探索混凝土独立基础设计

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摘要：本文阐述了混凝土独立基础设计时所涉及的柱基持力层选择、载荷组合类型、础底板的最小配筋率、独立基础拉梁等方面。

关键词：混凝土，独立基础，设计

中图分类号： TU37 文献标识码： A

引言

混凝土独立基础的形式主要有现浇柱锥形基础、预制柱杯形基础、高杯口基础。 构造的要求包括对垫层厚度、宽度和强度的要求，对底板尺寸和配筋的要求，对基础与柱连接的要求。

2、混凝土独立基础柱基持力层的选择

混凝土独立基础的柱基持力层，设计者应根据不用的地下土的不同性质来做出选择。通常地表上层的耕植土或填土等软弱土不能作为柱基的持力层。软土以下的原状土(俗称老土)一般都可作为独立柱基的持力层。下面以几种土层性质为例做出分析：第一层原状土多为粉质粘土其地基承载力特征值多为180 kPa左右；往下为粉质粘土，其地基承载力特征值约为220 kPa左右，再往下常为卵石层，其地基承载力特征值很高约为350 kPa左右。这种情况基础持力层的选择应做多方案的比较。（1）当粉质粘土层的平均层厚不大时，可将持力层选择在粉质粘土层下面的承载力较高的粉质粘土层上面。这样基础的深度增加不大，但独立基础的底面积可以减小，当独立基础的底面积减小以后，基础底板的配筋(当按抗弯计算时)，将大幅度减小(因为弯矩和基础的挑出边长的平方成正比)，因此不仅钢筋的长度随基础的边长减小而减小，而且钢筋的截面面积也减小。这样既减小了独立基础的混凝土体积，又较大地减少了钢筋的用量。（2）当粉质粘土的平均层厚较大时，当将持力层选择到粉质粘土时，一方面随着地耐力的提高，基础底面积的减小，并伴随着抗弯钢筋的节省带来经济上的好处，另一方面，随着基础深度的增加，柱子的长度要增加，基础的土方开挖量也可能增加，这些带来经济上的不利，因此当第一层原状土层厚较大时，则应对两种方案进行经济对比，才能确定设计的优化方案。（3）当房屋的层数较高，柱网的尺寸较大时，这时柱的轴力也随之增加，这种情况下如果卵石层以上的覆盖层不是很厚时，选择卵石层作为持力层可能是最经济的。例如我市交警指挥中心综合楼，原设计方案独立柱基的持力层选择在粉质粘土上，后适当加深改为卵石层作为持力层，基础的底面积大大减小，基础的钢筋用量大幅度减小，取得了很好的经济效果。

3、独立基础设计时荷载组合类型的选用

3.1关于《地基基础设计规范》的规定按照 GB 50007—2002《地基基础设计规范》（以下简称《基础规范》）的规定，地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：

( 1) 按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应，应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。

( 2) 计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应，应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。

( 3) 在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。

3.2关于《建筑抗震设计规范》的规定根据 GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》( 以下简称《抗震规范》) 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) 规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。

( 2) 地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层的下列建筑：①一般的单层厂房和单层空旷房屋②砌体房屋；③不超过8层且高度在24 m以下的一般民用框架和框架 －抗震墙房屋；④基础荷载与③项相当的多层框架厂房和多层混凝土抗震墙房屋。软弱黏性土层指7度、8度和9度时，地基承载力特征值分别小于80kPa、100kPa和120kPa的土层。

4、钢筋混凝土独立基础底板的最小配筋率

钢筋混凝土独立基础底板的最小配筋率，《地基基础设计规范》没有规定，《混凝土结构设计规范》也没有明确的规定。《混凝土结构设计规范》 第8.5.2 条指出，对卧置于地基上的混凝土板，板中受拉钢筋的最小配筋率可适当降低，但不应小于0.15％。这条规定是否适用于钢筋混凝土独立基础，在工程界还未取得共识，关键问题是台阶宽高比不大于2.5 的独立基础，是否可以认为是卧置于地基上的混凝土板。

墙下钢筋混凝土条形基础的基础板和柱下钢筋混凝土条形基础的翼板，属于卧置于地基上的的混凝土板，其配筋除满足计算要求和构造要求外，还应满足ρ≥0.15％的要求。目前在工程界，关于钢筋混凝土独立基础底板的配筋有以下几种做法：（1）第一，钢筋混凝土独立基础底板每米宽度范围内的配筋取计算配筋和1000H ×0.15％（mm2）的较大值，但不得少于φ10@200mm，H 为基础高度，以毫米计。第二，钢筋混凝土独立基础底板每米宽度范围内的配筋取计算配筋和1000Hz×0.15％（mm2） 的较大值，但不得少于φ10@200mm，Hz 为基础截面的折算高度，以毫米计。第三，钢筋混凝土独立基础底板每米宽度范围内的配筋取计算配筋和1000h1×0.15％（mm2）的较大值，但不得少于φ10@200mm，h1 为阶形独立基础第一阶的高度，以毫米计。（2）阶形独立基础每阶的高度宜为 300- 500mm；当H≤500mm 时为一阶；500mm≤H ≤900mm 时为二阶；H≥900mm 时为三阶。第四，钢筋混凝土独立基础底板每米宽度范围内的配筋取计算配筋与φ10@200mm的较大值。上述四种配筋做法中，笔者认为：第一种做法过于安全。第二种做法也有一定的道理。第三种做法的结构思路是：就阶形基础而言，合理设计的独立基础在绝大多数情况下，其第一阶多半会伸出从柱边与基础顶面交接处引出的 45°线同基础底面相交线之外，因此，该部分可以认为是卧置于地基上受弯矩控制的混凝土板类构件，需满足ρmin=0.15％的要求。而基础底板底面的其余部分均在45°角的冲切破坏椎体范围内，其高度（厚度）H一般由受冲切或受剪切承载能力确定，相对较厚，如果其配筋要求符合ρmin=0.15％的要求，将会导致独立基础用钢筋量不必要的增加。第四种做法其配筋与配筋率无关，除满足计算要求外，其最低配筋率要求是：受力钢筋的最小直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm。

5、混凝土独立基础拉梁的设计

根据《抗震规范》的规定，框架柱下独立基础有下列情况之一时，宜沿两个主轴方向设置基础拉梁:①一级框架和Ⅳ类场地上的二级框架。②各柱基承受的重力荷载代表值差别较大。③基础埋置较深，或各基础埋置深度差别较大。④地基主要受力层范围内存在软弱黏性土层、液化土层和严重不均匀土层。⑤桩基承台之间。设置基础拉梁的主要目的是，加强独立基础之间的整体性，调整柱基之间的不均匀沉降，减小首层柱的计算高度。除上述情况外，一般可不设置基础拉梁。在设计拉梁时，应注意：①拉梁应按框架梁设计，抗震构造措施应同相应抗震等级的框架梁。②有填充墙等荷载的拉梁，应如实输入作用在拉梁上的荷载。③拉梁层无楼板，在PKPM建模时应定义楼面全部房间开洞；结构整体计算时再定义弹性楼板，并采用总刚计算模型分析。④首层楼面以下基础顶面以上的框架柱，宜采取拉梁层以上和以下框架柱纵向受力钢筋的较大值通长配筋；拉梁层以下的框架短柱层箍筋应全高加密。

结语

建筑物的根本是地基础工程，混凝土独立基础是目前最为普遍的一种基础形式，它组成了结构的重要部位和重要构建，并且它与整个结构的安全可靠性也是息息相关的。混凝土独立基础设计的合不合理，不仅影响建筑物的安危，也影响到工程的经济，因此在设计和施工中应给高度重视。

参考文献

[1]GB 50007—2002,地基基础设计规范[S].

[2]GB 50010—2010,建筑抗震设计规范[S].