板式矩形雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與探討

劉啟強(qiáng)　劉書霞

(1.浙江鉑瑞電力設(shè)計(jì)有限公司，浙江杭州　310030; 2.武漢匯電能源環(huán)保工程有限公司，湖北武漢　430000)

板式矩形雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與探討

劉啟強(qiáng)1劉書霞2

(1.浙江鉑瑞電力設(shè)計(jì)有限公司，浙江杭州310030; 2.武漢匯電能源環(huán)保工程有限公司，湖北武漢430000)

摘要:介紹了板式雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一般計(jì)算方法，通過(guò)實(shí)例，分析了我國(guó)地基基礎(chǔ)規(guī)范算法與美國(guó)ACI規(guī)范算法的區(qū)別，總結(jié)了利用PKPM軟件處理雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)的方法以及設(shè)計(jì)人員應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)，PKPM軟件，配筋計(jì)算，承載力

0　引言

雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)在工業(yè)建筑中多層建筑、管道支架等結(jié)構(gòu)形式較為常見(jiàn)。由于工藝的要求，雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用較多?，F(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］只針對(duì)單柱獨(dú)立基礎(chǔ)構(gòu)造及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了說(shuō)明，未涉及雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)內(nèi)容。因此，不同設(shè)計(jì)人員由于計(jì)算方法的不同導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏差較大。PKPM軟件程序?qū)㈦p柱基礎(chǔ)的計(jì)算簡(jiǎn)化為柱截面尺寸與雙柱外接矩形相同的單柱基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算，并提及在雙柱之間設(shè)置暗梁，但沒(méi)有提出暗梁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法［2］?！陡邔咏ㄖY(jié)構(gòu)構(gòu)造資料集》［3］提出，如兩柱的中距L≤2.5 m或L≤b( b為基礎(chǔ)底面寬度)，則也可設(shè)置暗梁，但應(yīng)校核底板受彎及受剪承載力。關(guān)于雙柱聯(lián)合淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)由于目前尚沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范規(guī)定，因此，有必要就雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)的計(jì)算理論與設(shè)計(jì)方法進(jìn)行一些探討。

1　雙柱聯(lián)合淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算方法

1.1美國(guó)ACI規(guī)范算法［4，5］計(jì)算方法

1)確定基礎(chǔ)底面形心的位置，基底反力呈均勻分布或梯形分布，按地基承載力確定基礎(chǔ)底面尺寸; 2)同獨(dú)立基礎(chǔ)一樣應(yīng)對(duì)柱下進(jìn)行基礎(chǔ)受沖切承載力及受剪承載力驗(yàn)算，并確定基礎(chǔ)高度; 3)沿縱向?qū)⒕匦位A(chǔ)看為支承在兩根柱子上的梁，由于基礎(chǔ)是按梁的計(jì)算方式，因此最小配筋率按照梁的最小配筋率配筋;沿橫向看為以柱為支承，有效寬度( bc+ 1.5h)的倒置伸臂梁，以此進(jìn)行內(nèi)力及配筋計(jì)算，沿橫向等效梁有效寬度以外的部分仍按規(guī)定的基礎(chǔ)底板最小配筋率配筋。

1.2 PKPM軟件計(jì)算方法

將雙柱視為具有外接矩形截面(即兩柱的外包尺寸)的單柱，按單柱基礎(chǔ)的計(jì)算公式進(jìn)行受沖切承載力驗(yàn)算及抗彎計(jì)算。當(dāng)兩柱為間距很小的聯(lián)合基礎(chǔ)(如抗震縫兩側(cè)布置的柱子)，僅進(jìn)行以上計(jì)算就可以了，但當(dāng)兩柱間距較大時(shí)，雙柱與具有雙柱外包尺寸的單柱對(duì)基礎(chǔ)的受力情況是不相同的，還應(yīng)人工補(bǔ)充兩柱間的暗梁計(jì)算或者面筋計(jì)算。

2　計(jì)算實(shí)例

某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)支架，柱截面400 mm×600 mm，柱間距2.0 m，采用雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)，混凝土為C30，HRB400鋼筋，基礎(chǔ)埋深－2.5 m，經(jīng)基礎(chǔ)深度修正后的地基承載力特征值fa=220 kPa。計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1，其圖中荷載值均為標(biāo)準(zhǔn)值。

2.1基于PKPM軟件計(jì)算方法

1)確定基礎(chǔ)尺寸。對(duì)荷載較小的1柱中心取矩:

，取l2=1.00 m，則基礎(chǔ)長(zhǎng)度:

L0=2( x0+ l1) =4.222 m，則l2=1.22 m，取1.25 m可得L = 4.25 m。

圖1　基礎(chǔ)計(jì)算簡(jiǎn)圖

其中，γdd =20×2.5 =50 kN/m2，W = bl2/6 =11.139 m3;基礎(chǔ)尺寸符合要求。

2)基底配筋計(jì)算。對(duì)兩柱外接矩形短邊一側(cè)的柱邊側(cè)進(jìn)行抗沖切驗(yàn)算，F(xiàn)l≤0.7βhρftamh0= 0.7×1.0×1.43×1 900×550 = 1 046 kN，荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計(jì)值Fl≤1.35PjmaxAl=1.35×249× 0.94 =316 kN，符合要求。

暗梁截面高度取基礎(chǔ)高度，寬度取為柱寬。將暗梁視為兩端固定于兩柱柱腳的單跨梁，截面尺寸取b×h =600 mm×600 mm，l0=2 000 mm。計(jì)算的荷載及內(nèi)力列于表1。按單筋矩形截面受彎構(gòu)件計(jì)算暗梁的縱向受力鋼筋，并考慮Asmin=0.2%bh。可得暗梁中部最大彎矩M底= 169.1 kN ·m，暗梁支座最大彎矩M = 221.3 kN·m，V =1 124 kN。則底部配筋為1 242 mm2，上部配筋949 mm2，箍筋配筋10@110( 6)。

表1　基底配筋

根據(jù)計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)鋼筋總量約為18 246 mm2。

2.2基于ACI規(guī)范方法計(jì)算

基礎(chǔ)底面尺寸及受沖切、受剪的計(jì)算前面已經(jīng)核算，在前提條件相同的情況下此處僅對(duì)配筋進(jìn)行復(fù)核。

1)沿基礎(chǔ)縱向配筋計(jì)算?？v向反梁基底反力分布及彎矩圖見(jiàn)圖2。圖中所示線荷載與彎矩圖為基本組合設(shè)計(jì)值。

圖2　縱向反梁基底反力分布及彎矩圖

圖2b)可見(jiàn)控制彎矩M =1 066 kN ·m與347.6 kN·m;可得出As1= M1/0.9fyh0= 1 950.6 mm2，由于Asmin= 3 300 mm2，取3 300 mm2。上部鋼筋A(yù)s2= M2/0.9fyh0=5 982 mm2。

2)沿基礎(chǔ)橫向配筋計(jì)算。柱附近的等效梁有效寬度取bc+ 1.5h =0.4 + 1.5×0.6 = 1.30 m，取F2k計(jì)算，可得地基凈反力為Pn= F/b( hc+1.5h) =332.6 kPa，則梁上線荷載q =332.6×1.3 = 432.4 kN/m。

則柱邊截面處的彎矩: M = 432.4×1.552/2 = 519.4 kN ·m，可得出As=2 915 mm2。等效梁有效寬度以外區(qū)域橫向鋼筋按照構(gòu)造要求配筋，每米板寬配筋A(yù)smin= 900 mm2，則1.65 m寬度配筋1 485 mm2。橫向上部鋼筋按照縱向鋼筋區(qū)域架立筋要求配筋12@400。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)鋼筋總量約為17 797 mm2。

3　結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)以上算例，基于我國(guó)現(xiàn)行算法的鋼筋用量與按ACI規(guī)范算法的鋼筋用量大致相當(dāng)。2)計(jì)算雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)時(shí)，對(duì)每個(gè)柱進(jìn)行受沖切承載力驗(yàn)算可按照單獨(dú)基礎(chǔ)計(jì)算方法計(jì)算。3)在基礎(chǔ)底部配筋時(shí)，建議結(jié)合ACI規(guī)范在柱子底部等效寬度范圍內(nèi)采取加密鋼筋的做法。4)采用PKPM設(shè)計(jì)軟件中的雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，是否在兩柱之間設(shè)置暗梁，可以參照ACI規(guī)范算法給予輔助計(jì)算。

參考文獻(xiàn):

［1］GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JCCAD用戶手冊(cè)［Z］.2013:91.

［3］程懋堃，莫沛鏘，汪大綏.高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造資料集［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005:272-273.

［4］ACI 318—89，Building Code Requirements for Reinforced Concrete［S］.

［5］J.E.波勒斯.基礎(chǔ)工程分析與設(shè)計(jì)［M］.第5版.童小東，譯.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004:413-415.

Research on designing of double-column foundation of rectangular plate

Liu Qiqiang1Liu Shuxia2
( 1.Zhejiang Borui Electric Power Design Co.，Ltd，Hangzhou 310030，China; 2.Wuhan HD Energy Environmental Protection Engineering Co.，Ltd，Wuhan 430000，China)

Abstract:This paper introduces the design and calculation method of the double-column foundation of rectangular plate，and analyzes the difference between the China code algorithm and the American ACI code algorithm by an example.Using PKPM software processing method of doublecolumn foundation and the problems that should be paid attention to are summarized.

Key words:double-column combined foundation，PKPM software，reinforcement computation，bearing capacity

作者簡(jiǎn)介:劉啟強(qiáng)(1981-)，男，工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師;劉書霞(1985-)，女，工程師

收稿日期:2015-11-23

文章編號(hào):1009-6825( 2016) 04-0072-02

中圖分類號(hào):TU753

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A