3.8 箱形基礎

箱形基礎是由底板、頂板、外隔墻和一定數量縱向、橫向較均勻布置的內隔墻構成的整體剛度很好的鋼筋混凝土基礎。箱形基礎的特點是剛度大，整體性好，能抵抗并協調由于荷載大、地基軟弱而產生的不均勻沉降，而且基礎頂板和底板間的空間常可用于作地下室。建筑物下部設置箱形基礎，一般需要加深基礎的埋置深度，這樣建筑物的重心會下移，四周有土體的協同作用，這樣建筑物的整體穩定性會有所增強，所以興建在軟弱或不均勻地基上的高聳、重型或對不均勻沉降較敏感，尤其是抗震區的建筑時，箱形基礎應是優先考慮的結構形式。

由于箱形基礎上部結構一般為自重較大、高度較高的建筑物，所以在設計時除了需要考慮承載力、變形和穩定性的要求外，還需要考慮地下水對箱形基礎的影響（如水的浮力、側壁水壓力、水的侵蝕性和施工排水等問題）。這需要在擬建的建筑場地內進行詳細的地質勘探工作，查明建筑場地內的工程地質及水文地質資料。

3.8.1 構造要求

（1）箱形基礎的平面尺寸應根據地基土承載力和上部結構布置以及荷載大小等因素確定。外墻宜沿建筑物周邊布置，內墻沿上部結構的柱網或剪力墻位置縱橫均勻布置，墻體水平截面總面積不宜小于箱形基礎外墻外包尺寸的水平投影面積的1/10。對基礎平面長寬比大于4的箱形基礎，其縱橫水平截面面積不應小于箱形基礎外墻外包尺寸水平投影面積的1/18。箱形基礎的偏心距應符合式（3.59）的要求。

(2)箱形基礎的高度應滿足結構的承載力和整體剛度要求，并根據建筑使用要求確定。一般不宜小于箱形基礎長度(不包括底板懸挑部分)的1/20，并不宜小于3m。

(3)箱形基礎的埋置深度應根據建筑物對地基承載力、基礎傾覆及滑移穩定性、地基變形以及抗震設防烈度等方面的要求確定，一般在抗震設防區，基礎埋深不宜小于建筑物高度的1/15。高層建筑同一結構單元內的箱形基礎埋深宜一致，且不得局部采用箱形基礎。

(4)箱形基礎的頂、底板及墻體的厚度應根據受力情況、整體剛度及防水要求確定。無人防設計要求的箱形基礎，基礎底板厚度不應小于400mm，外墻厚度不應小于250mm，內墻厚度不應小于200mm，頂板厚度不應小于200mm。頂、底板厚度除應滿足受剪承載力驗算的要求外，底板還應滿足受沖切承載力的要求。

(5)墻體內應設置雙向鋼筋，豎向和水平鋼筋的直徑不應小于10mm，間距不應大于200mm。除上部為剪力墻外，內、外墻的墻頂處宜配置兩根直徑不小于20mm的通長構造鋼筋。

(6)墻體的門洞宜設在柱間居中部位，洞邊至上層柱中心的水平距離不宜小于1.2m，洞口上過梁的高度不宜小于層高的1/5，洞口面積不宜大于柱距與箱形基礎全高乘積的1/6。墻體洞口四周應設置加強鋼筋。

(7)箱形基礎的混凝土強度等級不應低于C25，抗滲等級不應小于0.6MPa。

3.8.2 簡化計算

影響箱形基礎基底反力的因素很多，主要有土的性質、上部結構和基礎剛度、荷載的分布和大小、基礎的埋深、基底尺寸和形狀以及相鄰基礎的影響等。箱形基礎的內力分析實質上是一個求解地基、基礎與上部結構相互作用問題，要精確求解存在一定困難。目前采用的箱形基礎內力計算主要是簡化計算方法。

（1）當地基壓縮層深度范圍內的土層在豎向和水平方向較均勻，且上部結構為平立面的布置比較規則的剪力墻、框架、框架-剪力墻體系時，箱形基礎的頂、底板可僅按局部彎曲計算，即頂板以實際荷載（包括板自重）按普通樓蓋計算、底板以直線分布的基底凈反力（計入箱基自重后扣除底板自重所余的反力）按倒樓蓋計算。整體彎曲的影響可在構造上加以考慮。箱形基礎的頂板和底板鋼筋配置除符合計算要求外，縱橫向支座鋼筋還應有1/4的鋼筋貫通，且貫通鋼筋的配筋率均不應小于15%，跨中的鋼筋應按實際需要的配筋全部連通。鋼筋接頭宜采用機械連接；采用搭接接頭時，搭接長度應按受拉鋼筋考慮。

（2）對于不符合（1）中所述條件的箱形基礎，應同時考慮局部彎曲及整體彎曲的作用。基底反力可按《高層建筑筏形與箱形基礎技術規范》（JGJ 6—2011）推薦的地基反力系數表確定，該表是根據實測反力資料經研究整理編制而成的。對黏性土和砂土地基，基底反力分布呈現邊緣大、中部小的規律；但對軟土地基，沿箱基縱向的反力分布呈馬鞍形，而沿橫向則為拋物線形（圖3.39）。軟土地基的這種反力分布特點與其抗剪強度較低、塑性區開展范圍較大、箱基的寬度比長度小得多等因素有關。

在計算底板局部彎曲彎矩時，頂部按實際承受的荷載，底板按扣除底板自重后的基底反力作為局部彎曲計算的荷載，并將頂、底板視為周邊的雙向連續板計算局部彎曲彎矩。考慮到底板周邊與墻體連接產生的推力作用，以及實測結果表明基底反力有由縱、橫墻所分出的板格中部向四周墻下轉移的現象，局部彎曲彎矩應乘以0.8折減系數后與整體彎曲彎矩疊加。

在計算整體彎曲產生的彎矩時，先不考慮上部結構剛度的影響，計算箱形基礎整體彎曲產生的彎矩，然后將上部結構的剛度折算成等效抗彎剛度，再將整體彎曲產生的彎矩按基礎剛度的比例分配到基礎。具體方法如下。

將箱形基礎視為一塊空心的厚板，沿縱、橫兩個方向分別進行單向受彎計算，荷載及地基反力均重復使用一次。先將箱形基礎沿縱向(長度方向)作為梁，用靜定分析法可計算出任一橫截面上的總彎矩Mx和總剪力Vx，并假定它們沿截面均勻分布。同樣的，再沿橫向將箱形基礎作為梁計算出總彎矩My和Vy。彎矩Mx和My使頂、底板在兩個方向均處于軸向受壓或軸向受拉狀態，壓力或拉力值分別為Cx=Tx=Mx/z、Cy=Ty=My/z，見圖3.40；剪力Vx和Vy則分別由箱基的縱墻和橫墻承受。

顯然，按上述方法算得的整體彎曲應力是偏大的，因為把箱基當作梁沿兩個方向分別計算時荷載并未折減，同時在按靜定分析法計算內力時也未考慮上部結構剛度的影響。對后一因素，可采用G.G.邁耶霍夫（G.G.Meyerhof）于1953年提出的“等代剛度梁法”將Mx、My分別予以折減，具體計算公式為

式中 MF——折減后箱形基礎承擔的整體彎曲彎矩；

M——不考慮上部結構剛度時，箱形基礎由整體彎曲產生的彎矩，即上述的Mx和My；

EF——箱形基礎的混凝土彈性模量；

IF——箱形基礎橫截面慣性矩，按“工”字形截面計算，上、下翼緣寬度分別為箱形基礎頂、底板全寬、腹板厚度為箱形基礎在彎曲方向的墻體厚度總和；

EBIB——上部結構的總折算剛度，依據《高層建筑箱形與筏形基礎技術規范》(JGJ 6—2011)，上部結構的總折算剛度計算公式如下，公式中的符號示意如圖3.41所示。

式中 EBIB——上部結構的總折算剛度；

Eb——梁、柱的混凝土彈性模量；

Ibi——第i層梁的截面慣性矩；

n——建筑物層數；不大于8層時，n取實際樓層數；大于8層時，n取8；

m——建筑物在彎曲方向的節間數；

Ew、Iw——在彎曲方向與箱形基礎相連的連續鋼筋混凝土墻的彈性模量和截面慣性矩，Iw=th3/12，其中t、h為墻體的總厚度和高度；

Kui、Kli、Kbi——第i層上柱、下柱和梁的線剛度，按下列公式進行計算，即

式中 Iui、Ili、Ibi——第i層上柱、下柱和梁的截面慣性矩；

hui、hli——第i層上、下柱的高度；

l——上部結構彎曲方向的柱矩。

式(3.73)適用于等柱距的框架結構，對柱距相差不超過20%的框架結構也適用，此時l取柱距的平均值。

箱形基礎承受的總彎矩為將整體彎矩與局部彎矩兩種計算結果的疊加，使得頂、底板成為壓彎或拉彎構件，最后據此進行配筋計算。

箱形基礎內、外墻和墻體洞口過梁的計算和配筋詳見上述有關規范。其中外墻除承受上部結構的荷載外，還承受周圍土體的靜止土壓力和靜水壓力等水平荷載作用。在箱形基礎頂、底配筋時，應綜合考慮承受整體彎曲的鋼筋與局部彎曲的鋼筋配置部位，以充分發揮各截面鋼筋的作用。