建筑结构设计优化--基础部分

2基础前言：闲的时候自己总结了一些东西，看的东西越多，越发现结构设计很多领域都是相通，也就是事物之间具有共性。这些总结的东西，没有太多实战的具体细节，所以想真正把结构设计学好的的新手，需要找个师傅好好的带一带，找一些实际项目练手。毕业3年，经历了不少，遇到了不少，无论是管理，还是斗争，还是学技术，无非就是孤立+联合+借外物+秩序，而做人最好的状态，就是让别人欠自己点，尽量有德。除了已经写好的钢结构实战书籍外（轻钢、网架、钢框架、桁架实战），以后再也不想也不会写任何书了。安安心心搞点技术，好好的享受生活，养家糊口。毕业3年，感觉很多的不易，因为不懂，才走了很多弯路，因为走了很多弯路,很多东西才慢慢懂。谨以此纪念逝去的毕业3年。中南大学土木工程学院庄伟2016年5月独立基础2.1独立基础的截面如何选取？1规范规定《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第8.2.1-1条：扩展基础的构造，应符合下列要求：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300-500mm。2经验（1）矩形独立基础底面的长边与短边的比值l/b，一般取1~1.5。阶梯形基础每阶高度一般为300~500mm。基础的阶数可根据基础总高度H设置，当H500mm时，宜分一阶；当500mmH900mm时，宜分为二阶；当H900mm时，宜分为三阶。锥形基础的边缘高度，一般不宜小于200mm，也不宜大于500mm；锥形坡角度一般取25度，最大不超过35度；锥形基础的顶部每边宜沿柱边放出50mm。（2）独立基础的最小尺寸可类比承台及高杯基础尺寸，一般为800mm×800mm。最小高度一般为20d+40（d为柱纵筋直径，40mm为有垫层时独立基础的保护层厚度），一般最小高度取400mm。独立柱基础可以做成刚性基础和扩展基础，刚性基础须满足刚性角的规定；做成扩展基础须满足柱对基础冲切需求以及基底配筋必须计算够。目前的PKPM系列软件中JCCAD一般出来都是柔性扩展基础，在允许的条件下，基础尽量做成刚一些，这样可以减少用钢量。独立基础有锥形基础和阶梯形基础两种。锥形基础不需要支撑，施工方便，但对混凝土塌落度控制要求比较严格。当弯矩比较大时，独立基础截面会增大很多。表2-1是北京市建筑设计研究院刘铮的经验总结，设计时可以参考，在编制表格时，柱子柱网尺寸为8m×8m，轴压比按0.8估算，混凝土强度等级基础C30，214.3/cfNmm，21.43/tfNmm，埋深1.5m，转换系数取1.26，受力钢筋HRB400，修正后的地基承载力特征值为150KPa。单独柱基高度的经验高度确定表格以及底板配筋面积表2-1轴压力（设计值）/KN柱截面尺寸/mm柱基底面尺寸/mm柱基础高度/mm计算钢筋面积/2mm实配钢筋面积双向/2mm1200单层350×3502900×290045062912@150=7542400二层500×5004000×400060088814@150=10263600三层600×6004900×4900750103712@100=11314800四层650×6505700×5700850122214@100=15382.2规范对独立基础的配筋有何规定？答：《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第8.2.1-3条：扩展基础受力钢筋最小配筋率不应小于0.15%，底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm；间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不宜小于8mm；间距不宜大于300mm；每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的15%。当有垫层时钢筋保护层的厚度不小于40mm；无垫层时不小于70mm《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第8.2.1-5条：当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5m时，底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9倍，并宜交错布置。2.3独立柱基和墙下钢筋混凝土条基的扩展基础底板，是否要有最小配筋率0.15%的要求？答：《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第8.2.1-3条：扩展基础受力钢筋最小配筋率不应小于0.15%，底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm；间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。北京市《建筑结构专业技术措施》第3.5.2条规定，如独立基础的配筋不小于10@200双向时，可不考虑最小配筋率的要求。2.4独立基础+防水板设计时应注意哪些问题？答：多层框架结构建有地下室且具有防水要求时，如地基较好，可以选用独立基础加防水板的做法，高层建筑的裙房也可以采用此种做法。当水浮力不起控制作用，采用独立基础加防水板的做法时，柱下独立基础承受上部结构的全部荷载，防水板仅按防水要求设置，但必须在防水板下设置一定厚度的易压缩材料，如聚苯板或松散焦渣等，于是可以不考虑地基土反力的作用，否则，防水板上会由于独立基础的不均匀沉降受到向上力的作用。防水板的厚度不应小于250mm，一般由于水浮力不大，加次梁增加了力传递途径，加板厚反而更经济。当抗浮水位比较高时，可以考虑在防水板上增设1~2道次梁混凝土强度等级不应低于C25,宜采用HRB400级钢筋配筋，双层双向配筋，钢筋直径不宜小于12mm，间距宜采用150~200mm。独立基础+防水的简化模型近似于普通楼盖、简支、连续梁，其具体做法等可参照中国建筑设计研究院朱炳寅编著的《建筑地基基础设计方法及实例分析（第二版）》及发表的相关文章《独基加防水板基础的设计》。2.5独立基础设计时应注意哪些问题？答：（1）单独柱基基底平面宜取为正方形。当为矩形平面时，其长短边的比不宜大于2。柱下联合基础基底平面宜取为矩形，当长短边的比大于2时，应设计成带基础梁的基础，如图2-1（a）、（b）所示。图2-1双柱联合基础（长短边的比大于2时）做法示意图(2)当柱形状为圆形或正多边形时，计算基础配筋时可将柱子按等面积法，折合成正方向。（3）一般基础应对称布置，当荷载引起的偏心较大时，可设计成不对称的形状。单独柱基的柱形心应尽量与基础底面的形心重合。如必须有偏心时，也不宜太大，且必须考虑偏心产生的影响。图2-2及图2-3中A所示的偏心基础，一般禁止使用，解决方法可如图2-4及图2-5所示。将柱A与相邻的柱B用基础梁相连，做成联合柱基。基础底面形状，可为矩形，也可为梯形，目的是使A、B两柱的合力重心与基础底面的形心尽量重合。也可将图2-4中的柱A向右侧移位，避开原有建筑物的基础，在基础之上做转换或上面各层楼板向外挑出，如图2-5所示。（4）当两柱之间的距离较近或基础底面面积较大，以至不能设计成单独柱基时，可设计成双柱联合基础。两柱之间宜做基础梁。当单独柱基基础底面两个方向的边长比值大于2时，也应做基础梁，否则应增加验算柱与基础交界处基础截面的受剪承载力。图2-2禁止使用的偏心基础做法示意图（一）图2-3禁止使用的偏心基础做法示意图（二）图2-4双柱联合基础图2-5基础挑梁托柱做法示意图条形基础2.6条形基础有哪些构造要求？答：（1）条形基础底板厚度不宜小于200。当底板厚度小于等于250mm时，宜用等厚度；当底板厚度大于250mm时，宜用变厚度，且顶面坡度不宜大于1：3（垂直：水平）。（2）基础下应设素混凝土垫层，其厚度可取100mm，混凝土强度等级可取C10，采用汞送浇筑时可取C15。（3）基础混凝土强度等级不宜低于C25。（4）受力钢筋应优先采用HRB335及HRB400钢筋，最小配筋率不应小于0.15%，钢筋间距一般取150~200mm，不应小于100mm，直径不宜小于10mm。分布钢筋直径不小于8mm，间距不大于300mm。（5）钢筋混凝土条形基础在T字与丁字交接处，钢筋只沿一个主要受力方向通长放置，如图2-6中的①轴方向的钢筋，另一方向如②轴的钢筋可搭至槽宽的1/4。钢筋混凝土基础在拐角处，钢筋应沿两个方向通长放置，如图2-7所示。图2-6条形基础T字型交叉处钢筋设置示意图图2-7条形基础丁字型交叉处钢筋设置示意图筏板基础2.7厚筏板中的中层温度钢筋该如何设置？答：一般不必机械按照《建筑地基基础设计规范》设置厚筏板中层温度钢筋。实践反复印证了此中层温度钢筋时多余构造。2.8基础梁腰筋怎么设置？答：因为基础梁一般深埋在地面下，地上温度变化对之影响很小，同时基础梁一般截面答，机械执行最低配筋率0.1%的构造，会造成梁侧的腰筋直径很大。一般可构造设置，直径12~16mm，间距可取200~300mm。2.9筏板基础要否进行裂缝验算，筏板最小配筋率是0.15%还是0.2%？答：一般情况下筏板基础不需要进行裂缝验算。原因是筏板基础类似与独立基础，都属于与地基土紧密接触的板，筏板和独基板都受到地基土摩擦力的有效约束，是属于压弯构件而非纯弯构件。因此筏板基础和独基一样，不必进行裂缝验算，且最小配筋率可以按0.15%取值。2.10筏板合理厚度该如何取值？答：（1）一般按50mm每层估算筏板厚度。筏板厚度与柱网间距、楼层数量关系最大，其次与地基承载力有关。一般来说柱网越大、楼层数越多，筏板厚度越大。（2）对于20层以上的高层剪力墙结构，6、7度可按50mm每层估算，8度区可按35mm每层估算；对于框剪结构或框架-核心筒结构，可按50~60mm每层估算。局部竖向构件处冲切不满足规范要求时可采用局部加厚筏板或置柱墩等措施处理。2.11有关箱基、筏基底板何时考虑整体弯曲与局部弯曲？答：箱基的底板、面板以及筏基的底板的弯曲计算包括局部弯曲和整体弯曲两部分。当地基比较均匀，上部结构刚度较大且整体性较好（平立面布置较规则、柱荷载及柱间距变化不大），上述基础的底板及顶板仅按局部弯曲计算而不必进行整体弯曲计算。2.12有关筏形基础的构造及配筋？答：筏形基础混凝土强度等级不应低于25，不宜超过C40，对于一般高层建筑，C30已足够。梁板式筏形基础底板厚度不宜小于250mm，平板式筏形基础底板厚度不宜小于300mm。筏形基础宜在纵横向每隔30~40m留一道后浇带，宽800mm~1000mm，后浇带位置宜在柱距中部1/3范围内。筏基底板的钢筋间距不应太小，一般为200~400mm，且不宜小于150mm。受力钢筋直径不宜小于12mm。基础梁、板优先采用HRB400钢筋。基础梁箍筋直径不宜小于10mm，箍筋间距不宜小于150mm。当等跨时基础板支座短筋伸至L/4(L为净跨)为止，不应额外加长。当底板为不等跨时，应按弯矩确定钢筋长度。2.13筏型基础底板是否外挑？答：当地基土较好，基底面积即使不外挑，也能满足承载力及沉降要求，且有柔性防水层时，底板不宜外挑。当地基土较好，基底面积即使不外挑，也能满足承载力及沉降要求但无柔性防水层时，底板可选择按构造外挑或者不外挑，如外挑长度可取不大于筏板板厚。当基础土土质较差，承载力或沉降不能满足设计要求时，可根据计算结构，将底板向外挑出。挑出长度大于1.5~2.0m时，对于有梁筏基，应将梁一同挑出。对于无梁筏基，宜在柱底板设置平托板，外挑板一般不需要设置面筋，如挑出区段较长，可构造配置10@150~200双向钢筋。2.14平板式基础筏板，要不要沿柱轴线设暗梁？答：平板式基础筏板没有抗震延性的要求，柱下板带中沿纵横柱轴网没有必要设置暗梁。2.15筏形基础的设计及优化要注意些什么问题？答：梁板式筏形基础的优点是：结构刚度大，混凝土用量少，当对地下室的防水要求很高时，可充分利用地基梁之间的“格子”空间采取必要的排水措施等，但筏形基础梁很高，基础刚度又变化不均匀，受力呈现出跳跃，在核心筒或荷载较大的柱底易形成受力及配筋的突变；梁板式筏形基础应设计成梁宽较大的梁以尽量减小梁高，从而减少基槽开挖深度和梁间材料的回填量，如柱截面过大，可以采用加腋的方式，如果不能满足受剪承载力的要求，可在支座处水平或竖向加腋，一般是水平加腋。基础梁纵筋尽量用大直径的，比如HRB400的30、32、36的钢筋。基础梁剪力很大，优先采用HRB400级的。基础梁不宜进行调