某项目柱下独立基础的设计与探讨

陈大宾 卜少磊

摘 要：独立基础作为一种常见的基础形式，但在计算冲切和剪切的概念上国家规范和地方规范要求不太一样，在实际应用上会有所偏差，本文通过介绍冲切和剪切的概念以及实际工程的计算过程，对独立基础计算冲切和剪切问题进行分析探讨。

关键词：独立基础；剪切；冲切；双向受力

独立基础是一种常用的基础形式，具有传力简单、造价经济、施工方便等优点，在工程实践中广泛应用。独立基础在设计中应计算基础的抗冲切承载力、抗剪承载力以及抗弯承载力，但现行的规范中，包括国家规范和地方规范上也对基础的冲切和剪切概念上有不同的条文规定，导致在基础设计时有时会产生误解。本文结合实际工程独立基础的设计过程，讨论独立基础在冲切和剪切计算上的注意要点。

1冲切和剪切的概念及基础规范的有关规定

独立基础冲切和剪切二者的破坏机理相似，都是混凝土抗拉承载力超限导致破坏，但不同的是，冲切破坏是，独立基础的柱头四周均会出现斜裂缝，斜裂缝不断开展形成锥体破坏面[1]；而剪切破坏一般只形成平面破坏面，所以冲切和剪切最简单的区别是一个双向剪切，而另外一个是单向剪切。在常用的独立基础中，墙下条基只受单向力，故只需验算剪切承载力即可。而一般的柱下独立基础，两个方向上的尺寸相差不大时，是双向受力，应验算冲切承载力[2]，在特定条件下，仍需验算抗剪承载力。

《建筑地基基础设计规范》[1]第8.2.7条规定：（1）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；（2）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）与基础交接口处的基础受剪切承载力；并给出了相应的计算公式：

柱下独立基础的受冲切承载力按下列公式计算：

《建筑地基基础设计规范》[1]第8.2.9条规定：当基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度时，应验算柱与基础交接处截面受剪承载力：

广东省标准《建筑地基基础设计规范》[2]9.2.7条规定：对矩形截面柱的矩形基础应验算柱与基础交接处及基础变阶处的受冲切承载力；受冲切承载力的计算公式同国标式（8.2.8-1～3），但广东省标准给出了不需要验算抗剪承载力的界限条件：

广东省标准认为国家标准8.2.7条关于扩展基础的计算仅要求验算基础的受冲切承载力，对于双向受力的基础底板，一般情况下应是安全的。为稳妥起见，再给出了同时满足受剪承载力要求的界限条件式（9.2.7-4）。

但在实际应用中，这些界限条件依然会有混淆的地方。

2 项目实例

该项目位于抗震设防烈度7度区，地下3层，地上46层，建筑总高度135m，结构形式是剪力墙结构，属B级高度的超高层建筑，剪力墙的抗震等级为一级。场地类别为Ⅱ类，基础形式采用柱下独立基础，持力层为微风化泥质粉砂岩，地基承载力特征值fa≥3000kPa，其中一个基础的上部结构荷载设计值为：轴力F=53241kN，Mx=2339kN.m，My=143kN.m，混凝土标号为C30（ft=1.43N/mm2），纵向受拉钢筋为HRB400 级钢筋，钢筋保护层厚度为as=50mm。独立基础尺寸l=5450mm，b=8000mm，基础高度h=1700mm。

pmax = N/A + Mx/Wx + My/Wy = 1264.97 kPa

pmin = N/A - Mx/Wx - My/Wy= 1177.28 kPa

p = N/A = 1221.12 kPa

基础抗冲切验算：根据《地基规范》[1]（8.2.8-1）式：

Fl=pjAl=8539kN，07βhpftamh0=9396kN，冲切承载力满足要求；

本项目的基础底面短边尺寸l=5450，大于柱宽加两倍基础有效高度，满足不需要验算抗剪承载力的条件。但是按广东省标准《建筑地基基础设计规范》9.2.7第二条，am/l=0.385；（α-pj/（1.4ftβhs））βhs/βhp=0.243，不满足不需要算抗剪承载力的界限条件；按9.2.7-5式验算抗剪承载力：Vs= 25299kN，07βhpftaA0=11000kN；抗剪承載力不满足要求；按此式子验算抗剪承载力的话，基础的高度需大于等于4100，抗剪承载力才能满足要求；

然而按广东省标准《建筑地基基础设计规范》9.2.7条（92.7-4）式的不需要验算抗剪承载力的界限条件在不同基础高度的计算结果如下表所示：

从上表可以看出，当基础高度小于1200时，才能满足不验算抗剪承载力的界限条件，当基础高度大于1200时，需要验算抗剪承载力，基础高度越高，am/l值越大，这和实际基础高度越高，抗剪承载力应该越大相悖。

3 结语

综上所述，当基础底面的两个方向的边长相差不大，比值小于2的情况，且冲切椎体落在基础底面以内时，基础的截面高度由受冲切承载力控制，此时无需进行受剪承载力验算；对于基础长宽比小于2，但是冲切破坏椎体落在基底外的情况，应验算抗冲切承载力的同时再验算抗剪承载力，但由于验算抗剪承载力的条件比较难满足，故此种情况应尽量避免；对于长宽比大于2的情况，因此时的基础受力状态接近于单向受力，不存在受冲切的问题，仅需要对基础进行受剪承载力验算。

参考文献：

[1]GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].

[2]广东省建筑地基基础设计规范.DBJ15-31-2003.