柱下独立基础设计中的几个问题

第󰀁󰀁卷󰀁󰀂󰀂 第󰀁期年󰀁月湖南大学学报󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁 󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 󰀁󰀁󰀂 !󰀁󰀁󰀁󰀂󰀂柱下独立基础设计中的几个问题黄幼华󰀁湖南大学结构工程研究所󰀂中国长沙󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁摘要提出了在柱下独立基拙的设计中基拙尺寸的确定配筋杭冲切验算等方面都应分别选择起控制作用的基项作用力进行计算󰀁还提出了一种合理经济地确定基底初始尺寸的方法关键词分类号独立基拙控制作用力基拙尺寸󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂 󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀂 󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 !󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀂 󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁司题的提出在进行柱下独立基础的计算机辅助设计系统的研究中发现用手工计算方法的思维来设计柱下独立基础的计算机辅助设计系统存在一些局限性在手工计算中基于计算工作量的考虑采取比较粗糙简单的方法进行计算计算结果在某些情况下安全储备不够.在某些情况下安全储备过大不够经济在计算机辅助设计系统中则应该克服手工计算.方法局限性采取完全不同的计算方法与思维方式使计算结果既经济又安全.手工计算的第一个问题就是选择起控制作用的基顶作用力的准确性问题柱下独立基础的设计似乎是一个简单的问题但是通过计算确定的因素却较上部结构多;柱下独立助题湖南省建委.:资课收稿日期1995作者黄幼华女0岁讲师湖南大学学报1996年基础中基底尺寸基础高度基底双向配筋各级抗冲切承载力是否足够以及各级尺寸的;调整等都需在计算过程中经过反复计算逐步调整加以确定在确定各项因素时各项计算内容选择的控制条件都与基底反力分布图形有关而基底反力图形又与基顶作用的轴.力弯矩剪力与基底埋深等因素有关象偏心受压构件一样其起控制作用的基顶作用力.就很难直观地判断出来因此凭直观选取几组基顶作用力进行计算存在着安全储备不够的可能性.第二个问题是起控制作用基顶作用力的唯一性的问题如上所述在柱下独立基础的设计中有多项内容需在计算过程中加以确定而确定各项内容的起控制作用的基顶作用力是否为同一组基顶作用力仍与手工计算方法一样选取一组基顶作用力来计算各项内.容是否合理和保证安全也值得研究.第三个问题是起控制作用的基顶作用力会随着基底埋深的变化而变化这是由于基顶剪力对基底产生附加弯矩随着基底埋深的增加剪力产生的弯矩也随之增加而基底弯矩是确定基础各项内容的重要因素无疑基顶剪力与埋深的影响使基顶起控制的作用.力组的确定更加困难第四个问题是偏心受压基础基底面积的初定问题一般采用经验公式(1)即按轴心)中的f由式(2)确定由于地基承载力设计值f受压基础面积乘一系数来近似确定式(l的确定与基底尺寸宽度b有关而初定时基底尺寸b为未知数这里存在着一个矛盾即f值怎样确定的问题;另外用式(1)来初定基底面积有可能存在使初定面积过大如果初.定面积过大则会产生不经济的结果..Z*,A一(12~14d)(1))N/(f一y。f=九+仇*y关(b。一500)+仇*y*Z(d一500)(2)前面三个问题是有关起控制作用基顶作用力的选择问题第四个问题是基底面积的.初定问题下面分两部分加以讨论2柱下独立基础控制基顶作用力的确定.21计算实例与分析已知地基承载力标准值八为20l为。3地基v地基承载力宽度修正系数,.、3承载力深度修正系数专为15基底以下土平均重度)为18kN/m基底以上土平均重.“,,为17kN/m混凝土强度等级C15级钢基顶埋深d为08m柱截面宽度为度y400mm柱截面高度为80mm.A代表基底面积代表基底埋深代表基顶弯矩设,kN/m.计值短边代表基顶轴力设计值代表基顶剪力设计值代表基础的长边代表基础的代表基础长边方向的配筋面积.短柱下的基础放阶高度。代表基础短边方向的配筋面积代表基础.有两个基础分别在两种类型的三十二组基顶作用力作用下的计算结果分述如下...211当基底埋深d:为6sm时...111基础一2a)基底尺寸的起控制作用的基顶作用力为:(第2期:黄幼华柱下独立基础设计中的几个问题113二270.M44kN00。.0=11312.8mm:b()短柱以下基础高度的起控制作用的基顶作用力为M=328.88kN0。.Z一0.45m0=10666mm(c)基底长边方向配筋面积起控制作用的基顶:M=328.作用力为88kN0一3.lm。00一1066.6mmZd()基底短边方向配筋面积起控制作用的基顶作用力为:M=270.44kN000,.=113182.mm.12基础二a()基底尺寸的起控制作用基顶M=236.作用力为:01kN一928.39kN.一4252kN一4.om一3.4m00,一1306.1mmZb()短柱以下基础高度的起控制作用基顶作用力为:M一340.66kN一509.89kN一0.45m。.2.=7171mm(。)基底长边方向配筋面积起控制作用的基顶作用力为:M~236.01kN.。Z00=13061mm基底短边方向配筋面积起控制作用的基顶作用力为:d()M=236.01kN一928.39kN一42.52kN。.2.00=13061mm当基底理深d:.2为1gm时2.1基础一a()基底尺寸的起控制作用基顶作用力为:M=328.88kN0。.0=57492.mm基底长边方向配筋面积起控制作用的基顶作用力为:(b)M=328.88.kN0一2.sm。0一574.9mm2.(c)基底短边方向配筋面积起控制作用的基顶作用力为:M=270.44kN00。一610.0mrT12.2.2基础二(a)基底尺寸的起M=264.控制作用基顶作用力为:04kN一875湖a=3.om(b)南大学学报。~.8099mm2.1996年.一2sm0基底长边方向配筋面积起控制作用的基顶作用力为.:M一23601kN00,.=8495mm2.c()基底短边方向配筋面积起控制作用的基顶作用力为.:M一23601kN00,.=849smm2.:从上述两组结果可以看出)起控制作用的有弯矩最大作用力组也有轴力最大作用力组也有既不是弯矩最1大也不是轴力最大作用力组因此我们不能主观地认为某一组基顶作用力就是起控制.作用的要使下部结构与上部结构有相同的安全保证率必须分别对可能出现的各组基顶.作用力进行计算才能求得安全可靠的计算结果)当基底埋深发生变化时起控制的作用力组发生相应的变化;基顶剪力与基底埋深2.也是基础计算的控制因素3)对基础各项计算内容起控制作用的基顶作用力不是唯一的即对基底面积基础抗.冲切承载力基底抗弯承载力双向配筋等起控制作用的并不是同一组基顶作用力.22处理措施:)针对控制基顶作用力难以确定的问题笔者提出在进行基础计算时应采取与上部1不只是针对几组基顶作用力进行计算而是要对各种荷载组合下的各组结构相同的措施‘.可能产生的基顶作用力进行计算以达到与上部结构相同的安全保证率)针对基础计算中待定因素较多的特点采取分项确定的措施首先对各组基顶作用2力进行计算求得最大基底面积;同样根据抗冲切要求在多组基顶作用力下验算基础高度(人工确定)是否足够或求得满足抗冲切要求的最大基础高度;根据经验与设计要求确定基础的各级尺寸;在各级尺寸已确定的情况下逐级在多组基顶作用力下验算抗冲切承.载力与调整各级尺寸;最后求出满足抗弯承载力的双向最大配筋面积)针对剪力与埋深对基础计算影响较大的特点为了保证基础设计的安全性在柱底3内力组合中进行最大剪力的组合.3基底初始面积的确定基础尺寸是在计算过程中决定的基础尺寸的初定值直接关系着基础的安全性合理;性与经济性基础的安全性通过验算地基反力是否满足地基承载力的要求来保证而初定.尺寸的合理性与经济性则没有相应的措施来保证:)有如下几方面的原因会使初定基底面积偏大第一初定基底面积时由于分析式(1基底尺寸为未知数基础宽度对地基承载力的影响无法考虑因此地基承载力设计值的取值问题比较含糊有时干脆取为标准值地基承载力取值不当则可能使初定基底面积偏;大第二式分母中第二项随着基底埋深增加而增大分母减小使初定面积增大较快而在进行地基承载力的计算时地基承载力考虑了基底埋深与基础宽度的影响随着基底第2期:黄幼华柱下独立基础设计中的几个问题埋深的增加地基承载力增加基底面积只需适当增大或不增大就能满足地基承载力的要1)求得的基底长边尺寸达4m多求这就产生了矛盾笔者曾发现有一组数据按公式(而从地基承载力的要求出发基底长边却只需Zm多就够了就是由上述原因引起的;在..)中右乘12~14的系数主要是该公式中未考虑弯矩的影响但是当弯矩较小时公式(1...12一14的系数产生了使基底初定面积偏大的第三个因素f一j*+和*y’,‘d(2一500)3)((4)A一N了)初定基底面积就能满足地基承载力的要求一般不再调在基础计算中如果按式(1整基底面积当存在上述初定基底面积过大的情况地基承载力就得不到发挥甚至还有.较大的富余使基础尺寸过大这样的计算结果是不经济的.31处理措施与程序设计框图解决上述问题的有效方法是调低初定基底面积使初定基底面积不能满足地基承载力的要求进而经过逐步调整反复计算得到使地基承载力充分发挥的计算结构但基底面积必须有一个合理的初定值f一几+和y一500)初定值太小会使计算循环次数增:加很多;具体措施如下)在初定基底面积时地基承1载力设计值f用式(3)来计算A=N/f因初定基底面积时基础宽度为未知数因此基础宽度对地基承载力的提高的影响不予考虑而基底埋深的影响是可以考虑的;f一八+如y一500)+仇yb(一3000)修正地基承载力只考虑基底埋深的影响.求基底何)去掉式(l2)分母中的与基底埋深有关的项消除基底埋深.的不利影响)考虑弯矩较小的情况偏3心受压基础与轴心受压基础基底面积相差不大式(l)中扩大系数计算nl尸a尸。讯A=1.05AA结束也去掉对于弯矩较大的情况也.)用式(4)代替来初定基底面积定面积偏大的情况式(1.单组基顶作用力程序设计框图如附图所示:a;a为最大底反力;Pm“最基反力;注为基础底面长边与短边的比值Pm基为小底其.它符号意义同前只需多调整几次即可为避免初附图单组基顶作用力程序设计框图湖.32南大学学报1996年计算结果比较)中f用地基承载力标准值在式(4)中f采用式(3)我们来看下面三组结果在式(1)与按式(4)计算结果的差别计算的结果比较按式(1:已知Z,=0.3加=1.5九=180kN/my=17kN/m3汽=18kN/m30000一8kN(lZ)d~.2om按式(4)的计算结果为Pm:a=2300mm占=2500mm;,..Z一0234N/mm.一0102N/mm:a=2300mm按式(l)的计算结果为.式(4)结果与式(1)结果相同.(2)dZ=3om:a~2500mm按式(4)的计算结果为Pm00占~2700mm;,.0,‘0:a一2400mm按式(1)的计算结果为)结果较式(1)结果略小式(4一1900mm;.(3)dZ=3sm.aPm一0267N/mmZ:a=2300mm按式(4)的计算结果为占一1500mm;0:a=2600mm按式(l)的计算结果为.式(4)结果与式(1)结果相差较远吞=2000mm;:)来初定基底面积是合理的地基承载力从上述三例可以看出按本文提供的公式(4)例)而都得到充分发挥随着基底埋深的增加基底面积没有增加甚至有所减少(见(2.按式(l)计算基底面积肯定随埋深增加由此可以得出结论当基底埋深较大时按式(1).:计算面积较实际需要面积偏大造成不必要的浪费因此本文建议初定基底面积采用式.(4)而不采用式(l)4结束语上述问题与处理方法是笔者在实践中总结出来的由于积累的数据与收集的资料不.是很充分不当之处敬请广大同仁指正参考文献.:中国建筑科学研究院主编建筑地摹基础设计规范(GB北京中国建筑工业出版社J7..:丘登莽沈蒲生主编混凝土结构(下册)长沙湖南科学技术出版社...:沈蒲生罗国强主编混凝土结构(下册)第二版武汉武汉工业大学出版社