浅议独立基础受剪切承载力验算及其新型式

苏世灼

(华侨大学建筑设计院 福建泉州 362021)

浅议独立基础受剪切承载力验算及其新型式

苏世灼

(华侨大学建筑设计院 福建泉州 362021)

通过对规范公式的推演，发现当基底反力不大于[p]([p]≥700kPa，[p]与独立基础混凝土强度等级和尺寸有关)的情况下，验算基础受剪切承载力的规范公式8.2.9自然满足，不需验算；当基底反力比较大(p>[p])时，建议采用“全配筋式独立基础”或“短粗柱式基础”代替普通的独立基础。

扩展基础受剪切承载力;全配筋式独立基础;短粗柱式基础

E-mail:su@hqu.edu.cn

引 言

新版《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011的条文8.2.7对扩展基础的计算作了两项规定：

图1 剪切力计算面积

(1)条文8.2.7.1要求“对柱下独立基础，当冲切破坏锥体落在基础底面以内时，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力”，条文8.2.8详细规定了计算方法和计算公式；

(2)条文8.2.7.2要求“对基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度的柱下独立基础，以及墙下条形基础，应验算柱(墙)与基础交接处的基础受剪切承载力”，条文8.2.9详细规定了计算方法和计算公式。

其中，条文8.2.7.2和公式8.2.9为本次规范新增。为了准确使用规范，笔者推演了上述规范公式8.2.9，发现在一定条件下，规范公式8.2.9是自然满足的，不需验算。为了进一步考证，本文还通过计算独立基础算例，上述两规范公式得出了不同的计算结果，相互矛盾。此外，对地基承载力比较大(如中风化花岗岩等)的场地，笔者认为采用常规的独立基础是不妥的，文章提出了推荐的基础型式和结构构造做法。

1 不需验算受剪切承载力的条件

1.1 公式推导

规范8.2.9规定验算柱(墙)与基础交接处的基础受剪切承载力的公式(为方便，以下公式如果是规范公式仍采用规范中的公式编号)如下：(图1)

VS≤0.7βhsftA0

(8.2.9-1)

βhs=(800/h0)1/4

(8.2.9-2)

规范规定h0的取值范围：800≤h0≤2000

(1)

(1)代入(8.2.9-2)，可得：0.79527≤βhs≤1

(2)

A0=l*h0

(3)

公式(8.2.9-1)右边：

0.7βhsftA0=0.7*(0.79527～1)ft*l*h0=(0.55669～0.7)ft*l*h0

(4)

设基底反力为：p

公式(8.2.9-1)左边：VS=l*(b-bt)/2*p

(5)

因规范8.2.9的适用条件：(b-bt)/2≤h0

(6)

(6)代入(5)得：VS≤l*h0*p

(7)

综合(4)、(7)，若：

l*h0*p≤(0.55669～0.7)ft*l*h0

(8)

即若：p≤(0.55669～0.7)ft

(9)

则：公式(8.2.9-1)VS≤0.7βhsftA0成立

取临界值[p]=0.55669ft

(10)

由(9)可得：若：p≤[p]=0.55669ft≤(0.55669～0.7)ft

则：公式(8.2.9-1)自然满足，不需验算。

根据式(10)计算出几种基础混凝土强度等级(常用C25及以上)ft与上述临界值[p]的对应关系，如(表1)：

表1 临界值[p]与独立基础混凝土强度等级的关系表

1.2 小结

通过上述公式推导，可以看出，对基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度的柱下独立基础以及墙下条形基础，如果基底反力p≤[p]([p]与独立基础混凝土强度等级和尺寸有关)，验算基础受剪切承载力的规范公式8.2.9自然满足，可以不验算柱(墙)与基础交接处的基础受剪切承载力；相应地，如果地基承载力在1000kPa以下，也可以通过提高独立基础的混凝土强度等级，使之满足式(10)的要求，以避开验算柱(墙)与基础交接处的基础受剪切承载力。

2 规范公式存在瑕疵案例

不满足F1≤0.7βhpftamh0(8.2.8-1)的要求。

可以满足F1≤0.7βwftamh0(8.2.8-1)的要求。

不满足VS≤0.7βhsftA0(8.2.9-1)的要求。

可以满足VS≤0.7βhsftA0(8.2.9-1)的要求。

(5)算例计算结果分析

在上述同一种情况下当基础高度取750mm即可以满足冲切要求，但当基础有效高度取1300mm反而不满足受剪承载力，有效高度需继续增加到1350mm才又可满足要求。

进而可以推出，在所有条件都一样的情况下，当独立基础有效高度取999mm时，基础是安全的，但当独立基础有效高度取1001mm时，基础是危险的。也就是说，基础高度增加2mm的素混凝土将导致独立基础剪切破坏，这显然是不合理的。

2.2 小结

由此可见，规范公式8.2.8条和8.2.9条相互之间的关系不连续，相互矛盾。

3 高基底反力浅基础的建议型式

图2 常规配筋独立基础

图3 全配筋式独立基础

对于采用1500mm高，2850mm见方的独立基础，仅在基底双向配置钢筋(图2)，柱外如此大体积(1000mm宽，1500mm高)没有配钢筋的混凝土，直接嵌入(或落在)中风化花岗岩，其受力比较复杂，不少设计者都担心，这块仅一面配筋的“素”混凝土可能开裂。对基底反力比较大或持力层为(如中风化花岗岩等)的基础，笔者提出以下几种建议型式：

(1)简单地套用单桩承台的做法，将这块1500mm高，2850mm见方“独立基础”的六面均配环形钢筋形成“钢筋笼”以防开裂，形成“全配筋式独立基础”(图3)。

(2)如果柱子的轴力较大且弯矩不大，基础底面明显不可能出现负应力，但水平剪力较大，担心基础滑移，可将“全配筋式独立基础”嵌入基岩一定的深度d(图4)。

(3)如果柱子的轴力不大但弯矩较大，基础底面可能出现负应力，可将“独立基础”作为“短粗柱”设计，并将该“短粗柱”的纵向钢筋按照规范8.6(岩石锚杆基础)的要求锚入基岩一定的深度l，形成“短粗柱式基础”(图5)。

图4 全配筋式独立基础嵌入岩层 图5 短粗柱式基础 图6 短粗柱式基础嵌入岩层

(4)如果既担心基础滑移又担心基础底面出现负应力，则可将“短粗柱式基础”嵌入基岩d(图6)。

3.1 小结

当基底反力较大(p>[p])时，不建议采用普通(仅底部配筋)的独立基础型式，而建议采用“全配筋式独立基础”或“短粗柱式基础”的型式。“全配筋式独立基础”、“短粗柱式基础”可以嵌入基岩以满足柱底作为固定端的计算假设。很显然地，如果采用上述建议型式，不需再根据规范条文8.2.7.2和公式8.2.9验算扩展基础受剪切承载力。

4 结论

通过对规范公式的推演、试算例题等分析，可以得出以下结论：

(1)当基底反力不大于[p]([p]≥700kPa，[p]与独立基础混凝土强度等级有关)的情况下，验算基础受剪切承载力的规范公式8.2.9自然满足，不需验算；

(2)规范公式8.2.9存在瑕疵，建议慎用；

(3)对基底反力比较大或持力层为中风化花岗岩的基础，建议以“全配筋式独立基础”或“短粗柱式基础”代替普通的独立基础，这样，可不再根据规范条文8.2.7.2和公式8.2.9验算扩展基础受剪切承载力；

(4)墙下扩展基础也可类推，本文不再赘述。

[1]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[2]GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

Shear bearing capability of spread foundation & it’s new type

SUShizhuo

(Architectural design institute, Huaqiao university, Quanzhou 362021)

Base on deducing formulas in the code, it can see that, it is not need to check the shear bearing capability of spread foundation according to formula 8.2.9, if the reaction under footing is not bigger than [p] ([p] ≥700kPa). If the reaction under foundation is big enough(p>[p]),“all side reinforced footing” and “short & thick foundation” are suggested.

Shear bear capability of spread footing; All side reinforced footing; Short & thick footing

苏世灼(1963- )，男，教授级高工。

2015-05-18

TU312

A

1004-6135(2015)07-0009-03