混凝土条形基础设计研究.pdf
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1、l 3 0 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 4 0卷第 5期 2 0 1 4年 1 0月 混凝土条形基础设计研究 刘 伟 , 杨卫忠 , 王 娱 ( 1 郑州大学土木工程学院, 河南 郑州4 5 0 0 0 1 ; 2 郑州大学综合设计研究院有限公司, 河南 郑州4 5 0 0 0 2 ) 摘要: 混凝土条形基础受力类似于悬臂梁 , 墙或基础梁是其嵌固端 , 而向上的土压力则是作用在梁上的荷载。结 合现行 建筑地基基础设计规范 和 混凝土结构设计规范 的规定 , 对条形基础的剪切承载力、 内力臂系数、 钢筋 充分利用
2、点等关键问题进行研究。研究表明, 无筋条形基础在满足抗弯承载力的前提下可不必验算抗剪承载力 , 而钢筋混凝土条形基础的内力臂系数可取 0 9 5 , 二分之一钢筋的理论切断点可偏于安全取为距端部的0 5 8 倍悬 挑长度处, 研究成果为此类基础设计和规范修订提供参考。 关键词: 混凝土; 条形基础; 控制截面; 内力臂系数; 理论切断点 中图分类号 : 4 7 1 1 2 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 4 】 0 51 3 0 0 5 Re s e a r c h o n t he d e s i g n o f s t r i p f o o
3、 t i ng wi t h c o n c r e t e LI U We i , YANG W e i z h o n g , WANG Yu ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g , Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 , C h i n a ; 2 S y n t h e t i c a l l y D e s i g n a n d R e s e a r c h A c a d e m y o f Z h e n
4、g z h o u U n i v e r s i t y , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e c o n c r e t e s t ri p f o o t i n g b e h a v e s s i mi l a r l y t o a c a n t i l e v e r b e a m , w h e r e t h e c a n t i l e v e r e x t e n d s o u t f r o m t h e w a l l o r f o u n d a t
5、 i o n b e a m a n d i s l o a d e d i n a n u p wa r d d i r e c t i o n b y t h e s o i l p r e s s u r e B a s e d o n t h e Ch i n a C o d e GB 5 0 0 0 7 - 2 0 1 1 a n d GB 5 0 01 0 - 2 01 0, s o me k e y q u e s t i o n s s u c h a s l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y a n d c u t o ff a r
6、e s t u d i e d I t i s f o u n d t h a t t h e fl e x u r e i s mo r e i mp o r t a n t t h a n t h e s h e a r i n c h e c k i n g o f l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y f o r a w a l l f o o t i n g w i t h p l a i n c o n c r e t e T h e l e v e r a r n l a n d t h e o r e t i c al c u t o
7、ff wi t h h a l f o f r e i n f o r c e me n t s a r e d e d u c e d Th e r e s u l t s ma y b e a s r e f e r e n c e i n f o o t i n g d e s i g n a n d c o d e r e v i s i n g Ke y wor ds: c o nc r e t e; s t rip f o o t i ng; c o n t r o l s e c t i o n; l e v e r a r l n; t h e o r e t i c al c
8、 ut o ff O 引 言 基础一方面将上部结构作用传给地基 , 同时又 承受地基反力作 用 , 是 土木 工程 中的重要 构件 , 其 中, 混凝土条形基础是工程 中常用的形式之一 , 属于 扩展基础 的范畴 , 有墙下条形基础和柱下条形基础 两类 。由于条形基 础受力 简单且 现行 G B 5 0 0 0 7 - 2 0 1 1 建筑地基 基础规范 ( 以下简称基础规范 ) 有较为具体的规定, 设计人员通常直接按规范进行 设计, 但是, 笔者在教学中发现条形基础设计中的某 些规定不尽合理。查 阅已有文献 , 有关混凝 土条形 基础 的研究较少 , 仅有应用原基础规范 ( T J l O
9、- 一 7 4) 收稿 日期 : 2 0 1 4 -0 3 - 2 5 作者简介 : 刘伟( 1 9 7 0一) , 男 , 河南南 阳人 , 副 教授 , 硕 士生 导师 , 主要研究方向 : 结构新材料和新体系。 基金项 目: 国家 自然科学 基金项 目( U 1 2 0 4 5 0 2 ) ; 河 南省 重点科技 攻 关项 目( 1 3 2 1 0 2 3 1 0 4 4 7 ) E m a i l : l i u we i Z Z U e d u c a 推导最优配筋和截面高度的文献 J 。因此 , 本文结 合现行基础规范和混凝土结构设计规范 , 对条形基 础设计中的承载力 、 内力臂
10、系数 、 二分之一钢筋充分 利用点等关键问题进行研究 , 为此类 基础设计和规 范修订提供参考。在下文的研究 中, 是在假定基底 的压应力满足地基承载力和变形 的要求 的前提下 , 仅涉及基础本身的承载力 。 1 无筋条形基础 1 1 设计规定与讨论 现行基础规范对无筋条形基础的设计是通过验 算基础的宽高 比来保证其安全, 即设计基础 的宽高 比不超过基础的允许宽高比, 而允许宽高 比见表 1 , 表中的 P 为作用 的标准组合 时基 础底 面的平均压 力值 ( k P a ) 。当混凝土基础单侧扩展范 围内基础底 面处 的平均压力值超过 3 0 0 k P a时 , 尚应进行抗剪 强度验算
11、。对基底反力集 中于立柱 附近 的岩石地 基 , 应进行局部受压承载力验算。 刘伟, 等 : 混凝土条形基础设计研究 1 3 1 表 1 混凝土无筋条形基础台阶宽高比的允许值 Ta b l e 1 Th e s t e p a l l o wa b l e v a l u e o f t h e wi d t h h e i g h t r a t i o o f c o n c r e t e s t r i p f o u n d a t i o n wi t h o u t r e i nf o r c e me nt 基 础 材 料霎 蓁_ 号 妻 爱 器 嘉 混凝土基础 C 1 5
12、混凝土1 : 1 O 0 1 : 1 O 0 l : 1 2 5 毛石混凝土基础 C 1 5 混凝土l : 1 O 0 l : 1 2 5 l : 1 5 0 对上述规定进行分析后 , 不难看出以下问题 : 1 ) 按现行 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 ( 凝土结构设计规 范 ( 以下简称混凝土规范 ) 规定 , 混凝土 的抗拉 或抗压强度与混凝土强度 等级有关 , 只要混凝土 的 等级相同 , 其相应强度也相等。因此 , 对具有相同等 级的混凝土基础和毛石混凝 土基础 , 其宽高 比的允 许值也应一致, 但是, 表 1中两种基础的宽高比允许 值并不完全相同。 2 ) 对基础底
13、面处的平均压力值超过 3 0 0 k P a的 基础 , 尚应进行抗剪强度验算 , 而基础规范的正文中 并未给出具体规定, 仅在条文说明中给出了验算公 式 : 0 3 6 6 f , a ( 1 ) 式中 相应于作用的基本组合时的地基土平 均净反力产生 的沿墙 ( 柱 ) 边缘或变 阶处的剪力设计值; 沿墙 ( 柱 ) 边缘 或变 阶处基 础 的垂直 截面面积 。 式( 1 ) 是利用材料力学的剪应力计算公式并取 素 昆 凝土剪切强度等于 0 5 得到的。而 昆 凝土规 范给出了素混凝土的抗 弯承载力计算公式 , 未给 出 素混凝土的抗剪承载力计算公式 , 但是 , 对不配置箍 筋和弯起钢筋的
14、一般板类受弯构件 , 其斜截面承载 力应符合下列规定 J : 0 b h 0 ( 2 ) :( ) ( 3 ) n 0 式 ( 3 ) 中, 当 h 。 2 0 0 0 mm时 , 取 h 0 = 2 0 0 0 m m。 对 比式( 1 ) 和式 ( 2 ) 后不难发现 , 当素混凝土的 抗拉强度也取 0 5 5 f , 而截面有效高度 h 。 取 0 9 5倍 截面高度且不考虑截面高度影响系数 时 , 式 ( 2 ) 和 式( 1 ) 计算得到的抗剪承载力相等。此类基础是否 需要抗剪或抗弯计算, 有必要作进一步分析。 1 2 承载力分析 无筋条形基础属于素混凝土受弯构件, 其受力 特点同嵌
15、固于墙或基础梁 的单向倒置悬臂梁 , 地基 净反力就是作用在梁上 的荷载 , 分析 中可取单位长 度 的基础为研究对象 , 计算简图见 图 1 。这里 , 、 分别为基础的悬挑长度和根部 高度 , 以地基反力为 均匀分布的情况为例来分析 , 用 P 表示净反力的设 计值。安全 的基础设计就是要使基础满足抗弯和抗 剪承载力要求。 图 1 条形基础计算简图 F i g 1 Ca l c u l a t i o n d i a g r a m o f s t r i p f o u n d a t i o n 由式( 1 ) 及上述分 析 , 可得满 足抗 剪承载力 的 最大地基净反力 : V 2
16、x 0 P z 0 5 孚 11 ( 4 ) x 5 了 ( 4 ) 而基础的抗弯承载力计算则利用混凝土规范附 录 D的相关规定 , 可得满足抗弯承载力 的最大地基 净反力 : P ( 孚 ) z ( 5 ) 式中, 为截面抵抗矩塑性影响系数 , y= 0 7+ 百 1 2 0 ,当 日1 6 0 0时, 取 H =1 6 0 0。 若要使 p p , 则有 : 譬 满足式 ( 6 ) 要求 时 , 混凝 土条形基 础只要满足 抗弯承载力 , 其抗剪承载力一定也能满足要求 , 即可 不必验算基础的抗剪承载力。当基础高度越大( 不 大于 1 6 0 0 m m) 时, 该限值也越大, 如 日=7
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