结构设计中基础梁的设计处理方法

四川农业大学网络教育毕业实习报告专业建筑工程技术学号W88c715230079姓名刘伟成绩初审意见初审老师签名：评审意见评审老师签名：备注结构设计中基础梁的设计处理方法专业：建筑工程技术学号：W88c715230079姓名：刘伟【摘要】对一些结构设计中经常碰到的问题和构造措施提出不同的看法。在结构设计实践中，经常碰到一些设计问题的处理在现行规范和标准中找不到明确的依据或规定。设计者参考的通用标准图集为设计提供了方便，但它们是依据规范、标准、编制单位和编制人的经验编制而成的，有不少结合了编者的个人经验。因此，一些结构构造在不同的规范、标准和图集中做法也不尽相同。【关键词】基础底板；基础梁；框架梁；框架柱；楼板预留洞；分隔墙绪论在结构设计实践中，经常碰到一些设计问题的处理在现行规范和标准中找不到明确的依据或规定。设计者参考的通用标准图集为设计提供了方便，但它们是依据规范、标准、编制单位和编制人的经验编制而成的，有不少结合了编者的个人经验。因此，一些结构构造在不同的规范、标准和图集中做法也不尽相同。针对上述情况，笔者对以下几个问题进行了浅显的分析，提出一些个人看法，供同行参考和讨论。1基础底板和基础梁1.1《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第8.4.9条规定：“当筏板的厚度大于2000mm时，宜在板厚中间部位设置直径不小于12mm、间距不大于300mm的双向钢筋网。”笔者认为，此条规定是针对以前筏板较厚时混凝土的分层浇注，为了避免在混凝土硬化的过程中出现层面收缩裂缝。而现在随着施工工艺的发展，全国很多地方厚板的混凝土施工已经采用了新方法：分层、放坡、连续浇注、一次到顶，有效地控制混凝土的水化热和收缩裂缝，因此厚板中部已没有设置钢筋网片的必要性，这样既节省了钢筋又加快了施工进度。从结构分析角度来说，基础梁是受到地基反力作用的梁。作用于建筑结构上的荷载和结构物自重，通过柱和墙传递到基础，基础又将其传递到地基土。基础对地基土产生了作用力，同时地基土对基础产生反作用力，这个反作用力，工程界称其为地基反力。凡是受到地基反力作用的梁，我们称其为基础梁。基础梁受地基反力的作用，在跨中无墙区域，产生向上隆起的变形趋势。与上部结构的腾空梁在受到竖向荷载向下作用后向下弯曲变形恰恰相反，所以在过去没有电脑、没有AutoCAD的年代，习惯上把基础梁视作“倒梁楼盖”体系，就是这么一个原因，与基础梁相反，不受地基反力作用，或者地基反力仅仅是地下梁及其覆土的自重产生，不是由上部荷载的作用说产生，这样的地下梁，就不是结构分析意义上的“基础梁”，是“基础拉梁”、“基础连梁”，或者是地下框架梁。地下框架梁DKL顺便提一句，单层工业厂房，杯形基础的杯口上方，紧靠柱放置在杯口上的预制“基础梁”，它是用来托墙的，是将其上墙体的重力荷载传递到杯形基础，这梁本身不受地基反力的作用，不是结构分析意义上的“基础梁”，是上世纪50年代初期，俄语翻译不懂专业而翻错的一个前苏联的专业名词，将错就错，错到现在。1.2一般基础梁的截面都设计得较大，其刚度远远大于其上部所支撑的框架柱，因此在地震时，塑性铰往往都发生在框架柱根部，基础梁不会产生铰。所以，基础梁的配筋构造按照非抗震的做法就可以了。例如：梁端箍筋间距不必加密，只需满足强度要求；箍筋的弯钩做成900就可以了，而不必做成1350；梁的纵筋搭接及锚固长度，都可以按照非抗震的要求取值。1.3《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第10.2.16条规定：“当梁的腹板高度hw≧450mm时，在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋，每侧纵向构造钢筋的截面面积不应小于腹板截面面积bhw的0.1%。”笔者认为，此规定对于截面面积很大的基础梁来说是值得商榷的。通常由于基础梁截面较大，按照规范计算所需纵向构造钢筋面积也较大，如梁的两侧配置大直径钢筋对于减少收缩效果较差。而且地基梁一般埋在土壤内部，受外界温度变化的影响很小。因此，地基梁两侧纵向构造钢筋的直径可取12~16mm，间距可取200~300左右，并沿梁腹板高度范围内均匀布置。关于多层框架基础拉梁的几点看法一、框架计算简图无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋埋置较深，在-0.05左右设有基础拉梁时，应拉梁按层1输入。以某学生宿舍为例，该项目为3层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类；层高3.3m，基础埋深4.0m，基础高度0.8m，室内外高差0.45m。根据《抗震规范》第6.1.2条，在8度地震区该工程框架房屋的抗震等级为二级。设计者按3层框架房屋计算，首层层高取3.35m，即假定框架房屋嵌固在-0.05m处的基础拉梁顶面；基础拉梁的断面和配筋按构造设计；基础按中心受压计算。显然，选取这样的计算生产力简图是不妥当的。因为，第一，按构造设计拉梁的断面和配筋无法平衡柱脚弯矩；第二，《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）（以下简称《混凝土规范》第7.3.11条规定，框架结构底层柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。工程设计经验表明，这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算，即将基础拉梁层按层1输入，拉梁上如作用有荷载，应将荷载一并输入。这样，计算简图的首层层高为H1＝4-0.8-0.05=3.15m，层2层高为3.35m，层3、4层高为3.3m。根据《抗震规范》第6.2.3条规定，框架柱底层柱脚弯矩设计应行乘以增大系数1.25。当设拉梁层时，一般情况下，要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁处的截面控制。考虑到地基土的约束作用，对这样的计算简图，在电算程序总信息输入中，可填写地下室层数为1，并复算一次，按两次计算结果的包络图进行框架结构底层柱的设计的配筋。二、基础拉梁层的计算模型不符合实际情况基础拉梁层无楼板，用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时，楼板厚度应取零，并定义弹性结点，用总刚分板的方法进行分析计算。有时虽然定义楼板厚度为零，也定义弹性结点，但未采用总刚分析，程序分析时仍然会自动按刚性楼面假定进行计算，与实际情况不符。房屋结构的平面不规则时，应特别注意这一点。三、基础拉梁设计不当多层框架房屋基础埋深很大时，为了减小底层柱的计算长度和底层的位移，可在±0.00以下适当位置设置基础拉梁，但不宜按构造要求设置，宜按框架梁进行设计，并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗震而言，应采用短柱基础方案。一般来说，当独立基础埋置不深，或者埋置虽深但采用了短柱方案时，由于地基不良或柱子荷载差别较大，或根据抗震要求，可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面高度可取柱中心距的1/12~1/18，截面宽度可取1/20~1/30。构造基础拉梁的截面可取上述限值范围内的下限，纵向受力钢筋可取上述所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算，当为构造配筋时，除满足最小配筋率外，也不得小于上下各2＃14（二级钢），箍筋不得小于Ф8@200。当拉梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来荷载时，拉梁截面应适当增加，算出的配筋应和上述构造配筋叠加。构造基础拉梁顶标高通常与基础顶标高或智短柱顶高相同。在这种情况下，基础可按偏心受压构件计算。当框架结构底层层高不大或埋置不深时，有时要把基础拉梁设计得比较强大，以便用拉梁平衡柱底弯矩。这时，拉梁正弯矩钢筋应全部拉通，负弯矩钢筋至少应在1/2跨拉通。拉梁正负弯矩在框架柱内的锚固、拉梁箍筋的加密及有关抗震构造要求与上部框架梁完全相同。此时拉梁宜设置在基础顶部，不宜设置在基础顶面之上，基础则可按中心受压设计。2地下室外墙2.1地下室外墙高层主楼、多层裙房或纯地下车库，在土和水侧压力的作用下既要计算弯曲承载力也应验算墙体裂缝宽度，一般这些外墙配筋都是由裂缝验算控制的。目前在实际工程设计中，裂缝宽度验算都是按弯曲构件考虑的，设计者往往采用一些小软件或工具箱计算。由于没有考虑到墙体存在轴力对裂缝宽度的有利作用，因此为了控制裂缝的宽度而需要增加不少钢筋。高层主楼或多层裙房底层框架柱轴力传至地下室时，由于框架柱与外墙结合在一起，底层柱的轴力沿墙扩散且数值较大，完全有可能不需要为了控制裂缝而增加配筋。为了使地下室外墙受力更符合实际且节省钢筋，裂缝宽度验算应该按偏心受压构件考虑进行局部补充计算。2.2高层框架-剪力墙结构笔者在设计高层框架-剪力墙结构时，常常碰到下部几层尤其是地下室层，柱墙混凝土强度等级往往要用到C40~C50，而基础底板和地下室外墙出于对裂缝的控制混凝土强度等级一般只采用C35或C30。如果与外墙结合在一起的框架柱仍采用高标号的混凝土，则地下室外墙与框架柱的交接处的构造处理会给施工带来很大困难，且容易形成隐患。由于框架柱在地下室已与外墙形成T形柱，柱轴力沿墙扩散，柱的轴压比往往很小，远小于规范要求的限值。所以笔者在设计与外墙相结合的框架柱时，两者混凝土强度等级取为相同，如C35或C30。2.3地下室外墙一般都按防水设计地下室外墙一般都按防水设计考虑，设计者对外墙外侧钢筋的混凝土保护层厚度的取值依据有些无所适从。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）表3.4.1和表9.2.1，二a、二b类钢筋的混凝土保护层最小厚度为20~25；而根据《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）第4.1.7-3条规定，钢筋保护层厚度应根据结构的耐久性和工程环境选用，迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm；又根据《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）表4.11.5，外墙外侧直接防水钢筋保护层厚度为40mm，设防水层时钢筋保护层厚度为30mm。不同规范给出的外墙外侧钢筋的保护层厚度不一样，让设计者产生了疑问。笔者认为，对于一般的民用建筑工程（结构及构件有疲劳问题或混凝土环境类别为三、四、五类时除外），建议按混凝土结构设计规范执行，不用考虑地下工程防水技术规范；如果地下室有人防要求，则执行人防设计规范。此外，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第9.2.4条规定，当梁、柱中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度大于40mm时，应对保护层采取有效的防裂构造措施。从该规定可以看出，采取防裂构造措施的要求仅是针对梁和柱，对地下室外墙和基础底板则无此要求。防裂构造措施一般采取在保护层中设置Φ4@150的双层钢筋网片，但工程界对此持保留意见，原因是对保护层中钢筋网片自身锈蚀的担心，当钢筋网片锈蚀时，不仅起不到对混凝土保护层的保护作用，反而会加速混凝土保护层的剥落从而影响主体结构的安全。因此，工程设计中除基础底面外，应尽量避免混凝土保护层的厚度超过40mm。一些设计者在计算地下室外墙时，一般民用建筑的室外地面活荷载往往取为20kN/m2，想必是他们依据《建筑结构荷载规范》（2006年版）（GB50009-2001）表4.1.1第8项第（2）条。其实这是一种误解，当消防车停在建筑物外时，与建筑物必须有一定的距离，否则救火云梯无法上升至建筑物上部。另外，一辆消防车占地面积至少为100m2，荷载折合下来，按5kN/m2是能够满足安全的。在设计上有覆土的地下室顶板时，通常要考虑其上部行驶消防车的情况。而由于《建筑结构荷载规范》（2006年版）（GB50009-2001）表4.1.1中第8项的消防车荷载，是指消防车直接行驶于楼板上，按其轮压折合成等效均布荷载的取值。因此不应直接采用35kN/m2或20kN/m2，而应该将消防车轮压按照覆土厚度扩散后折合成等效均布荷载。3、框架梁、柱《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第10.2.13条规定，位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋（箍筋、吊筋）承担，附加横向钢筋宜采用箍筋（箍筋布置见混凝土规范原图10.2.13）。笔者认为，此规定有些主观，与实际受力情况不符。在现浇混凝土结构中，次梁与主梁现浇在一起，次梁传给主梁的集中力从其交接面就开始扩散开，不存在从次梁底部开始扩散。而且由于次梁与主梁现浇在一起，主梁梁身内部根本就不存在所谓的次梁底部。另外按此规定理解，当主、次梁等高时次梁梁底与主梁梁底在一个平面上，主梁