浅谈联合基础在工程中的合理设计

                           (包头钢铁集团公司设计研究院，内蒙古 包头 014010)
摘 要：文章根据工程实例详细分析了结构设计中经常出现的双柱联合基础的解决方法，提出了多柱联合基础等可以参考比方案进行合理设计的建议。
关键词：双柱联合基础；刚性联系梁；刚性设计
中图分类号：TU473.1⁺3  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)05—0063—02
      在工程结构设计中，设计人员经常会遇到由于相邻柱柱距
太小，例如排架厂房、框架、框排架伸缩缝处，或相邻建筑相邻柱等等，不得以必须坐于同一基础之上，这便产生出一个概念—联合基础。
      在实际设计工作当中，我们对联合基础有不同的认识，也会有不同的解决方法，但是否合理，还有待探讨。在这里虽然是对双柱联合基础的讨论，但对于为多柱联合基础的设计道理一样。
      从概念上讲，双柱联合基础主要指同列相邻二柱公共的钢筋混凝土基础，即双柱联合基础(图1)，但其设计原则，可供其他形式的联合基础参考。通常在为二柱分别配置扩展基础时，因其中一柱靠近建筑界线、或因二柱间距较小，因而出现基地面积不足或荷载偏心过大等情况时采用，有时也用于调整相邻两柱的沉降差，或防止两者之间的相向倾斜等。
      为使联合基础的基底压力分布较为均匀，除应使基础底面型心尽可能接近柱主要荷载和力作用点外，基础还具有较大的抗弯刚度，因而通常采用“刚性设计”原则，即假使基地压力按线性规律分布，且不考虑基础与上部结构的相互作用。
      有时由于二柱荷载大小过于悬殊，或受场地条件的限制，矩形联合基础底面形心不可能与荷载合力(ΣF)作用点靠近。但如果该点与较大荷载柱外侧的距离满足条件l"/3<x<l/2(l"为较大荷载柱外侧至另一柱中心的距离，l为基础全长，参见图2)，则可以考虑采用梯形联合基础。如柱距较大，则可在大小两个基础间架设不着地的刚性联系梁形成连梁式联合基础(图3)，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趋于均匀的目的。梯形或连梁式联合基础的施工都比较复杂，后者联系梁的刚度要有充分保证，且应与柱及基础牢固连成整体，因而较少采用。
      联合基础的高度按受冲切及受剪承载力计算确定。为了满足刚性设计要求，基础高度宜较大(大于柱距的1/6)，因此不必配置受剪钢筋。这样做，虽然会增加混凝土用量，但实际上却比较经济。基础底面和顶面的纵向受力钢筋按弯矩图分离配置。
      当考虑基础的横向受力钢筋时，应注意沿联合基础纵向各区段并不是能同等有效的发挥其横向抗弯作用的。显然，最有效的莫过于靠近柱位的区段，增加其横向钢筋，可以提高该区段之内的横向刚度和弯矩，并使该区段以外的横向弯矩降低。根据理论计算和经验，认为可在柱边以外各取等于h0的宽度(h0为基础的有效高度)与柱宽合计作为“等效梁”宽度。基础的横向受力钢筋按横向等效梁的柱边截面弯矩计算并配置与该截面内(此时，各横向等效梁底面的基底净反力以相应等效梁上的柱荷载计算)，等效梁以外区段按最小配筋率配置。
      联合基础的高度如小于柱距的1/6。则宜作为柱下条形基础按地基上梁计算内力。
      双柱联合基础的偏心计算：PKpm程序在进行双柱联合基础的设计时，并没有考虑由于两根柱子上部荷载不一致而产生的偏心的情况。因此算出的基础底面积是对称布置的。这种计算方法对于两根柱子挨得很近，比如变形缝处双柱基础计算几乎没什么影响，但对于两根柱子挨得稍微远一些的基础，则会有一定误差。此时需要设计人员人为计算出偏心值，在独基布置中将该值输入。然后再重新点取“自动生成”选项，程序可以根据设计人员输入的偏心值重新计算联合基础。
      现在根据一工程实例进行详细说明。两相邻基础距离为1.5m，基础埋深2m，地基承载力特征值为180KPa，修正系数分别为0，1。通过上部结构计算，传到基础顶面荷载标准值为1084KN和369KN。计算软件采用PKPMCAD(JCCAD)计算软件，中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制。首先，笔者对荷载偏心不做调整，算过之后，程序自动将联合基础设计为如图4所示尺寸。显然，这一结果与荷载实际分布有很大差别，虽然，从计算角度是正确的，但从经济角度来看是不合理的。接下来，算出荷载偏心值为0.38，在计算过程中加以干涉。这一结果与荷载实际分布很吻合，这样不论从计算角度还是从经济角度来看均是合理的。通过数字比较，后一种情况，我们基础底面积省出1.6m²(大概20%)，这样一个基础混凝土量省下0.8m³。
      由此看来，在我们的联合基础设计过程中通过我们的专业知识，加上设计技巧，会在实际工作中为设计找到更好的结果，为业主节省资金。也许一个基础节省不了多少混凝土用量，但在我们的工作中长期积累下来，将会是一个不小的数目。
      总之，要利用软件、紧扣规范、抓住要点、合理设计。
［参考文献］
［1］ 建筑地基基础设计规范［S］.GB 50007-2002中国建筑工业出版社.
［2］ 工程建设标准强制性条文［S］.中华人民共和国.
［3］ 建筑抗震设计规范［S］.GB 50011-2001中国建筑工业出版社.
［4］ 混凝土结构设计规范［S］.GB 50010-2002中国建筑工业出版社.
［5］ PKPMCAD,JCCAD计算软件［DB］.中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部.
［6］ 殷永安.土力学及基础工程［M］.中央广播电视大学出版社，1986.
［7］ 郭继武.建筑地基基础［M］.高等教育出版社，1990.

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