谈筏板基础中柱墩和墙墩的设计

发表时间:2015/10/14   来源:《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿   作者:卢绪首 孔庆义 梁西文
[导读] 1.日照市城市规划技术服务中心;2.山东日建建设集团有限公司 在满足冲切和剪切承载力要求前提下加柱墩的筏板基础通常柱底部所受弯矩作用力较小.

(1.日照市城市规划技术服务中心;2.山东日建建设集团有限公司)

【摘  要】本文通过对筏板基础中柱墩和墙墩进行了一定的理论分析并以实例计算来进一步探讨柱墩和墙墩内配筋与否的必要性,以期对大家有所帮助。
【关键词】柱墩;墙墩;两向尺寸差异;底部弯矩 

        加柱墩的筏板基础是一种常见的筏板基础形式,适用于柱荷载较大,等厚度筏板的受冲切承载力不能满足要求时,在筏板顶面增设柱墩来提高受冲切承载能力,这是一种成熟的,也是列入规范规程的一种常用做法。近年来,与此对应在良好地基上的剪力墙结构中也出现了一种带墙墩的筏板基础做法。加柱墩的筏板基础中柱墩内通常是不配筋的,带墙墩的筏板基础中墙墩是不是也不用配筋呢?在工程实践中存在着配筋和不配筋两种做法,我建议应该从构造和计算分析上综合确定墙墩是否配筋。下面先对柱墩和墙墩做些理论分析,然后以实例进一步分析探讨,以期大家对该类问题有一个明晰的统一做法。
        柱墩和墙墩受力状态,有受压、压扭、压弯、冲切和剪切五种,通常基础埋置较深,实际受力状态考虑结构计算分析精度要求以轴压、压弯、冲切和剪切四种为主。与柱墩和墙墩相连的上部构件柱和墙,必须满足轴压、受剪和压弯承载力要求,故对柱墩和墙墩而言,受压承载力要求是容易满足的,这是很容易理解和接受的,通常压弯、冲切和剪切状态可能是起决定作用的,其中冲切和剪切状态为大家都很重视,都采用计算验算确定,但对压弯承载力要求不够重视,容易出现问题。下面主要从压弯受力状态,对柱墩和墙墩分别进行分析。
1.柱墩:
        柱墩必须满足冲切和剪切承载力要求,这是大家的共识,都会足够重视。但压弯状态,大家未必会深究,有时会重视不够,实际上柱两向尺寸相差不大,两向刚度较均匀,与墙相比,墩底分配到的弯矩通常不大。例:某医院综合楼,地上十七层,地下一层,框剪结构,高层C30筏板基础,对其中一700x700柱下采用C30素混凝土
       
        柱墩如图一,经验算柱墩处满足抗冲切和抗剪切要求,现验算柱墩是否满足根部弯矩要求:因此时有压力作用下对素混凝土截面抗弯和抗裂更有利,故只需验算柱墩素混凝土截面抗弯承载力设计值和标准值(抗裂要求)均大于柱墩根部计算值即可。提取计算数据如图二,基本组合M=61KN.M,N=5318 KN; 标准组合M=50KN.M,N=4544KN。根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)附录D.3可知:基本荷载组合fctxbxhxh/6= 1.43x0.55x1500x1500x1500/6=442KN.M>61 KN.M(不考虑塑性影响系数);标准荷载组合fctkxbxhxh/6=2.01x0.55x1500x1500x1500/6=622KN.M>50 KN.M(不考虑塑性影响系数)。由以上分析可知:柱墩底分配到的弯矩通常不大,不会引起该部位素混凝土开裂,柱墩只需满足冲切和剪切承载力要求即可,可采用素砼,无需配筋,这也是常见柱墩常采用素混凝土的原因。
2.墙墩:
        墙墩必须满足冲切和剪切承载力要求(异形截面时可将截面和外部作用分别正交分解,分别计算),这也是大家的共识,都会足够重视。同时墙两向尺寸相差较大,两向刚度差别也较大,墩底长向分配到的弯矩通常会很大,故压弯状态也必须引起足够重视,否则容易产生安全隐患。在压弯状态下,墙墩可以存在两种配筋模式:一种是可以依靠墙墩素混凝土和墙内竖向纵筋抗弯抗裂来满足受力要求,此时考虑筏板整体受力复杂性、墙墩重要性、工程场地复杂性等因素,建议除均匀的岩石地基(确保施工质量)外应配适量构造筋;一种是单靠墙墩素混凝土和墙内竖向纵筋难以满足抗弯抗裂要求时应计算配置宽梁形成局部核心受力区来弥补。例:某剪力墙住宅楼,地上三十二层,地下二层,高层C40筏板基础,对其中一墙下采用墙墩:250厚C45砼墙,三级直径10间距200双层双向配筋。提取计算数据,基本组合M=200 KN.M,q=3229KN; 标准组合M=153KN.M,N =2535KN。考虑到此受力状况下有压力作用时对素混凝土截面抗弯和抗裂更有利,故只需验算墙墩素混凝土及墙内竖向纵筋截面抗弯承载力设计值和标准值均大于墙墩根部计算值即可。
        根据《混凝土结构设计规范》(GB50010- 2010)附录D.3可知:基本荷载组合fctxbxhx h/6=1.71x0.55x1050x1000x1000/6=165KN.M>153KN.M (不考虑塑性影响系数);标准荷载组合fctkxbxhxh/6=2.39x0.55x1050x1000x 1000/6=230KN.M>200KN.M (不考虑塑性影响系数)。此时墙体内的纵向钢筋也有一定的抗弯抗裂作用,根据素混凝土最大开裂应变1.5x10-4,按线弹性算出墙体不同部位钢筋应变,进而求出相应部位钢筋应力,借鉴钢结构中螺栓群的计算方法,算出相应状态下钢筋所能提供的抗弯抗裂能力:4x79x(1/5x 100+3/5x300+1x500)x2.0x100000x1.5x10-4=6.64 KN.M,数值较小。可见混凝土开裂前墙墩内钢筋提供的抗弯抗裂能力很小,甚至可忽略。
        综上所述可知,在满足冲切和剪切承载力要求前提下加柱墩的筏板基础通常柱底部所受弯矩作用力较小,可在柱墩中不再配置抗弯抗裂钢筋;而带墙墩的筏板基础由于底部弯矩作用有时很大,必须进行计算校核以确定墩内是否需配置抗弯抗裂钢筋,必要时可在墙墩内增设暗梁来增强墙墩的抗弯抗裂能力。
        最后建议对墙墩受力性能进行深入的理论分析和实验研究,进而在相关规范及图集中,和柱墩一样明确增加墙墩设计内容,给相关工程人员以明确的做法,提高工程质量。
参考文献:
[1]《混凝土结构设计规范》 GB50010 -2010 中国建筑工业出版社  2011
[2]《建筑地基基础设计规范》GB5007- 2011 中国建筑工业出版社  2011
[3]《建筑地基基础设计规范理解与应用(第二版)》 中国建筑工业出版社  2012
[4]《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》JGJ 6-2011 中国建筑工业出版社  2011
[5]《混凝土及砌体结构  (上册)》 哈尔滨工业大学等四校合编  王振东主编   中国建筑工业出版社  2002

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