獨(dú)立基礎(chǔ)抗沖切驗(yàn)算

1、獨(dú)立基礎(chǔ)抗沖切驗(yàn)算擴(kuò)展基礎(chǔ)高度確定的簡(jiǎn)化方法文章編號(hào)：1 005 6033 (2006) 040178-03收稿日期：2 0 0 5 10 3 1摘 要：根據(jù)有關(guān)規(guī)范推導(dǎo)出一個(gè)實(shí)用的計(jì)算基礎(chǔ)最小有效高度的公式，并通過(guò)舉例說(shuō)明了具體的運(yùn)算和使用方法。關(guān)鍵詞：地基基礎(chǔ)；擴(kuò)展基礎(chǔ)；基礎(chǔ)高度；計(jì)算公式中圖分類號(hào)：TU47文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GE 50007 2002)中擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一般方法為： 先根據(jù)上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的荷載及地質(zhì)資料所提供的地基承載力、基礎(chǔ)埋置深度等相 關(guān)資料，計(jì)算出基礎(chǔ)底面的長(zhǎng)、寬尺寸；然后再進(jìn)行基礎(chǔ)截面的設(shè)計(jì)驗(yàn)算。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GE 50007 200

2、2)中沒(méi)有給出具體的基礎(chǔ)高度計(jì)算公式，而是憑 經(jīng)驗(yàn)先假定一個(gè)基礎(chǔ)高度，再根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GE 50010 2002)來(lái)驗(yàn)算假定的基礎(chǔ)高度是否滿足抗沖切要求。這樣設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是：有可能假定基礎(chǔ)高度不 夠，需要重新假設(shè)一個(gè)基礎(chǔ)高度再進(jìn)行驗(yàn)算；或者基礎(chǔ)高度富余太多造成浪費(fèi)。為達(dá)到安全實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境等要求，根據(jù)有關(guān)規(guī)范和混 凝土抗沖切的有關(guān)公式，推導(dǎo)出確定基礎(chǔ)最小有效高度的直接公式。1最小有效高度的確定公式擴(kuò)展基礎(chǔ)包括柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)和墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)。由于墻下鋼筋混凝土 條形基礎(chǔ)不存在假定基礎(chǔ)高度的問(wèn)題，因此，只討論柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)最小有效高 度

3、的確定?；A(chǔ)最小有效高度一般是在滿足抗沖切條件下的較小值，根據(jù)受力情況，基礎(chǔ)的沖 切破壞往往發(fā)生在柱與基礎(chǔ)交接處以及基礎(chǔ)變階處，它往往是沿著柱邊或變階截面處方向 下4 5的斜截面組成。滿足此要求的最小高度即為最小有效高度，見(jiàn)圖1。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GE 500072002) 8.2.7條規(guī)定受沖切承載 力按下式驗(yàn)算：FlW0.7Bhpftamh0(1)am=(at + ab)/2(2)Fl=pj Al(3)式中：Bhp為受沖切承載力截面高度影響系數(shù)，當(dāng)h 20 0 0mm時(shí)，p hp取0.9，其間按線性內(nèi)插法取用；ft為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；h0為基礎(chǔ)沖切破壞錐體的有效高度；am為沖切

4、破壞錐體最不利一側(cè) 計(jì)算長(zhǎng)度；at為沖切破壞錐體最不利一側(cè)斜截面的上邊長(zhǎng)，當(dāng)計(jì)算柱與基礎(chǔ)交接處的受 沖切承載力時(shí)，取柱寬，當(dāng)計(jì)算基礎(chǔ)變階處的受沖切承載力時(shí)，取上階寬；ab為沖切破 壞錐體最不利一側(cè)斜截面在基礎(chǔ)底面積范圍內(nèi)的下邊長(zhǎng)，當(dāng)沖切破壞錐體的底面落在基礎(chǔ) 以內(nèi)時(shí)，計(jì)算柱與基礎(chǔ)交接處的受沖切承載力時(shí)，取柱寬加兩倍基礎(chǔ)有效高度，當(dāng)計(jì)算基 礎(chǔ)變階處的受沖切承載力時(shí)，取上階寬加兩倍該處基礎(chǔ)有效高度， 當(dāng)沖切破壞錐體的底面 在l方向落在基礎(chǔ)底面以外， 即a + 2h0l時(shí)， ab=l;pj為扣除基礎(chǔ)自重及其 土重后相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的地基土單位面積凈反力，對(duì)偏心受壓基礎(chǔ)可取基礎(chǔ)邊 緣處最大地基

5、土單位面積凈反力；Al為沖切驗(yàn)算時(shí)取用的部分基底面積 (陰影面積)；F l為相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)作用在Al上的地基土凈反力設(shè)計(jì)值。由圖1(b)可知，式(1)中的amh0值不等于陰影部分BEFGHC的面積，為了 公式的實(shí)用性和統(tǒng)一性，式(1)宜改為下式：Fl0.7php ft Ac(4)式中，Ac為沖切驗(yàn)算時(shí)沖切截面在基底的水平投影面積(圖1(a)中陰影部分CGHD或圖1(b)中的陰影部分BEFGHC)。設(shè)基礎(chǔ)底面短邊長(zhǎng)度和長(zhǎng)邊長(zhǎng)度分別為b和l，柱截面的寬度和長(zhǎng)度分別為at和bto(1)當(dāng)hOal+2h0時(shí)Al(b/2 bt/2 hO)1 (1/2 at/2 h0)2(5)Ac=(at +

6、hO)hO(6)將式(5), (6)代入式(4)，整理得：h02 + ath0 0.25X2 1(b bt) (1 at)2/1 + 0.7 Bhp(ft/pj) 0(7)由式(7)可知：h0min2 + ath0min 0.25X2 1(b bt) (1at)2/1 + 0.7 Bhp(ft/pj)0(8解式(8)得：h0min 0.5 M at(9)則基礎(chǔ)有效高度h0取(1at)/2h0h0mi n范圍中任何一值均可滿足抗沖 切要求。(2)當(dāng)h0 (b bt)1 + 0.5 X (1at)2 X 0.7 P hp ft/pj/21 (1 + 0.7 P hp ft/pj) (12)由式(1

7、2)可知：h0min(b bt)1 + 0.5X(1at)2x0.7 p hp ft/pj/21(1 + 0.7 Php ft/pj) (13)則基礎(chǔ)有效高度h0取(1 at)/2 h0，且h0min h0 h0mi n或(1 at)/2 h0和h0min h0及H0 h0 + c (c為基底鋼筋保護(hù)層厚度)確定基礎(chǔ)在柱腳處的高度。根據(jù)H0值及有關(guān)構(gòu)造要求確定基礎(chǔ) 是做成等高、錐形還是階形。階形基礎(chǔ)的每階高度按地基基礎(chǔ)規(guī)范取為300mm500 mm,每階分界線可根據(jù)基礎(chǔ)長(zhǎng)、寬及柱截面長(zhǎng)邊及短邊的值作圖，見(jiàn)圖2。作柱腳點(diǎn)A與基礎(chǔ)邊的基礎(chǔ)有效高度h0的底邊點(diǎn)C的相連斜線，每一臺(tái)階角點(diǎn)位置應(yīng)位于斜線

8、之 外，即可保證基礎(chǔ)每階的抗沖切滿足要求。3計(jì)算實(shí)例某框架柱下為獨(dú)立基礎(chǔ)，承受的上部荷載為20 0 0 kN，柱腳彎距M為18 0 kN m，地基承載力f為2 6 0kN/m2，柱截面(bt X at)為6 0 0 mm X 5 00 mm，基底距自然地面高h(yuǎn)為1.6 m，混凝土采用C30。求基底面積及確定基礎(chǔ) 高度?！窘狻?1)根據(jù)軸心荷載初步確定基底面積及基礎(chǔ)底面長(zhǎng)、寬尺寸A0 F/(f丫d) 20 0 0/( 2 6 0 2 0 X 1.6 ) 8.7 7(m2)考慮偏心荷載的影響，將A0增大30%，即A11.4m2。設(shè)長(zhǎng)寬比n b/1 1.3，13.0 m，b 3.9 m，貝U A3.

9、0X3.9 11.7 m2(2)基底壓力p (F + G)/A ( 20 0 0 + 2 0 X 1. 6 X 3. 0 X 3. 9 )/1 1. 7 2 0 2.94(kN/m2)Vf 260 (kN/m2)偏心荷載作用下最大地基壓力：pmax(F + G)/A + M/W 202.94+180/(3.92 X 3)/6一-at)/2此種情況不存在。m,則:/2+c=1.25 += 0.5 7 9 + 0.根據(jù)以上計(jì)算可知：基礎(chǔ)的有效高度h0的取值范圍為m,故基礎(chǔ)高度H0取0 .6 7 9 m1 .35求。4結(jié)語(yǔ)規(guī)范是多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、科研結(jié)果和很多學(xué)者學(xué)術(shù)思想的結(jié)晶，作者在學(xué)習(xí)和使用地基設(shè)計(jì)

10、 規(guī)范和混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，對(duì)擴(kuò)展基礎(chǔ)高度的確定提出了以下看法：(1)提出了F1=0.7 BhpftAc的統(tǒng)一表達(dá)式，與規(guī)范相比，Ac具有 更強(qiáng)的物理意義，式(6)和式(11)計(jì)算沖切截面在基底的水平投影面積更直觀、更 精確。(2)分別推導(dǎo)出在h0 (c at)/2兩種情況下的h0 min最終計(jì)算式，方便了工程技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況選取合適的h0或H0,避免了試 算工作。(3)提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)可以降低基礎(chǔ)高度由參數(shù)1 = 30m，at=0.5 m, b= 39m, bt =06m,f t = 143 0:kN / m2,P j =p 1 max= 2 2 6.6 1kN/m2,Bhp =1.0,(1 at)/2=125m。 則有：(1 a t )2=( 3 .0 0.5)2 = 6.252 1(b b t )=2X 3 .0 X(3. 9-06)= 19.81 + 07 B h p (ft/p，j)=1 + 0.7 X10X(14 30/2 2 6 .61)=5.417設(shè)h0(1一at )/2,由式(9)可得:h0mi n=05 0.5=0. 57 9(m)設(shè)h0(1一at )/2,由式(13 )可得:h0mi n=( 39 0 .6)X 3. 0+062 5 X0.5 X3 .39 8/(2X 3.0 X