第5节-独立基础的常见设计问题

建筑地基基础设计方法及实例分析第四章独立基础第五节独立基础的常见设计问题【要点】独立基础设计中常见问题涉及设计的方方面面，主要集中在：素混凝土基础的抗剪验算、独立基础高度的把握、联合基础的设计、独基加防水板基础设计中的软垫层设计、防水板设计、基础拉梁设计及独立基础的抗震设计等问题。一、对基础底面处的平均压力值超过300kPa的素混凝土基础未进行抗剪验算1．原因分析1）“地基规范”要求（见表4.1.1注4）对基础底面处的平均压力值超过300kPa的混凝土基础，尚应进行抗剪验算；2）“混凝土规范”规定的素混凝土基础抗剪承载力计算要求见公式（4.1.2）；3）片面认为在刚性角范围内的混凝土不存在抗剪验算的问题。2．设计建议1）无筋混凝土的受剪承载力约为不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件的一半；2）当基础底面处的平均压力值超过300kPa时，按公式（4.1.2）对素混凝土基础进行抗剪验算；3）素混凝土刚性基础的剪力设计值，取墙柱边缘相应于荷载效应基本组合时的地基反力值，为简化设计，也可近似取墙柱边缘相应于荷载效应标准组合时的地基反力值的1.3倍计算（不同组合时荷载数值的近似换算方法，见本章第二节设计建议之7）；4）对素混凝土刚性基础，建议在抗剪计算中引入剪切系数，并按公式（4.1.3）计算；5）比较发现：对素混凝土刚性基础，一般情况下当地基土的净反力设计值jp＞0.55tf时，采用素混凝土刚性基础的费用也将大大超过采用钢筋混凝土基础，宜采用钢筋混凝土基础。二、采用独立基础时，台阶的宽高比大于2.5时基底反力仍按直线分布的假定计算1．原因分析1）结构设计时，只注重地基承载力计算，忽略规范对台阶宽厚比的要求（见图4.5.1）；建筑地基基础设计方法及实例分析第四章独立基础图4.5.1基底反力分布假定对基础尺寸的基本要求（a）阶形截面（b）锥形截面2）规范不区分地基承载力特征值的高低，而采用统一的宽厚比限制，有欠合理。2．设计建议1）提出独立基础台阶的宽高比（墙、柱边缘以外的宽度b与相应基础高度h之比）b/h≤2.5的要求，其本质是对地基反力线性分布的要求，当b/h＞2.5时，地基反力按线性分布的假定不再适用，尤其当地基承载力特征值af较大时，更应注意。2）当地基承载力特征值af较小时，独立基础台阶的宽高比不宜b/h＞2.5，不应b/h＞3；3）当地基承载力特征值af较大时，不宜采用基础台阶的宽高比b/h＞2.5的独立基础；4）当基础台阶宽高比b/h＞2.5或b/h接近2.5且地基承载力特征值af很大时，由于地基反力不再遵循直线分布的假定，此时，应特别注意对地基反力maxkf的验算，尤其是轴向力作用下的验算，并宜按弹性地基板（采用中厚板单元）计算。三、e＞b/6的独立基础设计时，误用e≤b/6时的计算公式1．原因分析1）公式（4.2.6、4.2.10、4.2.11）的适用范围各不相同，设计计算中不可混用；2）当地基出现零应力区后，地基反力进行重分布，对地基反力零应力区的限制其目的就是对地基反力计算公式的限制。2．设计建议1）对有较大弯矩作用或偏心设置的独立基础，设计时应先进行偏心距判别，并根据不同情况采用相应的计算公式；2）结构设计中不宜采用偏心距很大的独立基础。四、独立基础设计时，未进行最小配筋率控制建筑地基基础设计方法及实例分析第四章独立基础1．原因分析1）地基规范未明确规定独立基础的最小配筋率；2）对独立基础是否属于“卧置在地基上的混凝土板”判断不正确；3）过分追求经济指标是导致设计不满足基础最小配筋率的主要因素。2．设计建议1）独立基础属于《混凝土规范》第9.5.2条规定的“卧置于地基上的混凝土板”，受拉钢筋的最小配筋率应不小于0.15%；2）为适当减少独立基础的配筋，设计时可按独立基础的实际面积（图4.2.16中阴影区域面积）计算其最小配筋量，并将其配置在基础的全宽范围内；3）独立基础设计时，不宜采用过大的基础高度；4）当独立基础的配筋不小于Φ10@200（双向）时，也可不考虑最小配筋率的要求。五、联合基础未设置地梁（板）1．原因分析1）将联合独立基础分别按多个独立基础设计，未考虑在同组内力作用下，由于独立柱基之间的轴力不平衡所引起的联合基础顶面的内力及配筋；2）未考虑不同荷载组合对多柱联合独立基础的效应影响。2．设计建议1）当需要按独立基础计算方法设计多柱联合基础时，应考虑同组荷载对基础的影响；2）对双柱联合基础，柱间应设梁；3）设计多柱联合基础时，应对由多柱围成的“等代柱”区域采取相应的构造措施（图4.5.2），确保“等代柱”的有效性；图4.5.2多柱联合基础“等代柱”的设计构造（a）双柱（b）三柱（c）四柱六、柱下独基加防水板基础设计中，当地下水位较高时，未考虑防水板对独立基础的影响1．原因分析1）在独基加防水板基础中，当地下水位较高时，防水板承担地下水浮力，同时又将其建筑地基基础设计方法及实例分析第四章独立基础反力传递给独立基础，对独立基础的内力有加大的作用；2）混淆了独基加防水板基础与一般独立基础的区别，当地下水位较高时，仍然按一般独立基础设计，设计粗糙，造成安全隐患；3）对具体情况不作分析，过分强调设计经验，按原有设计习惯设计。2．设计建议1）当设计地下水位在基础底面以下或高出基础顶面不多时（图4.3.2中情况a），可不考虑防水板对独立基础的影响，即：（1）防水板可按构造配筋；（2）独立基础的配筋可按上部结构传来的荷载直接计算。2）当地下水位较高（图4.3.2中情况b）时，应特别注意防水板需承担水浮力，同时又对独立基础的内力和配筋产生明显影响，此时，应根据独立基础和防水板的实际受力状态，对独立基础的设计方法进行相应的调整：（1）防水板按四角支承在独立基础上的双向板计算，承担水浮力和防水板及其上部填土重量等荷载；（2）独立基础设计应考虑基底反力、防水板传至基础边缘的集中荷载和附加弯矩。七、柱下独基加防水板基础设计中，防水板下未设置软垫层1．原因分析1）在独基加防水板基础中，软垫层的设置是确保独立基础及防水板按结构设计构想受力的重要结构措施之一；2）在独基加防水板基础中，只有在防水板下设置软垫层，其中独立基础的受力状况才接近于经典的独立基础；3）在独基加防水板基础中，当防水板下不设置软垫层时，独立基础加防水板演变为变厚度筏板基础。2．设计建议1）应根据独立基础边缘的最大沉降量来确定软垫层的厚度，当采用聚苯板时厚度不宜小于20mm；2）软垫层应具有合适的承载能力（满足防水板混凝土的施工要求）和一定的变形能力（利于在上部荷载作用下，防水板可以自由沉降），以利于软垫层作用的发挥；3）对软垫层的性能控制问题，是关系独基加防水板基础受力合理与否的关键问题；4）采用软垫层后，应注意其对地基承载力的深度修正影响问题。八、独立基础设计中，抗浮设计水位及防水设计水位混用1．原因分析1）对“防水设计水位”和“抗浮设计水位”的概念及适用条件模糊不清，导致设计中混用；2）片面强调构件的安全储备，导致结构设计中浪费严重。建筑地基基础设计方法及实例分析第四章独立基础2．设计建议应区分“防水设计水位”和“抗浮设计水位”的概念及适用条件：1）防水设计水位，一般用于地下室的建筑外防水设计和确定地下室外墙及基础的混凝土抗渗等级，涉及的只是地下室防水设计标准问题，与结构构件的其他设计无关。2）抗浮设计水位，适用于结构的整体稳定验算、地下结构构件设计，是与结构设计最密切的指标，也是影响地下结构经济性的重要指标。九、独基加防水板基础中，当防水板厚度较厚（≥250mm）时，仍设另设基础拉梁1．原因分析1）当防水板的厚度较大时，基础底板对基础的约束作用加大，没有必要再设置基础拉梁；2）在防水板中设置刚度较大的基础梁时，往往会引起防水板内力分布的变化，改变独基加防水板基础的传力途径，受力复杂。2．设计建议当防水板厚度较厚（≥250mm）时，可不另设基础梁，必要时可在防水板内利用板内钢筋设置暗梁。十、独立基础之间一律设置基础拉梁1．原因分析1）《抗震规范》第6.1.11条规定：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粘性土层、液化土层和严重不均匀土层；（5）桩基承台之间。2）设置基础拉梁的主要目的是：（1）加强独立基础之间的整体性；（2）调整柱基之间的不均匀沉降；（3）减小首层柱的计算高度等。2．设计建议除上述情况外，一般可不设置基础拉梁。十一、独立基础之间基础拉梁的计算问题1．原因分析拉梁荷载大致可分为下列几项：1）拉梁承担的柱底弯矩；建筑地基基础设计方法及实例分析第四章独立基础2）地震作用时，拉梁承担的轴向拉力；3）拉梁的梁上荷载。2．设计建议1）拉梁分担的柱底最大弯矩设计值可近似按拉梁线刚度分配；2）地震作用时，拉梁承担的轴向拉力；取两端柱轴向压力较大者的1/10；3）当需拉梁承担其上部的荷载（如隔墙等）时，应考虑相应荷载所产生的内力（确有依据时，可适量考虑拉梁下地基土的承载能力）；4）拉梁配筋时，应将上述各项按规范要求（考虑各荷载同时出现的可能性）进行合理组合；5）当表层地基土比较好（承载力特征值高、中低压缩性土、土层较厚等）或梁下换填处理效果较好时，一般均可适当考虑拉梁下地基土对拉梁上部荷载的部分抵消作用；6）拉梁的设计计算可参考第七章第六节相关内容。十二、独立基础的抗震设计问题1．原因分析1）“抗震规范”（第4.2.1条）规定特殊的建筑可以不进行天然地基及基础的抗震承载力验算，误以为所有建筑均可不进行抗震验算；2）受程序说明中“常采用静+活进行基础设计”的影响，以为所有基础均只需按非抗震设计就可以。3）地震作用与重力荷载效应组合时，将其进行机械叠加，未考虑地基承载力验算时对地基承载力特征值的特殊组合要求。2．设计建议1）当不满足“抗震规范”（第4.2.1条）的规定时，对无地下室的建筑，应考虑地震作用的影响，并进行相应的设计计算。由于地震作用的方向性（对于沿某一方向地震作用时，某些柱达到轴力最大值，而与之对应的柱将产生最小轴力）对柱下联合基础应注意区分地震作用的不同工况取用相应的柱底内力，不应简单地取弯矩最大或轴力最大的工况；2）进行地基承载力验算，若取用上部结构考虑地震作用效应的柱底内力设计值时，应将其除以1.25的系数后，再进行地基反力特征值的验算；3）进行地基承载力验算时，若取用上部结构计算的柱底内力设计值时，应将其除以1.30的系数后，再进行地基反力特征值的验算。4）基础设计时，可将地震作用的内力乘以0.8后，采用非地震作用的设计计算公式。十三、新老建筑结合部，采用偏心独立基础1．原因分析采用偏心很大的独立基础，基底反力分布不均匀，基础将产生很大转角，造成上部结构的倾斜，从而危及结构安全。2．设计建议建筑地基基础设计方法及实例分析第四章独立基础1）严禁使用图4.5.3所示的偏心基础；图4.5.3严禁采用的偏心基础图4.5.4联合基础2）当采用独立基础无法避免基础偏心时，可设置联合基础，基础底板可设计成梯形平面，使联合基础的中心与上部荷载重心重合（图4.5.4）。十四、基础拉梁侧面未按混凝土规范配置构造钢筋