独立基础设计探讨

来源：职称驿站所属分类：工业设计论文
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　　摘要：结合工程设计实际情况，分析了独立基础设计过程中容易出现的几个问题，并提出了作者的解决方法。

　　关键词：独立基础,冲切,剪切最小配筋率

　　独立基础由于受力明确、施工方便、造价相对其他基础低，因此独立基础得

　　到了广泛的应用。本文针对独立基础设计过程中容易出现的问题，做了分析和探

　　讨。

　　一、独立基础的抗剪切验算问题

　　下面我们以一个设计实例说明独立基础设计的抗剪切验算问题。

　　假定柱底轴力为5000KN，为简单起见，假定弯矩和水平剪力为0，柱子大小为600X600，独立基础上方覆土为1.0m，基础采用混凝土等级C25，地基承载力设计值f分别为140Kpa，200Kpa，300Kpa，500Kpa，1000Kpa，2000Kpa，3000Kpa，代表了持力层为一般土、强风化、中风化、微风化的各种情况，基础底为正方形。根据《建筑地基基础设计规范》(GBJ7—89)，计算结果见表一。

　　由上表可以得出以下结论：

　　(1)在上部荷载不变的情况下，随着地基承载力的提高，基础需要的抗冲切高度逐渐减小，而要求的抗剪切高度逐渐增大，其原因在于当地基承载力增大时，需要的基础底面积减小，则冲切力减小，因此需要的抗冲切高度减小：而基础底面积减小，则导致有效的抗剪切面积减小，因此抗剪切高度增大。

　　(2)在地基承载力比较小的情况，即对于一般的土为持力层时，基础的高度主要由抗冲切高度所决定，抗剪切不需验算。

　　(3)在地基承载力达到500Kpa时，抗冲切高度和抗剪切高度要求相近。

　　(4)在地基承载力比较高的情况下，如持力层为强、中、微风化时，基础高度以抗剪切高度作为控制条件，此时一定要做抗剪切验算，值得提出的是，中国建筑科学研究院编制的PKPM中JCCAD，可以自动计算和出图，设计人员用起来很方便，但是对独立基础没做抗剪切验算，而设计中的持力层若为土类，抗剪切不起控制作用，设计人员很少会去验算，所以在遇到地基承载力很高的情况下，容易忽视抗剪切验算，根据程序就自动出图，带来了工程隐患。

　　二、微风化岩石上独立基础的设计

　　对于岩石地基如强风化、中风化、微风化岩石，由于地基承载力比较高，在荷载比较大的情况下，采用独立基础经济效益很大。但是当地基承载力比较高时，基础的抗剪切高度也很大，加大了设计难度。如我设计的某综合楼，框架结构，最大柱底轴力达到9000KN，地基承载力达到3000Kpa，通过计算，抗剪切要求基础根部高度1950mm，而抗冲切验算下来，基础高度只需550mm，两者相差很大。同时由于微风化岩石的顶面在—1.6左右，如果基础高度按1.95m设计，基础埋深需要2.6m左右，需要挖掘岩石1m，在不允许爆破的情况下，施工难度很大。

　　遇到这种情况，可以解决的办法是：

　　(1)基础高度在满足抗冲切的情况下，配置箍筋，作为抗剪。以满足抗剪的要求。如果基础高度按1m取，需要增加抗剪箍筋。

　　(2)按较低的地基承载力设计，由于柱底轴力比较大，不适用也不经济。

　　(3)对于微风化岩石，根据芯柱单轴抗压强度值，其强度大致相当于C30混凝土。在微风化岩石比较完整的情况下，在采取一定措施时，使新的基础与岩石形成一个整体受力的刚体，这样就不存在基础单独抗剪切的问题，具体措施是，对岩石面凿成凹凸不平的毛面(有利于混凝土和岩石间的抗剪)，清洗干净，刷素水泥浆一道，绑扎钢筋，不作垫层，直接浇灌基础混凝土。采用本方法的关键要点是使混凝土和岩石形成比较好的整体，处理措施类似为新老混凝土的交接。所以基础垫层不能做，以免形成“两层皮”，达不到成为一个刚体的作用，这样，基础高度在满足钢筋锚固的长度即可，我在设计中，实际取基础高度800mm。对于基底不平整的情况，采用构造做法。

　　三、关于独立基础配筋的问题

　　根据《建筑地基基础设计规范》(GBJ7—89)8.2.6条规定，基础底板的配筋，应按照国家现行《混凝土结构设计规范》有关规定计算。按照混凝土设计规范，基础底板配筋必须满足最小配筋率0.15%的要求，实际上当荷载比较小的时候，基础的计算高度比较小，如下例：

　　假定柱底轴力N=1000KN，地基承载力设计值f=180Kpa，柱子大小600X600。

　　经计算，基础高度的计算值为330mm，为了满足柱子钢筋的锚固长度，基础高度一般不小于600mm，这时，基底全截面的计算配筋为822mm2，实配钢筋Φ10@200，实配钢筋面积1021 mm2，按照最小配筋率的要求，全截面配筋需要2340 mm2，构造配筋比实际配筋增大了2倍以上。

　　在上例中，是否按照最小配筋率配配筋，是设计人员争议比较大的问题，从规范角度，由于最小配筋率为素混凝土基础的极限弯矩和配置最小配筋后的基础的极限弯矩相等(此时不考虑混凝土受拉)时的配筋率，当基础配筋低于最小配筋率时，为脆性破坏，不经济也不安全，但是对于独立基础而言，由于构造高度比计算高度大得多，对于其他基础，如果计算配筋大于最小配筋率，而实配钢筋大致等于计算值时，在同一场地内，本基础安全储备最大，所以本人认为，在这种情况下，可以不受最小配筋率的限制，按照计算配筋即可，这样可以大大节约投资。

　　四、关于基础拉梁的设置

　　在设计基础拉梁时，经常会遇到拉梁的标高的设置问题，在某工业区多个单体中，就有的单体设计为拉梁与基础底平，而有的单体设计为地面下0.6mm，甲方审图的工程师刚开始感到疑惑，为什么会做法不同呢?实际上，究竟应采用哪种形式应该结合施工、造价各方面具体情况予以分析，以下是我的一些体会：

　　当基础底基本铺满场地内时，应该采用拉梁与基础底平的措施。因为此时施工单位挖基抗时，基本为全面开挖，采用底平时，一方面支模比较方便，另一方面，由于拉梁与基础重叠部分多，可以节约混凝土。另外当基础刚度比较大时，拉梁钢筋不必贯通，可以锚入基础内锚固长度即可，大大节约了钢筋用量。

　　当基础底面积比较小时，基础埋深比较深时，拉梁宜抬高，可以减少挖土方量。当拉梁上方有墙时，拉梁提高还可以减少地面下墙体的高度。但是此时应注意拉梁与基础之间的柱子可能会成为短柱，要注意加强构造措施，如加密箍筋。

　　当拉梁作为调节不均匀沉降的重要手段时，宜将拉梁设为与基础底平，因为此时拉梁实际跨度小，刚度大，在截面高度相同的情况下，调节能力强。

　　当柱底弯矩比较大的时候，可以将拉梁设在基础顶，通过拉梁平衡柱底部分弯矩，减少基础承受的弯矩。

　　五、结束语

　　独立基础是设计人员遇到最多的基础形式，得到了广泛的应用，在设计过程中，也要注意多分析，做到安全和经济统一，文中的一些观点大家可以一起探讨。

　　参考文献

　　腾智明等，钢筋混凝土基本构件(第二版).清华大学出版社，1988。

　　建筑地基基础设计规范(GBJ7—89)

　　混凝土结构设计规范(GBJ10-89)