建筑結(jié)構(gòu)與受力分析 之 基礎

建筑基礎

無筋擴展基礎系指由磚、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料組成的墻下條形基礎或柱下獨立基礎。這些材料都是脆性材料，有較好的抗壓性能，但抗拉、抗剪強度往往很低。淺基礎無筋擴展基礎

為保證基礎的安全，必須限制基礎內(nèi)的拉應力和剪應力不超過基礎材料強度的設計值?；A設計時，通過基礎構(gòu)造的限制來實現(xiàn)這一目標，即基礎的外伸寬度與基礎高度的比值應小于規(guī)范規(guī)定的臺階寬高比的允許值。由于此類基礎幾乎不可能發(fā)生撓曲變形，所以常稱為剛性基礎或剛性擴大基礎。

無筋擴展基礎可用于6層和6層以下（三合土基礎不宜超過4層）的民用建筑和輕型廠房。

無筋擴展基礎（a）磚基礎；（b）毛石基礎；（c）灰土基礎；（d）毛石混凝土基礎、混凝土基礎

擴展基礎是指柱下鋼筋混凝土獨立基礎和墻下鋼筋混凝土條形基礎。這種基礎抗彎和抗剪性能良好，特別適用于“寬基淺埋”或有地下水時。由于擴展基礎有較好的抗彎能力，通常被看作柔性基礎。這種基礎能發(fā)揮鋼筋的抗彎性能及混凝土抗壓性能，適用范圍廣。擴展基礎擴展基礎應滿足以下構(gòu)造要求：

(1)錐形基礎的邊緣高度不宜小于200mm；階梯形基礎的每階高度宜為300～500mm。

(2)墊層的厚度不宜小于70mm；墊層混凝土強度等級應為C10。

(3)擴展基礎底板受力鋼筋的最小直徑不宜小于10mm；間距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。

(4)鋼筋混凝土強度等級不應小于C20。

(5)當柱下鋼筋混凝土獨立基礎的邊長和墻下鋼筋混凝土條形基礎的寬度大于或等于2.5m時，底板受力鋼筋的長度可取邊長或?qū)挾鹊?.9倍，并宜交錯布置。

(6)鋼筋混凝土條形基礎底板在T形及十字形交接處，底板橫向受力鋼筋僅沿一個主要受力方向通長布置，另一個方向的橫向受力鋼筋可布置到主要受力方向底板寬度的1／4處。在拐角處底板橫向受力鋼筋應沿兩個方向布置。

(7)鋼筋混凝土柱和剪力墻縱向受力鋼筋在基礎內(nèi)的錨固長度la應根據(jù)鋼筋在基礎內(nèi)的最小保護層厚度按《混凝土規(guī)范》有關規(guī)定確定。

(8)現(xiàn)澆柱的基礎，其插筋數(shù)量、直徑以及鋼筋種類應與柱內(nèi)縱向受力鋼筋相同，插筋的錨固長度應滿足上述要求。當符合下列條件之一時，可將四角的插筋伸至底板鋼筋網(wǎng)上，其余插筋錨固在基礎頂面下la或laE處。擴展基礎（a）鋼筋混凝土條形基礎；（b）現(xiàn)澆獨立基礎；（c）預制杯形基礎擴展基礎底板受力鋼筋布置示意圖現(xiàn)澆柱的基礎中的插筋構(gòu)造示意圖

當上部結(jié)構(gòu)荷載較大、地基土的承載力較低時，采用無筋擴展基礎或擴展基礎往往不能滿足地基強度和變形的要求。為增加基礎剛度,防止由于過大的不均勻沉降引起的上部結(jié)構(gòu)的開裂和損壞，常采用柱下條形基礎。根據(jù)剛度的需要，柱下條形基礎可沿縱向設置，也可沿縱橫向設置而形成雙向條形基礎，稱為交梁基礎。如果柱網(wǎng)下的地基土較軟弱，土的壓縮性或柱荷載的分布沿兩個柱列方向都很不均勻，則可采用交梁基礎。該基礎形式多用于框架結(jié)構(gòu)。柱下條形基礎構(gòu)造要求：

①柱下條形基礎梁的高度宜為柱距的1／4～1／8。翼板厚度不應小于200mm。當翼板厚度大于250mm時，宜采用變厚度翼板，其坡度宜小于或等于1∶3。

②柱下條形基礎的兩端宜向外伸出，其長度宜為第一跨度的0.25倍；既可增大基礎底面積，又可使基底反力分布比較均勻、基礎內(nèi)力分布比較合理。

③現(xiàn)澆柱與條形基礎梁的交接處，其平面尺寸不應小于規(guī)范的規(guī)定。

④條形基礎梁頂部和底部的縱向受力鋼筋除滿足計算要求外，頂部鋼筋按計算配筋全部貫通，底部通長鋼筋不應少于底部受力鋼筋截面總面積的1／3。

⑤柱下條形基礎的混凝土強度等級不應低于C20

⑥基礎墊層和鋼筋保護層厚度、底板鋼筋的部分構(gòu)造要求可參考擴展基礎的規(guī)定。柱下條形基礎（a）柱下單向條形基礎；（b）交梁基礎當?shù)鼗貏e軟弱，上部荷載很大，用交梁基礎將導致基礎寬度較大而又相互接近時，或有地下室，可將基礎底板聯(lián)成一片而成為筏形基礎。筏形基礎可分為墻下筏形基礎和柱下筏形基礎。柱下筏形基礎常有平板式和梁板式兩種。平板式筏形基礎是在地基上做一塊鋼筋混凝土底板，柱子通過柱腳支承在底板上；梁板式筏形基礎分為下梁板式和上梁板式，下梁板式基礎底板上面平整，可作建筑物底層地面。高層建筑筏形基礎筏形基礎，特別是梁板式筏形基礎整體剛度較大，能很好地調(diào)整不均勻沉降，常用于高層建筑中。筏形基礎的混凝土強度等級不應低于C30。采用筏形基礎的地下室應沿四周布置鋼筋混凝土外墻，外墻厚度不應小于250mm，內(nèi)墻厚度不應小于200mm。筏形基礎的鋼筋間距不應小于150mm，宜為200～300mm，受力鋼筋直徑不宜小于12mm。梁板式筏基的底板與基礎梁的配筋除滿足計算要求外，縱橫方向的底部鋼筋還應有1／2～1／3貫通全跨，其配筋率不應小于0.15％，頂部鋼筋按計算配筋全部連通。當筏板的厚度大于2000mm時，宜在板厚中間部位設置直徑不小于12mm、間距不大于300mm的雙向鋼筋網(wǎng)。地下室底層柱、剪力墻與梁板式筏基的基礎梁連接的構(gòu)造應符合下列要求：

(1)柱、墻的邊緣至基礎邊緣的距離不應小于50mm

(2)當交叉基礎梁的寬度小于柱截面的邊長時，交叉基礎梁連接處應設置八字角，柱角與八字角之間的凈距不宜小于50mm；

(3)單向基礎梁與柱的連接，可按采用；

(4)基礎梁與剪力墻的連接，可按采用。筏形基礎（a）墻下筏形基礎；(b)平板式柱下筏形基礎；(c)下梁板式柱下筏形基礎；(d)上梁板式柱下筏形基礎

箱形基礎是由底板、頂板、鋼筋混凝土縱橫隔墻構(gòu)成的整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。箱形基礎具有較大的基礎底面、較深的埋置深度和中空的結(jié)構(gòu)形式，上部結(jié)構(gòu)的部分荷載可用開挖卸去的土的重量得以補償。與一般的實體基礎比較，它能顯著地提高地基的穩(wěn)定性，降低基礎沉降量。高層建筑箱形基礎箱形基礎的混凝土強度等級不應低于C30。箱形基礎外墻宜沿建筑物周邊布置，內(nèi)墻沿上部結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)或剪力墻位置縱橫均勻布置，墻體水平截面總面積不宜小于箱形基礎外墻外包尺寸的水平投影面積的1/10。無人防設計要求的箱基，基礎底板不應小于300mm，外墻厚度不應小于250mm，內(nèi)墻厚度不應小于200mm，頂板厚度不應小于200mm。墻體的門洞宜設在柱間居中部位。箱形基礎的頂板和底板縱橫方向支座鋼筋尚應有1/3～1/2的鋼筋連通，且連通鋼筋的配筋率分別不小于0.15%（縱向）、0.10%（橫向），跨中鋼筋按實際需要的配筋全部連通。箱形基礎的頂板、底板及墻體均應采用雙層雙向配筋。上部結(jié)構(gòu)底層柱縱向鋼筋伸入箱形基礎墻體的長度應符合下列要求：

(1)柱下三面或四面有箱形基礎的內(nèi)柱，除柱四角縱向鋼筋直通到基底外，其余鋼筋可伸入頂板底面以下40倍縱向鋼筋直徑處；

(2)外柱、與剪力墻相連的柱及其他內(nèi)柱的縱向鋼筋應直通到基底。箱形基礎當?shù)鼗辽喜繛檐浫跬粒液奢d很大，采用淺基礎已不能滿足地基強度和變形的要求，可利用地基下部比較堅硬的土層作為基礎的持力層設計成深基礎。樁基礎是最常見的深基礎，廣泛應用于各種工業(yè)與民用建筑中。

樁基礎是由樁和承臺兩部分組成。樁在平面上可以排成一排或幾排，所有樁的頂部由承臺聯(lián)成一個整體并傳遞荷載。樁基礎在承臺上再修筑上部結(jié)構(gòu)。樁基礎的作用是將承臺以上上部結(jié)構(gòu)傳來的外力通過承臺，由樁傳到較深的地基持力層中，承臺將各樁聯(lián)成一個整體共同承受荷載，并將荷載較均勻地傳給各個基樁。由于樁基礎的樁尖通常都進入到了比較堅硬的土層或巖層，因此，樁基礎具有較高的承載力和穩(wěn)定性，具有良好的抗震性能，是減少建筑物沉降與不均勻沉降的良好措施。（1）

按施工方式分類按施工方法的不同可分為預制樁和灌注樁兩大類。（2）按樁身材料分類①混凝土樁混凝土樁又可分為混凝土預制樁和混凝土灌注樁（簡稱灌注樁）兩類。樁的分類群樁基礎——由基樁和連接于樁頂?shù)某信_共同組成。單樁基礎——采用一根樁（通常為大直徑樁）以承受和傳遞上部結(jié)構(gòu)（通常為柱）荷載的獨立基礎。群樁基礎——由2根以上基樁組成的樁基礎。基樁——群樁基礎中的單樁。②鋼樁常見的是型鋼和鋼管兩類。鋼樁的優(yōu)點是抗壓抗彎強度高，施工方便；缺點是價格高，易腐蝕。③組合樁即采用兩種材料組合而成的樁。例如，鋼管樁內(nèi)填充混凝土，或上部為鋼管樁、下部為混凝土樁。（3）按樁的使用功能分類①豎向抗壓樁主要承受豎直向下荷載的樁。②水平受荷樁主要承受水平荷載的樁。③豎向抗拔樁主要承受拉拔荷載的樁。④復合受荷樁承受豎向和水平荷載均較大的樁。（4）

按樁的承載性狀分類①摩擦型樁

摩擦樁：在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載由樁側(cè)阻力承受。

端承摩擦樁：在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載主要由樁側(cè)阻力承受，部分樁頂荷載由樁端阻力承受。②端承型樁

端承樁：在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載由樁端阻力承受。

摩擦端承樁：在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載主要由樁端阻力承受，部分樁頂荷載由樁側(cè)阻力承受。（5）

按成樁方法分類根據(jù)成樁方法和成樁過程中的擠土效應將樁分為以下幾種：①擠土樁這類樁在設置過程中，樁周土被擠開，土體受到撓動，使土的工程性質(zhì)與天然狀態(tài)相比發(fā)生較大變化。這類樁主要包括擠土預制樁（打入或靜壓）、擠土灌注樁（如振動、錘擊沉管灌注樁，爆擴灌注樁）。②部分擠土樁這類樁在設置過程中由于擠土作用輕微，故樁周土的工程性質(zhì)變化不大。主要有打入截面厚度不大的I字型和H型鋼樁、沖擊成孔灌注樁和開口鋼管樁、預鉆孔打入式灌注樁等。③非擠土樁這類樁在設置過程中將相應于樁身體積的土挖出。這類樁主要是各種形式的鉆孔樁、挖孔樁等。（6）按承臺底面的相對位置分類樁基礎包括樁和將上部荷載傳給樁的樁頂承臺。①高承臺樁基群樁承臺底面設在地面或局部沖刷線之上的樁基稱為高承臺樁基。這種樁基多用于橋梁、港口工程等。②低承臺樁基承臺底面埋置于地面或局部沖刷線以下的樁基稱為低承臺樁基。這種樁基多用于房屋建筑工程。（7）按樁徑的大小分類

①小樁直徑小于或等于250mm。

②中等直徑樁直徑介于250mm至800mm。

③大直徑樁直徑大于或等于800mm。

(1)摩擦型樁的中心距不宜小于樁身直徑的3倍；擴底灌注樁的中心距不宜小于擴底直徑的1.5倍，當擴底直徑大于2m時，樁端凈距不宜小于1m。在確定樁距時還應考慮施工工藝中的擠土效應對相鄰樁的影響。

(2)擴底灌注樁的擴底直徑不宜大于樁身直徑的3倍。

(3)預制樁的混凝土強度等級不應低于C30；灌注樁不應低于C20；預應力樁不應低于C40。基樁的構(gòu)造規(guī)定

(4)打入式預制樁的最小配筋率不宜小于0.8%；靜壓預制樁的最小配筋率不宜小于0.6%；灌注樁的最小配筋率不宜小于0.2%～0.65%(小直徑取大值)。

(5)樁頂嵌入承臺的長度不宜小于50mm。樁頂主筋應伸入承臺內(nèi)，其錨固長度對HPB235級鋼筋不宜小于30倍主筋直徑。承臺有多種形式，如柱下獨立樁基承臺、箱形承臺、筏形承臺、柱下梁式承臺和墻下條形承臺等。

承臺的作用是將樁聯(lián)成一個整體，并把建筑物的荷載傳到樁上，因而承臺要有足夠的強度和剛度。以下主要介紹板式承臺的構(gòu)造要求。

(1)承臺的寬度不應小于500mm。承臺構(gòu)造

(2)承臺厚度不應小于300mm。

(3)承臺的配筋，對于矩形承臺其鋼筋應按雙向均勻通長配筋，鋼筋直徑不宜小于10mm，間距不宜大于200mm；對于三樁承臺，鋼筋