某項目柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計與探討

陳大賓 卜少磊

摘 要：獨(dú)立基礎(chǔ)作為一種常見的基礎(chǔ)形式，但在計算沖切和剪切的概念上國家規(guī)范和地方規(guī)范要求不太一樣，在實際應(yīng)用上會有所偏差，本文通過介紹沖切和剪切的概念以及實際工程的計算過程，對獨(dú)立基礎(chǔ)計算沖切和剪切問題進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立基礎(chǔ)；剪切；沖切；雙向受力

獨(dú)立基礎(chǔ)是一種常用的基礎(chǔ)形式，具有傳力簡單、造價經(jīng)濟(jì)、施工方便等優(yōu)點，在工程實踐中廣泛應(yīng)用。獨(dú)立基礎(chǔ)在設(shè)計中應(yīng)計算基礎(chǔ)的抗沖切承載力、抗剪承載力以及抗彎承載力，但現(xiàn)行的規(guī)范中，包括國家規(guī)范和地方規(guī)范上也對基礎(chǔ)的沖切和剪切概念上有不同的條文規(guī)定，導(dǎo)致在基礎(chǔ)設(shè)計時有時會產(chǎn)生誤解。本文結(jié)合實際工程獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計過程，討論獨(dú)立基礎(chǔ)在沖切和剪切計算上的注意要點。

1沖切和剪切的概念及基礎(chǔ)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定

獨(dú)立基礎(chǔ)沖切和剪切二者的破壞機(jī)理相似，都是混凝土抗拉承載力超限導(dǎo)致破壞，但不同的是，沖切破壞是，獨(dú)立基礎(chǔ)的柱頭四周均會出現(xiàn)斜裂縫，斜裂縫不斷開展形成錐體破壞面[1]；而剪切破壞一般只形成平面破壞面，所以沖切和剪切最簡單的區(qū)別是一個雙向剪切，而另外一個是單向剪切。在常用的獨(dú)立基礎(chǔ)中，墻下條基只受單向力，故只需驗算剪切承載力即可。而一般的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，兩個方向上的尺寸相差不大時，是雙向受力，應(yīng)驗算沖切承載力[2]，在特定條件下，仍需驗算抗剪承載力。

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[1]第8.2.7條規(guī)定：（1）對柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，當(dāng)沖切破壞錐體落在基礎(chǔ)底面以內(nèi)時，應(yīng)驗算柱與基礎(chǔ)交接處以及基礎(chǔ)變階處的受沖切承載力；（2）對基礎(chǔ)底面短邊尺寸小于或等于柱寬加兩倍基礎(chǔ)有效高度的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，以及墻下條形基礎(chǔ)，應(yīng)驗算柱（墻）與基礎(chǔ)交接口處的基礎(chǔ)受剪切承載力；并給出了相應(yīng)的計算公式：

柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的受沖切承載力按下列公式計算：

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[1]第8.2.9條規(guī)定：當(dāng)基礎(chǔ)底面短邊尺寸小于或等于柱寬加兩倍基礎(chǔ)有效高度時，應(yīng)驗算柱與基礎(chǔ)交接處截面受剪承載力：

廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[2]9.2.7條規(guī)定：對矩形截面柱的矩形基礎(chǔ)應(yīng)驗算柱與基礎(chǔ)交接處及基礎(chǔ)變階處的受沖切承載力；受沖切承載力的計算公式同國標(biāo)式（8.2.8-1～3），但廣東省標(biāo)準(zhǔn)給出了不需要驗算抗剪承載力的界限條件：

廣東省標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為國家標(biāo)準(zhǔn)8.2.7條關(guān)于擴(kuò)展基礎(chǔ)的計算僅要求驗算基礎(chǔ)的受沖切承載力，對于雙向受力的基礎(chǔ)底板，一般情況下應(yīng)是安全的。為穩(wěn)妥起見，再給出了同時滿足受剪承載力要求的界限條件式（9.2.7-4）。

但在實際應(yīng)用中，這些界限條件依然會有混淆的地方。

2 項目實例

該項目位于抗震設(shè)防烈度7度區(qū)，地下3層，地上46層，建筑總高度135m，結(jié)構(gòu)形式是剪力墻結(jié)構(gòu)，屬B級高度的超高層建筑，剪力墻的抗震等級為一級。場地類別為Ⅱ類，基礎(chǔ)形式采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，持力層為微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，地基承載力特征值fa≥3000kPa，其中一個基礎(chǔ)的上部結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計值為：軸力F=53241kN，Mx=2339kN.m，My=143kN.m，混凝土標(biāo)號為C30（ft=1.43N/mm2），縱向受拉鋼筋為HRB400 級鋼筋，鋼筋保護(hù)層厚度為as=50mm。獨(dú)立基礎(chǔ)尺寸l=5450mm，b=8000mm，基礎(chǔ)高度h=1700mm。

pmax = N/A + Mx/Wx + My/Wy = 1264.97 kPa

pmin = N/A - Mx/Wx - My/Wy= 1177.28 kPa

p = N/A = 1221.12 kPa

基礎(chǔ)抗沖切驗算：根據(jù)《地基規(guī)范》[1]（8.2.8-1）式：

Fl=pjAl=8539kN，07βhpftamh0=9396kN，沖切承載力滿足要求；

本項目的基礎(chǔ)底面短邊尺寸l=5450，大于柱寬加兩倍基礎(chǔ)有效高度，滿足不需要驗算抗剪承載力的條件。但是按廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》9.2.7第二條，am/l=0.385；（α-pj/（1.4ftβhs））βhs/βhp=0.243，不滿足不需要算抗剪承載力的界限條件；按9.2.7-5式驗算抗剪承載力：Vs= 25299kN，07βhpftaA0=11000kN；抗剪承載力不滿足要求；按此式子驗算抗剪承載力的話，基礎(chǔ)的高度需大于等于4100，抗剪承載力才能滿足要求；

然而按廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》9.2.7條（92.7-4）式的不需要驗算抗剪承載力的界限條件在不同基礎(chǔ)高度的計算結(jié)果如下表所示：

從上表可以看出，當(dāng)基礎(chǔ)高度小于1200時，才能滿足不驗算抗剪承載力的界限條件，當(dāng)基礎(chǔ)高度大于1200時，需要驗算抗剪承載力，基礎(chǔ)高度越高，am/l值越大，這和實際基礎(chǔ)高度越高，抗剪承載力應(yīng)該越大相悖。

3 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)基礎(chǔ)底面的兩個方向的邊長相差不大，比值小于2的情況，且沖切椎體落在基礎(chǔ)底面以內(nèi)時，基礎(chǔ)的截面高度由受沖切承載力控制，此時無需進(jìn)行受剪承載力驗算；對于基礎(chǔ)長寬比小于2，但是沖切破壞椎體落在基底外的情況，應(yīng)驗算抗沖切承載力的同時再驗算抗剪承載力，但由于驗算抗剪承載力的條件比較難滿足，故此種情況應(yīng)盡量避免；對于長寬比大于2的情況，因此時的基礎(chǔ)受力狀態(tài)接近于單向受力，不存在受沖切的問題，僅需要對基礎(chǔ)進(jìn)行受剪承載力驗算。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50007-2011.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]廣東省建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范.DBJ15-31-2003.