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小尺寸独基常忽略的另一种受剪验算

发布于:2022-03-16 09:27:16 来自:建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

”你只有知道一个知识什么时候失效,才配拥有这个知识。“

——  查理·芒格
(Charlie Munger)

          1  一个疑问?

在今年的一次顾问项目中,笔者遇到这么一个案例。
山地上的一群小住宅,层数均为2层,建筑高度也就7m不到。
主体采用剪力墙结构,墙厚均为200mm,典型断面长肢850mm,短肢500~600mm,墙长都不长。
房子依山而建,基础顺应山势,采用墙下独立基础或墩基础。
由于持力层土质非常好,为碎块状强风化凝灰熔岩,其地基承载力特征值高达:

650KPa

因此,计算得到的基础尺寸都不大,典型平面尺寸为:

1100x1500mm

典型的基础平面布置如下:
△ 典型基础布置图  
上部荷载较小,原设计的基础高度仅为:

400mm

基础明细表如下:
暂不讨论墙身竖向钢筋在基础中的锚固是否能满足,大白第一眼看到这个布置时立即想到一个问题:  

独基尺寸小到一定程度时,还能按独基设计么?



          2  无筋扩展基础!

2015年,   《建筑地基基础设计规范》的主编滕延京先生在一封咨询信中曾被问过这么一个问题:

当扩展基础两底边尺寸均小于柱宽加两倍基础板厚度 即基础底面完全笼罩于冲切破坏锥体之内) 时,是否可以认为既不需要验算受剪切承载力,也不需要验算受冲切承载力?在此条件下,它可能发生哪一种破坏形态?

主编给出的答复是:

如果基础两底边尺寸均小于柱宽加两倍基础板厚度( 即基础底面完全笼罩于冲切破坏锥体之内), 该基础类型已 从扩展基础改变为无筋扩展基础, 基础的破坏形态为 材料的剪切破坏(强度破坏)

大家知道,当地基条件特别好(例如前文案例中的 碎块状强风化凝灰熔岩 地基),算得的独基面积往往很小。
这种情况下,当基础底面被冲切破坏锥体的底面完全包住时,仍按常规扩展基础进行设计可能存在安全隐患,需要设计者引起重视。
此时,我们必须按《建筑地基基础设计规范》第8.1.1条及条文说明的要求,将基础设计为:

无筋扩展基础


          3  规范要求

《建筑地基基础设计规范》的第8.1.1条中,对于无筋扩展基础的设计要求如下:
对于混凝土基础,基底平均压力值不同时,台阶的宽高比要求有所不同。
必须注意的是,公式8.1.1的适用条件是:  

标准组合下基础底面处的平均压力值≤300kPa

  基础单侧 扩展范围内   基底处的平均压力值超过300kPa时,应改为验算:

墙(柱)边缘或变阶处的受剪承载力

相应计算公式见8.1.1条的条文说明:
该公式是在 基底反力为直线分布的前提下, 根据材料力学及素混凝土抗拉强度设计值公式推导出来的。
我们知道矩形截面中和轴处的最大剪应力为:  
素混凝土的抗拉强度设计值为:  
当最大剪应力不超过素混凝土的抗拉强度设计值时,即可得到受剪承载力验算公式。
正是由于假定基地反力直线分布,故该公式   不适用于:

岩石地基

这是由于,相关试验表明,岩石地基的基地反力常集中于立柱附近,导致容易出现沿柱周边的直剪和劈裂破坏现象。
△ 岩石地基上柱下素混凝土基础的
劈裂破坏和压陷现象[1]
故而对于岩石地基上的无筋扩展基础,应进行:

局部受压承载力验算

局压不足时,可通过配置水平向约束钢筋来提高其承载能力。

          4  案例验算

对于第一节中的案例,由于墙肢不长,其冲切破坏锥体的底面 (外圈虚线范围) 几乎完全覆盖住了基础底面,如下图中的情况:
△    冲切破坏锥体示意图  
因为是非岩石地基,我们需要按无筋扩展基础验算其受剪承载力。
设计方未附上基础计算书,大白只能先估算当前基础高度下,其地基土容许平均净反力标准值能达到多少:
基础混凝土等级为C30,故ft=1.43N/mm2。
验算断面取墙边缘的1-1和2-2处,如下图所示:
△ 基础   受剪验算断面示意
对于1-1断面:
ps1k=0.366x1.43x1000x1.5x0.4/1.35/(1.5x0.35)=440kpa
对于2-2断面:
ps2k=0.366x1.43x1000x1.1x0.4/1.35/(1.1x0.35)=440kpa
这就说明, 碎块状强风化凝灰熔岩 的设计地基承载力取值不能取的太满,   否则基础受剪承载力无法满足规范要求,应加高其高度。

       5     一点提醒

对于本项目,由于房屋高度不高,估计地基承载力的实际利用率并不高。
就算个别基础需要进行无筋扩展基础模式下的受剪承载力验算,大概率应该是能满足的。
目前规范内并未明确,独立基础尺寸小到一定程度时,必须按无筋扩展基础进行相关验算,故现有主流软件 对基础的冲切验算执行《建筑地基基础设计规范》第8.2.8条;而受剪验算仅执行第 8.2.9条,并不提供:

无筋扩展基础模式下的受剪承载力验算

因此,笔者提醒一点:
对于非岩石地基上的独立基础,   当基 础单侧 扩展范围 内基底处的平均压力值超过300kPa时   ,大家应注意手工复核其受剪承载力,避免出现安全问题。
 
参考文献
[1] 建筑地基基础设计规范理解与应用(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.

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只看楼主 我来说两句抢沙发
这个家伙什么也没有留下。。。

钢结构工程

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