柱下独立基础

2024-06-02

柱下独立基础（精选5篇）

柱下独立基础篇1

摘要：本文从最浅显的角度, 阐述了关于柱下独基设计的基本要点。

关键词：柱下独基,构造要求,设计基本原则

1 引言

基础工程设计中, 常见的浅基础有筏基 (1) , 条基, 以及独立基础等。在地质条件及各方面均允许的情况下, 考虑到基坑开挖的土方量, 混凝土用量 (2) (包括基础工程材料的运输) , 基础本身的用钢量, 人工费用等, 一般来说, 采用独立基础的造价要低廉许多, 因此, 在中、低层建筑中, 独立基础较为常见。本文所要阐述的是扩展基础系钢筋混凝土柱下独立基础, 通常简称为柱下独基 (不含无筋扩展系基础 (3) ) 。

2 设计基本原则

⑴扩展基础系属于柔性基础, 应根据《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002的有关规定进行计算。

⑵基础底面积应根据地基承载力确定, 当轴心荷载作用时, 荷载效应组合作用下基础底面的平均压力Pk应不大于修正后的地基承载力特征值fa (详见《地规》 (4) 公式5.2.1-1) ;当偏心荷载作用时, 除Pk≤fa外, 尚应使荷载效应标准组合下基础底面边缘的最大压力值小于或等于1.2倍的修正后的地基承载力特征值fa (详见《地规》公式5.2.1-2) 。

⑶基底配筋可按板抗弯计算。

⑷应验算柱与基础交接处以及基础变阶处受冲切和剪切的承载力, 之后有详细论述。

⑸当基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时, 应验算柱下基础顶面局部受压承载力, 现在少数小高层民用建筑采用柱下独基时多为十一层以下, 柱强度等级大多不超过C40, 粗约估算轴力N=1.3×6.5×6.5×13×11=7854.27kN, 基础多采用C25, 按常见的1米3短肢剪力墙估算顶面局部受压承载力计算:

Fl≤ω·βl·fcc·Al (混凝土规范式A.5.1-1)

局部荷载设计值Fl=7854.27kN。

混凝土局部受压面积Al=390000mm。

基础在柱下局部受压时的计算底面积按下列公式计算:

混凝土局部受压时的强度提高系数

由此可见, 采用柱下独基常见的小高层, 当跨度不超过6.5m时, 基础采用C25是能够满足局部受压要求的, 建议计算时无需再作柱下基础顶面局部受压承载力验算。

另外, 在选用柱下独基作为基础方案时, 一般常见的情况是, 荷载效应基本组合时设计值中, 偏心弯矩值, 柱底剪力很小 (数值上小于50且不大于竖向力数值1/25) , 此时对基础的影响, 竖向力起主导作用, 简化计算时可忽略弯矩, 剪力, 经过计算, 结果与实际偏差不大。

3 构造要求

⑴柱下独基按截面形状可分为对称阶梯形和对称锥形, 考虑到基础位置可能与附近基础重叠, 不对称截面也截面基础, 但必须验算基础中心与柱中心偏移对基础的影响, 省规范中提到矩形基础长宽比宜在 (1.5～4) 的范围内。

⑵锥形基础的坡度角, 不宜大于25°且不得大于35°。基础边缘高度不宜小于200mm。由于有坡度角的限制, 采用锥形基础往往不如阶梯形基础底截面布置灵活。

⑶阶梯形基础一般不超过三阶, 这与施工要求基础一次性浇捣有关, 阶数太多不利于施工。每阶高度宜为300～500mm, 总高H≤500时, 为一阶;500mm〈H≤900mm时, 为二阶;H≥900mm时, 为三阶;条件不满足的情况下, 高度超过前述界限也是可行的, 但仍需满足规范各项要求。

⑷混凝土强度等级不应低于C25。

⑸柱下独基边长不小于2.5m时, 底板受力钢筋的长度可取该边长的0.9倍, 并宜交错布置。

⑹基础的受力钢筋不宜小于10mm, 间距不宜大于200mm, 也不宜小于100mm, 当有垫层时钢筋保护层的厚度不小于40mm, 无垫层时不小于70mm。

⑺另外, 在柱位相对密集, 但条件允许采用柱下独基时, 宜考虑基础间地基的相互影响, 一般来说, 地基压力的扩散与持力层土层的内摩擦角有关, 在持力层相同的前提下, 宜按以下公式复核:

粘性土 (5) 为持力层时:L= (1～2) △H

砂土 (6) 为持力层时:L≥△H·ctanθ

式中, △H为相邻基础底面高差;θ为砂土的内内摩擦角。

在持力层相同的挖孔桩与独立墩基混用时亦可采用如上公式, 但需满足沉降差要求。

4 工程计算实例

该工程为增城市石滩镇某工程, 总建筑面积占地:15537.50m2, 总建筑面积106402.81m2, 拟场地位于石滩镇坡残积和冲洪积两微地貌单元接触地带, 地形较复杂, 原为坡地、耕地及水塘, 已被填土基本填平, 根据《广东省地震烈度区划图》资料, 广东省增城市建筑场地抗震设防烈度为Ⅵ度。原有建筑已拆除, 除局部外, 地势较平坦, 最大相对高差约为3.90m。

其中5栋为十一层商住楼, 属于工程二期。根据广州市花都工程地质基础有限公司提供的岩土工程勘察报告, 该栋范围内场地处于坡残积土层地带或有冲积层但不发育淤泥质土层, 建议采用天然地基浅基础, 推荐以粉质粘土层或全风化泥质砂岩为持力层, 基础埋深约2.00～3.00m为宜。

考虑到建筑物部分墙柱间距不大, 竖向力较大, 5栋范围内场地无土质局部不均现象, 粉质粘土层层厚不大, 全风化泥质砂岩层顶埋深在3m以内, 拟选用全风化泥质砂岩为持力层, 采用柱下独立阶梯形基础, 部分墙柱间距较近的基础如采用柱下独基时基础重叠则换用联合基础 (即柱下钢筋混凝土条形基础) 。

柱下独基的设计基本原则前面已经提到, 不再重复, 本工程与一般工程不同处在于因为荷载较大而墙柱间距不大, 导致基础地面积过大以致于基础重叠的问题。

如采用联合基础可以避免基础重叠, 但经过计算, 相对于使用柱下独基耗钢量要大很多, 不够经济, 同时, 无淤泥质土层且无土质局部不均现象, 无需采用柱下条形基础或具有良好的调整不均匀沉降能力的交梁基础 (交叉条形基础) 。

在如上特殊情况下, 不考虑按规范对阶梯形基础每阶高度宜为300～500mm的建议, 在满足冲切, 剪切, 抗弯等条件下, 尽可能调整底面积的长宽以满足基础不重叠的要求。

编号J-18为300×1000一字型短肢剪力墙, 基本组合竖向力设计值为4037.5kN, 标准值为3230kN, X, Y向弯矩和剪力均小于数值30, 近可忽略, 不作考虑。

混凝土强度等级为C25, fc=11.943N/mm, ft=1.271N/mm。

钢筋强度设计值fy=300N/mm, 纵筋合力点至近边距离as=50mm。

荷载的综合分项系数γz=1.25, 永久荷载的分项系数γG=1.25。

地基承载力特征值。

修正后的地基承载力特征值fa=435kPa。

天然地基基础抗震验算时, 地基土抗震承载力按《建筑抗震设计规范》 (GB 50011-2001) (式4.2.3) 调整:

短肢剪力墙高度hc=300mm (X方向) 宽度bc=1300mm (Y方向) 。

⑴基础底面:由于墙柱间距太小, 底面长度被限定l=2150mm (Y方向) , 估计宽度b=4300mm (X方向) , 该尺寸并不利于基础抗弯, 但能满足调整底面积的长宽以满足基础不重叠的要求。

基础根部高度H=1000mm, 第一阶高度h1=600mm, 第二阶宽度b2=2550mm, 长度l2=2150mm, 高度h2=400mm。Y向由于采取X向单方向分阶, 最大限度分阶以降低基础自重;

基础宽高比:满足条件, 略。

⑵基础自重和基础上的土重设计值G=γG·

pk= (Fk+Gk) /A=407.7kPa≤faE=435.0kPa, 满足要求。

⑷冲切验算:

基底净反力pj

X方向 (b方向) 同理, 略。

一般来说, 冲切验算可选取最大冲切面一个方向即可。

⑸剪切验算

V≤0.7·βh·ft·bo·Ho (混凝土规范7.5.3-1)

X方向 (b方向)

柱边剪切验算:

断面面积S=2.15× (0.6-0.05) +2.15×0.4=2.04m

计算宽度Lo=S/ (h1o+h2) =2.15m

受剪Vx=pj·Ax=pj· (b-hc) ·L/2=1852.8kN

第二台阶边剪切验算:

计算宽度Lo=2150mm

满足要求。

Y方向 (l方向) 同理, 略。

⑹抗弯计算

X方向 (b方向) 柱边 (绕Y轴) :MⅠ=1608.6kN·m;

Y方向 (l方向) 柱边 (绕X轴) :MⅡ=115.4kN·m。

第二台阶边弯矩计算:

X方向 (b方向) 第二台阶边 (绕Y轴) :

Y方向 (l方向) 第二台阶边 (绕X轴) :

无分阶无需计算。

⑺配筋计算:

计算配筋As=4350.6mm

(1) 号筋AsⅠ=4350mm

配筋率ρ=0.21%19Φ18@100。

(2) 同理可得 (2) 号筋AsⅡ=308mm

配筋率ρ=0.01%, 不足0.15%。

⑻柱下局部受压承载力计算。

之前已有算例, 不再重复。

⑼另外, 本工程在不属于规范要求需作变形验算范围内。

5 结束语

相对其他复杂类型的基础, 柱下独基的设计计算比较简单, 容易理解。由于承载力较低的限制, 多在中低层建筑中使用。即便如此, 在高楼林立的当今, 仍是不可缺少的基础类型。本文从最浅显的角度, 阐述了关于柱下独基设计的基本要点。各类型基础由于自身不同的特点, 有各自不同的应用范围, 如何合理的选用是我们设计工作者所必须考虑的, 只有深入了解其本质才能更安全, 更经济, 更有效的达到设计目的。

参考文献

[1]《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2002)

[2]《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001)

[3]《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2002)

[4]《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2002、J186-2002) )

[5]《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002)

柱下矩形独立基础承载力分析篇2

圆形基础因向地基传递荷载时, 力作用比较集中, 在相同的荷载和基础底面积情况下产生的地基变形比矩形基础情况大, 且基础采用放大脚形式, 在设计施工中圆形基础都较矩形基础复杂, 因此, 柱下独立基础底面主要采用矩形, 如图1所示。

基础承受均布荷载时, 基底平均压力按式 (1) 计算:

当基础承受偏心荷载作用时, 基底压力分布不均, 最大最小压力按式 (2) 计算:

因基底不能承受拉力, 当e>l/6时, 基底压力三角形分布, 应通过式 (3) 计算基底边缘最大压力:

基底压力一经得出, 下一个问题就是合理确定地基的承载能力。

1 确定地基承载能力的方法

1.1 塑性荷载法

通过应力解析式求得地基一定深度范围内出现塑性变形区, 并认为只要塑性变形区不超过此范围, 地基是稳定的, 对应的荷载称塑性荷载, 其值也即为地基承载力设计值。塑性区的开展深度可取b/3或b/4 (b为条形基础的宽度) , 视工程重要性和荷载类型而定, 所对应的荷载分别如下式:

式中:γ、γ0分别为基础底面以下和以上土的重度, d为基底埋深, c为基础底面以下土体的粘聚力, 各系数可根据地基土的抗剪强度参数查文献[1]中的表得到, 很显然。

塑性荷载方法的应力解析式是按弹性力学的公式得到, 地基发生塑性变形已不再是弹性, 该方法还用了塑性区土的静止土压力系数k0=1的假设, 这些都带来了该方法求解的不准确性。

1.2 地基极限承载力法

这种方法是首先确定地基的极限承载力, 再根据工程实际各种情况确定一个安全系数, 极限承载力除以安全系数便得到地基承载力设计值。

地基的极限承载力有多种计算公式, 最具代表性的是太沙基公式:

除太沙基公式外, 还有魏西克公式、汉森公式、梅耶霍夫公式, 详细可参见文献[2]。

比较式 (4) 、 (5) 、 (6) 可以发现三个公式形式相同, 但因为它们考虑的是塑性区不同开展情况, 因此荷载系数不等, 地基达到承载力极限时, 塑性区扩展得很深, 系数最大。

1.3 有限元数值分析法

有限元分析是把研究对象划分成无数小单元, 认为力的传递是通过单元间结点实现的, 根据已知的边界条件和外力, 通过求解刚度方程求得研究对象内各点应力的数值分析方法, 它的优点在于无须任何理论假设, 直接模拟得到地基受荷后的变形应力分布情况。

考虑到有限元三维空间问题建模复杂, 对于lb较大的矩形基础, 可视为条形基础处理, 按二维平面问题建模。

有限元模型建立如图2。

图中Q为基底荷载值, q为基础底面以上土体的等效荷载, 即q=基础埋深d×土体重度。

边界条件:左右边界面设水平方向支承, 下边界设竖向支承。

不断提高Q值, 当Q值达到某一值时, 有限元解刚度矩阵方程得到的应变不收敛表明土体发生塑性破坏, 此时的Q值即为地基极限承载力。

2 工程实例

在某地基土上设计柱下矩形基础, 地基土视为均质土体, c=20kPa, φ=30°, γ=γ0=18.8k N/m3, 基础埋置深度d=1.5m基础设计尺寸b×h=2.0×5.0m, 求这种情况下地基承载力设计值。

因h/b=5.0/2.0=2.5, 有限元建模时矩形基础可视为条形基础处理, 按二维平面问题建模。

分别用理论公式和Ansys有限元程序对问题进行计算, 得到结果如表1。

图3为Ansys分析得到的Q=720kPa时XY方向塑性应变分布, 由图可见, 地基达到承载力极限时, 塑性区扩展得很深, 约为1.0b (见图3) 。

3 结语

表1中太沙基公式和Ansys分析的结果为地基极限承载力, 由表可见, 太沙基公式计算结果远大于Ansys分析的结果, 这是因为太沙基公式是建立在两个假设上的:基础底部很粗糙;地基只发生整体剪切破坏。

比较Ansys分析的结果与塑性荷载法的值, 当安全系数取1.75时, 通过Ansys计算地基承载力设计值与P1/3相等, 当安全系数取1.86时, 通过Ansys计算地基承载力设计值与P1/4相等。文献[3]指出浅层平板载荷试验时, 极限荷载应不小于地基承载力特征值的2倍, 可见规范是偏于安全的。

参考文献

[1]陈希哲.土力学地基基础[M].清华大学出版社, 2007.

[2]雍景荣.土力学与基础工程[M].成都科技大学出版社, 1995.

柱下独立基础篇3

独立基础设计用到的荷载有上部结构分析程序传来的荷载, 还有在基础人机交互建模中人工输入的附加节点荷载。如果存在线荷载且通过拉梁作用到独立基础上则应将其导算成节点荷载输入, 如首层填充墙荷载。程序会将上部结构传来的荷载和人工输入的附加荷载叠加后进行荷载组合, 同时附加荷载还会作为独立的荷载工况单独进行荷载组合以适应荷载完全人工输入的情况。

程序可以读取PKPM系列软件中各上部结构分析程序生成的柱底内力标准值, 并将其作各种荷载效应组合当作基础设计的外荷载。

设计独立基础时用到的外荷载有轴力、沿柱两个方向的弯矩和两个方向的剪力。

在独立基础计算时, 需要将荷载作以下转换:

(1) 当基础底面形心相对于节点有偏心或基础有转角时将按照力平移、转角公式将荷载换算到基础底面形心。这是因为荷载是按作用在节点上, 相对于整体坐标系记录的。

(2) 柱底剪力换算成相对于基础底面的弯矩。在进行上部结构设计时, 一般假定柱在基础上表面位置或在室外地坪以下的某一标高处嵌固。上部结构计算结果中柱内力是嵌固点处的结果, 而该位置往往高于基础底面。在进行柱下独立基础设计时需要将作用在柱底的剪力换算成相对于基础底面的附加弯矩, 剪力臂就是柱底标高到基础底面的距离。换算得到的附加弯矩要和原有弯矩叠加后进行基础设计。

(3) 根据地基承载力计算确定基础底面配筋时还要考虑覆土重和基础自重。由于这时基础尺寸还没有确定, 基础自重未知, 所以一般取基础和覆土的平均容重来估算其数值。一般平均容重取20KN/M3。在程序中经常用单位面积覆土重或覆土压强是按平均容重乘以覆土深度计算。

2 独立基础设计时用到的荷载组合类型

程序在进行独立基础的承载力计算是使用正常使用极限状态下荷载的标准组合;进行冲切、配筋和局部承压计算时采用承载力极限状态下荷载的基本组合;进行沉降计算时采用正常使用极限状态下荷载的准永久组合。

基础程序会自动在所有荷载组合中过滤出符合计算要求的各种组合进行相应的计算。

3 设计单柱基础和多柱基础时荷载的选取

单柱基础是典型的独立基础, 《建筑地基基础设计规范》规范中给出了详尽的计算公式。其内力仅与其上单根框架柱的荷载有关, 与其它节点荷载无关。因此设计单柱基础时允许选择不同工况的荷载组合, 如PK荷载、SATWE荷载、包括吊车预组合内力的荷载组合。

另外, 独立基础其底面尺寸较小, 土体只给基础提供抗压力不提供抗拉力。作用在基础上的荷载中弯矩对基础承载力的影响比较大, 对冲切和配筋也有一定的影响, 因此需要多种工况下的荷载组合以便找到最不利荷载组合。

基于以上原因, 独立基础一般读取PK、TAT、SATWE、PMSAP等程序的构件内力作为基础设计的外荷载。这些程序生成的荷载组合比较多, 并包含轴力、弯矩和剪力, 计算独立基础是合适的。

多柱基础其上有多根框架柱, 这些柱的荷载对基础的内力都有贡献。因此在计算多柱基础时应该按整体基础考虑, 其上框架柱的荷载应该是同工况荷载组合, 这样内力才可以叠加。所以多柱基础一般不建议用PK荷载和SATWE、TAT、PMSAP等程序中包含吊车预组合内力的荷载组合;可以采用SATWE、TAT、PMSAP的不含吊车预组合内力的荷载组合进行设计。

由于不同分析程序的模型假定不同, 其杆件内力还是有一定差异的。即便如此, 在独立基础设计时也只需要读取其中一个程序生成的荷载;如已知某些部位的荷载明显偏小, 则可以再读取其它荷载 (如平面荷载) 作为补充。

4 地震荷载的选用

按照《建筑抗震设计规范》4.2.1条的规定, 下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算:

(1) 砌体房屋

(2) 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑:

(1) 一般的单层厂房和单层空旷房屋;

(2) 不超过8层且高度在25米以下的一般民用框架房屋;

(3) 基础荷载和2) 项相当的多层框架厂房。

(3) 本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。

JCCAD程序并没有自动判断是否需要读取地震作用工况。当要设计的工程不需要进行抗震承载力验算时, 应该在读取荷载对话框中将两个方向的水平地震作用和竖向地震作用的勾去掉, 则基础设计的荷载组合中就不会出现地震荷载组合。如果上部结构计算时没有考虑地震作用, 则在对话框中不会出现地震工况。

在地震荷载组合中, 对于风荷载起控制作用的高层建筑风荷载与地震作用同时参加荷载组合。当风荷载与地震作用不同时参与组合时, 可以在荷载参数中“地震作用组合风荷载组合值系数”ψw设为0, 这样地震作用组合中就不会出现风荷载的内容了。

5 吊车荷载的选用

在PK、SATWE、TAT程序中都有吊车荷载的预组合内力。基础程序可以将吊车荷载读入并进行荷载组合。这里要强调的是吊车荷载的预组合内力不是同工况的荷载组合, 亦即不会同时发生在不同的框架柱中。因此PK、SATWE、TAT程序传来的包含吊车预组合内力的荷载组合可以用来计算单柱基础设计时;但用其计算多柱基础则和实际情况偏差较大, 此时设计基础仅供参考。

6 选用P K荷载

用PK程序计算单、多层厂房具有受力明确, 计算方法简单、准确的特点, 尤其对于单层厂房排架柱的设计更为常用。JCCAD程序可以读取PK程序计算结果中的柱内力作为独立基础的外荷载。在读取PK荷载时具有以下特点:

(1) 一榀框架计算的结果可以布置在多条轴线上。在用PK程序计算框排架结构时往往只挑选有代表性的几榀进行分析。因此在基础设计时多个轴线要读取同一榀框架的计算结果。

(2) 对于同一根柱, 程序只能读取一榀框架生成的结果。如果重复指定, 后一次的结果会覆盖前一次的结果。

参考文献

[1]建筑地基基础设计规范.GB50007-2002中华人民共和国国家标准.中国建筑工业出版社.

柱下独立基础篇4

在进行普通地下室基础设计过程中, 当天然地基条件较好时, 独立基础加构造底板这种基础形式常常被采用。此类基础形式具有形式简单、受力明确、工程造价低等诸多优点。独立基础用以承担上部结构传至框架柱底的轴力、弯矩及剪力;构造底板为卧置于地基上可以起到防水防潮作用的自承重结构构件。对于地下室基底标高以上无地下水的情况, 独立基础的受力情况与无地下室时相同, 基础底板的抗弯设计、抗冲切设计可根据《地基基础设计规范》 (GB50007) 相关章节进行。反之, 当地下室深度范围内存在有水位高于构造底板底面的地下水时, 在地下水浮力作用下, 独立基础底板在不同情况的水浮力作用下, 呈现出不同的受力状态, 因此独立基础的抗冲切验算也异于普通独立基础。下面将就抗浮设计时这种工况下基础的抗冲切验算进行讨论。

2 基本假定

在进行抗浮设计时基础的抗冲切验算前, 对柱下独立基础与构造底板 (防水底板) 这种基础形式受力状态做如下基本假定:①独立基础只承担上部结构传至框架柱底的轴力、弯矩及剪力, 当地下水位高于基础底面时, 独立基础作为防水底板的支座, 承受有防水底板传来的弯矩及剪力;②构造底板简化为自承重结构构件, 无地下水时不参与独立基础对上部结构构件传来的轴力、弯矩及剪力的承担作用。

3 受力分析

根据以上基本假定, 当地下水位到达临界水位hwcr时 (地下水浮力等于构造底板及其上覆土自重) , 带构造底板的柱下独立基础的受力状态见图1。

3.1 地下水位高于构造底板底, 水浮力等于构造地板及其上覆土自重 (hw=hwcr)

根据假定, 防水底板自承重且抵抗水浮力, 不考虑防水底板的地基承载能力。独立基础承担全部结构荷重并考虑水浮力的影响, 其受力状态如下:上部结构传至框架柱底的轴力N、弯矩及剪力 (为方便讨论, 假设值为零) , 地基土反力p0A0, 水浮力pw0A0、构造底板受地下水浮力Pw1A1等于构造底板及其上覆土自重G1 (见图1) , 根据受力平衡有:

此时在独立基础周围未产生附加剪力和弯矩, 即V1w=0, M1w=0。即地下水浮力未对独立基础底面总反力产生影响, 那么进行基础抗冲切验算时FL也未发生改变, 即:

此状态下独立基础抗冲切验算同普通独立基础。

3.2 地下水位高于构造底板底面 (h'w>hwcr)

相对于前面的情况, 水浮力大于构造底板及其上覆土自重p'w1A1>G1, 此时独立基础承受了附加的剪力和弯矩作用 (△V'w=p'w1A1-G1>0, M1w>0) 。取独立基础冲切破坏椎体为研究对象, 并根据受力平衡 (见图2) 。

可见F'L=FL

基础抗冲切验算时, F'L应根据上诉方法求出。即当地下水位高度大于临界水位 (h'w>hwcr) 时, 水浮力大于构造底板及其上覆土自重, 构造地板下剩余的水浮力参与承担了上部结构传至柱底的竖向荷载, 使得独立基础底面处的反力变小, 进而使得进行抗冲切验算时所求得的FL变大, 固此时扔按照常规方法去验算柱下独立基础的冲切, 而不考虑剩余水浮力的影响, 会照成验算结果错误, 给工程设计照成安全隐患。

4 结论

本文简单阐述了地下室独立基础加构造底板这种基础形式的优点和工程应用的广泛性;定性的分析了地下水位高于构造底板底面时, 构造底板及独立基础的受力特性;对地下水位高度大于临界水位 (h'w>hwcr) 这种工况下的独立基础抗冲切验算进行了深一层次的探讨, 推导出了抗冲切验算时的计算公式, 为地下水位高度大于临界水位 (h'w>hwcr) 时, 独立基础的抗冲切验算提供了力学分析的理论依据。

摘要：独立基础加构造底板这种基础形式具有形式简单、受力明确、工程造价低等诸多优点, 当地下室深度范围内存在有水位高于构造底板底面的地下水时, 独立基础底板在不同情况的地下水浮力作用下, 呈现出不同的受力状态。本文定性的分析了地下水位高于构造底板底面时, 构造底板及独立基础的受力特性, 为地下水位高度大于临界水位 (h'w>hwcr) 时, 独立基础的抗冲切验算提供了力学分析的理论依据。

关键词：构造底板,独立基础,冲切破坏,临界水压力

参考文献

[1]GB5007-2011, 建筑地基基础设计规范[S].中国建筑出版社, 腾延京等.

[2]朱炳寅, 娄宇, 杨琪.建筑地基基础设计方法及实例分析[M].中国建筑出版社.

柱下条形基础底板设计的探讨篇5

关键词：设计,基础,单向计算,偏心受力

1基础底板设计条件

柱下条形基础通常由基础底板和基础梁组成,基础剖面见图1。

2基础底板设计步骤

2.1 确定合理的基础纵向长度L

理论上可直接根据梯形或三角形分布的地基反力和任意设定的基础长度来计算基础,但根据多年来的经验,在正常情况下,对于比较重要的结构,在无附加构造措施下,设计应满足基础纵向偏心距e′≤L/6和基础横向偏心距e′≤b/6的要求,即尽量使两个方向地基反力均变成较丰满的梯形分布,并要求每一方向的最大和最小地基反力不宜相差过大,以避免基础倾斜而失去对上部结构的有效控制和修复。为计算方便,并使各柱下弯矩和跨中弯矩趋于平衡,有利于节约配筋,使得按常规方法算得的结果更符合假定的线性分布,一般应将作用在基础纵向(L方向)平面内的荷载所产生的偏心地基反力转换成均布地基反力(以梯形或三角形分布地基净反力为例,介绍如何将其转换成均布净反力),为此需要确定一个合理的基础长度,其设计转换过程如下。

基础的纵向地基净反力为:

其中,Pjmax,Pjmin分别为基础纵向边缘处最大和最小净反力设计值;∑Fi为作用于基础上各竖向荷载(Fi,qi)的合力设计值(不包括基础自重和其上覆土重);∑M为作用于基础上的各竖向荷载(Fi,qi)、各纵向弯矩(Mi)、各纵向水平荷载(Qi)对基础底板纵向中点产生的总弯矩设计值。实际工程中作用于基础上的结构柱、大型设备、局部墙体或地面运输等荷载形式,均对基础纵向有偏心效应。

当Pjmax与Pjmin相差不大于10%时,可近似地取其平均值作为均布地基净反力,直接定出基础的悬臂长度a1=a2(按构造要求为第一跨距的1/4～1/3),很方便就确定了合理的基础长度L;如果Pjmax与Pjmin相差较大时,常通过调整一端悬臂长度a1或a2,使合力∑Fi的重心恰为基础的形心(工程中允许两者误差不大于基础长度的3%),从而使∑M=0,反力从梯形或三角形分布变为均布,求a1和a2的过程如下。

先求合力∑Fi作用点距左起第一柱的距离x:

其中,∑M为作用于基础上的各纵向弯矩(Mi)设计值之和;xi为各竖向荷载(Fi)距F1作用点的距离。当x≥a/2时,基础长度L=2(x+a1),a2=L-a-a1。

当x<a/2时,基础长度L=2(a-x+a2),a1=L-a-a2。

按上述确定a1和a2后,使偏心地基净反力变为均布地基净反力,其值为:

其中,pj为均布地基净反力设计值,由此也可得到一个合理的基础长度L。

2.2 确定基础底板宽度

根据修正后的地基承载力特征值fa,一般可按两个方向分别进行如下验算,从而确定基础底板宽度b(当存在软弱下卧层时,还必须按相应规范对下卧层进行验算,必要时还应验算地基变形,从而最终确定基础底板宽b)。基础底板纵向边缘地基反力标准值:

应满足:

pkmax≤1.2fa及(pkmax+pkmin)/2≤fa和pkmin>0。

抗震设计则满足:

pkmax≤1.2￡afa及(pkmax+pkmin)/2≤￡afa。

同时,偏心距e≤3L/20,但高宽比大于4的高层建筑宜保证pkmin>0基础底板横向边缘地基反力标准值:

pkmax′≤1.2fa及(pkmax′+pkmin′)/2≤fa和pkmin′>0。

抗震设计则满足:

pkmax′≤1.2￡afa及(pkmax′+pkmin′)/2≤￡afa。

同时,偏心距e′≤3L/20,但高宽比大于4的高层建筑宜保证pkmin′>0。对于基础过长而个别第i柱处的局部荷载效应(这里主要指横向偏心效应)很大的特殊情况,尚应沿基础纵向在该柱左右(li+li+1)/3范围,取此单元验算其基础底板横向边缘地基反力标准值,但基础底板横向边缘地基反力标准值改用下式:

若不满足要求,应在(li+li+1)/3范围内将基础底板加宽或增加横向联系。

以上各式中,Gk为基础自重和其上覆土重标准值之和,可近似取Gk=20bLD,D为基础实际埋深,但在地下水位以下部分应扣去浮力。∑Mk为作用于基础上各竖向荷载(Fik,qik)、各纵向弯矩(Mik)、各纵向水平荷载(Qik)对基础底板纵向中心产生的总弯矩标准值;∑Mk′为作用于基础上各竖向荷载(Fik′,qik)、各横向弯矩(Mik′)、各横向水平荷载(Qik′)对基础底板横向中点产生的总弯矩标准值。e,e′为偏心距,Fa为地基土抗震承载力调整系数;li,li+1为该柱处左右跨长度。Fik为第i柱处的竖向荷载标准值,包括(li+li+1)/3范围内的qik。Gik为(li+li+1)/3范围内的基础自重和其上覆土重的标准值之和。