SAP2000 在火力發電廠鋼結構主廠房樁基中的應用

李 旭 （山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引 言

在火力發電廠鋼結構主廠房設計中一般采用Stadd有限元軟件進行上部結構建模分析，通過讀取柱腳反力，利用PKPM軟件中JCCAD模塊進行樁基設計。由于鋼結構主廠房主要利用鋼支撐來抵抗側力，在地震工況下就會出現上拔力。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和基礎面積來滿足設計要求，這樣就不可避免增加了工程造價。本文通過采用SAP2000軟件，對兩個承臺樁按照有無剪力墻兩種情況進行分析并進行校驗。

1 工程概況

某火力發電廠廠址地震烈度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臺汽輪機組共用一個廠房，采用三列式布置，橫向汽機房跨度27m，除氧煤倉間12.5m，縱向全長150m，每列設兩道支撐，支撐中心距75m。

由于地質條件差，基礎采用樁基，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，合同規定抗拔力特征值不能超過500kN。主廠房上部鋼結構采用Stadd有限元軟件進行分析。

2 采用JCCAD 進行基礎設計

圖1 支撐下柱承臺下基礎布樁圖

圖2 對設剪力墻的雙承臺基礎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初步布樁見圖1，通過JCCAD模塊進行樁基設計，在恒+活+EX工況下：3C柱基礎樁最大豎向壓力為4782kN，水平承載力為339kN；4C柱基礎樁最大豎向壓力為3431kN，水平承載力為217kN。在恒+活-EX工況下：3C柱基礎樁最大上拔力為458kN，水平承載力為153kN；4C柱基礎樁最大上拔力為1419kN，水平承載力為352kN。樁的水平力可通過承臺之間設聯系梁或剪力墻共同抵抗，故不用考慮單個承臺樁水平力是否超標。對于在地震工況下，偏心承臺樁的最大豎向壓力應小于1.5倍樁承載力特征值即5250kN，滿足要求。按照合同規定4C柱不滿足抗拔要求，如要滿足合同規定，需要將3C和4C基礎聯合布置或者增加4C基礎的樁，這樣就會增大工程造價，同時由于BC列之間有磨煤機基礎樁，如果增大4C基礎或者是聯合基礎，就會影響磨煤機基礎樁的布置。根據以往工程的經驗，往往在支撐下設剪力墻，使得兩個承臺共同抵抗水平力，故在3C柱和4C柱之間-0.5m以下設400厚剪力墻相連，但JCCAD計算中樁的豎向承載力計算無法考慮剪力墻的作用，而通過手算的方法有較繁瑣，當需要調整樁的布置還需要重新計算，給工程出圖帶來不便。

3 采用SAP2000 對設剪力墻的雙承臺基礎樁的分析

SAP2000是集成化的通用結構分析與設計軟件，可以進行三維空間整體分析。在SAP2000中建模，實際結構單元用對象來體現，先定義出所使用的材料性質，再建立結構模型，指定荷載和屬性到對象上；然后進行結構分析，此時程序會自動將建立的面對象的模型轉換成基于有限元的模型；在分析結束后，通過結果數據對模型進行研判，得出合理的結論。在分析建模的過程中，也可以控制網格劃分，如細分的程度，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。

為了和JCCAD模塊進行比對，對SAP2000建立的模型采取了以下幾項假定：

①基礎和墻采用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力來反映；

③短柱采用矩形柱單元模擬，與基礎剛接。

在對結構分析時應注意以下兩點：a.單元的剖分，在此過程中單元的剖分應要保證柱和剪力墻的節點要共用，基礎的剖分要經過樁的頂點；b.剛性基礎的保證，作為獨立基礎的設計，為了符合規范的要求，就要假定獨立基礎平面內剛度無限大，這是通過對基礎平面內節點實行節點束縛來實現的。SAP2000有限元分析的結果見圖2。

加了剪力墻后3C承臺樁未出現上拔力，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 論

綜上所述，通過SAP2000的分析，對鋼結構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系基礎，共同抵抗水平力的作用，還可以將兩個承臺樁聯合起來共同承擔上部作用，減少鋼結構主廠房支撐下的基礎樁上拔力，同時也可以減少地震荷載下的最大反力。

[1] JGJ94-2008,建筑樁基技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2008.

[2] DL 5022-2012,火力發電廠土建結構設計技術規程[S].北京：中國計劃出版社，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.