独立基础埋深较大时的处理
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如何处理柱下独立基础短柱柱下独立基础,如果埋置较深,在设置拉梁以后就会有短柱。
但是规范里没有对这样的短柱的计算和构造要求的明确提法。
只有在《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)的8.2.6条中提了一下杯口基础的短柱的刚度要求 E2I2/E1I1 不小于10。
所以针对柱下独立基础,一般也就按照这个要求来计算其面积,然后按照框架柱的构造要求全长配筋,以保证该短柱的刚度,使底层柱与基础的连接符合刚接,嵌固的模型。
但是这样算有没有必要,而且是不是对的好像并没有一个明确的说法。
我曾经在某本规范或者技术手册之类的书里面看到过一个更明确的关于短柱和普通柱子连接时候的截面积计算公式,但是今天怎么也找不到了。
希望有知道那个公式的仁兄将公式发上来参考下。
不知道有没有别的更好的方式来处理柱下独立基础的短柱,顺便说下,附图就是个示意性的,尺寸标注有问题,不想再改了补充说明:没想到这个帖子能吸引这么多的人参与讨论,看来这个问题还真是蛮多人在关注的。
我想重新解释一下我现在的观点。
希望各位批评指正。
补充说明一下,其实在这个问题中我的表述是有问题的,应该来说这种情况下的“短柱”并不是规范里面所说的短柱,而是一种“加强体”,这种“短柱”的实际受力状况比规范中所说的短柱要复杂。
就像很多参与讨论的人所说的,这种短柱周围的土体一般都是回填土,对柱子的的约束不强。
在地震的时候这种“短柱”会受到强烈的剪切作用。
实际上,对于低层和普通的多层建筑,对柱子截面大小起控制作用的并不是竖向力,而是地震时候的横向力和位移比。
我觉得这种“短柱”的作用应该是作为基础和一层柱子的联系体,并为拉梁(注意,与基础梁区别)的铰接端(一般计算的时候拉梁就是简化成铰接了,反正拉梁计算很不准,我感觉和“拍脑袋”的结果差不多)。
所以这种“短柱”之所以要加强就是为了提高其刚度,这样在计算的时候就可以把“短柱”的顶部当做结构力学中的“地面”,减小一层柱子的计算长度,并为一层柱子提供足够刚的固结端。
框架结构减小首层层高办法框架结构减小首层层高办法多层钢筋混凝土框架结构,当首层层高较高,独立基础埋深又较深,抗震设计时楼层的弹性层间位移角常常难以满足《抗震规范》5.5.1条的要求,当不考虑设置少量剪力墙时,通常可以采用下列三种措施的一种:①加大框架结构梁,柱截面尺寸,提高混凝土的强度等级。
②可以采用短柱基础,使框架柱嵌固在基础短柱顶面,从而减小框架结构首层层高。
(此短柱基础可以理解为《地基基础设计规范》第8.2.6条预制高杯口短柱基础的现浇版。
)③在框架结构±0.000地面以下靠近地面处,设置拉梁层,将框架结构首层分为两层。
在这三种措施里,第一种措施往往因建筑使用功能的要求等,受到限制,不能任意加大梁,柱截面尺寸,从而增加刚度,而仅仅提高混凝土的强度等级对改善结构整体侧向刚度来说又不是很明显;所以我们最好在第二种和第三种措施中选择,很多老前辈建议使用受力明确,构造简单,施工也方便的第二种措施即短柱基础。
其截面尺寸及配筋构造要求可参照《地基基础设计规范》第8.2.6条的规定确定。
1.《抗震规范》6.1.11条规定,框架单独柱基有下列情况之一时宜沿两个主轴方向设置基础系梁:⑴ 一级框架和Ⅳ类场地的二级框架;⑵ 各柱基承受的重力荷载代表值差别较大;⑶ 基础埋置较深,或各基础埋置深度差别较大;⑷ 地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、液化土层和严重不均匀土层;⑸ 桩基承台之间。
一般情况,基础系梁宜设置在基础顶面,其梁顶标高与基础顶面标高相同,当基础系梁梁底标高高于基础顶面时,应避免在基础系梁与基础之间形成短柱;当基础系梁距基础顶面较远时,基础系梁应按拉梁层(无楼板的框架楼层)进行设计,并参与结构整体计算。
2.设置拉梁的目的是为了独立柱基之间的整体性,有效调整柱基不均匀沉降和减小首层柱的高度。
因此,拉梁应有一定的刚度,拉梁的截面的高度取(1/15~1/20)L,宽度取(1/25~1/35)L,其中L为柱间距。
结构专业设计问题交流汇总结构专业设计问题交流汇总第二次内审在各所交流沟通时,各所提出了一些问题,主要是在设计中经常遇到的问题,现将其汇总,并予回答。
1、抗震的不利地段结构应该怎么处理?当无法避开时,应采用什么样的有效措施?答:按《抗规》第3.3节、4.1.7条、4.1.8条、第4.3节采取有效措施,保证场地和地基基础的稳定性。
2、桩的持力层下有溶洞的时候,基础如何处理?答:1)场地勘察时,应进行岩溶专项勘察,对岩溶稳定性进行分析判定。
2)桩基施工前,应先进行施工勘察,保证桩底3d或5.0m深度范围内无溶洞。
3)施工勘察要求:桩径d<1200时,每桩一孔;桩径d=1200~1500 时,每桩两孔;桩径d>1500时,每桩三孔。
3、地梁抬挡土墙,那么地梁的是否是转换梁,其截面宽度及配筋是否按转换梁进行考虑?答:1)当挡土墙上部无剪力墙时,挡土墙竖向可按深梁设计,可不设地梁,另外应注意墙底平面外的弯矩与底板弯矩平衡。
2)如有上部剪力墙落下,则应设地梁抬墙,梁按转换梁设计,可按非抗震设计构造。
4、PKPM计算剪力墙轴压比时,相互连接的墙肢轴压比相差较大,门窗边的短肢轴压比经常超限,在部分框支剪力墙结构中,这一现象在框支转换层的上一层剪力墙出现尤为明显,请问如何解决?答:一般情况下,每片墙肢的轴压比宜满足规范要求,如特殊情况,可考虑组合墙的轴压比满足规范要求。
5、《全国民用建筑工程设计技术措施(2009)--结构(混凝土结构)》中2.6.5条关于裂缝控制的措施条文怎么解读,并结合湖南本土工程进行实际合理的运用?答:按规范执行,裂缝宽度控制在0.3mm以内。
6、双向板消防车荷载取值按板跨大小来划分35KN/m2和2.0KN/m2,而不是按照柱网大小来划分?因为这样可能导致柱距大的荷载小,柱距小的反而荷载大。
答:按《荷载规范》第4.1.1条、第4.1.2条设计,院正在组织编写消防车等效荷载取值的统一技术措施。
11G101-3图集(独立、条形、筏形基础及桩基承台)学习资料一、总说明(4页)3条、本图集标准构造详图的主要设计依据《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010《建筑地基基础设计规范》GB 50007《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008《地下工程防水技术规范》GB 50108-2008《建筑结构制图标准》GB/T 50105-20104条、本图集包括常用的现浇混凝土独立基础、条形基础、筏形基础(分为梁板式和平板式)及桩基承台的平法制图规则和标准构造详图两部分内容。
5条、本图集适用于各种结构类型的现浇混凝土独立基础、条形基础、筏形基础(分为梁板式和平板式)及桩基承台施工图设计。
二、总则规定(5页)1.0.3 当采用本制图规则时,除遵守本图集有关规定外,还应符合国家现行有关标准。
1.0.4 按平法设计绘制的施工图,一般是由各类结构构件的平法施工图和标准构造详图两大部分构成,但对于复杂的工业与民用建筑,尚须增加模板、基坑、留洞和预埋件等平面图和必要的详图。
1.0.8 按平法设计绘制基础结构施工图时,应采用表格或其他方式注明基础底面基准标高、±0.000的绝对标高。
1.0.9 为方便设计表达和施工识图,规定结构平面的坐标方向为:1.当两向轴网正交布置时,图面从左至右为X向,从下至上为Y向;当轴网在某位置转向时,局部坐标方向顺轴网的转向角度做相应转动,转动后的坐标应加图示。
2.当轴网向心布置时,切向为X向,径向为Y向,并应加图示。
3.对于平面布置比较复杂的区域,如轴网转折交界区域、向心布置的核心区域等,其平面坐标方向应由设计者另行规定并加以图示。
1.0.10 为了确保施工人员准确无误地按平法施工图进行施工,在具体工程施工图中必须写明以下与平法施工图密切相关的内容:1.注明所选用平法标准图的图集号,以免图集升版后在施工中用错版本。
独立柱基之间设计中拉梁的作用(原文地址:/jjk.asp?id=12626&c_id=185&s_id= 563)摘要:本文通过一具体工程的设计,引述了地基拉梁的作用及计算要点。
关键词:独立柱基,系梁,拉梁,整体性,整体计算作者在做海南洋浦技工学校实训楼工程时采用设拉梁层方法减少控制框架结构计算位移角,既满足了规范的要求,又做到了经济合理,符合实际。
得到了业主方的认可和好评。
现总结分析如下:多层钢筋混凝土框架结构,当首层层高较高,独立基础埋深又较深,抗震设计时楼层的弹性层间位移角常常难以满足《抗震规范》5.5.1条的要求,当不考虑设置少量剪力墙时,通常可以采用下列三种措施的一种:①加大框架结构梁,柱截面尺寸,提高混凝土的强度等级。
②可以采用短柱基础,使框架柱嵌固在基础短柱顶面,从而减小框架结构首层层高。
(此短柱基础可以理解为《地基基础设计规范》第8.2.6条预制高杯口短柱基础的现浇版。
)③在框架结构±0.000地面以下靠近地面处,设置拉梁层,将框架结构首层分为两层。
在这三种措施里,第一种措施往往因建筑使用功能的要求等,受到限制,不能任意加大梁,柱截面尺寸,从而增加刚度,而仅仅提高混凝土的强度等级对改善结构整体侧向刚度来说又不是很明显;所以我们最好在第二种和第三种措施中选择,很多老前辈建议使用受力明确,构造简单,施工也方便的第二种措施即短柱基础。
其截面尺寸及配筋构造要求可参照《地基基础设计规范》第8.2.6条的规定确定。
1.《抗震规范》6.1.11条规定,框架单独柱基有下列情况之一时宜沿两个主轴方向设置基础系梁:⑴ 一级框架和Ⅳ类场地的二级框架;⑵ 各柱基承受的重力荷载代表值差别较大;⑶ 基础埋置较深,或各基础埋置深度差别较大;⑷ 地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、液化土层和严重不均匀土层;⑸ 桩基承台之间。
一般情况,基础系梁宜设置在基础顶面,其梁顶标高与基础顶面标高相同,当基础系梁梁底标高高于基础顶面时,应避免在基础系梁与基础之间形成短柱;当基础系梁距基础顶面较远时,基础系梁应按拉梁层(无楼板的框架楼层)进行设计,并参与结构整体计算。
一、设计题目某教学楼为多层现浇框架结构,底层平面图布置如图一所示,已知上部结构传递至桩顶的荷载设计值为轴力N=1150KN,弯矩M=200KN·m,柱截面尺寸为800mm*600mm,土层分布及各土层的物理力学指标如表1所示,地下水距离地表2.0m,试设计此钢筋混凝土独立基础。
图1 底层平面布置土层序号土层名称层底埋深(m)容重γ(KN/m³)含水量ω(%)孔隙比e液性指数IL粘聚力(kpa)内摩擦角φ(°)压缩模量E(Mpa)①浅黄色粘土 5.0 19.4 27.8 0.79 0.23 33.0 18 11.9②褐黄色粉质粘土8.0 20.0 21.8 0.64 0.37 20.0 21.0 8.1③强风化泥质砂岩15.0 25.0 68.0 25.0 24.9二、主要内容(1)确定基础埋置深度(2)确定地基承载力特征值(3)确定基础地面尺寸(4)确定基础的高度(5)基础底板的配筋计算(6)绘制施工图(平面图,详图)三、具体要求(1)结构设计必须依据最新出版的有关技术规范或教程,设计图纸必须符合建筑制图国家标准,图面整洁美观,可采用手工或者Autocad软件绘制。
(2)设计说明书要求论据充分、调理清楚、文正句通,可采用手工抄写或电脑打印。
(3)必须严格遵守设计纪律,独立按时完成指导教师制定的各项设计任务,不得无故缺席或从事与设计无关的其它事务,有特殊情况必须经知道教师同意,否则作违纪处理。
四、完成后应上交的材料(1)基础平面布置图(1:100)(2)基础详图(底板配筋图、平面图、剖面图)(1:50)(3)设计说明书五、参考文献(1)《基础工程》,莫海鸿、杨小平等主编,中国建筑工业出版社。
(2)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中国建筑工业出版社。
(3)《土力学》(陈仲颐、周景星、王洪瑾编著,清华大学出版社)。
指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日设计过程:一、确定基础埋置深度由《建筑地基基础设计规范》(GB500007-2002)(下称《规范》)可知,在满足地基稳定和变形要求的前提下,地基宜浅埋,而基础埋深不宜小于0.5m和基础宜埋置在地下水位以上。
柱下天然地基独立基础埋深较大时的处理方法探讨云南省设计院李照德(650032)【摘要】本文结合工程实例对地基持力层埋藏较深,柱下独立基础底部不能置于持力层上时,通过方案比较,提出可通过增设扩大短柱或柱侧增设短墙肢的方法加大基础埋深,把基础置于地基持力层上,即满足工期要求又不改变上部结构底层柱的计算高度。
关键词:埋深、嵌固面、短柱、短墙肢一、工程概况某工程为单层工业厂房,上部结构为框排架,无吊车,屋盖为网架,上弦支承,跨度36米,现浇框架柱间距为6米,柱净高8.5米,地震设防烈度6度,基本风压为0.55KN/m2,建筑场地类别为Ⅱ类,地基持力层为圆砾,承载力特征值为200kPa,设计基础埋深-2.5m,持力层深度-2.5米至-4.0米,拟建场地现状标高-2米至-3.5米,设计要求先进行场地平整,再进行基础施工,基底持力层超挖部分采用砂石换填处理,室外地面标高-0.3m,底层计算嵌固面为-0.90m。
为满足施工工期要求,场地暂不平整,先施工基础,再进行场地土回填,为此须对原设计基础进行调整。
二、处理方法方法一:维持原设计,基底超挖部分仍采用砂石换填,压实系数≥0.94,此方法对施工质量控制较高,工期较长,不能满足要求。
方法二:基底超挖换填材料采用C15毛石混凝土,方便快捷,工期相对较短,但因超挖较多,换填量大,投资较高。
方法三:加大基础埋深,基底降低置于持力层上,调整上部结构底层计算高度,此方法施工工期最短,但设计修改工作量大,同样不能满足工期要求。
方法四:在方法三基础上增设扩大短柱或短墙肢,对扩大短柱或短墙肢进行受力分析配筋,满足原设计上部结构底层排架柱计算高度的要求,即底层排架柱计算高度不变,嵌固面置于扩大短柱或短墙肢顶部。
本方法设计修改量小,施工期较短,投资增加不多。
综合分析,采用方法四进行处理,但须对扩大短柱或短墙肢进行受力分析,并采取相应的构造措施加以保证。
三、扩大短柱设计(一)计算假定排架柱为大偏心受压构件,排架柱的变形特征为弯曲变形,扩大短柱顶能否作排架柱柱脚的嵌固面,取决于短柱的抗弯刚度,即短柱抗弯刚度愈大,其约束排架柱柱脚转动的能力越强,当短柱抗弯刚度远大于排架柱的抗弯刚度时,即认为短柱顶为为排架柱的嵌固面,假定短柱顶作为上部结构的嵌固端。
(二)设计依据根据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002 中第8.2.6条:“预制钢筋混凝土柱(包括双肢柱)与高杯口基础的连接(图8.2.6-1),应符合本规范第8.2.5条插入深度的规定。
杯壁厚度符合表8.2.6的规定且符合下列条件时,杯壁和短柱配筋,可按图8.2.6-2的构造要求进行设计。
1、起重机起重量小于或等于75t,轨顶标高小于或等于14m,基本风压小于0.5kPa的工业厂房,且基础短柱的高度不大于5m;2、起重机起重量大于75t,基本风压大于0.5kPa,且符合下列表达式E2I2/E1I1≥10(8.2.6-1);3、当基础短柱的高度大于5m,并符合下列表达式:△2/△1≤1.1式中△1——单位水平力作用在以高杯口基础顶面为固定端的柱顶时,柱顶的水平位移;△2——单位水平力作用在以短柱底面为固定端的柱顶时,柱顶的水平位移;……”工程所在地基本风压为0.55kPa,上部结构为现浇钢筋混凝土排架柱,短柱与排架柱间连接采用现浇,二者间的连接好于高杯口基础与预制钢筋混凝土柱的连接,因此参照此条第2小条的要求进行短柱的设计是可行的。
(三)短柱的计算1、计算简图:2、计算参数:扩大短柱平面图见图2示。
排架柱axb=600x800,扩大短柱a’xb’=800x1600,h1=9m,h2=3m,C30,fc=14.3N/mm2,fy=360 N/mm2,E1=E2,M=150KN-m,F=35KN,N=550KN。
3、内力计算:M C=Fxh2+M=255 KN-m,V C=35 KN,N C=550KN4、截面验算:E2I2/ E1I1=(800X16003)/(600X8003)=10.67>10 满足。
5、配筋计算1). 计算截面有效高度ho=h-as=1600-35=1565mm2). 计算相对界限受压区高度ξb=β1/(1+fy/(Es*εcu))=0.80/(1+360/(2.0*105*0.0033))=0.518 3). 确定计算系数αs=γo*M/(α1*fc*b*ho*ho)=1.0*255.000*106/(1.0*14.3*800*1565*1565)=0.009 4). 计算相对受压区高度ξ=1-sqrt(1-2αs)=1-sqrt(1-2*0.009)=0.009≤ξb=0.518 满足要求。
为充分发挥混凝土材料的受压能力,取ξ=ξb=0.518。
5). 计算纵向受压钢筋面积A's=(γo*M-α1*fc*b*ho*ho*ξb*(1-0.5*ξb))/(fy'*(ho-as'))=(1.0*255.000*106-1.0*14.3*800*1565*1565*0.518*(1-0.5*0.518))/(360*(1565-35)) =-19054mm2由于A's≤0,因此按构造配筋A's=ρ'min*b*h=0.200%*800*1600=2560mm26). 计算纵向受拉筋面积As=α1*fc*b*ho*ξ/fy=1.0*14.3*800*1565*0.009/360=455mm27). 验算受拉钢筋最小配筋率ρ=As/(b*h)=455/(800*1600)=0.036%5、新增混凝土用量Q=(800x1600-600x800)x3000x10-9=24m3四、短墙肢设计从扩大短柱计算可看出,满足抗弯刚度要求的前提下,扩大短柱断面混凝土用量很大,现改用短墙肢代替扩大短柱方案,作比较分析,计算简图同前,平面布置见图3所示。
根据剪力墙定义,墙肢的长度不小于5倍墙厚,墙厚取上柱宽的b/2,即300mm,根据8.2.6-1公式,反算短墙肢所需长度:L≥【(10x600x8003)/300】1/3=2172取2200mm。
L=2200≥5x300=1500mm,2、短墙肢配筋计算,按受弯构件计算:1). 计算截面有效高度ho=h-as=2200-35=2165mm2). 计算相对界限受压区高度ξb=β1/(1+fy/(Es*εcu))=0.80/(1+360/(2.0*105*0.0033))=0.518 3). 确定计算系数αs=γo*M/(α1*fc*b*ho*ho)=1.0*255.000*106/(1.0*14.3*300*2165*2165)=0.013 4). 计算相对受压区高度ξ=1-sqrt(1-2αs)=1-sqrt(1-2*0.013)=0.013≤ξb=0.518 满足要求。
为充分发挥混凝土材料的受压能力,取ξ=ξb=0.518。
5). 计算纵向受压钢筋面积A's=(γo*M-α1*fc*b*ho*ho*ξb*(1-0.5*ξb))/(fy'*(ho-as'))=(1.0*255.000*106-1.0*14.3*300*2165*2165*0.518*(1-0.5*0.518))/(360*(2165-35)) =-9729mm2由于A's≤0,因此按构造配筋A's=ρ'min*b*h=0.200%*300*2200=1320mm26). 计算纵向受拉筋面积As=α1*fc*b*ho*ξ/fy=1.0*14.3*300*2165*0.013/360=329mm27). 验算受拉钢筋最小配筋率ρ=As/(b*h)=329/(300*2200)=0.050%ρ=0.050%<ρmin=0.200%, 不满足最小配筋率要求,取As=ρmin*b*h=0.200%*300*2200=1320mm2Q=(2200-800)x300x3000x10-9=12.6m3混凝土用量仅为短柱方案的52.5%,混凝土用量大幅减少。
4、对比分析1)短墙肢变形特征为弯曲型,与排架柱变形特征一致,可通过其排架平面内抗弯刚度来约束上部排架柱的变形,计算模型符合实际受力模型;2)短墙肢抗弯刚度通过增加墙长提高其抗弯刚度,墙宽较小,即增加墙长对其抗弯刚度的提高最有效。
3)满足抗弯刚度前提下,短墙肢的混凝土用量远小于扩大短柱的混凝土用量;5、配筋构造要求:参照《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002 中第8.2.6条之4点要求进行,短柱或短肢墙的四角钢筋直径不宜小于20mm,四边构造配置直径不小于12mm,间距不大于300mm的钢筋,箍筋直径不小于8mm,间距不大于150mm。
五、结论1、通过计算分析比较,可看出,增设短肢墙的处理方案,受力清晰,计算模型符合实际受力特点,构造简单,混凝土用量较少,节约投资。
因此选用增设短肢墙方案处理本工程地基问题是可行、合理的。
2、按《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002 中第8.2.6条之2点要求进行处理,经计算分析得出短柱或短墙肢的配筋均为构造配筋,验证了条文的规定是安全的。
3、对普通多层框架结构,框架的变形特征为剪切型,框架柱柱脚的受力状态多为轴心受压或小偏心受压,当地基持力层超深时,按《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002 中第8.2.6条之2点要求进行处理偏于安全。
4、无地下室多层框架结构底层柱的嵌固面通过增设短柱或短墙肢方法处理地基持力层超深时,短柱或短墙肢的设计计算宜按剪切刚度进行控制;参照地下室顶板作为上部结构嵌固面的要求,下部抗剪刚度与上部抗剪刚度比即G2A2/G1A1≥2;当G2A2/ G1A1≥3时,下部抗弯刚度与上部抗弯刚度比与建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002 中第8.2.6条之2点要求基本一致。