阅读 4614 次 柱下独立基础的设计施工

柱下独立基础的设计施工

马恒1  郭娟2  曹巧娟3

（1,3中联西北工程设计研究院710082，2陕西省现代建筑设计研究院710000）

    由于钢筋混凝土框架结构开间布置灵活、使用方便,所以在商业建筑、娱乐建筑、办公建筑等领域应用较为广泛。框架结构的柱下基础形式主要包括独立基础、条形基础、筏板基础、桩基础等形式,如果所在地区地基条件较好,一般地基承载力特征值在200ｋＰａ左右,对于多层框架结构可采用柱下独立基础。

下面讲述柱下独立基础的设计与施工中应注意的基本知识。

1.柱下独立基础的设计

    1.1形式分类

    从施工角度来说,柱下独立基础分为现浇和预制两种;从外观形式来说,柱下独立基础又分为锥形和阶梯形两种;预制独立基础又分为高杯口和低杯口两种形式。

    1.2构造要求

    独立基础的埋深应满足当地冻土深度的要求,基础顶面应低于室外设计地面。基础的每阶高度不宜小于200ｍｍ,阶梯形基础的阶高与阶宽之比应小于1。现浇钢筋混凝土独立基础的混凝土等级不应小于Ｃ20,基础插筋的数量、直径以及种类都应与柱内纵向受力钢筋相同。预制柱插入独立基础的深度、预制基础的杯底厚度和杯壁厚度都应符合ＧＢ50007-2002建筑地基基础设计规范的要求。

    1.3设计过程

    1)根据上部框架柱传来的荷载和地基承载力特征值,在满足地基承载力要求的前提下确定独立基础的外形尺寸。

    2)根据确定的独立基础的外形尺寸,验算框架柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力,还应验算基础的抗剪承载力,再根据基础底板的弯矩,计算基础底板的配筋。

    3)如果独立基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级,还应验算独立基础顶面的局部受压承载力,但一般情况下,独立基础的混凝土强度等级都与框架柱的混凝土等级相同,所以不需验算。

    1.4工程实例(见图1)

    1.4.1基本参数

    1)几何参数:混凝土Ｃ35,钢筋ＨＰＢ235(Ｑ235)。

    Ｂ1=1200ｍｍ,Ａ1=1200ｍｍ;Ｈ1=200ｍｍ,Ｈ2=250ｍｍ;

    Ｂ=400ｍｍ,Ａ=400ｍｍ;Ｂ2=1200ｍｍ,Ａ2=1200ｍｍ;基础埋深

    ｄ=1.50ｍ;修正后的地基承载力特征值ｆａ=243.20ｋＰａ。

    2)荷载值:

    ａ.基础顶部荷载:

    Ｆ=ｒｇ·Ｆｇｋ+ｒｑ·Ｆｑｋ=190.00ｋＮ;Ｍｘ=176.40ｋＮ·ｍ;Ｖｙ=47.20ｋN。

    ｂ.基础底部的弯矩设计值:

    Ｍ0ｘ=Ｍｘ-Ｖｙ·(Ｈ1+Ｈ2)=176.40-47.20×0.45=155.16ｋＮ·ｍ。

    3)基础底面积:

    Ｓ=(Ａ1+Ａ2)(Ｂ1+Ｂ2)=2.40×2.40=5.76ｍ2。

    抵抗矩:

    Ｗｘ=(1/6)(Ｂ1+Ｂ2)(Ａ1+Ａ2)2=(1/6)×2.40×2.402=2.30ｍ3。

    Ｗｙ=(1/6)(Ａ1+Ａ2)(Ｂ1+Ｂ2)2=(1/6)×2.40×2.402=2.30ｍ3。

    1.4.2计算过程

    1)偏心荷载作用下地基承载力验算。

    偏心距ｅｙｋ=Ｍ0ｘｋ/(Ｆｋ+Ｇｋ)=126.90/(150.00+172.80)=0.39ｍ。

    ｅ=ｅｙｋ=0.39ｍ≤(Ａ1+Ａ2)/6=2.40/6=0.40ｍ。

    ｐｋｍａｘＹ=(Ｆｋ+Ｇｋ)/Ｓ+Ｍ0ｘｋ/Ｗ=(150.00+172.80)/5.76+126.90/2.30=111.12KPａ≤1.2×ｆａ=1.2×243.20=291.84ｋＰａ,满足要求。

    2)基础抗冲切验算。

    ｐｊｍａｘ,ｘ=Ｆ/Ｓ+Ｍ0Y/Ｗｙ=190.00/5.76+0.00/2.30=32.99ｋＰａ。

    ｐｊｍｉｎ,ｘ=Ｆ/Ｓ-Ｍ0X/Ｗｙ=190.00/5.76-0.00/2.30=32.99ｋＰａ。

    ｐｊｍａｘ,ｙ=Ｆ/Ｓ+Ｍ0X/Ｗｘ=190.00/5.76+155.16/2.30=100.33ｋＰａ。

    ｐｊｍｉｎ,ｙ=Ｆ/Ｓ-Ｍ0X/Ｗｘ=190.00/5.76-155.16/2.30≤0。

    ｐｊｍｉｎ,ｙ=0.00ｋＰａ。

    ｐｊ=ｐｊｍａｘ,ｘ+ｐｊｍａｘ,ｙ-Ｆ/Ｓ=32.99+100.33-32.99=100.33ｋＰａ。

    3)柱对基础的冲切验算。

    Ｈ0=Ｈ1+Ｈ2-aｓ=0.20+0.25-0.08=0.37ｍ。

    Ｘ方向:Ａｌｘ=1/4·(Ａ+2Ｈ0+Ａ1+Ａ2)(Ｂ1+Ｂ2-Ｂ-2Ｈ0)=1.12ｍ2。

    Ｆｌｘ=ｐｊ·Ａｌｘ=111.88ｋＮ。

    ａｂ=ｍｉｎ{Ａ+2Ｈ0,Ａ1+Ａ2}=1.14ｍ。

    ａｍｘ=(ａｔ+ａｂ)/2=(Ａ+ａｂ)/2=0.77ｍ。

    Ｆｌｘ≤0.7·βｈｐ·ｆｔ·ａｍｘ·Ｈ0=313.11ｋＮ,满足要求。

    Ｙ方向:Ａｌｙ=1/4·(Ｂ+2Ｈ0+Ｂ1+Ｂ2)(Ａ1+Ａ2-Ａ-2Ｈ0)=1.12ｍ2。

    Ｆｌｙ=ｐｊ·Ａｌｙ=111.88ｋＮ。

    ａｂ=ｍｉｎ{Ｂ+2Ｈ0,Ｂ1+Ｂ2}=1.14ｍ。

    ａｍｙ=(ａｔ+ａｂ)/2=(Ｂ+ａｂ)/2=0.77ｍ。

    Ｆｌｙ≤0.7·βｈｐ·ｆｔ·ａｍｙ·Ｈ0=313.11ｋＮ,满足要求。

    4)基础受弯计算。

    Ⅰ—Ⅰ截面处弯矩设计值:

    ＭⅠ=[(Ａ1+Ａ2)/2-Ａ/2]2{[2(Ｂ1+Ｂ2)+Ｂ](ｐｍａｘｙ+ｐｎｙ-2Ｇ/Ｓ)+

    (ｐｍａｘｙ-ｐｎｙ)(Ｂ1+Ｂ2)}/12=73.86ｋＮ·ｍ。

    Ⅱ—Ⅱ截面处弯矩设计值:

    ＭⅡ={(Ｂ1+Ｂ2-Ｂ)2[2(Ａ1+Ａ2)+Ａ](ｐｍａｘｙ+ｐｍｉｎｙ-2Ｇ/Ｓ)}/48=28.59ｋＮ·ｍ。

    Ⅰ—Ⅰ截面受弯计算:

    相对受压区高度:ζ=0.013552;配筋率:ρ=0.001078;

    ρ<ρｍｉｎ=0.001500;ρ=ρｍｉｎ=0.001500;

    计算面积:675.00ｍｍ2/ｍ。

    Ⅱ—Ⅱ截面受弯计算:

    相对受压区高度:ζ=0.005224;配筋率:ρ=0.000415;

    ρ<ρｍｉｎ=0.001500;ρ=ρｍｉｎ=0.001500;

    计算面积:675.00ｍｍ2/ｍ。

2.柱下独立基础的施工

    1)在开挖基槽时,除按规范及图纸要求满足基础埋深、边坡放坡外,应在局部基坑开挖几个探坑,防止有不良地质情况。

    2)绑扎钢筋时,应注意基础插筋应满足锚固长度ｌａｅ,箍筋的直径及形式都应与框架柱相同,且在基础内箍筋不应少于2根。

    3)在施工防腐时,不仅在基础侧面做防腐,基础底板即垫层顶面也应做防腐,否则防腐层不能封闭。为防止绑扎底板钢筋时破坏防腐层,可以在垫层防腐做完后,用1∶2.5水泥砂浆抹面20ｍｍ厚,保护防腐层。

    4)基础施工完后,应回填土。有人认为只要保证基底持力层的土质就可以了,回填土用什么土都可以。其实不然,回填土应选择没有腐殖土、垃圾等杂质的土。如果地下水位较高,还应在基础周围做一层透水层,如碎石等。

参考文献:

[1]ＧＢ50007-2002,建筑地基基础设计规范[Ｓ].

[2]ＧＢ50010-2002,混凝土结构设计规范[Ｓ].

(本文来源：陕西省土木建筑学会  文径网络：尚雯潇 尹维维 编辑  文径 审核)