【结构新手总结】结构基础底面积不是越大越好？

对于层数不太多的框架结构，尤其是轻型框架结构，用JCCAD算出来的单独基础底面积往往很大，而且与各柱柱底轴力的大小不成比例。

一般而言，对于柱网均匀的框架结构来说，中柱轴力最大，其次是边柱，最小的是角柱；

从数值关系来说，中柱轴力大约是边柱的两倍；

边柱是角柱的两倍；

那么，基础底面积也应该大约是这样的比例关系；

只有这样的话，才能在永久荷载组合下，各单独基础的基底压应力基本接近，才有利于减小单独基础之间的差异沉降。

但是，用JCCAD计算的单独基础底面积，边柱并不比中柱小多少，有时反而可能更大；角柱基础底面积甚至比边柱还大，这明显是不合理的。

如果将本来该小的基础底面积加大，则基底平均压应力就会减小，就会人为造成类似于地基不均匀的状况；

可见，基础底面积该大则大，该小必须小，随意加大基础底面积可能适得其反。

对于层数较少的框架而言，柱轴力一般都不大；

但在风荷载组合或地震荷载组合下，柱底弯矩并不小，这样就会造成地基的大偏心受压；

请看下式：

这是地基规范中偏心受压地基承载力验算公式，式中偏心距e=M/N；

由该式可知，在弯矩基本接近的情况下，轴力越小，偏心距e越大，从而上式中的 a值越小，也就是有效基底面积越小，从而，JCCAD由上式求得的基地最大压应力pmax越大；

基础另一边的零应力区也越大；

所需的基础面积也就越大；

这样就出现了前面说到的，轴力最小的角柱，其基底面积并不比中柱小多少；

也就造成了角柱基底平均压应力远小于中柱的现象。

引起柱底弯矩的主要荷载，如风荷载和地震荷载，有时有，有时没有；

尤其是地震荷载，属于偶然荷载；

如果基底面积按风荷载或地震荷载组合下的柱底内力确定的话，就会造成各单独基础在永久荷载组合下的基底平均应力非常不均匀。

我们曾遇到过这样的情况，一个二层的轻型钢结构售楼处，基础底面积特别大，比混凝土结构还要大，这明显是不合理的；

那么，到底应该如何设计这种基础呢？我觉得，《抗震规范》中的有关理念很有参考价值：

解释：

这里面包含这样一个道理：

在动力荷载的瞬间作用下，地基承载力是不符合静力平衡条件的；

也就是说，不能用静力平衡的原理去验算动力荷载瞬间作用下的地基承载力；

基于上述分析，关于框架柱单独基础的设计，提出如下建议：

      （1）以各柱的柱底最不利组合内力确定各柱的基底面积是不妥的；

      （2）基底面积应按竖向荷载组合来确定，并保持各单独基础的基底压应力基本接近；避免人为造成均匀地基情况下的反力不均匀，进而造成沉降不均匀；

     （3）宜在±0.000处设拉梁，柱底弯矩由拉梁来平衡，使得基底近似处于轴心受压状态。