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  • 基礎工程
  • 何春保 金仁和主編
  • 4728字
  • 2021-10-23 01:58:22

2.6 擴展基礎設計

2.6.1 無筋擴展基礎設計

無筋擴展基礎的抗壓強度較高,而抗拉和抗剪強度較低,因此必須控制基礎內(nèi)的拉應力和剪應力,以保證基礎不因受拉或受剪而破壞。《地基規(guī)范》規(guī)定,結(jié)構(gòu)設計時可以通過控制材料強度等級和臺階寬高比(臺階的寬度與其高度之比)來確定基礎的底面尺寸。而無需再進行內(nèi)力分析和截面強度驗算。

1.基礎的寬高比

圖2.24所示為無筋擴展基礎構(gòu)造示意圖。要求基礎每個臺階的寬高比都不得超過表2.8的臺階寬高比的允許值。無筋擴展基礎設計時,一般先選擇適當?shù)幕A埋深和基礎底面尺寸,按上述要求,基礎高度應滿足式(2.23)要求,即

式中 H0——基礎高度,m;

b——基礎底面寬度,m;

b0——基礎頂面的墻體寬度或柱腳寬度,m;

tanα——基礎臺階寬高比(b2/H0),其允許值可按表2.8選用;

α——材料的剛性角,(°)。

圖2.24 無筋擴展基礎構(gòu)造示意圖

d為柱中縱向鋼筋的直徑)

由于臺階寬高比限制,無筋擴展基礎的高度一般都比較大,但不應大于基礎埋深;否則,應加大基礎埋深或選擇剛性角較大的基礎類型(如混凝土基礎),如仍不滿足要求,可采用鋼筋混凝土基礎。

2.基礎形狀、材料及構(gòu)造要求

(1)斷面形狀。為了節(jié)約材料和施工方便,無筋擴展基礎常作成階梯形或錐形。材料多為一種,也可由兩種材料疊合而成,如上層用磚砌體、下層用混凝土。

(2)基頂外伸寬度。基頂?shù)耐馍鞂挾?i>b1要求為磚基礎時b1≥60mm;毛石基礎時b1≥100~150mm;混凝土(或毛石混凝土)基礎時b1≥50mm。

(3)斷面構(gòu)造尺寸確定。

1)階梯形基礎的整個斷面和每一臺階寬高比都不得超過表2.8中的臺階寬高比的允許值。

表2.8 無筋擴展基礎臺階寬高比的允許值

注 1. pk為作用的標準組合時基礎底面處的平均壓力值,kPa。

2.階梯形毛石基礎的每階伸出寬度不宜大于200mm。

3.當基礎由不同材料疊合組成時,應對接觸部分作抗壓驗算。

4.混凝土基礎單側(cè)擴展范圍內(nèi)基礎底面處的平均壓力值超過300kPa時,還應進行抗剪驗算;對基底反力集中于立柱附近的巖石地基,應進行局部受壓承載力驗算。

2)臺階高度。影響剛性基礎臺階高度的主要因素有材料模數(shù)、砌體質(zhì)量、施工方便等。如毛石基礎的臺階高度不小于400mm,每階伸出寬度不宜大于200mm;如混凝土(毛石混凝土)基礎臺階高度不小于300mm,一般取350~500mm。若基礎厚度不大于350mm,則做成一階;若厚度為350~900mm,則做成二階;若厚度大于900mm,則做成三階。

灰土基礎施工時每層虛鋪灰土220~250mm,夯實至150mm,稱為一步灰土。根據(jù)需要可設計成二步灰土或三步灰土,即厚度為300mm或450mm,三合土基礎厚度不應小于300mm。

磚基礎俗稱大放腳,其各部分尺寸應符合磚的模數(shù)。砌筑方式有兩皮一收和二一間隔收(又稱兩皮一收與一皮一收相間)兩種,如圖2.25所示。兩皮一收是每砌兩皮磚,即120mm,收進1/4磚長,即60mm;二一間隔收是從底層開始,先砌兩皮磚,收進1/4磚長,再砌一皮磚,收進1/4磚長,如此反復。

圖2.25 磚基礎剖面圖(單位:mm)

(a)兩皮一收砌法;(b)二一間隔收砌法

圖2.26 [例2.7]圖(單位:mm)

(4)采用無筋擴展基礎的鋼筋混凝土柱,其柱腳高度h1不得小于b1,如圖2.24(b)所示,并不得小于300mm且不小于20dd為柱中縱向受力鋼筋的最大直徑)。當柱中縱向鋼筋在柱腳內(nèi)的豎向錨固長度不滿足錨固要求時,可沿水平方向彎折,彎折后的水平錨固長度不應小于10d且不大于20d

【例2.7】 某磚混結(jié)構(gòu)住宅樓,外墻厚240mm,基礎埋深1.2m。上部結(jié)構(gòu)傳至基礎頂面的豎向力Fk=150kN/m(圖2.26)。經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值fa=140kPa,室內(nèi)外高差0.45m。試設計此外墻基礎。

解 (1)確定基礎的寬度b

設基礎采用C15毛石混凝土階梯形基礎。基礎自重計算高度為

d=1.2+0.45/2=1.425(m)

由式(2.12)計算基底寬度,即

b=1.4m<3m,地基承載力特征值不需要進行寬度修正。

(2)確定臺階寬高比的允許值。

基底壓力為

查表2.8,毛石混凝土基礎臺階寬度比允許值為1:1.25。

(3)確定基礎高度H0

由式(2.23),得

(4)確定基礎剖面尺寸。

基礎可以做成二階,如圖2.26所示。

驗算臺階的寬高比:

滿足要求。

2.6.2 擴展基礎設計

與無筋擴展基礎相比,擴展基礎由于配置了鋼筋承擔彎曲所產(chǎn)生的拉應力,因此擴展基礎可不受臺階寬高比的限制,因此,基礎可做得較薄,這樣既節(jié)省材料又可減小基礎埋深。但擴展基礎需要滿足抗彎、抗剪和抗沖切破壞的要求。

1.擴展基礎的構(gòu)造

(1)墻下條形基礎構(gòu)造要求。

1)剖面形式。墻下鋼筋混凝土條形基礎剖面形式及構(gòu)造要求如圖2.27所示,按外形可分為無縱肋式條形基礎和有縱肋式條形基礎兩種。基礎高度按剪切計算確定,一般要求不宜小于200mm。當基礎高度小于250mm時,可做成等厚度板;當基礎高度大于250mm時,可做成變厚度板。錐形基礎的邊緣高度不宜小于200mm,且兩個方向的坡度不宜大于1:3。帶肋條形基礎適用于荷載沿墻長分布不均勻或地基中有局部軟弱土層時,肋梁的縱向鋼筋和箍筋按經(jīng)驗確定。墻下條形基礎配筋如圖2.28所示。

2)底板配筋。底板受力鋼筋截面面積由計算確定,受力鋼筋的最小直徑不應小于10mm,間距不應大于200mm,也不應小于100mm,最小配筋率不應小于0.15%。縱向分布鋼筋的直徑不應小于8mm,間距不應大于300mm,每延米分布鋼筋的面積不應小于受力鋼筋面積的15%。底板配筋如圖2.29所示。

圖2.27 墻下條形基礎剖面形式

(a)錐形;(b)平板式;(c)帶肋錐形;(d)帶肋平板式

圖2.28 墻下條形基礎配筋

(a)帶肋梁;(b)無肋梁

基礎底板在T形及“十”字形交接處,底板橫向受力鋼筋僅沿一個主要受力方向通長布置,另一方向的橫向受力鋼筋可布置到主要受力方向底板寬度1/4處,如圖2.29(a)、(b)所示;在拐角處底板橫向受力鋼筋應沿兩個方向布置,如圖2.29(c)所示。

3)基礎混凝土強度等級。《地基規(guī)范》規(guī)定,混凝土強度等級不應低于C20。

4)鋼筋保護層。當有墊層時,鋼筋保護層凈厚度不應小于40mm,無墊層時不應小于70mm。

圖2.29 墻下條形基礎底板配筋構(gòu)造

(a)“十”字形交接處;(b)T形交接處;(c)L形拐角處

5)墊層要求。通常在基礎底板下澆筑一層素混凝土墊層。墊層厚度不宜小于70mm,混凝土強度等級不宜低于C10;常做成100mm厚C15素混凝土墊層,周邊各伸出基礎50~100mm。

(2)柱下獨立基礎構(gòu)造要求。

1)平面形式。軸心受壓基礎底板一般宜用正方形;偏心受壓基礎一般采用矩形(彎矩方向為長邊),長短邊之比不宜大于3.0。

2)剖面形式。基礎剖面形式常為錐形和階梯形兩種。錐形基礎的邊緣高度H1不宜小于200mm,且兩個方向的坡度不宜大于1:3,頂部每邊應沿柱邊放出50mm,如圖2.30所示;階梯形基礎的每階高度宜為300~500mm,如圖2.31所示。

圖2.30 錐形基礎剖面形式

(a)形式一;(b)形式二

圖2.31 階梯形基礎剖面形式

(a)單階;(b)兩階;(c)三階

3)底板配筋。底板受力鋼筋截面面積由計算確定,沿長邊和短邊雙向均勻布置,長邊方向的鋼筋設置在下面。受力鋼筋的最小直徑不應小于10mm,間距不應大于200mm,也不應小于100mm,最小配筋率不應小于0.15%。

當柱下獨立基礎邊長不小于2.5m時,底板受力鋼筋的長度可取邊長的0.9倍,并交錯布置,如圖2.32所示。

圖2.32 獨立基礎底板配筋長度減短10%的構(gòu)造

4)插筋。現(xiàn)澆柱基礎中應伸出插筋與柱內(nèi)的縱向鋼筋連接,連接方式宜優(yōu)先采用焊接或機械連接接頭,插筋在基礎內(nèi)應符合下列要求。

a.插筋的數(shù)量、直徑以及鋼筋種類應與柱內(nèi)縱向鋼筋相同,插入基礎內(nèi)的鋼筋,上下至少應有兩道箍筋固定。

b.插筋錨入基礎的長度應滿足《地基規(guī)范》要求,如圖2.33所示。插筋下端宜做成直鉤放在基礎底板鋼筋網(wǎng)上。當符合下列條件之一時,可僅將四角的插筋伸至底板鋼筋網(wǎng)上,其余插筋錨固在基礎頂面下la(鋼筋錨固長度)或laE處。

i.柱為軸心受壓或小偏心受壓,基礎高度不小于1200mm。

ii.柱為大偏心受壓,基礎高度不小于1400mm。

有關(guān)杯口基礎的構(gòu)造詳見《地基規(guī)范》。

5)其他。混凝土強度等級、鋼筋保護層厚度及墊層要求與墻下鋼筋混凝土條形基礎相同。

2.墻下鋼筋混凝土條形基礎設計

墻下鋼筋混凝土條形基礎的截面設計包括確定基礎高度和基礎底板配筋。在這些設計計算中,上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應應采用承載力極限狀態(tài)的基本組合,相應的基底反力為地基凈反力(不考慮基礎及其上面土重所引起的反力),并以pj表示。計算時,通常沿墻體長度方向取1m作為計算單元,即l=1m。

圖2.33 現(xiàn)澆柱基礎中的插筋構(gòu)造

(1)軸心荷載作用。

1)控制截面和內(nèi)力確定。墻下鋼筋混凝土條形基礎在軸心荷載作用下的受力分析可簡化為圖2.34所示。它的受力情況如同一承受地基凈反力pj作用的倒置懸臂梁。

圖2.34 墻下鋼筋混凝土條形基礎受軸心荷載作用

地基凈反力設計值可按式(2.24)計算,即

式中 F——相應于荷載效應基本組合時上部結(jié)構(gòu)傳至基礎頂面的豎向力設計值,kN;

b——基礎寬度,m;

l——墻長,取1m。

在地基凈反力pj作用下,將在基礎底板內(nèi)產(chǎn)生彎矩M和剪力V,如圖2.34中的彎矩和剪力所示。其值懸臂板根部Ⅰ—Ⅰ截面處最大,因此Ⅰ—Ⅰ截面為結(jié)構(gòu)控制截面,此截面上的彎矩M和剪力V為結(jié)構(gòu)的控制內(nèi)力。如果基礎為階梯形,則每一變階處都是控制截面,其對應的內(nèi)力都是控制內(nèi)力。

式中 V——相應于荷載效應基本組合時控制截面Ⅰ—Ⅰ剪力設計值,kN;

M——相應于荷載效應基本組合時控制截面Ⅰ—Ⅰ彎矩設計值,kN·m;

b1——基礎懸臂部分計算截面的出挑長度,m,如圖2.34所示:當墻體材料為混凝土時,b1為基礎邊緣到墻腳的距離;當為磚墻且放腳不大于1/4磚墻時,b1為基礎邊緣至墻腳的距離再加上1/4磚長。

2)確定基礎高度h。墻下鋼筋混凝土條形基礎內(nèi)不配置箍筋和彎起筋,故基礎高度由混凝土的受剪承載力確定,即

式中 ft——混凝土軸心抗壓強度設計值,N/mm2

h0——基礎底板有效高度,mm;

βhs——受剪承載力截面高度影響系數(shù),當h0<800mm時,取h0=800mm;當h0>2000mm時,取h0=2000mm。

由式(2.25)、式(2.27)整理得

圖2.35 墻下條形基礎受偏心荷載作用

3)確定基礎底板配筋。基礎每延米長度的受力鋼筋截面面積為

式中 As——每米長基礎底板受力鋼筋截面面積,mm2

fy——鋼筋抗拉強度設計值,N/mm2

(2)偏心荷載作用。如圖2.35所示,墻下鋼筋混凝土條形基礎在偏心荷載作用下,基礎邊緣的最大和最小地基凈反力設計值為

式中 e0——荷載的凈偏心距,e0=M/F

基礎的高度和配筋仍按式(2.27)和式(2.30)確定,但式中控制截面的剪力和彎矩設計值應改按下列公式計算,即

式中的pj為計算截面Ⅰ—Ⅰ處的地基凈反力設計值,按式(2.34)計算,即

【例2.8】 某承重磚墻厚240mm,傳至條形基礎頂面處的軸心荷載Fk=150kN/m。該處土層自地表起依次分布如下:第一層為粉質(zhì)黏土,厚度為2.2m,γ=17kN/m3e=0.91,fak=130kPa,Es1=8.1MPa;第二層為淤泥質(zhì)土,厚度為1.6m,fak=65kPa,Es2=2.6MPa;第三層為中密中砂。地下水位在淤泥質(zhì)土頂面處。建筑物對基礎埋深沒有特殊要求,且不必考慮土的凍脹問題。試設計該墻下鋼筋混凝土條形基礎(可近似取荷載效應基本組合的設計值為標準組合的1.35倍)。

解 (1)確定基礎埋深。

依據(jù)題意,取基礎埋深d=0.5m。

(2)確定墻下鋼筋混凝土條形基礎的寬度b

經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值fa:查表2.5得ηd=1.0。

b=1.3m。

(3)軟弱下臥層承載力驗算。

Es1/Es2=8.1/2.6=3.12,z/b=1.7/1.3>0.5,查表2.7得θ=23°,tanθ=0.424。

下臥層頂面處的附加應力為

下臥層頂面處的自重應力為

pcz=17×2.2=37.4(kPa)

深度修正后的軟弱下臥層承載力特征值為

γm=γ=17kN/m3

faz=fak+ηdγm(d+z-0.5)=130+1.0×17×(2.2-0.5)=93.9(kPa)

驗算:pz+pcz=55.3+37.4=92.7(kPa)<faz=93.9kPa(滿足要求)。

(4)確定基礎高度。

采用C20混凝土,ft=1.1N/mm2;采用HPB300級的鋼筋,fy=300N/mm2,地基凈反力設計值為

基礎邊緣至磚墻計算截面的距離為

控制截面的剪力設計值V=pjb1=155.8×0.53=82.57(kN/m)。

根據(jù)經(jīng)驗假定h=b/8=1300/8=162.5(mm),條形基礎的構(gòu)造要求基礎的最小高度不小于200mm,取h=250mm,h0=h-40-10/2=205(mm)(底板受力鋼筋按直徑為10mm估計)。

混凝土抗剪承載力驗算,由式(2.27)得

0.7βhsfth0=0.7×1×1.1×205=157.85(kN/m)>V=82.57kN/m (滿足要求)

(5)確定基礎底板配筋。

選配鋼筋φ10@170,As=462mm2,滿足要求。

基礎詳圖如圖2.36所示。

圖2.36 [例2.8]配筋圖

3.柱下鋼筋混凝土單獨基礎設計

與墻下條形基礎一樣,在進行柱下獨立基礎設計時,一般先由地基承載力確定基礎的底面尺寸,然后再進行基礎的截面設計。基礎截面設計主要包括確定基礎高度和基礎配筋計算。

(1)軸心荷載作用。

1)基礎高度。在軸心荷載作用下,如果基礎高度或臺階高度不足,基礎將沿著柱周邊或臺階高度的變化處產(chǎn)生沖切破壞,形成45°斜裂面的角錐體,如圖2.37所示。因此,柱下鋼筋混凝土獨立基礎的高度由抗沖切驗算確定。

圖2.37 基礎沖切破壞

為保證基礎不發(fā)生沖切破壞,應對柱與基礎交接處和基礎變階處進行沖切驗算,必須使沖切破壞錐體以外的基底凈反力所產(chǎn)生的沖切力不大于沖切面處混凝土的抗沖切承載力。當沖切破壞錐體落在基礎底面以內(nèi)(即b>bc+2h0)時,如圖2.38所示,基礎高度由受沖切的承載力確定。對于矩形基礎,柱短邊一側(cè)沖切破壞較柱長邊一側(cè)危險,所以,一般只需根據(jù)短邊一側(cè)沖切破壞條件來確定基礎高度。

圖2.38 計算階形基礎的受沖切承載力截面位置

(a)柱與基礎交接處;(b)基礎變階處

1—沖切破壞錐體最不利一側(cè)斜截面;2—沖切破壞錐體的底面線

對于矩形截面柱的矩形基礎,應驗算柱與基礎交接處[圖2.38(a)]以及基礎變階處[圖2.38(b)]的受沖切承載力。驗算公式為

式中 βhp——受沖切承載力截面高度影響系數(shù),當h≤800mm時,βhp取1.0;當h≥2000mm時,βhp取0.9,其間按線性內(nèi)插取值。

ft——混凝土軸心抗拉強度設計值,kPa;

h0——基礎的有效高度,m,取兩個方向配筋的有效高度平均值;

bm——沖切破壞錐體最不利一側(cè)計算長度,m,如圖2.39所示;

bt——沖切破壞錐體最不利一側(cè)斜截面的上邊長,m,當計算柱與基礎交接處的受沖切承載力時,取柱寬[圖2.38(a)];當計算基礎變階處的受沖切承載力時,取上階寬[圖2.38(b)];

圖2.39 沖切斜裂面邊長

bb——沖切破壞錐體最不利一側(cè)斜截面在基礎底面積范圍內(nèi)的下邊長,m,計算柱與基礎交接處的受沖切承載力時,取柱寬加兩倍基礎有效高度[圖2.38(a)];當計算基礎變階處的受沖切承載力時,取上階寬加兩倍該處的基礎有效高度[圖2.38(b)];

Fl——相應于荷載效應基本組合時作用在Al上的地基凈反力設計值,kN;

pj——相應于荷載效應基本組合時的地基凈反力設計值,kN,pj=F/bl

Al——沖切驗算時所取用的部分基底面積(圖2.38中的陰影面積ABCDEF,m2)。

Al可按下列公式計算:

當驗算柱與基礎交接處沖切承載力時,有

當驗算基礎變階處受沖切承載力時,有

式中 acbc——柱截面的長邊和短邊,m;

l1b1——基礎變階處的截面長邊和短邊,m;

h01——基礎變階處有效高度,mm。

當基礎底面全部落在45°沖切破壞錐體范圍以內(nèi),即基礎寬度不大于柱寬加兩倍基礎有效高度(bbc+2h0)時,則成為剛性基礎,無需進行沖切驗算,僅需對基礎進行斜截面受剪承載力驗算即可,基礎高度由受剪承載力控制,按式(2.39)驗算,即

式中 Vs——相應于荷載效應基本組合時,柱與基礎交接處或變階處的剪力設計值,kN;取圖2.40中陰影面積乘以基底平均凈反力;

βhs——受剪承載力截面高度影響系數(shù);βhs=(800/h01/4;當h0<800mm時,取h0=800mm;當h0>2000mm時,取h0=2000mm;

A0——驗算截面處基礎的有效截面面積,m2,當驗算截面為階梯形或錐形時,可將其截面折算成矩形截面,截面折算寬度和截面有效高度按《地基規(guī)范》附錄U計算。

設計時,一般先按經(jīng)驗假定基礎高度,得出h0,再代入式(2.35)或式(2.39)進行驗算,直至受沖切或受剪切滿足要求為止。

2)基礎底板配筋計算。柱下鋼筋混凝土獨立基礎承受荷載后,如同平板那樣,基礎底板沿著柱子四周產(chǎn)生彎曲,一般獨立基礎的長寬比小于2.0,所以其底板為雙向彎曲板,當彎曲應力超過基礎的抗彎強度時,就會發(fā)生彎曲破壞,呈“井”字形,如圖2.41所示。

配筋計算時,將獨立基礎的底板視為4塊固定在柱邊的梯形懸臂板,在基底凈反力pj作用下,沿基礎長、寬兩個方向的彎矩,等于梯形基底面積上地基凈反力所產(chǎn)生的力矩。控制截面為長、寬兩個方向的柱邊截面和變階處的截面,如圖2.42所示。

圖2.40 柱下獨立基礎受剪承載力驗算

(a)柱與基礎交接處;(b)基礎變階處

圖2.41 柱下獨立基礎彎曲破壞

當基礎臺階的寬高比不大于2.5時,可認為地基反力呈線性分布,底板控制截面的彎矩設計值及配筋可按下列公式計算。

對于柱邊(Ⅰ—Ⅰ截面),有

平行于l方向(垂直于Ⅰ—Ⅰ截面)的受力鋼筋截面面積為

對于柱邊(Ⅱ—Ⅱ截面),有

圖2.42 軸心受壓基礎矩形底板彎矩計算

平行于b方向(垂直于Ⅱ—Ⅱ截面)的受力鋼筋截面面積為

對于階梯高度變化處(Ⅲ—Ⅲ截面),有

對于階梯高度變化處(Ⅳ—Ⅳ截面),有

計算上階底邊Ⅲ—Ⅲ截面和Ⅳ—Ⅳ截面的鋼筋面積AsⅢAsⅣ時,只要把各式中h0換成下階的有效高度h01即可。然后按AsⅠAsⅢ的大值配置平行于l邊方向的鋼筋,并放置在下層;按AsⅡAsⅣ的大值配置平行于b邊方向的鋼筋,并放置在上層。

當基底和柱截面均為正方形時,M=MM=M,這時只需計算一個方向即可。

對于獨立基礎底面長短邊之比2≤n≤3的情況,基礎底板以長邊受力為主。基礎底板短邊鋼筋應按下述方法布置:將短邊全部鋼筋面積乘以(1-n/6)后求得的鋼筋,均勻分布在與柱中心線重合的寬度等于基礎短邊的中間帶寬范圍內(nèi),如圖2.43陰影范圍所示,其余的短邊鋼筋則均勻分布在中間帶寬兩側(cè)。長邊配筋應均勻分布在基礎全寬范圍內(nèi)。

圖2.43 基礎底板短邊鋼筋布置示意圖

當基礎的混凝土強度等級小于柱的混凝土強度等級時,還應驗算柱下基礎頂面的局部受壓承載力。

(2)偏心荷載作用。

1)基礎高度。偏心荷載作用下,基礎底面凈反力呈梯形分布,如圖2.44所示。為保證基底反力呈線性分布且基礎底面與地基之間不出現(xiàn)零應力區(qū),必須使基礎臺階的寬高比不大于2.5且荷載偏心距el/6,此時基礎邊緣的最大和最小地基凈反力為

偏心受壓基礎高度確定與軸心受壓基礎基本相同。只需在作基礎沖切和剪切驗算時,將式(2.35)或式(2.39)中的pjpj,max代替即可。

2)基礎底板配筋。圖2.44中基礎底板各個控制截面的彎矩設計值按下列公式計算。

對于柱邊(Ⅰ—Ⅰ截面),有

圖2.44 偏心荷載作用下基底凈反力分布

式中 pj——Ⅰ—Ⅰ截面處的凈反力設計值。

對于柱邊(Ⅱ—Ⅱ截面),有

對于階梯高度變化處(Ⅲ—Ⅲ截面),有

式中 pj——Ⅲ—Ⅲ截面處的凈反力設計值,kN,可按式(2.48)計算,只需將式中的acl1代替即可。

對于階梯高度變化處(Ⅳ—Ⅳ截面),有

偏心受壓基礎底板的受力鋼筋截面面積仍可按式(2.41)和式(2.43)計算。

符合構(gòu)造要求的杯口基礎,在與預制柱結(jié)合形成整體后,其性能與現(xiàn)澆柱基本相同,故其高度和底板配筋仍按柱邊和高度變化處的截面進行計算。

【例2.9】 某多層框架結(jié)構(gòu),柱截面尺寸為300mm×400mm,上部結(jié)構(gòu)傳至柱底的荷載標準值:中心垂直荷載為700kN,力矩為80kN·m,水平荷載為13kN。作用在柱底的荷載效應基本組合設計值:中心垂直荷載為950kN,力矩為108kN·m,水平荷載為18kN。場地土質(zhì)為均質(zhì)黏性土,γ=17.5kN/m3e=0.7,IL=0.78,地基承載力特征值fak=226kPa。設計該框架邊柱獨立基礎。

解 (1)確定經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值fa

初選基礎埋深d=1m,查表2.5,得ηd=1.6。

fa=fak+ηdγm(d-0.5)=226+1.6×17.5×(1.0-0.5)=240(kPa)

(2)確定基礎的底面尺寸。

取室內(nèi)外高差0.30m,計算基礎及其上面填土自重Gk 時的基礎埋深為d==1.15(m),由于偏心不大,基礎底面按20%增大,即

初步選擇基礎底面尺寸:b=1.6m,l=2.5m。

由于b=1.6m<3m,因此不需要再對fak進行寬度修正。

(3)驗算地基持力層的承載力。

基礎和回填土自重為

Gk=γGdA=20×1.15×1.6×2.5=92(kN)

偏心距ek

基底最大壓力為

最后,確定該柱基礎底面邊長l=2.5m,b=1.6m。

(4)計算基底凈反力。

偏心距為

基底邊緣處的最大和最小地基凈反力設計值為

(5)確定基礎高度。

材料選用:C20混凝土,ft=1.1N/mm2;HPB300級鋼筋,fy=270N/mm2;C15混凝土墊層,厚100mm。

初步確定基礎高度h=600mm,采用二級階梯形基礎,每階高度為300mm,如圖2.45所示。

1)驗算柱與基礎交接處抗沖切承載力。

h0=600-40-10=550(mm)=0.55m,bt=bc=0.3m;bb=bt+2h0=0.3+2×0.55=1.4(m)<b=1.6m。

因偏心受壓,取pj=pj,max=308.75kPa。

則沖切力為

0.7βhpftbmh0=0.7×1.0×1.1×103×0.85×0.55=360(kN)>Fl,滿足要求。

2)驗算變階處抗沖切承載力。

h01=300-40-10=250(mm)=0.25m,bt=b1=0.8m;bb=bt+2h01=0.8+2×0.25=1.3(m)<b=1.6m。

沖切力為

0.7βhpftbmh01=0.7×1.0×1.1×103×1.15×0.25=221.4(kN)>Fl,滿足要求。

(6)基礎底板的配筋。

柱邊基礎臺階寬高比為1.05/0.6=1.75<2.5;變階處寬高比為0.525/0.3=1.75<2.5,滿足要求。

1)基礎長邊方向。

對于柱邊(Ⅰ—Ⅰ截面),有

對于階梯高度變化處(Ⅲ—Ⅲ截面),有

比較AsⅠAsⅢ應按AsⅠ配筋,在寬度1.6m范圍內(nèi)實際配10φ14,As=1538mm2>1407mm2,實際配筋率為ρ=,滿足要求。

2)短邊方向。

對于柱邊(Ⅱ—Ⅱ截面),有

對于階梯高度變化處(Ⅳ—Ⅳ截面),有

比較AsⅡAsⅣ應按AsⅡ配筋,在寬度2.5m范圍內(nèi)按構(gòu)造要求實際選配13φ10,As=1021mm2>682mm2,滿足要求。基礎配筋如圖2.45所示。

圖2.45 [例2.9]柱下鋼筋混凝土獨立基礎配筋圖

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