柱下钢筋混凝土单独基础设计-土力学与地基基础

1.构造要求

柱下钢筋混凝土单独基础，除应满足上述墙下钢筋混凝土条形基础的要求外，尚应满足其它一些要求。阶梯形基础每阶高度一般为300～500 mm，当基础高度大于600 mm而小于900 mm时，阶梯形基础分为二级；当基础高度大于900 mm时，则分为三级。每级伸出宽度不应大于2.5倍。当采用锥形基础时，其顶部每边应沿柱边放出50 mm。由于阶梯形基础的施工质量较易保证，宜优先考虑采用。

柱下钢筋混凝土基础的受力钢筋应双向布置。现浇柱的纵向钢筋可通过插筋锚入基础中。插筋的根数和直径应于柱内纵向钢筋相同。当基础高度等于或小于900 mm时，全部插筋伸至基底钢筋网上面，端部弯直钩；当基础高度大于900 mm时，将柱截面四角的钢筋伸至基底钢筋网上面，端部弯直钩，其余钢筋按锚固长度确定。插入基础的钢筋，上下至少应有两道箍筋固定。插筋与柱的纵向受力筋的搭接长度，应按《混凝土结构设计规范》规定采用。在搭接长度内的箍筋应加密；当柱内纵筋为受压时，箍筋间距不应本大于10d（d为柱内纵向受力筋中最小直径）；当为受拉时，箍筋间距不应大于5d。当基础边长大于或等于3 m时，基础底面处的受力筋可缩短10%，并隔条错开布置。

预制钢筋混凝土柱与杯形基础的连接，见《混凝土结构设计规范》。

2.轴心荷载作用

1）基础高度

基础高度由混凝土抗冲切强度确定。在柱荷载作用下，如果基础高度（或阶梯高度）不足，则将沿柱周边（或阶梯高度变化处）产生冲切破坏，形成45°斜裂面的角锥体（图7.23）。因此，由冲切破坏锥体以外的地基净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。矩形基础一般沿柱短边一侧先产生冲切破坏，所以只需根据短边一侧的冲切破坏条件确定基础高度，即要求：

图7.23　基础冲切破坏

上式lF为冲切力。

式中　pj——地基净反力（kPa）；l

A——冲切力的作用面积（图7.24中的阴影面积）（m2）；

ft——混凝土抗拉强度设计值（N/mm2）；

bm——冲切破坏锥体斜裂面上、下边长平均值（m），即；0

h——基础有效高度（m）；

βhp——受冲切承载力截面高度影响系数：当h≤800 mm时，βhp=1.0；当h≥2 000 mm时，βhp=0.9；其间按线性内插法取用；

am——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度，按式（7.26）计算；

at——冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长：当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽[如图7.24（a）所示]，当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽[如图7.24（b）所示]；

ab——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：当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内[如图7.24（a）所示]，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；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；当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外时[如图7.24（c）所示]，即a+2h0≥l时，ab=l。

图7.24　基础冲切计算

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

关于Al和am的计算可分为两种情况。(www.xing528.com)

（1）当l >at+2h0时[如图7.24（a）、图7.24（b）所示]：

（2）当l ≤at+2h0时[如图7.24（c）所示]：

设计时一般先按经验假定基础高度，得出h0，再代入式（7.27）进行验算，直至抗冲切力大于冲切力为止。

对矩形截面柱的矩形基础，除了对柱与基础交接处进行冲切验算外，还应对基础变阶处的抗冲切承载力进行验算。验算方法与柱边冲切验算相同，只要将式（7.27）至中h、at、h0分v别换为台阶的长边、宽边和台阶处的有效高度即可。

当基础底面全部落在45°冲切破坏锥体底边以内时，则成为刚性基础，无须进行冲切验算。

2）底板配筋

基础底板在荷载效应基本组合时的净反力作用下，如同固定于台阶根部或柱边的倒置悬臂板，基础沿柱的周边向上弯曲。一般矩形基础的长宽比小于2，属于双向受弯构件，弯矩控制截面在柱边缘处或变阶处，其破坏特征是裂缝沿柱角至基础角将基础底面分裂成四块梯形面积。基础弯矩计算如图7.25所示。

图7.25　基础弯矩计算图

在轴心荷载或单向偏心荷载作用下底板受弯时，当矩形基础台阶的宽高比小于或等于2.5和偏心距小于或等于b/6基础宽度时，任意截面的弯矩可按下列公式计算：

式中　MⅠ，MⅡ——任意截面Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值；

aⅠ——任意截面I—I至基底边缘最大反力处的距离；

l，b——基础底面的边长；

pjmax，pjmin——相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地基净反力设计值；

pjI——相应于荷载效应基本组合时在任意截面I—I处基础底面地基净反力设计值；

G ——考虑荷载分项系数的基础自重及其上的土自重，当组合值由永久荷载控制时，G=1.35Gk，Gk为基础及其上土的标准自重。

垂直于I—I截面的受力钢筋面积可按下式计算：

垂直于II—II截面的受力钢筋面积可按下式计算：

计算柱边处时，还需将MⅠ、MⅡ式中at、bt换成柱长、宽计算弯矩，并与MⅠ或MⅡ比较，取大者配筋。符合构造要求的杯口基础，在与预制柱结合形成整体后，其性能与现浇柱基础相同，故其高度和底板配筋仍按柱边和高度变化处的截面进行计算。