pkpm桩基础设计教程
软件: pkpm
PKPM桩基础设计全面教程
PKPM作为国内主流的建筑结构设计软件，其桩基础设计模块功能强大且应用广泛。本教程将系统介绍PKPM中桩基础设计的完整流程、关键参数设置及注意事项，帮助工程师掌握从地质资料输入到最终计算分析的全过程。
一、PKPM桩基础设计准备工作
在PKPM中进行桩基础设计前，需要完成以下准备工作：
- 地质资料准备：根据实际地质勘察报告整理土层参数，包括各土层厚度、重度、压缩模量、承载力特征值等地基参数1。地质资料是桩基础设计的基础数据，尤其对于需要考虑沉降计算的桩筏基础，地质资料输入是必需的1。
- 上部结构模型：确保上部结构模型已建立完整并通过计算，能够提供传递到基础顶面的荷载和刚度数据。这是基础设计的前提条件之一。
- 荷载数据：运行上部结构的内力计算部分，生成可供基础设计使用的荷载数据4。如需自动生成基础插筋数据，还应运行画柱施工图程序4。
- 规范选择：熟悉《建筑地基基础设计规范》(GB50007)和《建筑桩基技术规范》(JGJ94)等相关规范要求。
二、PKPM桩基础设计操作流程
1. 进入基础设计模块
在PKPM主界面选择"JCCAD"的第二项"基础人机交互输入"，程序进入基础交互输入环境4。屏幕会显示上部结构与基础相连的各层轴网及其柱墙支撑布置，并弹出"存在基础模型数据文件"的对话框4。
2. 地质资料输入
点击"地质资料"→"打开资料"→"平移对位"，将地质资料网格与基础平面网格对齐4。地质资料的正确输入对桩基础设计至关重要，特别是当需要考虑沉降计算时1。
地质资料输入后，可通过"平移对位"与"旋转对位"调整地质资料网格的位置，最后形成地质资料网格与基础平面网格的对应简图。
3. 参数设置
点击"参数输入"→"基本参数"，弹出基本参数对话框，包含两页重要参数：
第一页：地基承载力计算参数
- 地基承载力特征值fak(kPa)：根据地质报告填写
- 地基承载力宽度修正系数ηb：初始值为0，据《地规》第5.2.4条确定
- 地基承载力深度修正系数ηd：初始值为1，据《地规》第5.2.4条确定
- 基底以下土的重度γ(kN/m³)：初始值为20，据地质报告填入
- 承载力修正用基础埋置深度d(m)：据《地规》第5.2.4条确定
第二页：基础设计参数
- 室外自然地坪标高：初始值为-0.3，应由建筑提供
- 基础归并系数：初始值为0.
- 混凝土强度等级：和上部结构统一或降低一个等级
- 拉梁承担弯矩比例：初始值为0，一般取0.
- 结构重要性系数：初始值为1，和上部结构统一
- 一层上部结构荷载作用点标高：初始值为-0.9，指上部结构底部标高
4. 荷载输入
点击"荷载输入"→"荷载参数"，弹出输入荷载组合参数对话框4。这些参数的隐含值按规范相应内容确定，白色输入框的值需用户根据工程用途修改，灰色数值为规范指定值4。
重要参数包括：
- 活荷载按楼层折减系数：4～5层填0.7，6～8层填0.
- 当"分配无柱间节点荷载"选择项打"√"后，程序可将墙间无柱间节点或无基础柱上的荷载分配到节点周围的墙上，防止墙下基础丢荷载
5. 桩基础布置
点击"桩基础"菜单，进入桩基础布置界面：
桩定义
- 点击"选择桩"，屏幕显示构件选择对话框，选新建，屏幕显示桩定义对话框
- 定义桩的类型、直径、长度、材料属性等基本参数
承台桩布置
- 点击"承台桩"，进入承台定义和布置菜单
- 设置承台参数：桩间距、桩边距、承台形状、施工方法、承台底标高等
- 点击"承台生成"，根据荷载和单桩承载力计算承台下桩数，并生成承台尺寸
非承台桩布置
- 点击"非承台桩"，进入非承台桩布置菜单
- 设置布置参数：桩间距、桩群布置角、桩长度、群桩布置方式等
- 可选择按节点布置或按构件布置方式
6. 桩刚度确定
桩刚度是桩筏基础设计中极其重要的参数，直接影响筏板底反力分布和内力计算。确定方法有三种：
手工指定
- 经验值为桩承载力的50~100倍
- 现场有试桩报告时，可根据Q-S曲线计算：桩刚度=桩竖向承载力特征值(kN)/对应桩顶沉降(m)
沉降反推
- 程序提供"整体平均"或"按桩承载力相对比例"两种方式
- 基于明德林算法计算沉降，再反推桩刚度
附录C计算
- 根据《建筑桩基技术规范》附录C的m法计算桩的拉压刚度和抗弯刚度
- 需要输入桩身材料参数、土层m值等数据
7. 计算与分析
完成上述步骤后，退出当前模块，进入相应的基础类型模块进行计算。程序会根据输入数据进行内力分析和配筋设计，用户需关注以下计算结果：
- 桩身强度验算：γ₀N≤ψcfcA（取ψc=0.7）
- 桩承载力验算：端承桩按R=faA验算
- 沉降计算结果
- 筏板/承台内力与配筋
三、桩基础设计关键要点
1. 桩型选择原则
桩型选择应考虑以下因素：
- 工程地质和水文地质条件：适应地质条件，确保施工可行和质量可靠
- 工程特点：建筑物结构类型、荷载大小及分布、对沉降敏感性等
- 施工对周围环境的影响：避免振动、噪声、挤土等效应对周边环境的影响
- 工程造价及工期要求：在满足技术要求前提下选择经济合理的桩型
- 施工场地和设备条件：考虑场地限制和设备可行性
2. 桩的构造要求
根据规范要求，桩基础设计需满足以下构造要求2：
- 摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的3倍
- 扩底灌注桩的中心距不宜小于扩底直径的1.5倍
- 扩底灌注桩的扩底直径宜为桩身直径的1～3倍
- 桩端进入持力层深度宜为桩身直径的1～3倍，并不宜小于0.5m
- 布置桩位宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合
- 预制桩的混凝土强度等级不应低于C
3. 桩身强度与承载力验算
桩基础设计必须进行桩身强度和承载力验算：
桩身强度验算公式：
γ₀N ≤ ψcfcA
端承桩承载力验算公式：
R = faA
工程实例验算示例：
- 桩身直径900mm，混凝土C30，fc=14.3N/mm²
ψcfcA=0.7×14.3×3.14×450²=6364.8kN > Nmax=840kN（满足）
- 桩承载力：faA=3000×3.14×450²=1906kN > Nmax=840kN（满足）
4. 承台设计要点
承台设计需注意以下方面：
- 承台形状选择：倒锥形、阶形等，根据设计需要选择
- 施工方法：现浇或预制，一般选择现浇
- 承台底标高：根据工程实际情况确定
- 承台生成方式：按荷载和单桩承载力计算或指定桩数生成
- 联合承台：对于多柱情况可生成联合承台
四、常见问题与解决方案
- 地质资料与基础网格对位不准
- 使用"平移对位"和"旋转对位"功能精细调整
- 确保地质土层与基础位置准确对应
- 荷载读取不全
- 检查上部结构计算是否完成
- 在"荷载输入"中选择正确的荷载类型，筏形基础推荐选用SATWE荷载
- 勾选"分配无柱间节点荷载"选项防止墙下荷载丢失
- 桩刚度确定困难
- 优先采用试桩数据确定
- 无试桩数据时，可先按承载力50-100倍估算，计算后再调整
- 复杂工程可采用沉降反推或附录C方法计算
- 偏心过大问题
- 完成布桩后检查基础偏心情况
- 调整桩位或承台布置，使桩基承载力合力点与荷载合力作用点尽量重合1
- 桩数过多或过少
- 重新调整单桩承载力或桩间距
- 考虑改用不同桩型或扩大桩径
五、工程实例参考
某16层纯框架结构桩基承台设计实例：
- 上部结构：16层纯框架
- 桩型：灌注桩
- 设计流程：
- 输入地质资料
- 设置基本参数（混凝土强度C30，承载力特征值按地质报告）
- 读取SATWE荷载
- 布置承台桩（桩间距1500mm，承台底标高-2.3m）
- 生成承台（倒锥形，现浇施工）
- 计算并验算桩身强度和承载力
某大直径扩底灌注桩设计实例：
- 桩身直径d=1000mm，扩大头直径D=1400mm
- 桩身混凝土C30，fc=14.3N/mm²
- 桩身强度验算：
ψcfcA=0.7×14.3×3.14×500²=7857.8kN > Nmax=3945kN
- 桩承载力验算：
faA=3000×3.14×700²=4615kN > Nmax=3945kN
六、总结与建议
PKPM桩基础设计是一个系统工程，需严格按照流程操作并重视以下方面：
- 数据准确性：确保地质资料、上部荷载等输入数据准确可靠
- 规范符合性：设计参数和构造要求必须符合相关规范规定
- 计算验证：重视桩身强度、承载力和沉降计算验证
- 经济合理：通过多方案比较选择经济合理的桩基方案
- 施工可行：考虑施工工艺和场地条件，确保设计可实施
建议设计人员：
- 参考PKPM官方文档和教程
- 积累工程经验，特别是桩刚度取值经验
- 复杂工程应进行试桩验证设计参数
- 与其他专业密切配合，确保基础设计与整体工程协调
通过本教程的系统学习，结合PKPM软件实际操作和工程实践，工程师可以逐步掌握桩基础设计的核心要点和方法，完成安全、经济、合理的基础设计。
PKPM作为国内主流的建筑结构设计软件，其桩基础设计模块功能强大且应用广泛。本教程将系统介绍PKPM中桩基础设计的完整流程、关键参数设置及注意事项，帮助工程师掌握从地质资料输入到最终计算分析的全过程。
一、PKPM桩基础设计准备工作
在PKPM中进行桩基础设计前，需要完成以下准备工作：
- 地质资料准备：根据实际地质勘察报告整理土层参数，包括各土层厚度、重度、压缩模量、承载力特征值等地基参数1。地质资料是桩基础设计的基础数据，尤其对于需要考虑沉降计算的桩筏基础，地质资料输入是必需的1。
- 上部结构模型：确保上部结构模型已建立完整并通过计算，能够提供传递到基础顶面的荷载和刚度数据。这是基础设计的前提条件之一。
- 荷载数据：运行上部结构的内力计算部分，生成可供基础设计使用的荷载数据4。如需自动生成基础插筋数据，还应运行画柱施工图程序4。
- 规范选择：熟悉《建筑地基基础设计规范》(GB50007)和《建筑桩基技术规范》(JGJ94)等相关规范要求。
二、PKPM桩基础设计操作流程
1. 进入基础设计模块
在PKPM主界面选择"JCCAD"的第二项"基础人机交互输入"，程序进入基础交互输入环境4。屏幕会显示上部结构与基础相连的各层轴网及其柱墙支撑布置，并弹出"存在基础模型数据文件"的对话框4。
2. 地质资料输入
点击"地质资料"→"打开资料"→"平移对位"，将地质资料网格与基础平面网格对齐4。地质资料的正确输入对桩基础设计至关重要，特别是当需要考虑沉降计算时1。
地质资料输入后，可通过"平移对位"与"旋转对位"调整地质资料网格的位置，最后形成地质资料网格与基础平面网格的对应简图。
3. 参数设置
点击"参数输入"→"基本参数"，弹出基本参数对话框，包含两页重要参数：
第一页：地基承载力计算参数
- 地基承载力特征值fak(kPa)：根据地质报告填写
- 地基承载力宽度修正系数ηb：初始值为0，据《地规》第5.2.4条确定
- 地基承载力深度修正系数ηd：初始值为1，据《地规》第5.2.4条确定
- 基底以下土的重度γ(kN/m³)：初始值为20，据地质报告填入
- 承载力修正用基础埋置深度d(m)：据《地规》第5.2.4条确定
第二页：基础设计参数
- 室外自然地坪标高：初始值为-0.3，应由建筑提供
- 基础归并系数：初始值为0.
- 混凝土强度等级：和上部结构统一或降低一个等级
- 拉梁承担弯矩比例：初始值为0，一般取0.
- 结构重要性系数：初始值为1，和上部结构统一
- 一层上部结构荷载作用点标高：初始值为-0.9，指上部结构底部标高
4. 荷载输入
点击"荷载输入"→"荷载参数"，弹出输入荷载组合参数对话框4。这些参数的隐含值按规范相应内容确定，白色输入框的值需用户根据工程用途修改，灰色数值为规范指定值4。
重要参数包括：
- 活荷载按楼层折减系数：4～5层填0.7，6～8层填0.
- 当"分配无柱间节点荷载"选择项打"√"后，程序可将墙间无柱间节点或无基础柱上的荷载分配到节点周围的墙上，防止墙下基础丢荷载
5. 桩基础布置
点击"桩基础"菜单，进入桩基础布置界面：
桩定义
- 点击"选择桩"，屏幕显示构件选择对话框，选新建，屏幕显示桩定义对话框
- 定义桩的类型、直径、长度、材料属性等基本参数
承台桩布置
- 点击"承台桩"，进入承台定义和布置菜单
- 设置承台参数：桩间距、桩边距、承台形状、施工方法、承台底标高等
- 点击"承台生成"，根据荷载和单桩承载力计算承台下桩数，并生成承台尺寸
非承台桩布置
- 点击"非承台桩"，进入非承台桩布置菜单
- 设置布置参数：桩间距、桩群布置角、桩长度、群桩布置方式等
- 可选择按节点布置或按构件布置方式
6. 桩刚度确定
桩刚度是桩筏基础设计中极其重要的参数，直接影响筏板底反力分布和内力计算。确定方法有三种：
手工指定
- 经验值为桩承载力的50~100倍
- 现场有试桩报告时，可根据Q-S曲线计算：桩刚度=桩竖向承载力特征值(kN)/对应桩顶沉降(m)
沉降反推
- 程序提供"整体平均"或"按桩承载力相对比例"两种方式
- 基于明德林算法计算沉降，再反推桩刚度
附录C计算
- 根据《建筑桩基技术规范》附录C的m法计算桩的拉压刚度和抗弯刚度
- 需要输入桩身材料参数、土层m值等数据
7. 计算与分析
完成上述步骤后，退出当前模块，进入相应的基础类型模块进行计算。程序会根据输入数据进行内力分析和配筋设计，用户需关注以下计算结果：
- 桩身强度验算：γ₀N≤ψcfcA（取ψc=0.7）
- 桩承载力验算：端承桩按R=faA验算
- 沉降计算结果
- 筏板/承台内力与配筋
三、桩基础设计关键要点
1. 桩型选择原则
桩型选择应考虑以下因素：
- 工程地质和水文地质条件：适应地质条件，确保施工可行和质量可靠
- 工程特点：建筑物结构类型、荷载大小及分布、对沉降敏感性等
- 施工对周围环境的影响：避免振动、噪声、挤土等效应对周边环境的影响
- 工程造价及工期要求：在满足技术要求前提下选择经济合理的桩型
- 施工场地和设备条件：考虑场地限制和设备可行性
2. 桩的构造要求
根据规范要求，桩基础设计需满足以下构造要求2：
- 摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的3倍
- 扩底灌注桩的中心距不宜小于扩底直径的1.5倍
- 扩底灌注桩的扩底直径宜为桩身直径的1～3倍
- 桩端进入持力层深度宜为桩身直径的1～3倍，并不宜小于0.5m
- 布置桩位宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合
- 预制桩的混凝土强度等级不应低于C
3. 桩身强度与承载力验算
桩基础设计必须进行桩身强度和承载力验算：
桩身强度验算公式：
γ₀N ≤ ψcfcA
端承桩承载力验算公式：
R = faA
工程实例验算示例：
- 桩身直径900mm，混凝土C30，fc=14.3N/mm²
ψcfcA=0.7×14.3×3.14×450²=6364.8kN > Nmax=840kN（满足）
- 桩承载力：faA=3000×3.14×450²=1906kN > Nmax=840kN（满足）
4. 承台设计要点
承台设计需注意以下方面：
- 承台形状选择：倒锥形、阶形等，根据设计需要选择
- 施工方法：现浇或预制，一般选择现浇
- 承台底标高：根据工程实际情况确定
- 承台生成方式：按荷载和单桩承载力计算或指定桩数生成
- 联合承台：对于多柱情况可生成联合承台
四、常见问题与解决方案
- 地质资料与基础网格对位不准
- 使用"平移对位"和"旋转对位"功能精细调整
- 确保地质土层与基础位置准确对应
- 荷载读取不全
- 检查上部结构计算是否完成
- 在"荷载输入"中选择正确的荷载类型，筏形基础推荐选用SATWE荷载
- 勾选"分配无柱间节点荷载"选项防止墙下荷载丢失
- 桩刚度确定困难
- 优先采用试桩数据确定
- 无试桩数据时，可先按承载力50-100倍估算，计算后再调整
- 复杂工程可采用沉降反推或附录C方法计算
- 偏心过大问题
- 完成布桩后检查基础偏心情况
- 调整桩位或承台布置，使桩基承载力合力点与荷载合力作用点尽量重合1
- 桩数过多或过少
- 重新调整单桩承载力或桩间距
- 考虑改用不同桩型或扩大桩径
五、工程实例参考
某16层纯框架结构桩基承台设计实例：
- 上部结构：16层纯框架
- 桩型：灌注桩
- 设计流程：
- 输入地质资料
- 设置基本参数（混凝土强度C30，承载力特征值按地质报告）
- 读取SATWE荷载
- 布置承台桩（桩间距1500mm，承台底标高-2.3m）
- 生成承台（倒锥形，现浇施工）
- 计算并验算桩身强度和承载力
某大直径扩底灌注桩设计实例：
- 桩身直径d=1000mm，扩大头直径D=1400mm
- 桩身混凝土C30，fc=14.3N/mm²
- 桩身强度验算：
ψcfcA=0.7×14.3×3.14×500²=7857.8kN > Nmax=3945kN
- 桩承载力验算：
faA=3000×3.14×700²=4615kN > Nmax=3945kN
六、总结与建议
PKPM桩基础设计是一个系统工程，需严格按照流程操作并重视以下方面：
- 数据准确性：确保地质资料、上部荷载等输入数据准确可靠
- 规范符合性：设计参数和构造要求必须符合相关规范规定
- 计算验证：重视桩身强度、承载力和沉降计算验证
- 经济合理：通过多方案比较选择经济合理的桩基方案
- 施工可行：考虑施工工艺和场地条件，确保设计可实施
建议设计人员：
- 参考PKPM官方文档和教程
- 积累工程经验，特别是桩刚度取值经验
- 复杂工程应进行试桩验证设计参数
- 与其他专业密切配合，确保基础设计与整体工程协调
通过本教程的系统学习，结合PKPM软件实际操作和工程实践，工程师可以逐步掌握桩基础设计的核心要点和方法，完成安全、经济、合理的基础设计。
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