柱下钢筋混凝土独立基础设计

时间：2022-11-01 百科知识版权反馈

【摘要】：柱下钢筋混凝土独立基础的设计计算应包括下列内容：①当冲切破坏锥体落在基础底面以内时，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力；②当基础底面短边尺寸小于等于柱宽加2倍基础有效高度时，应验算柱与基础交接处的基础受剪切承载力；③基础底板的配筋，应按抗弯计算确定；④当基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下基础顶面的局部受压承载力。

柱下钢筋混凝土独立基础的设计除满足8.7.1扩展基础的一般要求外，还应满足下面要求。现浇柱基础中应伸出插筋，插筋的数量、直径以及钢筋种类应与柱内的纵向受力钢筋相同。插筋在柱内的纵向钢筋连接宜优先采用焊接或机械连接的接头，插筋在基础内应符合下列要求（如图8-22）：

（1）当基础高度h较小时，轴心受压和小偏心受压柱h<1200mm，大偏心受压柱h<1400mm，所有插筋的下端宜做成直钩放在基础底板钢筋网上，并满足锚入基础长度应大于锚固长度la或laE。若基础的高度小于la或laE时，其最小直锚段的长度不应小于20d，弯折段的长度不应小于150mm。

注：有抗震设防要求时：一、二级抗震等级laE=1.15la，三级抗震等级laE=1.05la，四级抗震等级laE=la。

（2）当基础高度h较大时，轴心受压和小偏心受压柱h≥1200mm，大偏心受压柱h≥1400mm，可仅将四角插筋伸至基础底板钢筋网上，其余插筋锚固于基础顶面下la或laE处。

（3）基础中插筋至少需分别在基础顶面下100mm和插筋下端设置箍筋，且间距不大于800mm，基础中箍筋直筋与柱中相同。

图8-22　现浇柱基础插筋构造示意图

预制钢筋混凝土柱与杯口基础的连接（示意图见图8-23），应符合下列要求：

图8-23　预制柱与杯口基础连接的示意图（1—焊接网）

（1）插入杯口基础的深度，可按表8-10选用，应满足钢筋锚固长度的要求及吊装时柱的稳定性。

表8-10　柱的插入深度h1（mm）

注：（1）h为柱截面长边尺寸，ha为双肢柱全截面长边尺寸；hb为双肢柱全截面短边尺寸；

（2）柱轴心受压或小偏心受压时，h1可适当减小，偏心距大于2h时，应适当增大。

（2）基础的杯底厚度和杯壁厚度，可按表8-11选用。

表8-11　基础的杯底厚度和杯壁厚度

注：（1）双肢柱的杯底厚度值，可适当加大；

（2）当有基础梁时，基础梁下的杯口厚度，应满足其支承宽度的要求；

（3）柱子插入杯口部分的表面应凿毛，柱子与杯口之间的空隙，应用比基础混凝土强度等级高一级的细石混凝土充填密实，当达到材料设计强度的70%以上时方能进行上部吊装。

（3）当柱为轴心受压或小偏心受压且t/h2≥0.65，或大偏心受压t/h2≥0.75时，杯壁可不配筋；当柱为轴心受压或小偏心受压且0.5≤t/h2<0.65时，杯壁可按表8-12构造配筋，其他情况下，应按计算配筋。

表8-12　杯壁构造配筋

注：表中钢筋置于杯口顶部，每边2根。

柱下钢筋混凝土独立基础的设计计算应包括下列内容：①当冲切破坏锥体落在基础底面以内时，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力；②当基础底面短边尺寸小于等于柱宽加2倍基础有效高度时，应验算柱与基础交接处的基础受剪切承载力；③基础底板的配筋，应按抗弯计算确定；④当基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下基础顶面的局部受压承载力。

1）抗冲切承载力的验算

在上部荷载作用下，如果基础高度（或阶梯高度）不足，则将沿着柱周边（或阶梯高度变化处）产生冲切破坏，形成45°斜裂面的角锥体（如图8-24所示）。因此，由冲切破坏锥体以外的地基反力所产生的冲切力应小于冲切面处混凝土的抗冲切能力。

图8-24　抗冲切示意图

对于矩形基础，柱短边一侧冲切破坏较柱长边一侧危险，所以，一般只需根据短边一侧冲切破坏条件来确定底板厚度。即要求对矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力，在上部轴心荷载和弯矩作用下，抗冲切示意图如图8-24所示。

按以下公式验算：

式中：βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h≤800mm时，βhp取1.0；当h≥2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插值取用；

ft——混凝土轴心抗拉强度设计值；

h0——基础冲切破坏锥体的有效高度；

am——基础冲切破坏锥体最不利一侧计算长度（m）；

at——基础冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长（m），当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽；

ab——基础冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长（m），当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加2倍基础有效高度；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽加2倍该处的基础有效高度；

Fl——相应于荷载效应的基本组合时作用在Al的地基土净反力设计值；

pj——扣除基础自重及其上土自重后相应于荷载效应基本组合时地基土单位面积净反力（kPa）；对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；

Al——冲切验算时取用的部分基底面积（m2）（图8-25中阴影部分ABCDEF的面积）。

图8-25　阶形基础受冲切承载力示意图

1—冲切破坏锥体最不利一侧的斜截面　2—冲切破坏锥体的底面线

设计时，常常是按照构造要求选定基础的高度和台阶高度，然后进行抗冲切承载力的验算，直到满足要求为止。显然，当45°破坏锥体面落在基础底面以外时，不必进行验算。

2）受剪承载力的验算

当基础底面短边尺寸小于等于柱宽加2倍基础有效高度时，应验算柱与基础交接处的基础受剪切承载力：

Vs≤0.7βhsftA0　　（8-30）

式中：Vs——相应于荷载效应基本组合时，柱与基础交接处的剪力设计值（kN），图8-26中阴影面积乘以基底平均净反力。

ft——混凝土轴心抗拉强度设计值。

βhs——受剪承载力截面高度影响系数，βhs=（800/h0）1/4。当h0<800mm时，取h0=800mm；当h0>2000mm时，取h0=2000mm。

A0——验算截面处基础的有效截面面积（m2）。当验算截面为阶梯形或锥形时，可将其截面折算成矩形截面。

图8-26　阶形基础受剪切承载力示意图

3）基础底板的配筋

由于独立基础底板在地基反力作用下，基础沿柱周边向上弯曲。一般矩形基础的长宽比小于2，故在两个方向均发生弯曲。当弯曲应力超过基础的抗弯强度时，会发生弯曲破坏，其破坏特征是裂缝沿柱角至基础角将基础底面分裂成4块梯形。配筋计算时，基础板可看成4块固定在柱边的梯形悬臂板。故基础底板2个方向都要配受力钢筋，钢筋面积按2个方向的最大弯矩分别计算。

如图8-27和图8-28所示，分布为轴心荷载和偏心受压作用下底板配筋计算示意图，在基础根部的Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ截面的弯矩值为

式中：b、l——基础底面板的长边和短边尺寸；

bt、at——相应的柱（或变阶处）截面尺寸。

对于偏心受压基础底板，在计算底板弯矩时，pj应取基础根部及边缘处地基土净反力的平均值，即

求出弯矩后，即可按前述近似方法计算底板配筋

根据计算的配筋量选择钢筋，并满足构造要求。沿长边方向的钢筋AsⅠ置于板的外侧，沿短边方向的钢筋与长边方向垂直，置于内侧。

【例8-6】　某教学楼框架柱截面为350mm×400mm，作用在柱底的Fk=750kN，Mk=86kN·m，Vk=15kN，基础埋深为1.3m，经过修正后的地基承载力特征值为250kPa，采用柱下锥形基础，基础底面尺寸确定为b=1.6m，l=2.5m，试确定该基础的高度及底板配筋。

【解】　基础材料选择C20的混凝土，ft=1.1N/mm2，fc=9.6N/mm2；选择HPB300钢筋，fy=270N/mm2，初步选择基础的高度h=600mm。

（1）基底净反力计算

（2）柱边抗冲切验算

取as=45mm，h0=600-45=555mm

偏心受压，验算时取最大地基净反力。