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浅论柱下独立基础设计
1引言
在基础工程设计中,我们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
(1)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。
(2)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)。
(3)基底配筋可按板抗弯计算。
(4)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。
(5)当基础的混凝土强度等级小于柱的混凝士强度等级时,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=I.3×6.5×6.5×13×l1=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:
局部荷载设计值F1=7854.27kN。
混凝土局部受压面积A1=390000mm。
基础在柱下局部受压时的计算底面积按下列公式计算:
Ab=(1300+600)(300+600)=17lO000mm
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5O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
(1)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。
(2)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。
(3)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。
(4)混凝土强度等级不应低于C25。
(5)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。
(6)基础的受力钢筋不宜小于10mm,间距不宜大于200mm,也不宜小于
lOOmm,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。
(7)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·ctan0
式中,AH为相邻基础底面高差;0为砂土的内内摩擦角。在持力层
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