大震下，桩基承载力复核

对超高层建筑来说，上部塔楼的性能化设计已经相对成熟。塔楼设计中的关键构件，我们一般要求做到大震不屈服。

但比上部塔楼更重要的结构基础，比如桩基础，大家却很少验算大震下的桩基性能。结构基础规范，也仅要求验算小震及风载作用下的桩基承载力。

过去我们一直都是这么干的。 这里面的一个潜在逻辑是，如果桩基承载力满足小震/风载的设计要求，桩在大震作用下承载力也没问题。

先不谈这个逻辑对不对。我们回想一下，对常规建筑，我们如何实现“中震可修、大震不倒”？

我们是通过小震地震内力的一系列调整放大以及多种构造措施，然后希望达到这一目标。

但是，我们并不确定可以达到这一目标。

正是因为不确定，对超限高层建筑（以及其他复杂建筑），我们还需要进一步的性能化分析进行论证。 基于相同道理，“满足小震及风载，桩在大震作用下也没问题”，也不是肯定的。

有朋友可能还是会坚持，桩的承载力富裕度很大，大震肯定没问题。富裕度很大，那是不是无穷大？如果不是无穷大，必然有个上限可作为设计参考。

所以，我们要先弄清楚，大震作用下，桩的承载力可以取多少？

我查了《公路桥梁抗震设计规范》（JTG/T2231-01-2020），“单桩的抗压承载力可提高至非抗震设计时的2.0倍”。另外，《建筑结构》上有两篇文章，也支持大震作用下，桩的承载力可以取极限承载力标准值。

仔细想一下，桩的极限承载力标准值，一般是通过静压试验得到的，而地震作为瞬时荷载，桩的承载力往往可以更高。所以，在验算大震时，桩的承载力取为极限承载力标准值，尚算合理。

参考桩基规范及上述讨论，很容易得到小震和大震作用下桩的承载力验算公式如下表所示。

其中，1.08的系数，是在基本组合与标准组合转换系数1.35的基础上，考虑抗震调整系数γRe=0.8；R为单桩抗压承载力特征值。

接下来，我们以一个实际项目进行复核。下图是小震下桩的承载力验算结果，均满足规范要求。柱下桩反力基本小于R（单桩抗压承载力特征值），个别达到1.10R＜1.25R；核心筒承台下桩反力平均值为1.16R＜1.25R，最大值为1.30R＜1.5R。

然后，按大震等效不屈服进行计算（考虑各种折减系数调整）。柱下桩反力最大值为1.38R<1.67R;核心筒承台下桩反力平均值为2.26R，最大值为2.69R， 已大于大震的桩承载力2.0R以及桩身强度标准值。

以核心筒下边桩为例，D 0.5L工况下的桩反力为50700kN，小震工况下桩反力为16252kN，大震工况下，桩反力为91094kN（小震的5.6倍），大震工况下桩反力约为D 0.5L工况下的1.8倍。即使考虑材料强度设计值与标准值之间的关系，小震基本组合并不能包络大震标准组合。

这个实际项目表明：小震桩承载力满足要求，大震不一定满足要求。

有朋友可能会说，你这个项目是不是很特殊？

这个项目场地烈度为7度（0.1g），地震控，结构高度200m，高宽比为4.6，核心筒高宽比11.5，其实并没有很特殊。

你看，桩的大震承载力验算，是有必要的。 尤其是，竖向荷载及小震作用下，桩反力比较接近承载力限值时，更应注意。

据文献介绍，建筑桩基的震害，其中一种就是：上部结构过大的水平惯性力引起桩-承台连接破坏或浅部桩身的剪压、剪弯破坏。

验算大震时，除了要关注桩的承载力是否足够，还要关注节点的冲切承载力、抗剪承载力等。

【 参考文 献 】
1）古今强，关于设防烈度地震和罕遇地震下建筑桩基础竖向承载力的探讨，建筑结构；
2）杜鹏等，高烈度区超高层剪力墙结构桩基性能设计探讨，建筑结构；

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