柱下獨立基礎的設計施工

馬恒1  郭娟2  曹巧娟3

（1,3中聯西北工程設計研究院710082，2陜西省現代建筑設計研究院710000）

    由于鋼筋混凝土框架結構開間布置靈活、使用方便,所以在商業建筑、娛樂建筑、辦公建筑等領域應用較為廣泛。框架結構的柱下基礎形式主要包括獨立基礎、條形基礎、筏板基礎、樁基礎等形式,如果所在地區地基條件較好,一般地基承載力特征值在200ｋＰａ左右,對于多層框架結構可采用柱下獨立基礎。

下面講述柱下獨立基礎的設計與施工中應注意的基本知識。

1.柱下獨立基礎的設計

    1.1形式分類

    從施工角度來說,柱下獨立基礎分為現澆和預制兩種;從外觀形式來說,柱下獨立基礎又分為錐形和階梯形兩種;預制獨立基礎又分為高杯口和低杯口兩種形式。

    1.2構造要求

    獨立基礎的埋深應滿足當地凍土深度的要求,基礎頂面應低于室外設計地面。基礎的每階高度不宜小于200ｍｍ,階梯形基礎的階高與階寬之比應小于1。現澆鋼筋混凝土獨立基礎的混凝土等級不應小于Ｃ20,基礎插筋的數量、直徑以及種類都應與柱內縱向受力鋼筋相同。預制柱插入獨立基礎的深度、預制基礎的杯底厚度和杯壁厚度都應符合ＧＢ50007-2002建筑地基基礎設計規范的要求。

    1.3設計過程

    1)根據上部框架柱傳來的荷載和地基承載力特征值,在滿足地基承載力要求的前提下確定獨立基礎的外形尺寸。

    2)根據確定的獨立基礎的外形尺寸,驗算框架柱與基礎交接處以及基礎變階處的受沖切承載力,還應驗算基礎的抗剪承載力,再根據基礎底板的彎矩,計算基礎底板的配筋。

    3)如果獨立基礎的混凝土強度等級小于柱的混凝土強度等級,還應驗算獨立基礎頂面的局部受壓承載力,但一般情況下,獨立基礎的混凝土強度等級都與框架柱的混凝土等級相同,所以不需驗算。

    1.4工程實例(見圖1)

    1.4.1基本參數

    1)幾何參數:混凝土Ｃ35,鋼筋ＨＰＢ235(Ｑ235)。

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

    Ｂ=400ｍｍ,Ａ=400ｍｍ;Ｂ2=1200ｍｍ,Ａ2=1200ｍｍ;基礎埋深

    ｄ=1.50ｍ;修正后的地基承載力特征值ｆａ=243.20ｋＰａ。

    2)荷載值:

    ａ.基礎頂部荷載:

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

    ｂ.基礎底部的彎矩設計值:

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

    3)基礎底面積:

    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計算過程

    1)偏心荷載作用下地基承載力驗算。

    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,滿足要求。

    2)基礎抗沖切驗算。

    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)柱對基礎的沖切驗算。

    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,滿足要求。

    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,滿足要求。

    4)基礎受彎計算。

    Ⅰ—Ⅰ截面處彎矩設計值:

    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截面處彎矩設計值:

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

    Ⅰ—Ⅰ截面受彎計算:

    相對受壓區高度:ζ=0.013552;配筋率:ρ=0.001078;

    ρ<ρｍｉｎ=0.001500;ρ=ρｍｉｎ=0.001500;

    計算面積:675.00ｍｍ2/ｍ。

    Ⅱ—Ⅱ截面受彎計算:

    相對受壓區高度:ζ=0.005224;配筋率:ρ=0.000415;

    ρ<ρｍｉｎ=0.001500;ρ=ρｍｉｎ=0.001500;

    計算面積:675.00ｍｍ2/ｍ。

2.柱下獨立基礎的施工

    1)在開挖基槽時,除按規范及圖紙要求滿足基礎埋深、邊坡放坡外,應在局部基坑開挖幾個探坑,防止有不良地質情況。

    2)綁扎鋼筋時,應注意基礎插筋應滿足錨固長度ｌａｅ,箍筋的直徑及形式都應與框架柱相同,且在基礎內箍筋不應少于2根。

    3)在施工防腐時,不僅在基礎側面做防腐,基礎底板即墊層頂面也應做防腐,否則防腐層不能封閉。為防止綁扎底板鋼筋時破壞防腐層,可以在墊層防腐做完后,用1∶2.5水泥砂漿抹面20ｍｍ厚,保護防腐層。

    4)基礎施工完后,應回填土。有人認為只要保證基底持力層的土質就可以了,回填土用什么土都可以。其實不然,回填土應選擇沒有腐殖土、垃圾等雜質的土。如果地下水位較高,還應在基礎周圍做一層透水層,如碎石等。

參考文獻:

[1]ＧＢ50007-2002,建筑地基基礎設計規范[Ｓ].

[2]ＧＢ50010-2002,混凝土結構設計規范[Ｓ].

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)