板式矩形双柱联合基础的设计与探讨

刘启强　刘书霞

(1.浙江铂瑞电力设计有限公司，浙江杭州　310030; 2.武汉汇电能源环保工程有限公司，湖北武汉　430000)

板式矩形双柱联合基础的设计与探讨

刘启强1刘书霞2

(1.浙江铂瑞电力设计有限公司，浙江杭州310030; 2.武汉汇电能源环保工程有限公司，湖北武汉430000)

摘要:介绍了板式双柱联合基础设计的一般计算方法，通过实例，分析了我国地基基础规范算法与美国ACI规范算法的区别，总结了利用PKPM软件处理双柱联合基础的方法以及设计人员应用时应注意的问题。

关键词:双柱联合基础，PKPM软件，配筋计算，承载力

0　引言

双柱联合基础在工业建筑中多层建筑、管道支架等结构形式较为常见。由于工艺的要求，双柱联合基础的结构形式应用较多。现行《建筑地基基础设计规范》［1］只针对单柱独立基础构造及设计要求进行了说明，未涉及双柱联合基础内容。因此，不同设计人员由于计算方法的不同导致计算结果偏差较大。PKPM软件程序将双柱基础的计算简化为柱截面尺寸与双柱外接矩形相同的单柱基础来计算，并提及在双柱之间设置暗梁，但没有提出暗梁的设计计算方法［2］。《高层建筑结构构造资料集》［3］提出，如两柱的中距L≤2.5 m或L≤b( b为基础底面宽度)，则也可设置暗梁，但应校核底板受弯及受剪承载力。关于双柱联合浅基础设计由于目前尚没有统一的规范规定，因此，有必要就双柱联合基础的设计的计算理论与设计方法进行一些探讨。

1　双柱联合浅基础设计计算方法

1.1美国ACI规范算法［4，5］计算方法

1)确定基础底面形心的位置，基底反力呈均匀分布或梯形分布，按地基承载力确定基础底面尺寸; 2)同独立基础一样应对柱下进行基础受冲切承载力及受剪承载力验算，并确定基础高度; 3)沿纵向将矩形基础看为支承在两根柱子上的梁，由于基础是按梁的计算方式，因此最小配筋率按照梁的最小配筋率配筋;沿横向看为以柱为支承，有效宽度( bc+ 1.5h)的倒置伸臂梁，以此进行内力及配筋计算，沿横向等效梁有效宽度以外的部分仍按规定的基础底板最小配筋率配筋。

1.2 PKPM软件计算方法

将双柱视为具有外接矩形截面(即两柱的外包尺寸)的单柱，按单柱基础的计算公式进行受冲切承载力验算及抗弯计算。当两柱为间距很小的联合基础(如抗震缝两侧布置的柱子)，仅进行以上计算就可以了，但当两柱间距较大时，双柱与具有双柱外包尺寸的单柱对基础的受力情况是不相同的，还应人工补充两柱间的暗梁计算或者面筋计算。

2　计算实例

某钢筋混凝土框架结构支架，柱截面400 mm×600 mm，柱间距2.0 m，采用双柱联合基础，混凝土为C30，HRB400钢筋，基础埋深－2.5 m，经基础深度修正后的地基承载力特征值fa=220 kPa。计算简图见图1，其图中荷载值均为标准值。

2.1基于PKPM软件计算方法

1)确定基础尺寸。对荷载较小的1柱中心取矩:

，取l2=1.00 m，则基础长度:

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

图1　基础计算简图

其中，γdd =20×2.5 =50 kN/m2，W = bl2/6 =11.139 m3;基础尺寸符合要求。

2)基底配筋计算。对两柱外接矩形短边一侧的柱边侧进行抗冲切验算，Fl≤0.7βhρftamh0= 0.7×1.0×1.43×1 900×550 = 1 046 kN，荷载效应基本组合设计值Fl≤1.35PjmaxAl=1.35×249× 0.94 =316 kN，符合要求。

暗梁截面高度取基础高度，宽度取为柱宽。将暗梁视为两端固定于两柱柱脚的单跨梁，截面尺寸取b×h =600 mm×600 mm，l0=2 000 mm。计算的荷载及内力列于表1。按单筋矩形截面受弯构件计算暗梁的纵向受力钢筋，并考虑Asmin=0.2%bh。可得暗梁中部最大弯矩M底= 169.1 kN ·m，暗梁支座最大弯矩M = 221.3 kN·m，V =1 124 kN。则底部配筋为1 242 mm2，上部配筋949 mm2，箍筋配筋10@110( 6)。

表1　基底配筋

根据计算结果基础钢筋总量约为18 246 mm2。

2.2基于ACI规范方法计算

基础底面尺寸及受冲切、受剪的计算前面已经核算，在前提条件相同的情况下此处仅对配筋进行复核。

1)沿基础纵向配筋计算。纵向反梁基底反力分布及弯矩图见图2。图中所示线荷载与弯矩图为基本组合设计值。

图2　纵向反梁基底反力分布及弯矩图

图2b)可见控制弯矩M =1 066 kN ·m与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。上部钢筋As2= M2/0.9fyh0=5 982 mm2。

2)沿基础横向配筋计算。柱附近的等效梁有效宽度取bc+ 1.5h =0.4 + 1.5×0.6 = 1.30 m，取F2k计算，可得地基净反力为Pn= F/b( hc+1.5h) =332.6 kPa，则梁上线荷载q =332.6×1.3 = 432.4 kN/m。

则柱边截面处的弯矩: M = 432.4×1.552/2 = 519.4 kN ·m，可得出As=2 915 mm2。等效梁有效宽度以外区域横向钢筋按照构造要求配筋，每米板宽配筋Asmin= 900 mm2，则1.65 m宽度配筋1 485 mm2。横向上部钢筋按照纵向钢筋区域架立筋要求配筋12@400。

根据计算结果基础钢筋总量约为17 797 mm2。

3　结语

1)对以上算例，基于我国现行算法的钢筋用量与按ACI规范算法的钢筋用量大致相当。2)计算双柱联合基础时，对每个柱进行受冲切承载力验算可按照单独基础计算方法计算。3)在基础底部配筋时，建议结合ACI规范在柱子底部等效宽度范围内采取加密钢筋的做法。4)采用PKPM设计软件中的双柱联合基础设计，是否在两柱之间设置暗梁，可以参照ACI规范算法给予辅助计算。

参考文献:

［1］GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范［S］.

［2］JCCAD用户手册［Z］.2013:91.

［3］程懋堃，莫沛锵，汪大绥.高层建筑结构构造资料集［M］.北京:中国建筑工业出版社，2005:272-273.

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

［5］J.E.波勒斯.基础工程分析与设计［M］.第5版.童小东，译.北京:中国建筑工业出版社，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

作者简介:刘启强(1981-)，男，工程师，国家一级注册结构工程师;刘书霞(1985-)，女，工程师

收稿日期:2015-11-23

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0072-02

中图分类号:TU753

文献标识码:A