联合基础在工程应用中的设计探讨

魏卿

【摘要】对在钢厂框架结构柱下独立基础设计过程中碰到的问题，总结出解决的办法，进而分析了双柱联合基础的型式的适用范围，对双柱联合基础的设计提出基本假定，给出了双柱基础设计的思路，并探讨了在工程实际计算过程中的简化方法。

关键词：双柱联合基础 设计思路 简化

中图分类号：S611文献标识码： A

1 前言

在钢厂框架结构柱下独立扩展基础设计过程中，经常遇到如下情况：检修楼内廊式走道两侧柱间距较小，两柱基础相互重叠；重型厂房框架柱下基础上从上部传下的荷载很大，或者基础下土质较软，地基承载能力较低，使得按柱下独立扩展基础设计时的计算面积较大，两基础尺寸相互重叠；转运站等扩建项目中新老建筑物很近，边柱靠近建筑界限，柱下基础尺寸收到限制，因此基础承受偏心荷载较大，按单柱柱下独立扩展基础计算时无法满足要求；相邻两柱上荷载差异较大或局部地下条件区别较大，两独立基础沉降差较大。

以上情况均不能按照单柱柱下独立扩展基础进行设计，解决以上问题的办法就是采用双柱联合基础，将两柱置于同一个基础上，承担上部两柱传下的荷载，从而传递到地基上，满足地基的各项承载能力要求。

当柱距不大，荷载较小时，可以采用板式联合基础，然后根据荷载情况，选择矩形，梯形或阶梯型板式联合基础；当两柱间距较大，采用板式联合基础时混凝土用量较大，不经济时，可以在两柱间设置钢筋混凝土梁，组成梁板式双柱联合基础，由梁来承担柱列方向的弯矩，当两柱之间间距较大，可在大小两个扩展基础之间加设不着地的刚性联系梁形成联梁式联合基础，使之达到阻止其中两个扩展基础的转动，调整各自底面的压力均匀，沉降均匀的目的。

目前规范以及资料中关于独立基础的设计方法介绍很充分，而对于联合基础的设计没有统一的计算方法，在设计过程中一般为设计人参考独立基础的计算方法，根据各种经验判断进行设计，缺乏比较精确的设计方法，特别是内力计算，在辅助计算工具理正中都有两种不一样的方法，得出两个差异较大的结果。因此，有必要对联合基础的计算进行探讨，便于实际工程中的应用。

2 双柱联合基础设计

2.1 设计基本假定

地基，联合基础和上部结构三者是相互联系成整体来承担荷载而发生变形，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用，从而使整个体系的内力和变形发生变化。因此计算时应同时满足静力平衡和变形协调两个条件。但由于相互作用的空间模型关系复杂，按实际情况实现的难度较大，因此设计时一般做如下的假定：

1）不考虑上部结构与基础的变形协调条件：上部结构刚度减小了基础的计算弯矩，刚度越大，弯矩减小越多，因此，不考虑上部结构与基础的变形协调条件是偏安全的。

2）基础是刚性：设计时可以通过采取较大的基础高度，一般为大于柱距的1/6,确保基础具有足够的刚度；

3）不考虑地基与基础的相互作用：基础如上为刚性，地基主要受力层范围内土层分布均匀，基底压力按线性规律分布。

2.2 设计思路

2.2.1 确定基础尺寸

1）按竖向荷载标准值假定基础底面积。

2）确定基础截面尺寸：根据外荷载与合力作用力矩平衡确定竖向合力的位置，进而通过几何布置，将合力作用点布置到接近基础底面形心的位置，从而确定基础的尺寸。

3）根据受剪和抗冲切确定基础的高度。

2.2.2地基承载力验算

设基础所承受的荷载和内力简化至基础底板形心后得到竖向合力N，弯矩M，则基础底板边缘处的最大、最小压应力为

其中，W为基础底面抵抗矩

需满足

2.2.3基础抗冲切验算

联合基础的抗冲切验算参考独立基础 [1]，以矩形底面基础为例，按下式验算：

其中，为受冲切承载力截面高度调整系数，当高度时取1.0，但高度时取0.9,。其间按线性内插法取用；为混凝土轴心抗拉强度设计值；为基础冲切破坏椎体的有效高度；为冲切破坏锥体最不利一侧计算长度。

为根据基础边缘处最大地基土单位面积净反力计算，并减去底板顶面计算范围内的柱子的轴力：；

；

其中，为冲切验算时取用的部分基底面积，同独立基础取值。

2.2.4 基础抗剪验算

联合基础的抗剪验算参考独立基础[1]，以矩形底面基础为例，按下列公式验算：

其中V为构件斜截面上的最大剪力设计值；为截面高度影响系数：当h0<800mm时，取h0=800mm；当h0>2000mm时，取h0=2000mm；为混凝土轴心抗拉强度设计值。

V为根据基底的平均净反力计算，并减去底板顶面计算范围内柱子的轴力。

2.2.5 基础内力计算

基础计算时的内力根据柱脚最不利内力组合值中的几组来判断，一般选择受力较大的柱脚的最不利组合值及相邻柱脚对应的组合值用于基础计算。

双柱基础可以认为支承在双柱上的简支梁，两柱底板外侧部分按悬臂板计算，方法同独立基础。两柱中间部分实际受力非常复杂，破坏形式可以参考独立基础的梯形受荷面，作用于两柱基础中间板上的荷载为菱形面积以内的基底反力，但在设计过程中，为了简便，同时也参考美国规范中的取值[2]，建议简化中间板上的受力情况，荷载按两柱中间全部矩形面积考虑，计算结果是偏安全的，然后采用静力计算方法确定基础的内力。

2.2.6基础受弯计算

根据弯矩图中柱边处弯矩配置纵向钢筋，置于基础底部；而根据两柱中部的正弯矩配置纵向钢筋，置于基础顶部。配筋计算公式如下：

当柱外尺寸较大时，上部钢筋可在柱附近截断，满足锚固长度。

当基础外挑长度和两柱间间距满足一定的要求时，两柱中基础顶部受压，不需要配置钢筋，例如假设基底反力均匀受力，两柱基础外挑长度为,两柱间间距，两柱中最大弯矩为，当时，，此时基础顶部不需要配置钢筋。因此通过调整基础尺寸，可达到基础顶部受压的目的。但此时可能增大了基础底面积，增加了基础底部配筋和混凝土用量，因此需要综合评估考虑，确定经济合理的尺寸。

3.结语

双柱联合基础设计应使基础底板形心与荷载合力作用点基本接近，以保证基础受力均匀，再根据柱距大小确定采用的联合基础型式，最后进行地基承载力验算，抗剪，抗冲切，抗弯验算。在相对经济的前提下，为了方便计算，适当简化两柱中间基础底板受荷面积，对内力计算进行简化。

参考文献：

[1]建筑地基基础设计规范GB 50007-2002 中国建筑工业出版社,2002

[2]Building code requirements for structural concrete and commentary(ACI318M-05) ACI Committee 318 structural building code,2005