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对天然地基独立基础设计的一些个人看法

2015-07-13 780 0

1、天然地基独立基础设计简介
　　由于独立基础设计计算简单、配筋量较少，是一种经济、实用的基础设计形式，为此它在建筑结构的基础设计中得到了大量的推广和应用。所谓独立结构，尤其是高层建筑框架结构的内柱柱下基础，都可以看作是轴心受力，这种基础在柱子传来的轴向力作用下，使得基地土压力的分布状态与基础扩展部分的刚度息息相关。
　　当增大扩展部分的刚度时，在力的扩散作用下，接近均匀分布。当减小扩展部分的刚度时，扩展部分会出现挠曲现象，这时基地土压力的分布将由土的特性来决定，在土比较坚硬的情况下，基底压力呈区线分布，当土质较软时则正好相反。我们把这样的压力分布状态称为均匀分布，要强调的是后者是偏不安全的。在现实中，框架结构各柱的受力是并不相同，因此在设计这种柱的柱下单独基础时，要保证各柱基基底的平均压力基本一致，避免由于不均匀而造成沉降的现象。
　　独立基础的形式主要有现浇柱锥形基础、预制柱杯形基础、高杯口基础。构造的要求包括对垫层厚度、宽度和强度的要求，对底板尺寸和配筋的要求，对基础与柱连接的要求。①基础设计的计算：在上部结构承受的荷载不变的情况下，基础底面面积由修正后的地基承载力特征值确定；基础的高度由柱与基础交接处基础的受冲切承载力确定；基础变阶处的高度由基础变阶处的受冲切承载力确定；基础底板的配筋由抗弯计算确定。②基础高度的确定：选定基础高度后，按冲切验算基础高度，基本原则为：冲切锥体以外的地基净反力所产生的冲切力不大于冲切面处混凝土的抗冲切能力进行计算，直到选定的基础高度符合验算要求。在进行冲切验算时，当基础底面全部落在45°冲切破坏椎体底边以内时，则成为刚性基础，无需进行冲切验算。另外还要进行抗弯矩验算，分为轴心和偏心两种荷载作用情况。
　　2、天然地基独立基础设计步骤
　　建筑物是设置在土体上的，通常把地表以上的建筑物称为上部结构，在地表以下的结构称为基础。上部结构的荷载是通过基础传递给下卧土层的，支撑基础的土层称为地基。凡是基础直接砌置在未经加固的天然地基上时，这种地基称为天然地基。设计步骤通常如下。
　　2.1建筑基础所用的材料及基础的结构形式
　　通常根据上部结构的要求、荷载大小和性质、工程地质情况以及施工条件等确定。根据基础所用材料的性能可分为刚性基础和柔性基础。刚性基础通常是指由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基础。当刚性基础尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的要求，则改成柔性基础，即钢筋混凝土基础。基础根据在天然地基上的埋置深度分为浅基础和深基础。浅基础根据它的形状和大小可分为下面几种类型：独立基础、条形基础、阀板基础、箱形基础及壳体基础。深基础常见沉井基础和桩基础两种。
　　2.2基础的埋置深度按条件确定
　　2.2.1建筑物的用途及荷载大小和性质
　　某些建筑物需要具备一定的使用功能或宜采用某种基础形式，这些要求常成为其基础埋深选择的先决条件，例必须设置地下室或设备层的建筑物、半埋式结构物，须建造带封闭侧墙的筏板基础或箱形基础的高层或重型建筑、带有地下设施的建筑物或具有地下部分的设备基础等等。
　　位于土质地基上的高层建筑由于竖向荷载大，又要承受风力和地震力等水平荷载，其基础埋深应随建筑高度适当增大，才能满足稳定性要求。位于岩石地基上的高层建筑常须依靠基础侧面土体承担水平荷载，其基础埋深应满足抗滑要求。输电塔等受有上拔力的基础，应有较大的埋深以提供所需的抗拔力。烟囱、水塔和筒体结构的基础埋深也应满足抗倾覆稳定性的要求。确定冷藏库或高温炉窑一类建筑物基础的埋深时，应考虑热传导引起地基土的低温（冻胀）或高温（干缩）效应。
　　2.2.2工程地质和水文地质条件
　　选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。对底面低于潜水面的基础，除应考虑基坑排水、坑壁围护以及保护基土不受扰动等措施外，还应考虑可能出现的其他施工与设计问题，例如出现涌土、流砂现象的可能性，地下水对基础材料的化学腐蚀作用，地下室防渗，轻型结构物由于地下水顶托而上浮的可能性，地下水浮托力引起基础底板的内力变化等。
　　2.2.3相邻建筑物的基础埋深
　　对靠近原有建筑物基础修建的新基础，其埋深不宜超过原有基础的底面，否则新、旧基础间应保留一定的净距，其值依原有基础荷载和地基土质而定且不宜小于该相邻基础底面高差的1～2倍，不能满足上述要求时，应采取适宜措施以保证邻近原有建筑物的安全。
　　2.2.4地基土冻胀和融陷的影响
　　季节性冻土是冬季冻结、天暖解冻的土层，在我国分布很广。细粒土（粉砂、粉土和粘性土）冻结前的含水量如果较高、而且冰结期间的地下水位低于冻结深度不足1.5～2m，则有可能发生冻胀。位于冻胀区内的基础受到的冻胀力如大于基底以上的荷重，基础就有被抬起的可能，土层解冻融陷，建筑物就随之下沉。地基土的冻胀与融陷一般是不均匀的，容易导致建筑物开裂损坏。
　　2.3地基土的承载力验算
　　建筑物确定了基础类型和基础深度后，对于已知基础底面尺寸，可以进行地基础持力层承载力验算。若地基受力层范围内存在有承载力低于持力层的土层，这种土层称为软弱下卧层，这样还必须对软弱下卧层的承载力进行验算。若基础底面尺寸不知道，可以根据外荷载和地基承载力进行地基基础设计，对于轴心荷载作用，可假定基础底面形状为正方形；对于偏心荷载，可假定基础底面形状为长方形，并根据偏心距的大小给出长边和短边的合适比例后，再进行设计。
　　2.4验算基础沉降
　　在软土地基上建造房屋，在强度和变形两个条件中，变形条件显得比较重要。地基在荷载和其他因素的作用下，要发生变形（均匀沉降或不均匀沉降），变形过大时可能危害到建筑物结构的安全，或影响建筑物的正常使用。为防止建筑物不致因地基变形或不均匀沉降造成建筑物的开裂与损坏，或保证正常使用，必须对地基的变形特别是不均匀沉降加以控制。对于较为次要的建筑物以及《建筑地基基础设计规范》规定的建筑物，按地基承载力设计值计算设计时，已满足地基变形的要求，可不进行地基沉降计算。
　　2.5地基稳定验算
　　某些建筑物的独立基础，当承受较大的水平荷载和偏心荷载时，有可能发生沿基底面的滑动、倾覆或与深层土层的一起滑动。如建于1914年的加拿大特郎斯康谷仓，因不了解基础下有厚达16m的软粘土层，迅速加载，超过了地基的极限承载力，使建筑物失去稳定，地基发生整体滑动破坏。如果地基土层本身倾斜，则更易发生整体滑动破坏。因此对经常受水平荷载作用的高层建筑物和高耸结构以及建在斜坡上的建筑物，尚应进行稳定性的验算。
　　3、结语
　　综上所述，独立基础设计是一项极其复杂且细致的工作。为了找到最合理有利的方案，必须综合考虑这些相互联系着的因素，才能保证设计结果质量上乘。
　　参考文献：
　　[1]晏祥智：《谈柱下独立基础的设计方法》[J]山西建筑，2013（06）
　　[2]张春晓：《对混凝土独立基础设计的思考》[J]河北企业，2013（06）
　　[3]薛飞鸿/郭威：《带防水底板的柱下独立基础抗剪设计》[J]科技视界，2013（09）

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