混凝土条形基础

混凝土条形基础（精选7篇）

混凝土条形基础 第1篇

1 计算简图和控制截面内力

1.1 计算简图

钢筋混凝土条形基础属于混凝土的受弯构件,其受力特点同嵌固于墙或基础梁的单向倒置悬臂梁,地基净反力就是作用在梁上的荷载,分析中可取单位长度的基础为研究对象,计算简图如图1所示。这里,L、H分别为基础的悬挑长度和根部高度(单位:mm),以地基反力为均匀分布的情况为例来分析,用ps表示净反力的设计值(单位:kN/m2)。安全的基础设计不仅要满足地基承载力和变形要求,而且还要使基础满足抗弯和抗剪承载力要求,同时基础也要具有足够的刚度。

1.2 控制截面内力

利用结构力学,可得距离自由端x处由地基净反力产生的截面剪力和弯矩分别为:

而最大截面内力则出现在基础根部,即:

由于截面高度是变化的,而设计时就需确定控制截面的位置,而控制截面即是截面抗力与截面内力的比值为最小者处。以剪切承载力为例,截面抗力可由砼规范之6.3.3条规定确定,即:

式(5)中,βh、ft分别为截面高度修正系数和混凝土抗拉强度设计值,当基础截面的有效高度不超过800mm时,βh=1。

截面剪切抗力与作用效应之比则为:

对式(6)右边对x求导,得:

故是关于x的单调递减函数,其最小值即在x=L。因此,此基础的剪切控制截面在基础的根部。

同理,也可得出变截面基础的弯曲控制截面也出现在x=L处,即在弯矩最大的截面处。

2 基础高度确定

砼规范关于构件设计是基于极限状态设计原理,需满足承载能力极限状态和正常使用极限状态(主要是刚度)要求。

2.1 承载力要求

对条形基础而言,承载能力分斜截面和正截面两种境况。

2.1.1 斜截面承载力。由砼规范的斜截面承载力设计要求可得:

式(7)即可转换为:

这里,不考虑基础高度修正。

2.1.2 正截面承载力。由砼规范的正截面承载力设计要求可得:

式(9)中,α1、fc分别为混凝土强度修正系数和混凝土抗压强度设计值,当混凝土强度等级不超过C50时,α1=1。一般有αs≤0.1。

式(9)即可转换为:

同样,不考虑混凝土强度等级的修正,即混凝土强度等级不超过C50。

同时,基础的配筋需满足最小配筋率的要求,而基础规范要求的最小配筋率为0.15%,相应的高度即为截面最大高度。

利用砼规范的正截面承载力计算公式的截面平衡条件,可得相对受压区高度如式(11)所示。

对常用的C20~C40混凝土和HPB300、HRB335和HRB400级钢筋,1-0.5ξ>0.97≈1。因此,最大弯矩作用下截面最小配筋率时对应的高度即为:

2.2 刚度要求

基础的刚度通常通过基础的宽高比来保证,在基础规范中仅有关于轴心或偏心荷载作用下柱下矩形独立基础的规定,即不大于2.5,而墙下条形基础则无明确规定。但是,在2002版的建筑地基基础设计规范[3]中,墙下条形基础和柱下独立基础的弯矩计算采用了相同公式,而该式前提是宽高比不大于2.5。此要求可理解为保证基底应力线性分布而设置。

工程上在设计此类基础时,通常按上述要求来初选基础的根部高度。已有研究[4]建议,在基底应力较小时,基础高度可适当放宽,而在基底应力较大时则需加大。但是,本文并未给出具体值和定量分析。

要保证基底反力线性分布,基础就必须具有足够大的刚度,即基础的变形要小,达到所谓的刚性假定,可通过控制基础的挠跨比来达到此目的。关于基础的最大挠度计算,则可采用砼规范的结构分析方法,截面刚度采用弹性刚度,即弹性模量取混凝土的弹性模量,截面模量按实际截面尺寸计算,不考虑内部钢筋的影响。

对图1所示的悬臂梁,考虑弯曲和剪切变形的最大挠度可利用结构力学公式计算[5],即:

式(13)中,,分别为单位集中力作用在自由端时截面弯矩和剪力,1.2是考虑了截面上剪应力的不均匀系数。进一步计算和分析可得具体表达式为:

式(14)中,ξ为变截面时的挠度修正系数,一般在1.1~2.0,可近似按式(15)计算:

由于条形基础属于悬臂构件,跨度取2倍的悬挑长度,当给定容许的挠跨比后,即可求得允许宽高比的具体值,涉及到的超越方程可利用数值分析中的牛顿公式求解,当取其一次近似解即可获得满意的精度,初始宽高比可取2,具体求解公式如(16):

关于基础的容许挠跨比[f/2L],建议可按1/8 000取值,此限值大致相当于普通混凝土构件挠跨比的1/10,考虑了变形计算时的荷载为准永久组合,而且还考虑了荷载长期效应的影响。因此,按式(16)计算时,可直接采用基本组合时的基底净反力。因此,满足刚度要求的基础高度则为:

在确定了基础根部高度后,可根据基础规范的要求来构造其他尺寸,即基础的端部高度不宜小于200mm,阶梯形基础的每阶高度宜为300~500mm,而锥形基础的坡度不宜大于1∶3。

3 基础配筋计算

对条形基础这样的单筋矩形截面受弯构件,且抗剪承载力较为富裕,内力臂系数可偏于安全地取为0.95,再结合式(4),得到基础底板需配钢筋的面积计算式如(18):

式(18)结果较现行基础规范结果更为经济。

4 设计实例

下面通过一个钢筋混凝土条形基础底板设计来进一步说明上述理论分析结果。已知条件:L=1 000mm,ps=340k Pa,混凝土采用C30级(ft=1.43N/mm2,fc=14.3N/mm2),钢筋采用HRB400级(fy=360N/mm2),基础下设有100mm厚C15混凝土垫层(as=50mm)。

主要计算过程如下:

由式(8)和(10),得H≥max(390,395)mm,而取h1=200mm,按式(15)和(16)迭代得H≥492mm,按式(12),H≤611mm,因此,取H=500mm,按构造要求,则坡度(H-h1)/L=0.3≤1/3。

式(18)中,As=1 105mm2>0.15%×1 000×450=675mm2,而分布钢筋可取15%As=187mm2。若按基础规范公式,则需As=1 166mm2,约节约5.5%。而按单筋矩形截面计算,则需As=1 082mm2,误差为2%,且仍偏于安全。

混凝土条形基础 第2篇

关键词：墙下条形基础,柱下条形基础,受力,配筋

0 引言

在房价越来越高、土地稀缺、环境保护加大力度的现在，条形基础的运用越来越多。条形基础对加强基础刚度、减少地基变形、调节不均匀沉降方面效果显著。尤其适用于柱下承载力较大、地基承载力较低而柱下独立基础无法满足设计要求和受相邻建筑地下基础、管道、设备的限制无法扩展这两种情况。墙下条形基础的作用是把墙或柱的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力和变形的要求。在弹性力学的模型中，柱下条形基础被视为是一根作用有多个集中荷载、力矩并设置在地基上的深梁。而墙下条形基础的受力情况如同一受Pn作用倒置的悬臂梁。本文通过对工程实际中两种条形基础的计算，为以后设计工作中基础选用更好的理解和运用。

1 工程描述

拟建三层商铺，场地位于8度区，框架抗震等级为2级，设计基本加速度为0.2g。基本风压0.4 k N/m2，地下水位于地下4.9 m处。岩土勘察报告显示场地中土质不均匀，有杂填土和粉土。故决定处理后采用柱下条形基础，以第二层粉土为持力层，后由于甲方要求，加一层地下室，地下一层需设防水墙。防水墙兼起挡土墙作用，为钢筋混凝土结构。原基础设计由柱下条形基础转换为墙下条形基础。商铺剖面图见图1。本文通过手算和PKPM计算来分析两种基础受力及配筋的不同。

基础埋深2.55 m，地基承载力设计值180 k N/m2，取其中一榀框架?轴进行计算，?轴平面图见图2。

2 柱下条基计算

柱下条形基础受力图见图3。

用倒梁法计算简化为:

地基反力:

弯矩设计值:

基础尺寸:基底宽1.5 m，地基梁宽500 mm，翼板外边缘厚度250 mm。基础采用C30混凝土，HRB335钢筋。基底净反力设计值Pn=q/b=265/1.5=176.7 k Pa。

Pn小于地基承载力180，故基础截面可行。

1)斜截面抗剪强度验算。

ho=V/0.7βft=176.7/0.7×1.0×1.43=176.5 mm<250 mm，翼板厚度满足抗剪强度。

2)翼板受力筋计算。

配12@200(实际565 mm2)。

3)地基梁部分计算。

梁高取600 mm，宽500 mm。主筋采用HRB400钢筋。C30混凝土。

最大配筋面积AS=MB/0.9hofy=590×106/0.9×360×600=3 034 mm2。

配7Φ25(实际3 436 mm2)，计算简图见图4。

3 墙下条基计算

由于基础的条形基础上部为承重的钢筋混凝土墙，故条形基础上部承受墙传来的均布线荷载F。它的受力情况如同一受Pn作用的倒置悬臂梁。墙下条形基础受力图见图5。

Pn是指由上部结构设计荷载F在基底产生的净反力。若取墙长度方向l=1.0 m的基础分析，则Pn=F/lb,F=(FA+FB+FC+FB'+FA')/l=265,Pn=176.7 k Pa。

基础尺寸:基底宽1.5 m，地基梁宽500 mm，翼板外边缘厚度250 mm，基础采用C30混凝土，HRB335钢筋。

1)斜截面抗剪强度验算。

其中，b为基础宽度。

V/0.7βft=132.5/0.7×1.0×1.43=132 mm<250 mm，翼板高度满足抗剪要求。

2)翼板受力筋计算。

配12@150(实际754 mm2)。

3)地基梁部分计算。

梁高取600 mm，宽500 mm。主筋采用HRB400钢筋。C30混凝土。

由于基础上部为钢筋混凝土墙，按倒梁法考虑，基础可认为只受压力作用。

由N≤0.9(fcA+fy'AS')。

配2Φ20(实际628 mm2)，计算简图见图6。

4 计算结果分析

上述结果皆按照混凝土设计规范公式进行手算，地基梁计算方法都是按照倒梁法进行计算。但是两种基础配筋差异较大。

柱下条形基础:翼板配筋为12@200，而梁配筋最大处为7Φ25。

墙下条形基础:翼板配筋为12@150，而梁配筋最大处为2Φ18。

墙下条形基础翼板配筋较大，地基梁配筋很小。而柱下条形基础翼板配筋较小，地基梁配筋很大，基本相当于构造配筋。两者虽然都是条形基础，但是受力情况有很大的不同，需要区别注意。

5 结语

设计中为了防水要求，将砌块填充墙改为钢筋混凝土防水墙，基础的类型和配筋发生了改变，在这种情况下要多进行分析，才能在既保证工程安全和质量之下，有效的节约成本。

参考文献

[1]某柱下钢筋混凝土条形基础计算方法的对比分析[Z].2011.

浅析条形基础复合地基的沉降计算 第3篇

相对于筏板基础而言, 条形基础采用复合地基进行地基处理后, 其沉降计算要考虑相邻条形基础间的相互影响, 计算过程更加繁琐, 沉降计算结果具有更大的不确定性。以实际工程为例, 依据现有工程设计规范, 就条形基础复合地基沉降的计算方法进行了分析和探讨。

1工程案例

某工程为地下1层, 地上8层建筑, 框剪结构, 条形基础, 设计要求复合地基承载力特征值, 复合地基设计参数如表1所示。

注: * 为经验值。

基础落在第3层黄土状粉土层上, 天然地基承载力特征值fak= 120 k Pa, 经深宽修正后, 天然地基承载力仍不满足要求。地基的湿陷等级为I级 ( 轻微) , 可按一般地区的规定设计。综合考虑, 本工程采用夯实水泥土桩进行地基处理。夯实水泥土桩设计桩长4. 70 m, 施工桩长5. 00 m, 保护桩长0. 30 m, 桩径350 mm, 桩端进入4层粉土。桩体材料为水泥和土的混合料, 水泥与土的体积比为1 ∶ 6。水泥采用P. S. a32. 5级矿渣硅酸盐水泥。夯实水泥土桩单桩竖向承载力特征值取84 k N, 置换率取12. 57% , 计算复合地基承载力特征值fspk= 204. 23 k Pa, 满足设计要求。

2沉降计算分析

2. 1复合地基沉降计算方法

目前通常的做法是将复合地基沉降量分为两部分: 复合地基加固区变形量和加固区下卧层变形量, 按照《建筑地基处理技术规范》 ( JGJ79 - 2012) [1], 《建筑地基基础设计规范》 ( GB50007 - 2011) [2], 变形计算采用应力面积法。该计算方法简单, 在现阶段复合地基沉降计算中应用普遍, 沉降计算过程如下:

S—地基最终变形量 ( mm) ;

ΨS—沉降计算经验系数;

p0—对应于荷载效应准永久组合式的基础底面处的附加压力;

Esi—基础地面下第i层土的压缩模量;

zi、zi - 1—基础底面至第i、i - 1层土底面的距离;

—基础底面到第i层和第i - 1层土底面范围内的平均附加应力系数;

加固区下卧层压缩模量选取对应附加压力段的土层压缩模量, 复合土层的压缩模量可按下式计算:

以基础外轮廓线的左下角作为坐标原点建立坐标系, 将条形基础按纵、横向划分成若干个矩形基础, 按照应力叠加原理, 采用角点法进行计算。

2. 2条形基础复合地基沉降计算

在不考虑相邻基础影响的情况下, 选取较宽的条形基础进行沉降计算, 本次计算选用1点所在横向基础; 仅考虑横向基础影响时, 选取4个横向基础进行沉降计算; 当横向和纵向的基础影响均考虑时, 选取所有的横向和纵向基础进行计算, 此时应做好基础划分, 避免因横向和纵向基础交叉部位荷载的重复叠加导致沉降计算结果偏大情况的出现。

此外, 选取整个基础外轮廓所包围的基础范围, 按照筏板基础进行了沉降计算, 以期更好的分析基础间相互影响的大小。沉降计算时, 尽可能选取相邻位置勘察钻孔的土层资料, 计算了基础偏中间位置的4个点位和基础偏外侧的2个点的沉降, 沉降计算结果如表2所示。

3沉降计算结果分析

通过对上述计算结果进行分析, 可以得出以下几点:

( 1) 基础间的相互影响对于偏中间点位置的影响明显大于偏外侧的沉降计算点;

( 2) 条形基础复合地基沉降计算的重点是怎么划分条形基础, 避免荷载的重复叠加;

( 3) 条形基础复合地基沉降计算时, 应避免过度简化。即便如本工程这种条形基础面积占基础外轮廓所围成的面积达到72. 13% 的情况下, 简化成筏板基础进行沉降计算仍存在较大偏差, 除初步核算沉降量外, 沉降计算仍应按照基础实际形状, 合理划分沉降计算单元后再进行计算, 以免因沉降计算超出设计允许值而增加置换率或增加桩长, 造成复合地基设计过于保守, 增加工程成本, 产生浪费。

4结语

在目前地基基础设计对沉降要求越来越重视的情况下, 在进行条形基础下的地基沉降计算时, 应尽可能做好基础的划分, 使其更接近真实的基础形状, 避免因沉降计算的过度简化。同时, 鉴于目前地基变形计算理论仍有很大发展空间, 沉降计算理论值和实际沉降监测结果之间还有较大差距, 作为工程技术人员, 需要更好的将理论与实践相结合, 总结地区的设计经验, 更好地为工程建设服务。

摘要：条形基础下的复合地基沉降计算通常存在过度简化的问题, 本文通过一个工程案例, 计算了几种简化情况下的复合地基沉降量, 并对沉降计算结果进行了一定程度的分析和总结。

关键词：复合地基,沉降计算,条形基础

参考文献

[1]JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范[M].北京:中国建筑工出版社, 2012.

条形基础施工工艺中的关键问题分析 第4篇

1 工程概况

某建筑的总面积为30070.4m2, 地下室面积为7142.1m2, 建筑基础的埋深为-3.6m, 根据施工的实际情况, 施工单位决定该工程的基础为条形基础。为加快基础的施工进度, 施工单位在施工过程中采用机械开挖进行基础施工, 该基础施工设置有变形缝, 因此, 基础施工阶段可以分段施工。

2 土方开挖

根据施工的实际情况, 本工程采用两台反铲挖掘机同时从两端进行机械开挖, 当开挖到距离基础垫层标高100mm时, 采用人工开挖的方式开挖到设计标高处。在进行土方开挖前, 施工人员首先要将施工现场的杂物、垃圾清理干净, 并对施工所需的机械设备进行检查, 从而确保土方开挖的顺利进行。

3 基础垫层施工

3.1 配制砂浆

在进行基础垫层浇筑施工前, 施工人员首先要对土方进行修整, 然后使用竹签标识基槽标高。基础垫层施工的顺序为配制砂浆、确定砌筑方案、砌筑, 在配制砂浆时, 施工人员首先要根据事先确定的配合比进行砂浆配制, 在投料时, 要按照砂水泥水的顺序投料, 在砂浆搅拌过程中, 施工人员要控制好搅拌的时间, 砂浆配制完成后, 要在3h内用完。

3.2 砌筑方案的确定

在确定砌筑方案时, 施工单位要保证基础大放脚的撂底尺寸满足设计要求, 二层一退的第一层基础为条砖, 第二层为丁砖;基础大放脚的转角处要放七分头。确定的砌筑方案要满足满条、满丁的要求, 上下层要有错缝, 在砌筑筑过程中要采用铺浆法进行砌筑, 不能采用水冲砂浆的方法灌缝。

3.3 砌筑

在进行基础砌筑操作前, 施工人员要将条基表面清理干净, 并洒水湿润。在砌筑过程中, 首先要盘墙角, 每次盘墙角的高度不能超过5成砖高, 砌筑过程中, 如果基础的标高不相同, 要从最低处开始砌筑;在进行基础砌筑时, 要根据设计要求预留出各种埋件、拉墙筋的位置, 如果没有预留出埋件、拉墙筋的位置, 在后期施工中, 需要对基础进行开凿, 就很有可能对基础的质量造成影响。

4 钢筋制作与绑扎

在进行钢筋制作和安装前, 施工人员首先要认真分析施工图纸, 了解构造柱、节点、圈梁的钢筋构造和做法, 并根据实际情况确定合理的钢筋安装次序。在制作钢筋时, 施工人员要对钢筋的出厂质量证明书、钢筋的规格、型号等进行严格的检查, 确保钢筋的质量符合设计要求;加工钢筋时, 施工人员不能对钢筋进行乱锯乱放, 要严格的按照施工图纸的尺寸制作钢筋;在进行钢筋绑扎时, 施工人员首先要将模板中的杂物、砌墙的砂浆灰等清理干净, 并在模板上做好水平标高线;在绑扎构造柱钢筋时, 要将箍筋的接头交错分布在钢筋上, 施工人员要将纵向钢筋和箍筋转角的交叉点绑扎牢固;在绑扎圈梁钢筋时, 要将受力钢筋的接头交叉开, 并在两端和中心位置用铁丝绑扎牢固, 当钢筋绑扎结束后, 施工人员要将钢筋清理干净, 确保钢筋的整洁。

5 混凝土施工

5.1 混凝土施工

在进行混凝土施工时, 首先将混凝土条形基础上的杂物清理干净, 并做好排水工作, 在正式进行混凝土前, 要洒水保持模板的湿润。在配制混凝土时, 施工人员要严格的按照确定的配合比进行混凝土配制, 在搅拌混凝土过程中, 施工人员要控制好搅拌的时间和温度, 要保证混凝土搅拌均匀。混凝土搅拌结束后, 施工人员要及时将混凝土装入运输车辆中, 输送到施工现场进行混凝土浇筑, 在浇筑混凝土过程中, 要控制好浇筑质量, 严禁出现混凝土离析现象;混凝土浇筑结束后, 施工人员要及时进行混凝土振捣, 从而保证混凝土的强度符合设计要求;混凝土浇筑振捣施工结束后, 施工人员要及时进行混凝土养护, 混凝土的养护时间要根据施工当地的现场环境确定, 一般情况下, 混凝土养护时间不能低于14d, 在养护期间, 施工人员要注意保持混凝土表面的湿润。

5.2 条形基础施工注意事项

在进行条形基础施工时, 要注意当条形基础的长度比较长时, 要根据实际情况设置贯通后浇带, 防止产生温度收缩缝, 为分段施工的流水作业提供方便;当条形基础的厚度比较厚时, 施工人员要根据实际情况适当的降低混凝土浇筑入模温度, 防止产生温度收缩应力, 造成基础底板产生裂缝。在进行基础梁混凝土浇筑时, 要采用浇灌分层振捣浇筑的方法按照建筑物的纵向进行浇筑, 在浇筑前, 施工人员要将施工缝清理干净, 然后向施工缝中灌注50mm和砼内成分相同的水泥砂浆, 最后使用振动器进行振捣。

5.3 施工质量控制

在施工过程中, 很容易出现混凝土不密实、出现蜂窝麻面、温度收缩缝、混凝土外观尺寸出现偏差等现象, 这对条形基础的施工质量造成很大的影响, 因此, 在施工过程中, 要特别注重施工质量的控制。在进行条形基础施工时, 施工人员要确保采用的钢筋质量和型号符合设计要求, 在进行混凝土搅拌时, 施工人员要严格的按照确定的配合比配制混凝土;为保证混凝土施工质量, 在混凝土浇筑过程中, 要控制混凝土振捣质量, 严禁出现过振、漏振等现象, 使用插入式振捣器进行混凝土振捣时, 振捣棒要快插慢拔, 为保证上下两层的紧密结合, 在振捣上一层时, 要将振捣棒插入下层表面的10cm处。混凝土养护质量对整个条形基础的施工质量有很大的影响, 因此, 混凝土浇筑、振捣结束后, 施工人员要特别注重混凝土的养护。只有加强条形基础施工质量管理, 才能为整个建筑工程的施工质量提供保障。

6 总结

条形基础具有整体性好、抗弯强度大等特点, 在基底面积大的建筑中有十分广泛的应用, 建筑单位在进行条形基础施工时, 要控制好施工质量, 有效地提高建筑工程的安全性、稳定性, 从而为人们提供安全、舒适、放心的建筑物。

参考文献

阶梯式条形基础基底反力计算 第5篇

在各种水工建筑物的稳定分析中,地基应力的求解是一个重要内容。随着水利工程建设的日益发展,在山脊,谷地等倾斜场地上修建水工建筑物的情形越来越多,在实际工程中经常会遇到阶梯式地基基础的处理、设计和施工等特殊问题。为了较精确的确定这些复杂情况下的建筑物地基反力,使设计既可靠又经济,近年来对特殊形式基础底面的基底反力的试验研究和理论分析越来越多。根据工程经验可知,当基础不太大,而荷载也较小时,基底压力的分布将近似地按直线变化,且对沉降计算所引起的误差是允许的,这也是工程中经常采用的简化的计算方法[1]。

1投影平面法

关于特殊形式基础地基反力的计算一般都按照简化的投影平面计算,如图1所示。

这种算法计算简单,在一些小型工程中常被使用。但阶梯式基础的地基反力分布较为复杂,特别是基础平面高差超过2 m时,其计算结果经验证是不准确的。本文在假定地基反力呈直线分布的基础上,选用刚体力学的瞬时转动中心法,给出了条形基础的基底反力的计算公式,以便给水利工程条形基础基底反力的计算提供方便和借鉴。

2 瞬时转动中心法

2.1研究对象

以台阶式基础ABDFEH为研究对象,基础底面面积为A,其中外力的合力P为倾斜作用力,其与竖直方向的夹角为θ,台阶式基础的倾斜段BD与水平面的夹角为α,其投影到水平面上的长度为L2;其中水平段AB的长度为L1,水平段DF的长度为L3;基础竖直截面的形心为G(xG,yG),设外力P与形心G的距离为e,见图2。

2.2基本假定

1)设建筑物为无限刚度的刚体,搁置于弹性地基上。2)基础底面上各方向都与地基接触,且沿建筑物外界接触的弹性地基的弹性模量相同。3)应用文克尔假定,即地基上任一点的反力与该点的变位成正比。4)平面假定:根据理论力学刚体平面运动原理,平面运动作为平动和转动的合成,在建筑物不允许滑动的前提下,可以视刚体的平面运动为其绕某一瞬心转动,在该瞬时刚体上任何一点的转角都相同[2]。

2.3基本原理及公式

1)转动中心。假设基础绕基底反力为零的点C(xC,yC)转动,由2.2的假定3),可得基础底面上任一点的基底反力和其与基底反力零点C(xC,yC)的距离成正比,且与其连线垂直。

在上述基本假定的前提下,可以利用图2中的台阶式基础ABDFEH的平衡条件建立方程。

2)基底反力。在基础底面上任取一微单元面积dAi,设其至基底反力零点C(xC,yC)的距离为ri,定义该单元面上的力Pi=K·ri·dAi(其中,K为一参数,根据量纲平衡,定义其单位为kN/m3。其具体的物理意义和影响因子还有待进一步的研究分析)。

因为基础绕基底反力零点C(xC,yC)转动,基础底面上任一点的基底反力大小和其距基底反力零点的距离成正比,并且垂直于两点间的连线,即:

2.4基底反力分布分析

因为基础底面上任一点的基底反力均垂直于该点与基底反力零点C(xC,yC)的连线。现将该点的基底反力分解为竖向分量和水平分量。γ为其连线和水平面的夹角。

1)竖直分量。

竖向基底反力与其至转动中心的距离成正比。其分布形式如图3所示。

2)水平分量。

阶梯式基础基底反力的水平分力如图4所示,在基础水平段是均匀分布的。在斜坡段呈线性分布,大小与该点的纵轴坐标值yi与转动中心的纵轴坐标yC的差值成线性关系。

3)转动中心C(xC,yC)。

由∑Fy=0,得:

由∑Fx=0,得:

4)K值的计算。

对形心G(xG,yG)的力矩:

其中,Li为任一点的基底反力距形心G(xG,yG)的距离。

把式(4),式(5)代入式(6),得:

把式(8)代入式(1),式(2),式(3)就可以分别得到任一点总的基底反力,竖直基底反力和水平基底反力。

竖向基底压力:

水平基底压力:

3结语

1)本文假定明确要求将基础视为刚体,有两个方面的要求:a.基础的自身刚度足够大,这里不考虑其接触的地基的弹性模量大小;b.弹性模量的相对值满足要求,一般指基础的弹性模量是地基的弹性模量的100倍以上。

2)为了防止H点出现拉应力,在设计时要考虑尽可能使转动中心位于基础轮廓外,以保证整个基础面处于受压状态;尽可能使坡面与外力相交,如果呈平行趋势,就要考查基础上平面是否会出现拉应力,尽管此位置的计算值为压力。

参考文献

[1]张伯平,党进谦.土力学[M].西安:西安地图出版社,2003.

混凝土条形基础 第6篇

砖混结构是目前广泛采用的一种结构型式, 设计人员往往认为其结构型式简单, 重视不够, 计算不认真, 以致引起一系列问题, 甚至酿成严重质量事故。首先, 不少项目在缺少必要的地质勘察资料下凭经验或盲目进行基础设计, 其后果是建筑物沉降过大或不均匀沉降, 甚至开裂、倾斜, 或过于保守, 导致浪费严重。其次, 对变形缝设置不按规定, 亦无相应技术措施, 对墙体稳定和强度不作必要的验算, 或仅按建筑设计作粗略估算, 造成结构隐患。其三, 在钢筋混凝土梁、板设计计算方面, 忽视刚度要求, 挠跨比偏小;承载力计算一般只注意正截面的要求, 忽视了斜截面承载力和构造要求。对房屋抗震要求, 如圈梁、构造柱的布置等, 普遍不够重视。以上通病, 在国家颁发的相关规程、规范中均有明确规定, 是属于有法不依、有章不循的问题, 设计人员对此必须引起重视, 认真学习规范, 严格执行规范要求。但也有一些问题, 规范尚未涉及, 而按常规方法设计计算在某些情况下, 会降低建筑的安全度, 在此笔者提出与同行作一探讨。

2 工程简介和基础设计

某5层坡屋面砖混结构住宅楼, 层高均为3m, 另架空层层高2.2m, 基础埋深H=1.5m, 地基承载力Rk=150kN/m2。

2.1 基础宽度设计问题:

砖混结构条形基础宽度在设计中一般是根据各墙段在基础顶面的竖向荷载和已知的地基承载力沿基础长度方向取1m长来计算确定的。这种常规设计方法虽简单方便, 但由于基础纵横交叉处底面积重叠, 用上述方法确定的基础宽度所构成的基底面积将小于实际所需的基底面积。当地基承载力较低, 基础宽度较大时, 问题更加突出, 应该对基底宽度进行合理的调整。

2.2 按常规方法分析计算基底宽度:

将纵横基础交叉点定义为节点, 每个节点的范围为开间方向相邻墙体中心线间的距离及进深方向相邻墙体中心线间的距离。假定条形基础的中心线与各墙体的中心线重合, 并把节点分类为角节点1、边节点2、中节点3, 则按常规方法求得各墙段的基础宽度分别为B1=1.39m, B2=1.88m, B3=0.31m, B4=0.88m和B5=1.48m。

对于边节点2:由B2、B4构成的节点基底面积A1=B2 (2.25+B4/2) +B4 (1.8-B2/2) 2=1.88 (2.25+0.88/2) +0.88 (1.8-1.88/2) 2=6.57m2;边节点范围内基础顶面荷载合力P=1.81062+2.25226=890.1kN;P作用下边节点范围内实际所需的基底面积A=P/f0=890.1/120=7.42m2。因此, 按常规设计方法所得的基底面积与实际所需基底面积相比缺少ΔA=A-A1=7.42-6.57=0.85m2, 即有ΔA/A=0.85/7.42=12%。

根据类似计算方法, 对于中节点3, 可得其A1=8.59m2, P=1227kN, A=10.23m2,

因而ΔA=1.64m2, ΔA/A=16%;对于角节点1, 可得其A1=4.71m2, P=566kN, A=4.71m2, 因而ΔA=0。由此可见, 角节点的基底自然增补面积与重叠面积相等, 所以按常规设计方法所得的角节点的基底面积与实际所需基底面积相等。在考虑基础宽度调整时, 只需调整边节点和中节点即可。

2.3 基础宽度调整方法:

由于条形基础纵横交叉处面积重叠, 按常规方法计算的基底宽度所构成的基底面积比实际所需的基底面积减少了ΔA, 应对基底宽度进行调整。

一般情况下, 砖混结构条形基础按地基反力均匀分布进行设计, 且在设计中假定“基底总面积的形心与基底总荷载合力的重心相重合”, 因此, 不必考虑荷载偏心的影响, 只需考虑力的竖向平衡。所以在A1中补足ΔA时, 可根据竖向静力平衡的原理按节点各墙段的竖向荷载的合力与节点荷载总合力的比值将ΔA分配到各个墙段相应的基底面积中去。

设边节点各墙段应补足的基底面积分别为ΔA2、ΔA4:ΔA2= (2.25226) ΔA/P= (2.25226) 0.85/890.1=0.486m2, ΔA4= (1.8106) ΔA/P= (1.8106) 0.85/890.1=0.182m2;设上述补足的面积ΔA2、ΔA4转化为各墙段原有基础增加的宽度相应为ΔB2、ΔB4。

则ΔB2 (2.25-B4/2) =ΔA2, 得ΔB2=0.27m, 故ΔB2/B2=0.27/1.88=14%; (ΔB4/2) (1.8+1.8-B2/2) =ΔA4, 得ΔB4=0.14m, 故ΔB4/B4=0.14/0.88=16%。在用上述方法计算时, 小黑块面积被重复计算, 由于值很小, 对工程设计影响不大, 可忽略不计。调整后, 边节点基底宽度分别为:B2′=B2+ΔB2=1.88+0.279=2.15m, B4′=B4+ΔB4=0.88+0.14=1.02m。

边节点计算结果表明:缺少面积ΔA占实际所需面积的12%, B2增加幅度为14%, B4增加幅度为16%。调整后边节点的基底面积A′=2.15 (2.25+1.02/2) +1.02 (1.8-2.15/2) =7.413m2≈A=7.42m2, 即调整后基底面积与实际所需的基底面积很接近。

用同样方法可分别求得中节点各墙段应补足的基底面积ΔA2=0.68m2, ΔA5=0.43m2, ΔA3=0.10m2。将补足的面积转化为各墙段相应的增加宽度:ΔB2=0.45m, ΔB2/B2=0.45/1.88=24%;ΔB3=0.08m, ΔB3/B3=0.08/0.31=26%;ΔB5=0.34m, ΔB5/B5=0.34/1.48=23%。

3 结论

3.1 由于角节点处按常规方法求得的基底宽度所构成的基底面积与实际所需的基底面积相等, 因而不需调整, 只需调整边节点和中节点即可。

混凝土条形挂板在试点建筑中的应用 第7篇

关键词：混凝土条形挂板,变形,骨料

0前言

随着自然、节能、生态、环保的可持续发展理念深入社会各个方面,在建筑设计中如何运用有效的生态手段逐渐成为人们思考的重点和努力的方向。在这一背景下,建筑材料产业特别是绿色水泥混凝土材料及制品研究和开发近几年来发展迅猛,与绿色建筑理念相互支撑,相互促进,共同发展。这其中混凝土挂板的发展和应用格外突出,产品类型不断增加,使用方法也趋于成熟、简便、合理,已形成的一系列新兴的并且逐步获得推广使用的混凝土制品,一改以往人们印象中的“粗、大、土、笨”的形象,在建筑师的灵活运用之下成为建筑造型的重要元素和手段。

1 混凝土条形挂板

1.1 板材规格

混凝土条形挂板的最突出特点在于其型材规格尺寸,它具有板材宽度小,长度可控,型材变形小,板缝可调可控的优点(图1)。

板材的宽度和长度应与水泥制品的强度和厚度相匹配。板材越大,制品需要的强度就越高,势必要求板材厚度加大,板材的重量增大,这会使建筑外墙系统的重量相应增大,最终使建筑主体的结构负荷加重,影响到建筑的经济性。

如何防止混凝土挂板变形开裂是水泥制品研究必须解决的问题。目前研发的混凝土条形挂板宽度为165mm,它允许挂板在自然条件下热胀冷缩、湿涨干缩、碳化收缩引起的破坏应力,通过小尺寸的制品规格可以较大程度地化解混凝土变形开裂的问题。

板材的横向基本长度为1800 mm,可以在设计安装中截断成任何所需尺寸。条板的横向板缝可以通过预制混凝土挂柱的齿条间距进行调节,设计中挂柱齿条间距为150 mm,板缝宽为15 mm。

板材的厚度为40 mm,内部配筋。上下均设企口,位置相错,这种企口既可以使挂板上下相扣,也有效地解决了雨水渗漏的问题。在设计中,建筑师曾经提出过板缝间距为300mm和150mm两种尺寸要求,均可以通过调节挂柱齿条间距给予解决(图2)。

混凝土条形挂板由于其自身宽度小长度可调,对于建筑形体的适应性也明显提高,可以用简单的模数化适应凹凸变化较大的造型要求,这也是其他大块材混凝土挂板不可比拟的另一优势。

1.2 骨料和颜色

混凝土条形挂板的骨料大量利用了建筑垃圾、粉煤灰、矿渣、炉渣、煤石等固体废弃物,符合节能环保要求,体现了绿色生态的建筑设计理念。在试点建筑设计中,建筑师希望建筑主体以清水混凝土的本色作为主色调,强调自然的色泽和相对平滑的表面肌理。在保持整体风格的基础上,在建筑主入口的门廊处给予重点强调和表现。建筑师和业主共同研究确定在入口门廊处的条板骨料中添加适量的回收贝壳、海螺壳、碎瓷片等,使得板材在浅灰色的基调下增添独特的斑斓色彩,在阳光照射下也具有着随机产生的星星点点的反光,生动而不可捉摸(图3)。

2 安装

2.1 板柱轻钢结构

板柱轻钢结构又称三板一柱,它是在钢筋混凝土地梁的基础上,使用H型钢及矩形钢管组合成钢结构建筑主体骨架,在钢立柱旁辅以混凝土挂柱,以短钢管上下锚固,将混凝土条形板安装在挂柱齿条上。由于采取干挂形式具有湿作业少、施工周期短、受环境影响小、变形小等优点(图4)。

2.2 板柱钢筋混凝土框架结构

目前,我国绝大多数民用建筑均为钢筋混凝土框架结构形式。因此,在试点建筑设计中建筑师依然采取这种普遍通用的结构形式,并结合现有的三板一柱体系进行调整和深化研究,为混凝土条形挂板的广泛应用提出示范性技术措施,以便其批量化生产、规范化使用和市场化开发。

混凝土条形挂板应用于钢筋混凝土框架结构最需要解决的就是混凝土挂柱和结构主体的连接,预留建筑外保温板的安装空间以及如何避免冷桥这三个问题。经过反复研究,最终确定通过引入L型钢作为承托构件从而获得以上问题的解决,具体措施如下:

(1)L型钢的固定

在钢筋混凝土框架梁外侧预埋铁件,L型钢与预埋铁件焊接,为挂柱的安装提供支点。需要注意的是,由于挂柱的规格、齿条的间距相对固定,考虑到板缝的上下统一一致,L型钢的纵向位置需要在图纸上明确。

(2)挂柱的固定

同三板一柱体系相同,依然是将短钢管和L型钢焊接,上下锚固住挂柱。

(3)外墙保温板和维护砌体的固定

建筑的外墙维护结构依然采取较为通用的混凝土空心砌块,固定在梁上。

保温板外贴,将外墙和结构梁柱全部覆盖,以避免冷桥的产生。综合考虑保温板的预留厚度、安装挂柱的定位尺寸,以及结构承载力最终决定了L型钢的翼缘尺寸为160mm,厚度为12 mm(图5)。

左图:预制混凝土挂柱;右上图:轻钢结构;右中图:挂柱和轻钢结构固定;右下图:安装挂板

3 特殊部位的处理

混凝土条形挂板通过挂柱安装可以获得一个大体的墙面效果,但是在一些特殊部位还需要一些具体的处理,主要出现在以下几方面。

3.1 转角处理

现有的混凝土条形板没有转角L型板,而建筑师希望强调墙面自然的转折,因此在转角处采取干挂石材的处理方式,内侧倒45度对接,外侧形成阴角,可以获得较为平整笔挺而又相对自然的转角效果(图6)。

3.2 窗洞口收口

出于对建筑立面整体性的考虑,建筑师不希望在窗洞口出现线条粗壮的窗套。因此需要在窗洞口处进行相应的细化设计。

在洞口两侧以预制的封口板作为混凝土条形板的收口。封口板和挂板基本对齐,形成细腻平整的线条。

在洞头上方以预制挂板和L型钢栓接,作为混凝土条形板下缘的收口。

在洞头下方以预制的L型窗台板和和L型钢焊接,和混凝土条形板上缘企口搭接,防止雨水渗漏(图7)。

3.3 女儿墙收口和梁底处理

女儿墙收口需设预制压顶板,梁底需设封口板,其处理与窗洞口上下收口的处理方式类同,需要结合实际情况细化设计预制,这里不再累牍(图8)。

4 结语