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独立基础相关计算

发布于：2022-10-25 14:12:25 来自：建筑结构/地基基础 [复制转发]

1.筛选重要信息：

①±0.000相对于绝对标高、室内外高差

总图、建筑平立剖，要得到建筑设计人员的确认。

②地基基础设计等级：【地基规范3.0.1】

一般需在总说明中把整个项目各单体的地基基础设计等级给出来，详见结构设计总说明。

③模型参数

(1)是否考虑抗震，【抗震规范4.2.1】

抗震验算时需在PKPM模型中的“读取荷载”勾选地震荷载，不需要抗震验算可以不勾选

(2)是否需要计算沉降，【地基规范3.0.2】

甲级、乙级、部分丙级需要提供沉降计算书，大部分丙级不需要进行沉降计算

2.设计步骤

①分析基础埋深：以下4点综合得出基础底标高

(1)规范规定的基础埋深,【地基规范5.1.2、5.1.4，高规12.1.8】

一般不宜小于0.5m，天然基础不小于1/15*建筑高度，桩筏桩箱等桩基础不小于1/18。

(2)持力层深度：阅读地勘报告，报告一般都会明确说明持力层在地下第几层，以及地下深度，以此基础埋深就要进入持力层。一般基底设计标高就持力层的中间。

(3)冻结深度：【地基规范5.1.8】

看地勘报告的标准冻结深度，使基础埋置深度大于标准冻结深度即可

(4)设备管线的要求，特别是水专业的排水管道，正常没问题，但是一定要询问设备专业基础和地梁布置是否影响管道的设置；还有就是室外有没有排水沟等等建筑的要求。

即土的平面是不均匀的，持力层深度也是不均匀的，当有的基础底面高于持力层，也就是说，基础底面没有在持力层中，就需要超挖部分，使得基础底面没有软弱土，而距离持力层有距离，就采用C15混凝土填充。

②地勘报告阅读。

(1)熟悉地勘报告目录

(2)信息筛选：

#1持力层土层，地基承载力特征值

根据持力层及各因素直接定出基础底标高

#2冻结深度

#3场地土与水的腐蚀性评价

是否有腐蚀性，见【工业防腐规范】的规定。土壤腐蚀性：微腐蚀、弱腐蚀、中等腐蚀，强腐蚀。直接影响的是钢筋直径，混凝土等级及要才用相应的措施等等，例如有腐蚀的时候，钢筋直径不小于16mm，混凝土强度等级不小于C35/C40。

#4持力层厚度，是否存在软弱下卧层？

当地基受力层范围内有软弱下卧层时，需进行软弱下卧层验算。

#5对上部结构计算要注意下场地类别和特征周期

#6地下水位：

在有地下室设计时候要注意抗浮问题，无地下室的独立基础一般不涉及抗浮问题，但是要注意的是地下水位以土的有效重度取浮重度

#7地勘单位总结大部分都在结论和建议里面

#8设计院需要向地勘单位提供钻孔点、相应的柱底轴力及勘察说明

③独立基础计算

(1)计算基础底面尺寸【地规5.2.1~5.2.2】

用标准组合，全反力P61

(2)修正后的地基承载力计算【地规5.2.4】

为什么可以修正，fak载荷试验等得出来的，没有考虑周边土的约束，fa是考虑周边土的侧限的承载力的提高，具体按规范经验公式来计算。

f_a= f_ak+η_bγ（b-3）+η_dγ_m(d-0.5)

注意几项：

#1基础埋置深度d的取值（非常重要）：几种情况修正深度取值不同，详情见规范

#2宽度修正及深度修正：一般只进行深度修正，宽度影响不大

注：地基处理后的土修正，宽度修正系数为0，高度修正系数为1。【地处规3.0.4-2】

3. PKPM模型参数

①基础承载力：

都按照规范取值，对于“确定地基承载力所用的基础埋置深度d”，也按规范取值，例如：从天然地面到基础底面的深度，天然地面不是齐平的，选一个标高最小的，这样使得埋置深度小，修正后的基础承载力就小(埋深能提高承载力)，偏安全设计。

地基抗震承载力调整系数：基础抗震时详见【抗规4.2.3】对于不进行抗震的基础，不用抗震验算，未选地震荷载，因此不用管

②柱下独基参数

(1)独基最小高度：由一般根据上部柱钢筋锚固直段来控制，

【地规8.2.2-3】：直段至少20d

【16G101-3基础图集P58】：直段0.6L_abE=0.6x37d=22.2d，L_abE根据抗震等级、钢筋种类、混凝土强度等级来定

基础高度一般取：柱钢筋直段长度+40（保护层）+底板钢筋直径

例如：柱钢筋直径为d=25，基础最小厚度 h取22.2x25+50≈600mm

d=20，h取22.2x20+50≈500mm

d=16，h取22.2x16+50≈400mm

通过这个计算看出，当单体层数较低荷载不大时，底层柱配筋尽量用小直径钢筋，这样的话基础高度可以相应减小，最小配筋也可以随之减少，更经济。

(2)独基底面长宽比：一般就是1:1，当两个基础离得比较近，又不想做成双柱基础，就可以做成扁的。当长短边比值2≤ω≤3时，基础钢筋设置详见【地基规范8.2.13】，尽量少设置这样的长宽比，减少麻烦。

(3)独立基础的最小配筋率：0.15%，【地基规范8.2.1-3】

(4)承载力计算时，基础底面受拉面积/基础底面积：偏心很大，出现拉应力

正常填0，基础底面全部受压，相当于地基规范e＜b/6的情况，这里可以注意下地基规范5.2.2-3中e＞b/6的情况，我们正常柱子荷载都位于基础中心，一般不会出现e＞b/6的情况。

(5)受剪承载力：【地基规范8.2.9 P71】，就是一个公式，按规范取就行

(6)计算独基时考虑独基底面范围内的线荷载作用：当工程项目拉梁布置在基础顶(或持力层较浅，砌体墙下直接做墙下条形基础)，此时的砌体墙荷载大部分通过拉梁传给回填土(或通过墙下条形基础)，这些荷载不会通过独立基础，而独立基础的范围比柱大，有一部分墙位于独基范围内，这时勾选此项，考虑独基底面范围内的线荷载作用。如果拉梁设置在±0标高处，那么砌体墙全部通过拉梁传给回填土，就无需管砌体墙的附加荷载。

(7)刚性独基进行抗剪计算

受剪承载力：【地基规范8.2.7、8.2.9】

对于冲切破坏锥体落在基础底面以外，即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，应验算柱(墙)与基础交接处的基础受剪切承载力

③基础设计参数

(1)基础归并系数

最好是填0不归并，PKPM默认是0.2，这就会把基础小的归并到基础大的，比较浪费，一般都是自己归并，按模数100mm逐级归并。

(2)结构重要性系数：与上部结构一样

④标高系统、其他参数

(1)室外地面标高，按相对标高填写。

(2)室内地面标高，按相对标高填写，这主要用于PKPM自动计算单位覆土重量。

(3)抗浮设防水位，筏板基础根据地勘报告按相对标高填写，对于独基填一个极大值就行。

(4)正常水位，按相对标高填写。

(5)独基、条基自动生成基础时碰撞检查：当选择自动生成所有柱下独立基础的话，如果点上了“自动生成基础时做碰撞检查”，PKPM原话是：“则程序会将发生碰撞的独基会自动合并成双柱基础或多柱基础”，而我们手动布置双柱基础，可以按两个柱的几何形心，也可以按标准组合恒+活合力作用点。经试验，程序默认按第一种方法(两个柱的几何形心)自动生成碰撞的独基为新的双柱基础。

(6)单位面积覆土重：

#1单位面积覆土重：这个要注意下，此项会增大基础底面积，但不影响冲切、剪切、配筋(算基底面积用全反力，算配筋等用净反力)。比如平卧在地面上的混凝土板，均匀增加它的重量，基底压力会增加，但配筋等不会受影响。算冲切等用净反力扣除自重土重；算基底面积用所有的荷载。此处只要是前面标高都正确的话就填自动计算即可。

自动计算：基础底面到室内地面标高，这高度的土重度，一般取20kN/m³，系统不会自动考虑活荷载，所以自动计算会漏掉一个活荷载

人为设定：20kN/m³×基础底面到室内地面标高+活荷载(商业建筑取3.5 kN/m²)

#2如果是独立基础+防水板含地下室或者半地下室的项目不能自动计算，要人为设定，自动计算就错了。示意图看下，中间是空的无覆土，边侧有覆土。基本参数是总的设置，对于一些基础可以在“独立基础”中单独设置。

4.基础布置

①计算模式与验算模式：计算模式是重新计算，重生成；验算模式是对已经生成的基础，比已有的截面小则增大，比比已有的截面大则不管。

②单独修改承载力、覆土参数值：不点开就是按基本参数的设置，点开则单独设置。

③多柱基础：

基底形心位置，要选择：“按标准组合：恒+活合力作用点”，这主是为了控制偏心。

5.计算书

①荷载组合

根据【地规3.0.5】，标准组合用于计算基础底面积，基本组合用于计算冲切(基础高度)、剪切、配筋，；电算取最不利组合，手算就选恒+活。

②基础底面积计算：

(1) Pt：平均覆土压强(含基础自重)，2.8×20=56，土和基础的平均重度取20 kN/m³

(2)Mx’、My’为基础底弯矩，N为基础底轴力

柱底标高-2.300m，即柱底内力作用点标高；基础底标高-2.800m，计算时柱底力作用点距基础底高度为2.8-2.3=0.5m，因此柱底剪力要等效成基底弯矩。

Mx’=54+16*0.5=62，My’=9+4*0.5=11与PKPM计算一致

(3)fa：修正后的地基承载力特征值，

提前说明：此基础为先挖基础后填土，计算时从天然地面算起，天然地面至基础底只有1.5m，因此基础埋深是1.5m，不是2.8m，覆土高度取2.8m。总的来说，深度修正增大地基承载力，能增大的必须是天然的土，他会对土有压实作用，而建好基础的后填土没有这个功能。

fa=210+1.6*(1.5-0.5)*14=232.40kpa，其中14是基础底面以上土的加权平均重度(kN/m³)，γm=（18.9*0.7+11*0.8)/(0.7+0.8)=14

(4)基础底面积计算：【地规5.2.1~5.2.4】

Pmax：偏心下最大基底压力，Pmax=(Fk+Gk)/A+Mk/W=fa+Mk/W

Mk=Mx+My 直接相加即可

③冲切及剪切计算确定基础高度：【地规8.2.8、8.2.9】

简单的说：冲切与剪切是对立的，当冲切破坏锥体落在基础底面以内时，验算冲切；之外，验算剪切。验算时取最不利的一侧(净反力面积最大的)，地基土冲切净反力设计值，就是冲切锥体以外的其余基础底面积，乘地基土单位面积净反力设计值；冲切承载力，就是冲切破坏锥体的斜截面的垂直投影面积，这与梁斜截面抗剪承载力是一样的，0.7是角度sin45，垂直投影面积bh0=am h0。

④基础尺寸

【基础宽高比地规8.2.11】台阶的宽高比小于或等于2.5，保证基础的刚度，使得基础能将上部结构的力分摊均匀得传给地基，如果基础太扁长，刚度小易变形，两端的基础受力很小，中部受力很大，就不能起到基础的作用。

(1)基础底面积：由基底全反力计算得到了，4800*4800

(2)柱尺寸：由上部结构确定，700mm，两边保护层50mm，800*800

(3)基础阶梯高度：由冲切/剪切和宽高比确定。

基础的一侧宽度为(4800-700)/2=2050,2050/2.5=820mm,基础高度取整850mm。【地规8.2.1】锥形基础的边缘高度不宜小于200mm，且两个方向的坡度不宜大于1:3；阶梯形基础的每阶高度，宜为300mm～500mm。取阶高500mm和350mm，

④配筋计算：【地规8.2.11】

再按此公式配筋A_s＝M/0.9?_yh₀，基础是方形，两方向钢筋摆放无所谓，但基础是矩形的，应将长向的钢筋置于底层，受力比较大，为主受力方向。要与单/双向板区分开(板的短向为主受力方向)，板边界是简支或连续的，而基础边界是悬挑。

【小思路来理解，用于手算校核】规范公式计算比较复杂，先只考虑轴力，不考虑弯矩。把基础倒过来相当于一个柱子顶着一个双向悬挑板，板上有地基土均布荷载(基础满足宽高比)，弯矩计算等效于双向悬挑板计算，一个方向地基土反力如下为梯形，单位面积反力×梯形面积×质心到柱边距离即为产生的弯矩设计值。结果与PKPM相近，也主要是弯矩较小的情况下，就是这样一个思路，再考虑弯矩，公式就成地规8.2.11一样了。

【基础/基础梁为什么要配筋】

基础的作用是将上部结构传来的荷载，分摊成均布面荷载，让地基土承载力承载，当地基土承载力≥上部荷载，根据作用力与反作用力，基础底会受到一个总和大小与上部荷载一样的均布反力，上部荷载是一个集中力作用在中间，此时基础就像一个中间有支座的悬挑构件，因此这些均布反力就会引起弯矩，对于独基使基础底受拉故需要配筋。

对于基础梁也是一样的，基础梁一般出现在双柱基础，基础梁顶也会形成负弯矩，故也要配筋。

【地基全反力与地基净反力】

地基全反力用于计算基础底面尺寸，底面尺寸的计算就是要把上部传来的荷载分散成多大才能让地基土承担，因此上部传来的荷载包括上部结构Fk和基础及基础土Gk，这些荷载都是作用在地基土上的，故为全反力，此时研究的是土，对于土无法考虑可靠度故用标准组合。

确定好基础底面尺寸后，因此fa≥Pk，根据作用力与反作用力，基础底会受到一个总和大小与上部荷载Pk一样的均布反力，Pk包括上部结构Fk和基础及基础土Gk，其中Fk为集中力，Gk为均布力，而反力为均布力，Gk的均布力会与反力均布力抵消一部分，所以在计算配筋冲切剪切时，仅仅是Fk等效的均布反力会引起弯矩，故要用净反力。此时研究的是基础，对基础构件的设计有可靠度的要求，故采用基本组合。