浅谈柱下钢筋混凝土条形基础设计修改

1浅谈柱下钢筋混凝土条形基础设计摘要：浅谈柱下钢筋混凝土条形基础几种计算方法，及构造要求。并以倒梁法为例，计算柱下钢筋混凝土条形基础。关键词：柱下钢筋混凝土条形基础构造要求弹性地基梁法剪力平衡法倒梁法一、柱下钢筋混凝土条形基础的使用条件1.当柱传下的荷载较大、地基承载能力较低，采用单独柱基无法满足设计要求时；2.当单独柱基所需的基底面积由于相邻建筑或地下管道、设备基础的限制无法扩展时；3.当各柱荷载差异过大、可能产生较大的相对沉降时；4.当地基土质变化较大，或局部有不均匀软弱地基时；5.当上部结构对相对沉降敏感、需增加基础刚度以减少地基变形、调节过大的不均匀沉降时；6.当有其他原因需要加强基础的整体性和刚度时。二、柱下钢筋混凝土条形基础的构造要求1.材料：混凝土不应低于C20，钢筋宜选用HRB400级和HRB335级钢筋；2.梁高：柱下钢筋混凝土条形基础梁的高度宜为柱距的1/4~1/8；板厚度不应小于200mm；翼板厚度大于250mm时，宜采用变厚度翼板，其坡度宜小于或等于1:3；基础梁截面高度根据计算确定，可参考下表选用：2基础梁高跨比的选用表梁底(相应于荷载标准组合时的)反力值(kN/m)基础梁截面高度/柱中心距150≤γ0p≤2501/5~1/7250＜γ0p≤4001/4~1/63.条形基础梁的端部宜向外伸出，长度宜为第一跨距的0.25倍；4.现浇柱与条形基础梁的交接处，其平面尺寸不应小于图一的规定；5.现浇柱下条形基础的配筋要求：1)纵向受力钢筋：A.条形基础梁顶部和底部的纵向受力钢筋除满足计算要求外，顶部钢筋按计算配筋全部贯通，底部通长钢筋不应少于底部受力钢筋截面总面积的1/3；钢筋间距应符合梁的有关要求；B.底板钢筋直径不宜小于10mm；间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。当有垫层时钢筋的保护层厚度不小于40mm；无垫层时不小于70mm；C.当底板下部可能与土层分离时，则底板上部应考虑配置负钢筋；D.钢筋混凝土条形基础底板在T形及十字形交接处，底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力通长布置，另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度的1/4处；在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置。2)箍筋及分布钢筋：3A.箍筋直径不应小于8mm；B.箍筋肢数：当梁宽b＜350mm时为双肢；当350mm≤b≤800mm时为四肢；当b＞800mm时为六肢；C.梁的箍筋间距应符合梁的有关要求，一般在梁中0.4L范围内可适当放宽。梁端箍筋仅按承载力要求配置(抗震设计亦无加密要求)，抗剪钢筋宜优先采用箍筋，必要时可在支座处加设吊筋；D.分布钢筋直径一般为8~10(mm)，间距200~300(mm)通长设置；延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10；当为软弱地基或荷载不均匀时，应适当加强，必要时可按圈梁要求配置。6.预制柱下条形基础的配筋：1)将全部柱下单独基础连在一起，且在杯口壁上配置连续钢筋；2)每隔50m长应留300mm宽的后浇带，浇筑混凝土前必须清洗干净，用比原混凝土高一级的微膨胀混凝土浇筑，新旧混凝土结合面刷界面剂一道；3)配筋要求与现浇柱下条形基础的配筋相同；4)杯口尺寸要求同一般杯口基础。三、柱下钢筋混凝土条形基础的计算方法1.弹性地基梁法简介：1)基床系数法(又称文克尔法)：A.基本假定：认为地基是由许多互不联系的弹簧所组成，地基每单位面积上所受的压力与响应的地基沉降量成正比；B.适用条件：用于较薄的塑性较大的土层上或薄的破碎岩层上的柔性基础。2)半无限弹性体法：A.基本假定：假定地基为半无限弹性体，将柱下条形基础作为放在半无限4弹性体表面上的梁，当荷载作用在半无限弹性体表面上时，某点的沉降不仅与作用在该点上的压力大小有关，同时也和邻近处作用的荷载有关。B.适用条件：用于压缩层深厚的一般土层上的柔性基础，并要求地基的弹性模量及泊松比较为准确。当作用于地基上的荷载不很大，地基完全处于弹性变形状态时，用这种方法计算才较符合实际。以上两种计算方法都很复杂，计算工作量也较大，但可应用弹性地基梁计算书籍中的公式及表格进行计算。2.倒梁法：1)基本假定：基础底板与地基土相比为绝对刚性，基础的弯曲挠度不致改变地基压力；地基压力呈直线或平面分布，其重心与作用于板上的荷载合力作用线相重合。2)基础梁内力的计算：A.根据柱子传至梁上的荷载，利用力平衡条件，即可求得梁下地基反力的分布；B.将柱子作为基础梁的支座，将梁下地基反力作为基础梁上的荷载，按多跨连续梁求得梁内力(此时端跨应增加受力钢筋，并上下均匀配置)。C.梁内力的调整：若上述计算所得的梁支座反力与柱子压力不平衡，可将支座处的不平衡力均匀的分布在本支座两侧各1/3跨度范围内，从而将地基反力调整为台阶状，再按倒梁计算其内力；如结果仍不满意，可再次进行调整。3)适用条件：在比较均匀的地基上，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度不小于1/6柱距时，地基反力可按直线分布，条形基础梁的内力可按连续梁计算，此时边跨跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值宜乘以1.2的系数。如若不满足此条件，可按弹性地基梁计算。对交叉条形基础，交点上5的柱荷载，可按交叉梁的刚度或变形协调的要求，进行分配。其内力可按上述规定，分别进行计算。3.剪力平衡法：假定地基反力按直线分布，但不考虑上部结构刚度的影响。地基反力仍按倒梁法计算。求出净反力分布后，基础上所有的作用力都已确定，可按静力平衡条件计算出任意截面上的弯矩和剪力。注：倒梁法和剪力平衡法属近似计算方法，与实际情况均有出入，有时出入很大，并且这两种方法同时计算出的结果也不相同，甚至相差很大。建议根据具体情况，采用一种方法计算，同时用另一种方法复核比较，并在配筋时作适当考虑。4.抗扭计算：当柱荷载对单向条形基础有扭力作用时，应进行抗扭计算。5.交叉条形基础：将柱荷载按两个方向条形基础的刚度分配(或按变形协调的原则分配)后，交叉条形基础即可按单向条形基础进行计算。四、柱下钢筋混凝土条形基础的计算事例某工程采用钢筋混凝土框架结构，在基础计算时，由于受到相邻构筑物和电线杆的影响，单独柱基所需的基底面积无法扩展，因此决定采用柱下钢筋混凝土条形基础。本工程采用倒梁法计算内力。1.柱下钢筋混凝土条形基础的宽度计算各柱下竖向荷载(相应于荷载效应的标准组合)如图二所示：6标准组合下各柱荷载：∑Fk=Nk1+Nk2+Nk3+Nk4+Nk5=1719+1802+1657+1808+2261=9247kNpk=∑Fk/∑L=9247/23.2≈400kN/m根据地质报告：地基承载力特征值fak=200kPa；设计时取：fa=180kPa；基础埋深：d=1.8mpj=fa-γGd=180-20×1.8=144kN/m2b≥Fk÷(fa-γGd)=400÷144≈2.8m设计时取3.2m各柱下竖向荷载(相应于荷载效应的基本组合)如图三所示：∑F=N1+N2+N3+N4+N5=2285+2308+2121+2373+3233=12320kNq=12320÷23.2≈531kN/m＞144×3.2=468.80kN/m设计时取：q=531kN/m梁下均布荷载如图四所示：72.内力计算根据《建筑结构静力计算手册》（第二版）页165，不等跨等截面连续梁支座弯矩计算公式表3-5求出各系数，然后计算各跨支座弯矩，再取出隔离体计算各跨跨中弯矩及支座剪力。跨中和支座弯矩值如图五所示：3.配筋计算计算出各跨支座及跨中内力后,再进行配筋计算。柱下条形基础的内力调整详见《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002页65。受弯承载力计算：αs=M/α1fcbho2γs=1-0.5ξ=0.5[1+(1-2αs)0.5]As=M/fyγsho受剪承载力计算：Asv/s=(V－0.7ftbho)÷1.25fyvho基础梁根据计算结果进行配筋；验算柱边缘处基础梁的受剪承载力；翼板应按悬挑板进行计算，然后配筋。