13-柱下独立基础

独立基础

摘要：

本文总结了8*8m、6*6m框架结构每层传给柱子的轴力标准值，独立基础宽度b、高度h的确定方法和经验值，独基底板的荷载，弯矩计算方法及经验，配筋的方法和经验配筋。总结了拉梁的截面尺寸确定方法，配筋和经验配筋值，pkpm设计独立基础过程，拉梁设计时的一些难点及建模。

本文章总结于：刘铮“建筑结构设计快速入门”、朱炳寅“建筑结构设计问答与分析”、“建筑地基基础设计方法及实例分析”、郁彦“高层建筑结构概念设计”、杨星“pkpm结构软件从入门到精通”、钢结构论坛、文献以及网上别人经验总结。共7页。

2011-11-20---12-28

1.适用条件：

家2.荷载： 论地质条件比较好的多层框架结构。 一般框架结构独基之间均设拉梁，要是框架结构设混凝土外墙地下室，柱子轴力按45度角扩散到剪力墙上（只针对墙长小于2倍墙高的情况），此处做墙下条形基础，覆土侧压力产生的墙底弯矩要考虑。

例：8m8m 的框架结构，地上按按每平方米15kN/m估算，跨中柱每层轴力标准值算（包括覆土重等），则8*8m跨中柱每层轴力F=2588=1600KN；6m*6m跨度每层柱轴力F=900KN. 以上均保守估计了，其它地方的柱子每层分到的轴力没这么大。

框架结构上部每层传给柱子的轴力标准值为：600~960KN，地下部分每层传给柱子的轴力设计值为：900~1600KN。

3.截面

3.1.宽度：用基础全反力标准值，方法有2，且构造上要600mm。

3.1.1.方法1：

satwe---底层柱，墙最大内力组合简图荷载组合里（D+L）除以1.26=标准值再大致的估计一下独基宽度，算出覆土的重量，假设埋深1.5m，独基2m*2m： 20*2*2*1.5=120KN求出修正后的承载力A=总轴力标准值/f

a大F=1588=960KN，假设为66m的框架则F=540KN；地下部位每平方按25kN/m2计坛2地基承载力：一般房子层数不多，基础浅埋在人工土上，地基承载力fak=80kap的样子，

所以不用进行深度修正；规范中当宽度大于3m，深度大于0.5米就要修正，但一般只先进行深度修正；粉土，砂，石土 深度修正系数一般为1.5—4.4，粉土大概2.0的样子。基宽，大于6M按6M考虑，小于3M按3M考虑；工程中持力层比较好的土，经过修正后，一般在180---250kpa之间。

3.1.2.方法2：

用手算：A=（15*面积*层数+25*面积*层数+覆土重）/fa

假设一个5层框架，8m*8m，一层地下室，埋深1.5m经深度修正后fa=200kpa；轴力大概为800*5+1200=5200KN.;A=5200/200=26m2b=5.2m。

3.1.3.经验：

柱子轴压比按0.8估算，C30，三级钢，埋深1.5m，8*8m的柱距，转换系数1.26.每层轴压力950KN(标准值)

Fl0.7hpftamho;FlpjA1; am(atab)/2

为C30,假设地基净反力为：150kpa则0.7hpftamho=amho的范围：

2563KN~2338KN，FlpjA1，净反力按150kpa算，则面积A1=3.75~15.6m，假设独基

600mm高，柱子500*500mm，3*3m的独立基础抗冲切都没问题。

3.2.3.经验：

柱子轴压比按0.8估算，C30，三级钢，埋深1.5m，8*8m的柱距，转换系数1.26.每层轴压力950KN(标准值)，一层时，独基高度450mm；二层时，独基高度600mm；三层时，独基高度750mm；四层时，独基高度850mm；

4.配筋：

经验：柱子轴压比按0.8估算，C30，三级钢，埋深1.5m，8*8m的柱距，转换系数1.26.每层轴压力950KN(标准值)： 大一般的独立基础高度：450mm~850mm，宽度2m~5m， 柱子500*500mm，混凝土若家 3.2.高度：一般都是由抗冲切控制，45度角以内，不存在冲切问题。 3.2.1.构造： 边缘高度200mm，每一阶高度一般为300~500mm。 3.2.2.抗冲切： 论

注：

受力筋12或14.@100或150. 构造上不得小于10@200，当然要满足计算，不一定要满足板的最小配筋率0.15%。长度，可取边长或宽度的0.9倍，并交错布置。

5.埋深：

独立基础最小埋深500mm，应考虑管线管沟等设备需求。

6.Pkpm设计独立基础操作：

（平移对位 与 旋转对 JCCAD基础人机交互输入选择基础模型数据地质资料

位可调整地质资料网格的位置，旋转对位角度不累加）

参数输入地基承载力计算参数，本例工程选取，国家标准 GB50007-2002—综合法（地基承载力特征值 fak，应据地质报告填入地基承载力宽度修正系数，初始值为 0，应据《地规》第 5.2.4 条确定地基承载力深度修正系数，初始值为 1，应据《地规》第 5.2.4 条确定基底以下土的重度（或浮重度）γ，初始值为 20，应据地质报告填入基底以上土的加权平均重度γ，初始值为 20承载力修正用基础埋置深度，应据《地规》第 5.2.4条确定，一般从室外，比如带地下室的箱或伐基，独立基础与条形基础，从室内算起自动计算覆土重：应勾选。

基础设计参数（室外自然地坪标高：初始值为-0.3，应由建筑提供基础归并系数：初始值为 0.2混凝土强度等级：和上部结构统一或降底一个等级拉梁承担弯矩比例：初始值为 0，一般取 0.1结构重要性系数：初始值为 1，和上部结构统一一层上部结构荷载作用点标高：初始值为-0.9，指上部结构底部标高柱插筋连接方式：初始选择为闪光对接焊接，可选用。

绘图参数,一般可不改网格节点，用于修改读出的基础平面网格节点

荷载输入（荷载参数，可不改，用于输入基础荷载组合系数，应和上部结构统一无基础柱，用光标点取构造柱，用于构造柱的无基础处理读取荷载，选择荷载类型，柱下独立基础程序推荐选用〈satwe荷载）。

荷载编辑，用于人工干预读取的基础荷载当前组合，选择荷载组合类型，用于读取荷载组合选择目标荷载（最大，最小轴力，最大偏心矩，最大弯矩），用于查询范规定的荷载效应中的标准组合、基本组合和准永久组合。

上部构件（：框架柱筋、圈梁；框架柱筋：每边4根16，箍筋用矩形箍，3级，10@200；填充墙。

柱下独基自动生成（屏幕提示〈选择生成节点〉，按 Tab，对话框，窗口布置布置基础地基承载力计算参数碰撞检查计算结果双柱基础局部承压。

（计算参数参数含义如下： 柱下独基沉降计算点击〈独基沉降计算〉大家论坛

7.1.设置作用和条件：

当跨度小于8m是，设置拉梁可以起到平衡柱底基底弯矩，于是单独柱基可以按轴心受压计算；拉梁将各个单独柱基拉结成一个整体，增强其抗震性能，也同时避免各个柱基单独沉降，减小柱子计算高度，减小首层层间位移角，这是主要作用；也可以承托首层柱间填充墙作用，这是次要作用。当跨度大于8m时，设置拉梁就没有必要，如果拉梁本身刚度不是很强，就比如用一根铁丝拉结两个单独柱基一起沉降，很难。要申明一点：--------不管是设置在基础顶，还是-0.05m处，都能平衡掉大部分柱底弯矩；要想调节不均匀沉降，只能设置在基础顶，最好是和基础连在一起，设置在-0.05m处对调节基础不均匀沉降没作用，且不管设还是不设，结构分析中都要满足不均匀沉降的。

《抗震规范》6.1.11条规定，框架单独柱基有下列情况之一时宜沿两个主轴方向设置基础系梁：

⑴ 一级框架和Ⅳ类场地的二级框架；

⑵ 各柱基承受的重力荷载代表值差别较大；

⑶ 基础埋置较深，或各基础埋置深度差别较大；

⑷ 地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、液化土层和严重不均匀土层； ⑸ 桩基承台之间。

7.2.设置位置：

1.设在在基础顶：埋深不深，不存在层间位移角不满足的情况，可能有不均匀沉降时。大家7.拉梁： 论计算模型：JCCAD提供四种计算方法，分别为：1、弹性地基梁板模型（WINKLER 模型）；2、倒楼盖模型（桩及土反力按刚性板假设求出）；3、单向压缩分层总和法—弹性解：Mindlin 应力公式（明德林应力公式）；4、单向压缩分层总和法—弹性解修正*0.5ln(D/Sa)。对于上部结构刚度较小的结构，可采用 1、3 和4 模型，反之，可采用第 2 种模型。初始选择为第一种也可根据实际要求和规范选择不同的计算模型。 基础形式及沉降计算规范：JCCAD提供四种计算方法，分别为：1、天然地基、常规桩基（外荷载完全由桩基承担）；2、复合地基（地基处理规范 JGJ79-2002）；3、复合桩基（桩基规范 JGJ94-94）；4、沉降控制复合桩基（上海地基规范-1999）。可选用不同基础形式，选择不同的计算规范。 上部结构影响：JCCAD提供四个选择，分别为 1、不考虑；2、上下部共同作用（取 TAT 刚度 TATFDK.TAT）；3、上下部结构共同作用（取 SATWE 刚度 SATWE.SAT） 上下部结构共同作用（取 PMSAP 刚度 SAPDK.SAT）。 有梁无板时按梁单元计算：宜选择。） 直接计算荷载图沉降图 这2项一般都不改标注尺寸基础平面施工图绘图参数与基础平面绘图内容，覆盖原图插入详图。 JCCAD还提了若干常用构件详图备用轻隔墙基地沟（地沟分明和暗两种，一般地沟较多是排水用的，暗沟：大部分用在车库居多。明沟：像生活给水房间或者重要房间，地沟盖板要用不锈钢的）。 坛

240mm的砖墙，则线荷载q=（19*0.24+17*0.02*2）*3=5.24*3=15.7 KN/m, 由于地震的反复性，拉梁的抵抗弯矩会变号，令上下铁弯矩均相同,假设跨度8m：M=1/16q l=62.8KN.加上柱底本身就有弯矩，设337.2KN.M.，则总M=400 KN.M。

7.6.配筋：

8m的跨度，梁截面尺寸300*550。 2

ho=550-35=515mm；As=M/0.875.fy.ho=2502.6mm2 ；配6根25=2940mm2，三级钢.（这是拉梁设在基础顶，平衡掉很大的柱底弯矩时，才配这么大钢筋）

7.6.1.经验：拉梁主筋在不考虑承托竖向荷载时，配筋率一般在1%---1.6%；8m的宽度，300*550的拉梁，上下铁一般是4~6根22或者25；配箍一般是8或10@100~200.有时候梯柱放在拉梁上，箍筋都可能配到12；要在拉梁下面放2根10的定位箍；如果拉梁下皮没有和柱基上皮平齐，会形成一个小短柱，要箍筋加密。

7.6.2.假设6m的跨度，拉梁为250*400，若配筋率为1%~1.6%，则钢筋As=925~1480mm2，M=110~172KN.M;3根20=942mm2，3根25=1473mm2。

一般上下均应2根14.

7.6.3箍筋：

地下1~4m处拉梁，要考虑抗震，并且拉梁相对于柱子来讲，刚度不是很大，会在梁端形成塑性角，并且从静力角度将，梁端剪力大，所以箍筋分加密和非加密区。 一般高层的大地梁，不用考虑抗震，但是从静力角度将，由于梁端部剪力大，有时候箍大家论同时也可以避免形成短柱。 2.设置在-0.05m处：埋深大，首层柱子弹性层间位移角不满足时。 7.3Pkpm程序操作： 1.设在在基础顶时：模时可以不输入，用手算，柱下按轴心受压设计独立基础。 2.设在-0.05m处时：当做一层输入，拉梁在pmcad里按主梁输入，上面填充墙的线荷载如实填写，包括梯柱的集中力，而不用JCCAD拉梁布置附加荷载加线荷载，因为这样荷载会丢失，只能加节点荷载（方向按提示，加水平力，竖向力，弯矩等） 楼板全房间开洞，整体计算时，定义为弹性膜（平面外刚度为0，真实计算平面内刚度），并采用总纲进行分析。 把拉梁层当一层时，应算2次，抗规：一、二、三级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15（底层指无地下室的基础以上或地下室以上的首层）；具体操作，第一次把嵌固端放在基础顶面，第二次把拉梁层设为地下室，地下室层数填为1，回填土对地下室的约束刚度可填为1，框架柱配筋取两次结果的较大值；当地下室层数填为1时，由于要满足规范，拉梁的配筋肯定偏大，梁计算结果应该取不设地下室时satwe的结果。 7.4.截面尺寸： H=L(1/15~1/20)，一般取1/15，宽度b：高度的1/2左右；假设8m的跨度，300*550。 7.5.荷载： 坛

筋会配到12@100；间距100是从抗剪角度，不是从抗震角度。

8.设计时应注意的要点：

1.抗震概念：一般来讲，梁设置在1.5~4m处，地震都影响的到，所以一般框架拉梁要考虑抗震；假设到了地下6m或者更深处，地震基本影响不到了；并且一般基础地梁（箱伐基础中的柱间大地梁）都在地下2层或者以上，所以不考虑抗震。并且由于地梁截面大，梁高甚至达到了1000mm~1200mm，根本不会在梁端形成塑性角，只会在柱子底部形成塑性角。

2.首层楼面以下基础顶面以上的框架柱，宜取拉梁层以上和以下框架柱纵向受力钢筋的较大值通长配筋；抗震设计时，拉梁层以下框架柱的箍筋宜全高加密；拉梁层以上一层柱子的配筋按两次的最大值配筋。

《抗震规范》第6.2.3条规定如下：一、二、三级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。底层柱纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置。（相应第6.2.3条文说明：框架结构的底层柱底过早出现塑性屈服，将影响整个结构的变形能力。底层柱下端乘以弯矩增大系数是为了避免框架结构柱脚过早屈服。对框架-抗震墙结构的框架，其主要抗侧力构件为抗震墙，对其框架部分的底层柱底，可不作要求；

3.跨距为6m时，梁高一般取500；b.跨距为7.5m时，梁高一般取600或650；梁配筋大小应根据其荷载计算确定，一般可取6Ф16，Ф8@100/200。

一般工程无特殊要求时，基础梁顶标高取-0.050（与基础短柱顶平）。基础梁地构造在图纸中注明：先素土夯实，再铺炉渣300厚，梁底留100高空隙基础梁一般采用C20或C25等级的混凝土浇筑。

4.框架结构层间位移角不满足要求时，采取的方法：

1：加大框架结构梁，柱截面尺寸，提高混凝土的强度等级。

2：可以采用短柱基础，使框架柱嵌固在基础短柱顶面，从而减小框架结构首层层高。（此短柱基础可以理解为《地基基础设计规范》第8.2.6条预制高杯口短柱基础的现浇版。

3：框架结构±0.000地面以下靠近地面处，设置拉梁层，将框架结构首层分为两层。 一般采用第二，第三种方法，并且首先推荐第二种方法；第一种措施往往因建筑使用功能的要求等，受到限制，不能任意加大梁，柱截面尺寸，从而增加刚度，而仅仅提高混凝土的强度等级对改善结构整体侧向刚度来说又不是很明显。

5.水平荷载在规则的低矮建筑中不起控制作用，对于不规则和高层建筑，水平荷载对配筋结果往往能发挥很大的影响。独立基础pkpm面积过大，可能与归并系数过大有关，计算配筋过大，可能是轴力小，弯矩大，大偏压。

6.独立基础设计要点：

1. 上海市工程建设规范《地基基础设计规范》DGJ08－11－1999 5.4.1、基底平面宜取方形或矩形，矩形基础的长度与宽度之比宜小于等于3。

《建筑地基基础设计规范》GB50007－2002 8.2.2、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；阶梯基础的每阶高度，宜为300－500mm；锥形基础的边缘高度还应大于等于h/4，h为基础的高度。上海市工程建设规范《地基基础设计规范》DGJ08－11－1999 5.4.2、阶梯形基础每阶高度宜为300－500mm；锥形基础边缘的高度不宜小于200mm。 大家论坛

2. 扩展基础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。„„由于扩展基础底板的厚度一般都由受冲切或受剪切承载力控制，并非按受弯承载能力确定，因此底板相对较厚，如果套用受弯构件的受拉钢筋最小配筋率将导致底板用钢量不必要的增加。《混凝土结构设计规范》9.5.2、对于卧置于地基上的混凝土板，板中受拉钢筋配筋率可适当降低，但不宜低于0.15％。

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