] 刘金砺等，群桩承台土反力性状和有关设计问题，第五届土力学及基础工程学术会议论文选集，中国建筑工业出版社，1990。
[28] 张保良、赵锡宏、姜洪伟，上部结构—筏—桩—地基共同作用分析，建筑结构学报，1997(2)。
[29] 陈颖辉、孙君实、邵全，“桩箱(筏)基础共同作用”分析的程序，云南工业大学学报，1999(2)。
[30] 史佩栋，121m高办公楼砂土地基桩筏基础与上部结构共同作用实测研究，地基基础工程，1999(3)。
[31] 中国建筑科学研究院CAD工程部，高层结构空间有限元分析新模型—SATWE，土木工程学报，1996(3)。
[32] 杨敏、王树娟、王伯钧、周融华，考虑极限承载力下的桩筏基础相互作用分析，岩土工程学报，1998(5)。
[33] 胡道华，桩筏基础计算与分析，天然气与石油，2000(1)。
[34] 郭宏磊、郑晓冰，按正常使用极限状态确定桩筏基础中筏板厚度的方法，建筑结构，1999(5)。
[35] 杨敏、王树娟，桩筏基础相互作用下土中应力场的变化规律，岩土工程学报，1999(1)。
[36] 王成华、陈环，桩台共同作用的非线性有限元分析，第一届全国计算岩土力学讨论会论文集。
[37] 陆贻杰，水泥土桩复合地基的三维非线性有限元分析，第一届全国计算岩土力学讨论会论文集。
[38] 赵锡宏等，上海高层建筑桩筏与桩箱基础设计理论，同济大学出版社，1989。
[39] 阳吉宝，高层建筑桩筏和桩箱基础的优化设计，工程勘察，1996(1)。
[40] 赵西安、李国胜、李国强、戴振国，高层建筑结构设计与施工问答，同济大学出版社，1991。
[41] 张问清等，逐步扩大子结构法计算高层结构刚度的基本原理，建筑结构学报，1980 (6)。
[42] 宰金珉、张问清等，高层空间剪力墙结构与地基共同作用三维问题的双重扩大子结构有限元—有限层分析，建筑结构学报，1983(5)。
[43] 陈希哲，土力学地基基础，清华大学出版社，1996。
[44] 宰金珉，群桩与土和承台非线性共同作用分析的半解析半数值方法，建筑结构学报，1996(1)。
[45] 戴葵，桩筏基础设计的理论研究，工程力学增刊，1998。
[46] C.S. Desai:Numerical design—analysis for piles in sands, Proc. ASCE J Geotech. Engrg. Div, Vol. 100, GT6, pp613～635, June, 1974.
[47] C.S. Desai,T. Kuppusamy and A.R. Alameddine, pile cap—pile group—soil interaction, Proc. ASCE J Struct. Div, Vol. 107, ST6, pp817～834, May, 1981.
[48] M. Ottavianni, Three—dimensional finite element analysis of vertical loaded pile groups, Geotechnique, Vol.25, No.2,pp159～174,1975.
[49] 朱百里、沈珠江，计算土力学，上海科技大学出版社，1989。
[50] 倪新华，筏基—桩基—土体共同作用数值分析，同济大学博士论文，1990。
[51] 刘金砺、袁振隆，粉土中钻孔群桩承台—桩—土的相互作用特性和承载力计算，地基基础论文集(1980～1993)，中国建筑科学研究院地基基础研究所，1994。
[52] H.G. Poulos, E.H. Davis, Pile Foundation Analysis and Design, Series in Geotechnical Engineering, John Wiley & Sons, New York, 1980.
[53] 陆倍俊，考虑共同工作改进带桩结构设计，建筑结构，1994(2)。
[54] 王荫长，高层建筑简体结构的计算方法，科学出版社，1988。
[55] 建筑桩基技术规范，中国建筑工业出版社，1994。
[56] 高层建筑箱形基础设计与施工规程JGJ6—80，中国建筑科学研究院主编，中国建筑工业出版社，1980。
[57] 高层建筑箱形与筏形基础技术规范JGJ6—99，中国建筑科学研究院主编，中国建筑工业出版社，1999。
[58] 中华人民共和国国家标准，建筑地基基础规范(GBJ7—89)及条文说明，中国建筑工业出版社，1990。
[59] 中华人民共和国国家标准，钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程(JGJ—89)，中国建筑工业出版社，1991。
[60] 王国强，实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践，西北工业大学出版社，1999。
[61] 王莺歌，筒体结构、桩筏基础与地基土共同工作的理论研究及数值分析，西安建筑科技大学硕士论文，2002。
[62] 齐良锋，西安地区高层建筑桩基础的工作特性及共同工作研究，西安建筑科技大学博士论文，2002。
[63] ANSYS基本过程手册、建模与分网手册、非线性分析指南、高级分析指南，ANSYS公司北京办事处，2001。
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