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摘要：通过对座落于旧砖窑厂址上，填土厚度6~7米填土地基，采用载体桩基础，上部结构高度27米，结构形式采用异形柱框架-抗震墙结构的住宅楼工程的设计、分析、多方案比较，以及应注意的问题进行分析总结，以期提供类似工程的设计经验。
关键词：静压载体桩，异形柱框架-抗震墙结构
工程概况
本工程位于市郊西北向，场地原为砖窑厂。地块形状为长方型，东西向长度约为640多米，南北向长度约为220多米，规划区域总用地面积为14.088公顷。规划总建筑面积为42万m2的中高档住宅小区。小区以上部8层局部9层带半地下车库的多层住宅为主。场地地质情况复杂，基础有的座落于原土上，有的座落于欠固结填土地基上，有座落于新近填土上的。基础为静压载体桩，上部结构形式为异形柱框架-抗震墙结构。本文仅对座落于新近填土欠固结地基上的8层局部9层带半地下车库的多层异形柱框架-抗震墙进行分析。
二、地基及基础
1）地质情况：
因本场地原为粘土砖窑厂取土形成的坑，后填入部分建筑垃圾，坑深度为5~7米。地基土分层描述：第(1)层土:填土,平均层厚6.0米；第(2)层土:粉质粘土,平均层厚2.00米,fak=120KPa；第(3)层土:粉质粘土,平均层厚3.58米,fak=220Kpa；第(4)层土:粉质粘土,平均层厚2.70米,fak=200Kpa；第(5)层土:粉质粘土,平均层厚10.27米,fak=240Kpa；第(6)层土:粉质粘土,最大揭露厚度层厚5.00米,fak=260Kpa；地下室抗浮设计水位为室外地面下-1.000米. 根据工程地质勘察报告，本工程场地类型为中软性场地土，建筑场地类别为III类，场地土为不液化土。
2）方案比较
地基基础设计可行性方案比较：第一种方案：分层压实回填粘土；第二种方案：CFG桩复合地基；第三种方案：预应力混凝土管桩基础；第四种方案：载体桩基础。第一种分层压实回填粘土方案因土方工程量太大，粘土质量和土方供应难于保证等原因，未被开发商采用，后基槽内分批填入含少量建筑垃圾的粘土，回填过程中未分层压实。因填土未被压实，时间太短，未自重固结，不符合水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法处理地基的要求亦被放弃。下面以一栋两单元建筑面积5746 m2的8层局部9层带半地下车库住宅进行比较：
根据上述分析并结合当前市场价格现对上述两种桩型的经济性列表分析如下，详见表1。
预应力混凝土管桩桩、载体桩经济性分析一览表表1
基础类型 预应力混凝土管桩桩 载体桩
桩身直径 400mm 420mm
桩端持力层 ⑦ ⑤
平均有效桩长 27.0m 11.0m
市场价 140元/m 145元/m
单桩成本 3780元 1600元
单桩提供的承载力特征值 Ra=1000kN/根=100T Ra=1000.0kN/根=100.0T
提供单位承载力的成本 37.8元/T 16.0元/T
一栋楼（重9328T） 9328x37.8=35.36(万元) 9328x16.0=14.92(万元)
通过以上分析可算出造价增加35.6元/m2，采用载体桩经济效益显著。
3）载体桩基础设计
① 桩长设计：
载体桩基础依据设计规范、规程：《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002)；《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008；《载体桩设计规程》（JGJ135-2007)等，本工程基础桩基设计等级为乙级.桩基采用静压扩底载体桩，桩径420毫米,加固土层为含水量较高的黏性土，桩间距按规程要求取2.0米，桩混凝土强度等级均为C30。本工程填土欠固结，需考虑填土的负摩阻力，其负摩阻力系数取0.25。填土厚度按承台底下5000。勘察报告提供载体等效计算面积Ae可取2.3m2
桩顶标高为室外地面下2300，有效桩长（即从承台底到载体顶的高度）取11米，载体在第④和⑤层土间，偏于安全的按在第④层土上.载体桩施工工艺采用400T静压桩基扩底，扩底后填充料采用干拌混凝土与地下水形成混凝土，扩底直径按1240，即扩大圆桩头按1m³混凝土控制。
静压扩底载体有效桩长取11米，含载体桩长为12.24m，桩底距室外地面14.54 m，因此深度为水位以下，桩周土层厚度加权平均重度=(19.5*8+9.5*6.54)/14.54=15KN/m3,则fa=200+1.6*15*(14.54-0.5)=536.96Kpa, 据规程式4.3.2知Ra=fa.Ae=536.96*2.3=1235(KN).
按JGJ94-2008第5.8.2条条文说明，单桩承载力特征值与设计值的换算系数（综合荷载分项系数）为1.35.结合JGJ135-2007式（4.3.3），按桩身强度计算时：≤/1.35=0.75x14.3x138544/1.35=1100（KN）
设计要求单桩竖向承载力特征值Ra=1000KN. 载体桩单桩竖向承载力特征值应通过载荷试验确定。通过试桩，Ra估算值与实测值非常吻合，见图二。故设计桩长不再变化，且设计桩时上部荷载标准组合值+负摩阻力≤1000 KN，即=1000KN.
②桩身负摩擦力的计算
根据建筑桩基技术规范5.4.3条即上部荷载标准组合+负摩阻力≤Ra即。据5.4.4条，负摩阻力系数=0.25，中性点以上桩长5000。
=0+1/2*19.3*5=48.25Kpa
负摩阻力系数标准值=0.25*48.25=12.06KN/m
负摩阻力标准值Qg=L=12.06*5=60.3KN
则要求上部荷载标准组合值Nk≤1000-60.3=939.7 KN
③桩身配筋
《载体桩设计规程》（JGJ135-2007) 3．0．5规程要求： 载体桩桩身正截面配筋率可取0．20％～0．65％(小直径桩取大值，大直径桩取小值)，规定不是太明确。
按照建筑樁基技术规范JGJ94-2008第4.1.1条：灌注桩配筋率应按规定为：当桩身直径为300～2000mm时，正截面配筋率可取0.65％～0.2％ （小直径桩取高值）。
本工程桩径为420，介于300~2000之间，按照内插法算出桩配筋率为0.618%，载体桩桩身正截面配筋As=0.618%*3.14159*210²=856mm²,实际配6根14钢筋，面积924 mm²。箍筋按规程要求配置，满足规范要求。载体桩桩身配筋见附图。
，.
图二 载体桩试桩Q-s曲线
图一 载体桩配筋图
④布桩方式：裙房庭院下柱荷载较小，采用一柱一桩；主楼柱下采用两桩、三桩及多桩多种布置方式，并满足上部荷载重心与桩基重心基本重合的要求，个别无法满足桩间距2米要求的最低按照1.8米控制，且与邻近桩错时48小时打。
⑤承台+承压板设计：承台满足桩基规范的强度和构造要求；承压板水浮力按活荷载考虑，分项系数取1.4，抗浮设计水位为室外地面下1米，承压板按连续双向板计算，四边支承于承台间拉梁上。承压板厚250，上下各配双层双向三级钢12@180。
三、上部结构设计
1 结构选型
结构总高29米，按《混凝土异型柱结构技术规程》(JGJ149-2006)[以下简称异型柱规程]，选用框架－剪力墙结构。剪力墙布置于电梯井四周形成大刚度筒体，另在外墙部位亦设置了少量剪力墙。剪力墙的设置除满足位移，扭转等要求外，还满足在基本震型地震作用下，剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的50％。
異型柱－剪力墙结构与普通矩形柱框架－剪力墙结构用钢量比较：对本工程分别按矩形柱方案和异性柱方案进行分析计算和配筋，出图以后，经过工程预算人员的测算，异形柱－剪力墙结构标准层含钢量为27.29kg/ m², 普通矩形柱框架－剪力墙结构标准层含钢量为23.94kg/ m²，相差3.35 kg/ m²，按照每吨3500元计算，两种方案差11.7元/ m²，一栋楼差5746*11.7=67228.2元。显然普通矩形柱框架－剪力墙结构更为经济，但是客厅卧室等主要房间等有凸出柱角影响美观和使用，经过权衡，最终采用矩形柱和异型柱结合的方案较好的解决了经济和美观的矛盾。此外，由于矩形柱在受力上比异型柱要好的多，因此在抗震性能上也要优于后者，尤其在受力复杂部位更要优先使用矩形柱。
四、结构整体分析
1）双向地震作用
《异型柱规程》4.2.4条2款规定：“在计算单向水平地震作用时应计入扭转影响；对扭转不规则的结构，水平地震作用计算应计入双向水平地震作用下的扭转影响。”要求较严易被忽视。
2）周期折减系数
《异型柱规程》4.3.6条规定：“计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期，应考虑非承重填充墙体对结构整体刚度的影响予以折减。框架结构可取0.60~0.75, 框架－剪力墙结构可取0.70~0.85.本工程剪力墙较少取0.75。
五、构件计算
1）异形柱的正截面承载力计算；
2）异形柱斜截面受剪承载力计算；
3）异形柱框架梁柱节点核心区受剪承载力计算；本条当柱两端框架梁跨度相差较大，造成弯矩相差较大，在节点形成剪力造成受剪承载力计算不满足。调整办法是尽量减少柱两侧弯矩差。
4）异形柱的轴压比控制尤为重要。轴压比越大柱延性越差。
5）异形柱配筋构造计算也很重要。因为异形柱的配筋往往是由构造决定的，而且构造要求严于矩形柱。其中《混凝土异形柱结构技术规程第》第6.2.5条中“按柱全截面面积计算的柱肢各肢端纵向受力钢筋的配筋百分率不应小于0.2%”是易被设计者忽略的要求。
六、结构优化
1）梁板柱均采用三级钢。
2）将纵筋调小至满足最小配筋率和最小直径即可。
3）框架异型柱在满足最小配筋率和肢端最小配筋率的情况下，非角部的纵筋按照纵筋构造钢筋考虑，直径采用12，能够节约一部分用钢量。
七、结论及建议
载体桩提供了安全经济的基础形式，不断的总结发展，提高效益。异形柱结构将替代砖混结构被越来也多的使用，研究和发展这项结构形式的前景是值得期待的。
参考文献：
[1].建筑桩基技术规范JGJ94-2008
[2] 载体桩设计规程 JGJ 135-2007 J121-2007
[3]混凝土异形柱结构技术规程 JGJ149-2006
[4]谭小春 王继忠 载体桩在北川中学灾后重建中的应用 建筑结构 2010,10:119.
关键词：静压载体桩，异形柱框架-抗震墙结构
工程概况
本工程位于市郊西北向，场地原为砖窑厂。地块形状为长方型，东西向长度约为640多米，南北向长度约为220多米，规划区域总用地面积为14.088公顷。规划总建筑面积为42万m2的中高档住宅小区。小区以上部8层局部9层带半地下车库的多层住宅为主。场地地质情况复杂，基础有的座落于原土上，有的座落于欠固结填土地基上，有座落于新近填土上的。基础为静压载体桩，上部结构形式为异形柱框架-抗震墙结构。本文仅对座落于新近填土欠固结地基上的8层局部9层带半地下车库的多层异形柱框架-抗震墙进行分析。
二、地基及基础
1）地质情况：
因本场地原为粘土砖窑厂取土形成的坑，后填入部分建筑垃圾，坑深度为5~7米。地基土分层描述：第(1)层土:填土,平均层厚6.0米；第(2)层土:粉质粘土,平均层厚2.00米,fak=120KPa；第(3)层土:粉质粘土,平均层厚3.58米,fak=220Kpa；第(4)层土:粉质粘土,平均层厚2.70米,fak=200Kpa；第(5)层土:粉质粘土,平均层厚10.27米,fak=240Kpa；第(6)层土:粉质粘土,最大揭露厚度层厚5.00米,fak=260Kpa；地下室抗浮设计水位为室外地面下-1.000米. 根据工程地质勘察报告，本工程场地类型为中软性场地土，建筑场地类别为III类，场地土为不液化土。
2）方案比较
地基基础设计可行性方案比较：第一种方案：分层压实回填粘土；第二种方案：CFG桩复合地基；第三种方案：预应力混凝土管桩基础；第四种方案：载体桩基础。第一种分层压实回填粘土方案因土方工程量太大，粘土质量和土方供应难于保证等原因，未被开发商采用，后基槽内分批填入含少量建筑垃圾的粘土，回填过程中未分层压实。因填土未被压实，时间太短，未自重固结，不符合水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法处理地基的要求亦被放弃。下面以一栋两单元建筑面积5746 m2的8层局部9层带半地下车库住宅进行比较：
根据上述分析并结合当前市场价格现对上述两种桩型的经济性列表分析如下，详见表1。
预应力混凝土管桩桩、载体桩经济性分析一览表表1
基础类型 预应力混凝土管桩桩 载体桩
桩身直径 400mm 420mm
桩端持力层 ⑦ ⑤
平均有效桩长 27.0m 11.0m
市场价 140元/m 145元/m
单桩成本 3780元 1600元
单桩提供的承载力特征值 Ra=1000kN/根=100T Ra=1000.0kN/根=100.0T
提供单位承载力的成本 37.8元/T 16.0元/T
一栋楼（重9328T） 9328x37.8=35.36(万元) 9328x16.0=14.92(万元)
通过以上分析可算出造价增加35.6元/m2，采用载体桩经济效益显著。
3）载体桩基础设计
① 桩长设计：
载体桩基础依据设计规范、规程：《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002)；《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008；《载体桩设计规程》（JGJ135-2007)等，本工程基础桩基设计等级为乙级.桩基采用静压扩底载体桩，桩径420毫米,加固土层为含水量较高的黏性土，桩间距按规程要求取2.0米，桩混凝土强度等级均为C30。本工程填土欠固结，需考虑填土的负摩阻力，其负摩阻力系数取0.25。填土厚度按承台底下5000。勘察报告提供载体等效计算面积Ae可取2.3m2
桩顶标高为室外地面下2300，有效桩长（即从承台底到载体顶的高度）取11米，载体在第④和⑤层土间，偏于安全的按在第④层土上.载体桩施工工艺采用400T静压桩基扩底，扩底后填充料采用干拌混凝土与地下水形成混凝土，扩底直径按1240，即扩大圆桩头按1m³混凝土控制。
静压扩底载体有效桩长取11米，含载体桩长为12.24m，桩底距室外地面14.54 m，因此深度为水位以下，桩周土层厚度加权平均重度=(19.5*8+9.5*6.54)/14.54=15KN/m3,则fa=200+1.6*15*(14.54-0.5)=536.96Kpa, 据规程式4.3.2知Ra=fa.Ae=536.96*2.3=1235(KN).
按JGJ94-2008第5.8.2条条文说明，单桩承载力特征值与设计值的换算系数（综合荷载分项系数）为1.35.结合JGJ135-2007式（4.3.3），按桩身强度计算时：≤/1.35=0.75x14.3x138544/1.35=1100（KN）
设计要求单桩竖向承载力特征值Ra=1000KN. 载体桩单桩竖向承载力特征值应通过载荷试验确定。通过试桩，Ra估算值与实测值非常吻合，见图二。故设计桩长不再变化，且设计桩时上部荷载标准组合值+负摩阻力≤1000 KN，即=1000KN.
②桩身负摩擦力的计算
根据建筑桩基技术规范5.4.3条即上部荷载标准组合+负摩阻力≤Ra即。据5.4.4条，负摩阻力系数=0.25，中性点以上桩长5000。
=0+1/2*19.3*5=48.25Kpa
负摩阻力系数标准值=0.25*48.25=12.06KN/m
负摩阻力标准值Qg=L=12.06*5=60.3KN
则要求上部荷载标准组合值Nk≤1000-60.3=939.7 KN
③桩身配筋
《载体桩设计规程》（JGJ135-2007) 3．0．5规程要求： 载体桩桩身正截面配筋率可取0．20％～0．65％(小直径桩取大值，大直径桩取小值)，规定不是太明确。
按照建筑樁基技术规范JGJ94-2008第4.1.1条：灌注桩配筋率应按规定为：当桩身直径为300～2000mm时，正截面配筋率可取0.65％～0.2％ （小直径桩取高值）。
本工程桩径为420，介于300~2000之间，按照内插法算出桩配筋率为0.618%，载体桩桩身正截面配筋As=0.618%*3.14159*210²=856mm²,实际配6根14钢筋，面积924 mm²。箍筋按规程要求配置，满足规范要求。载体桩桩身配筋见附图。
，.
图二 载体桩试桩Q-s曲线
图一 载体桩配筋图
④布桩方式：裙房庭院下柱荷载较小，采用一柱一桩；主楼柱下采用两桩、三桩及多桩多种布置方式，并满足上部荷载重心与桩基重心基本重合的要求，个别无法满足桩间距2米要求的最低按照1.8米控制，且与邻近桩错时48小时打。
⑤承台+承压板设计：承台满足桩基规范的强度和构造要求；承压板水浮力按活荷载考虑，分项系数取1.4，抗浮设计水位为室外地面下1米，承压板按连续双向板计算，四边支承于承台间拉梁上。承压板厚250，上下各配双层双向三级钢12@180。
三、上部结构设计
1 结构选型
结构总高29米，按《混凝土异型柱结构技术规程》(JGJ149-2006)[以下简称异型柱规程]，选用框架－剪力墙结构。剪力墙布置于电梯井四周形成大刚度筒体，另在外墙部位亦设置了少量剪力墙。剪力墙的设置除满足位移，扭转等要求外，还满足在基本震型地震作用下，剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的50％。
異型柱－剪力墙结构与普通矩形柱框架－剪力墙结构用钢量比较：对本工程分别按矩形柱方案和异性柱方案进行分析计算和配筋，出图以后，经过工程预算人员的测算，异形柱－剪力墙结构标准层含钢量为27.29kg/ m², 普通矩形柱框架－剪力墙结构标准层含钢量为23.94kg/ m²，相差3.35 kg/ m²，按照每吨3500元计算，两种方案差11.7元/ m²，一栋楼差5746*11.7=67228.2元。显然普通矩形柱框架－剪力墙结构更为经济，但是客厅卧室等主要房间等有凸出柱角影响美观和使用，经过权衡，最终采用矩形柱和异型柱结合的方案较好的解决了经济和美观的矛盾。此外，由于矩形柱在受力上比异型柱要好的多，因此在抗震性能上也要优于后者，尤其在受力复杂部位更要优先使用矩形柱。
四、结构整体分析
1）双向地震作用
《异型柱规程》4.2.4条2款规定：“在计算单向水平地震作用时应计入扭转影响；对扭转不规则的结构，水平地震作用计算应计入双向水平地震作用下的扭转影响。”要求较严易被忽视。
2）周期折减系数
《异型柱规程》4.3.6条规定：“计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期，应考虑非承重填充墙体对结构整体刚度的影响予以折减。框架结构可取0.60~0.75, 框架－剪力墙结构可取0.70~0.85.本工程剪力墙较少取0.75。
五、构件计算
1）异形柱的正截面承载力计算；
2）异形柱斜截面受剪承载力计算；
3）异形柱框架梁柱节点核心区受剪承载力计算；本条当柱两端框架梁跨度相差较大，造成弯矩相差较大，在节点形成剪力造成受剪承载力计算不满足。调整办法是尽量减少柱两侧弯矩差。
4）异形柱的轴压比控制尤为重要。轴压比越大柱延性越差。
5）异形柱配筋构造计算也很重要。因为异形柱的配筋往往是由构造决定的，而且构造要求严于矩形柱。其中《混凝土异形柱结构技术规程第》第6.2.5条中“按柱全截面面积计算的柱肢各肢端纵向受力钢筋的配筋百分率不应小于0.2%”是易被设计者忽略的要求。
六、结构优化
1）梁板柱均采用三级钢。
2）将纵筋调小至满足最小配筋率和最小直径即可。
3）框架异型柱在满足最小配筋率和肢端最小配筋率的情况下，非角部的纵筋按照纵筋构造钢筋考虑，直径采用12，能够节约一部分用钢量。
七、结论及建议
载体桩提供了安全经济的基础形式，不断的总结发展，提高效益。异形柱结构将替代砖混结构被越来也多的使用，研究和发展这项结构形式的前景是值得期待的。
参考文献：
[1].建筑桩基技术规范JGJ94-2008
[2] 载体桩设计规程 JGJ 135-2007 J121-2007
[3]混凝土异形柱结构技术规程 JGJ149-2006
[4]谭小春 王继忠 载体桩在北川中学灾后重建中的应用 建筑结构 2010,10:119.