獨(dú)立基礎(chǔ)中基礎(chǔ)系梁的設(shè)計(jì)方法及技術(shù)措施

吉紀(jì)全，朱 亮，尤志清

(1.南京雙高建筑設(shè)計(jì)有限公司， 江蘇南京 210029；2.江蘇省建工設(shè)計(jì)研究院有限公司, 江蘇南京 210029; 3.揚(yáng)州大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院，江蘇揚(yáng)州 225009)

獨(dú)立基礎(chǔ)中基礎(chǔ)系梁的設(shè)計(jì)方法及技術(shù)措施

吉紀(jì)全1，朱 亮2，尤志清3

(1.南京雙高建筑設(shè)計(jì)有限公司， 江蘇南京 210029；2.江蘇省建工設(shè)計(jì)研究院有限公司, 江蘇南京 210029; 3.揚(yáng)州大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院，江蘇揚(yáng)州 225009)

獨(dú)立基礎(chǔ)中基礎(chǔ)系梁根據(jù)其設(shè)置位置不同可分為基礎(chǔ)拉梁和地框梁，這兩種基礎(chǔ)系梁在結(jié)構(gòu)中的作用有所不同，進(jìn)而使其計(jì)算方法和處理方法也有所不同。文章分別介紹了基礎(chǔ)拉梁和地框梁的特征，并分別列出了他們的計(jì)算方法、計(jì)算注意點(diǎn)以及構(gòu)造要求和相關(guān)的建議。最后，針對(duì)工程設(shè)計(jì)中一些常遇問題提出了探討性的處理方法。文章意在為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)獨(dú)立基礎(chǔ)基礎(chǔ)系梁提供參考，進(jìn)而使設(shè)計(jì)趨向更加合理和經(jīng)濟(jì)，同時(shí)既保證工程質(zhì)量也能方便施工。

獨(dú)立基礎(chǔ)； 基礎(chǔ)系梁； 設(shè)計(jì)依據(jù)； 設(shè)計(jì)方法

1 基礎(chǔ)拉梁和地框梁的特征

1.1 基礎(chǔ)拉梁特征

(1)基礎(chǔ)拉梁設(shè)置位置有三種：一是拉梁梁頂與基礎(chǔ)頂平齊；二是拉梁梁底與基礎(chǔ)頂平齊；三是拉梁梁底與基礎(chǔ)底平齊?；A(chǔ)拉梁設(shè)置在此處可以有效的拉結(jié)基礎(chǔ)，提高基礎(chǔ)的整體性，減輕或者消除框架結(jié)構(gòu)對(duì)不均勻沉降的敏感性。但當(dāng)基礎(chǔ)埋深較深時(shí)，基礎(chǔ)拉梁上的墻體重量增加，同時(shí)基礎(chǔ)拉梁為承受更大的荷載增大截面和配筋，不夠經(jīng)濟(jì)；框架結(jié)構(gòu)嵌固端一般為基礎(chǔ)頂面，當(dāng)基礎(chǔ)埋深較大時(shí)，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)首層層高取值較高，相應(yīng)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度減小，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)容易出現(xiàn)位移角超限、薄弱層、框架配筋偏大等一系列問題。

(2)當(dāng)在獨(dú)立基礎(chǔ)頂設(shè)置了基礎(chǔ)拉梁，基礎(chǔ)可以不考慮地震彎矩，此時(shí)基礎(chǔ)拉梁按受彎構(gòu)件計(jì)算。通常情況下，尤其是基礎(chǔ)下地基土較軟時(shí)，基礎(chǔ)拉梁應(yīng)設(shè)置在拉梁梁頂與基礎(chǔ)頂齊平的位置，并使基礎(chǔ)拉梁比底柱受彎承載力大。

(3)計(jì)算與實(shí)際施工底層柱鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度有差別。鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度與構(gòu)件所處的環(huán)境類別有關(guān)，通常地面上下的環(huán)境類別不同，所以施工中底柱地面上下的混凝土保護(hù)層厚度不同。但實(shí)際計(jì)算中，底層柱混凝土保護(hù)層厚度統(tǒng)一按地面以上的環(huán)境列別取值，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有差別，當(dāng)?shù)字浣畈蛔銜r(shí)，會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全。

1.2 地框梁特征

(1)對(duì)于無地下室的鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)，地框梁一般設(shè)置在室內(nèi)外地坪附近?；A(chǔ)埋深較深時(shí)，僅設(shè)置基礎(chǔ)拉梁會(huì)出現(xiàn)因底層柱計(jì)算高度過高產(chǎn)生不利影響，且在回填土和剛性地坪的影響下，室外地坪以下柱的彎曲變形集中在室外地坪以下一定深度范圍，故底層層高從基礎(chǔ)頂算起不完全合理。此時(shí)可利用地框梁減小底層框架柱計(jì)算長(zhǎng)度，同時(shí)也承受其上部構(gòu)件的荷載，使結(jié)構(gòu)計(jì)算相對(duì)合理。

(2)由于計(jì)算模型以基礎(chǔ)頂為嵌固端，因此地框梁應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)一起進(jìn)行整體計(jì)算。此外，其抗震措施同上部框架梁。

(3)當(dāng)基礎(chǔ)埋深不足時(shí)，地框梁的設(shè)置將使底層出現(xiàn)短柱。在地震作用下，因短柱的剛度較其他柱大，會(huì)吸收更大的地震作用力，甚至超過短柱的承載力，以致開裂破壞，影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。

(4)底層上部結(jié)構(gòu)混凝土保護(hù)層厚度不同。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)通常按上部結(jié)構(gòu)的混凝土保護(hù)層厚度統(tǒng)一計(jì)算，實(shí)際施工中底層混凝土保護(hù)層厚度大于計(jì)算中的保護(hù)層厚度，按計(jì)算結(jié)果配筋，結(jié)構(gòu)可能不滿足要求。

2 基礎(chǔ)拉梁和地框梁的設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)

獨(dú)立基礎(chǔ)之間的基礎(chǔ)拉梁主要有下面四種功能：

(1)傳遞水平荷載；

(2)調(diào)整不均勻沉降；

(3)分擔(dān)柱底彎矩；

(4)承擔(dān)其上部荷載(如隔墻)。其中傳遞水平荷載作用功能是最主要也是最有效的，調(diào)整不均勻沉降和分擔(dān)柱底彎矩的能力都較弱，而承擔(dān)上部荷載功能是最直接的。前三種功能基礎(chǔ)拉梁目前沒有定量的計(jì)算方法，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)時(shí)多數(shù)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和概念。

基礎(chǔ)拉梁截面尺寸：梁高可取其所拉結(jié)基礎(chǔ)上的兩柱中心距離的1/10 ～1/15，且不應(yīng)小于400 mm；梁寬度可取梁高的1/2 ～1/3，且不應(yīng)小于250 mm。 當(dāng)基礎(chǔ)拉梁按照構(gòu)造設(shè)置時(shí)，可取上述限值范圍內(nèi)的下限。

基礎(chǔ)拉梁一般分三種情況進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]：

(1)平衡柱底彎矩( 當(dāng)工程為一、二、三、四級(jí)框架結(jié)構(gòu)，柱底彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)分別乘以增大系數(shù) 1.7、1.5、1.3 和 1.2)，其分擔(dān)的柱底最大彎矩設(shè)計(jì)值可近似按基礎(chǔ)拉梁線剛度分配(基礎(chǔ)上土質(zhì)較好時(shí)，此情況較有效)，此時(shí)基礎(chǔ)可按軸心受壓考慮；

(2)承擔(dān)地震作用產(chǎn)生的軸向拉力，拉力值取兩柱軸向壓力較大者的1/10；

(3)承擔(dān)上部荷載(如樓梯、墻等荷載)，按實(shí)際荷載產(chǎn)生的內(nèi)力計(jì)算?；A(chǔ)拉梁配筋時(shí)，混凝土保護(hù)層厚度按實(shí)際環(huán)境類別取，并應(yīng)將上述各項(xiàng)情況進(jìn)行合理組合。

平衡柱底彎矩設(shè)計(jì)時(shí)，基礎(chǔ)拉梁配筋應(yīng)考慮到柱底彎矩方向的反復(fù)性；軸向受拉鋼筋應(yīng)通長(zhǎng)，且上下宜相同，并滿足構(gòu)造要求；基礎(chǔ)拉梁不存在抗震方面的要求，故其鋼筋搭接和錨固等可按照非抗震的構(gòu)造要求處理；在室外地坪以下，特別當(dāng)?shù)叵滤畬?duì)混凝土有侵蝕性作用時(shí),箍筋直徑不小于8 mm，并按要求設(shè)置腰筋。

2.2 地框梁設(shè)計(jì)

對(duì)于設(shè)置地框梁的框架結(jié)構(gòu)，由于嵌固端為基礎(chǔ)頂面，地框梁應(yīng)同上部結(jié)構(gòu)一起參與整體計(jì)算分析?？刹捎胮kpm結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行整體建模計(jì)算，定義模型參數(shù)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)地框梁樓層應(yīng)定義為地下室，層高為基礎(chǔ)頂至地框梁頂?shù)母叨龋?/p>

(2)此樓層樓板按全樓開洞處理；

(3)不考慮梁剛度增大系數(shù)及扭矩折減系數(shù)，采用總剛計(jì)算分析。

地框梁的構(gòu)造措施應(yīng)與上部框架梁相同，另外設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

(1)基礎(chǔ)上面的回填土對(duì)室外地坪以下結(jié)構(gòu)有一定約束力，但因其約束程度的無法確定，底層柱宜按考慮地下室和不考慮地下室計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)線進(jìn)行設(shè)計(jì)；

(2)底層梁柱計(jì)算時(shí)，混凝土保護(hù)層厚度薄于實(shí)際施工，應(yīng)予適當(dāng)加強(qiáng)；

(3)對(duì)于底層柱形成短柱的情況，應(yīng)根據(jù)相關(guān)的規(guī)范和要求進(jìn)行處理設(shè)計(jì)。

3 常遇問題處理方法的探討

(1)規(guī)范規(guī)定不需要設(shè)置基礎(chǔ)拉梁情況，可僅在外墻四周、隔墻以及樓梯等處局部設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。

(2)在下列情況下，可增大基礎(chǔ)頂?shù)交A(chǔ)系梁間柱的剛度，使柱端塑性鉸出現(xiàn)在加強(qiáng)部分之上，如圖1所示。①由于地框梁的設(shè)置或者局部基礎(chǔ)降標(biāo)高(如持力層不在統(tǒng)一標(biāo)高)形成短柱。②嵌固端選在室外地坪處[2]，以處理由于底層層高較高時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果不滿足要求，或設(shè)置地框梁不合理的情況。此時(shí)，基礎(chǔ)系梁按基礎(chǔ)拉梁設(shè)置在室外地坪處，且應(yīng)縱橫向設(shè)；同時(shí)回填土采用夯填，且密實(shí)度不小于0.94；地面宜采用剛性地面。

基礎(chǔ)系梁下部至基礎(chǔ)之間柱剛度增大可采用兩種方法：①用素混凝土將此間短柱填實(shí)加大截面，詳細(xì)做法見圖1；②以鋼筋混凝土加大此間短柱截面[3]，詳細(xì)做法見圖2。

圖1 基礎(chǔ)短柱素混凝土加大截面

圖2 基礎(chǔ)短柱鋼筋混凝土加大截面

(3)獨(dú)立基礎(chǔ)的持力層常不在統(tǒng)一標(biāo)高，當(dāng)相鄰基礎(chǔ)標(biāo)高高差較大時(shí)，以回填方式調(diào)整基礎(chǔ)標(biāo)高不經(jīng)濟(jì)。此時(shí)，若滿足規(guī)范對(duì)基礎(chǔ)放坡的要求，宜將基礎(chǔ)拉梁做成斜梁拉結(jié)兩基礎(chǔ)；當(dāng)標(biāo)高高差較大時(shí)，可按上部基礎(chǔ)的標(biāo)高水平設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了便于理解及設(shè)計(jì)，本文將獨(dú)立基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)系梁分為基礎(chǔ)拉梁與地框梁，并分別介紹了兩者的特征；同時(shí)也分別列出了基礎(chǔ)拉梁和地框梁計(jì)算方法、計(jì)算注意點(diǎn)以及構(gòu)造要求和相關(guān)的建議；最后，針對(duì)工程設(shè)計(jì)中一些常遇問題提出了探討性的處理方法。

本文意在為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)獨(dú)立基礎(chǔ)基礎(chǔ)系梁提供參考，在設(shè)計(jì)前應(yīng)明確設(shè)計(jì)思路，掌握設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分，根據(jù)工程實(shí)際情況和相關(guān)要求靈活運(yùn)用知識(shí)，進(jìn)而使設(shè)計(jì)趨向更加合理和經(jīng)濟(jì)，同時(shí)既保證工程質(zhì)量也方便施工。

[1] 朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問答及分析[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009

[2] 吳應(yīng)雄.應(yīng)用SATWE和TAT軟件的問題分析[J]. 山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，(4)：94-98

[3] 許建文.鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁設(shè)計(jì)部分技術(shù)問題探討[J].福建建筑，2007，(6)：40-42

吉紀(jì)全(1985～)，男，碩士，助理工程師，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作；朱亮(1988～)，男，學(xué)士，助理工程師，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作；尤志清(1983～)，男，碩士，助理工程師，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

TU318.2

A

[定稿日期]2014-11-11