第八章基础设计

第八章基础设计

第八章基础设计

第八章基础设计

房屋建筑设计总体上分为上部结构设计和下部结构设计两大部分，轻型钢结构建筑也不例外，前面几章已介绍了其上部结构，本章对其下部结构——基础作一些讨论。

众所周知，在房屋建筑中，基础造价约占整个建筑物的30%左右，对于轻钢结构而言，最大优点就是重量轻，从而直接影响基础设计，与其它结构型式的基础相比，轻钢结构基础尺寸小，可以减少整个建筑物造价，另外对于地质条件较差地区，可优先考虑采用轻钢结构，这样容易满足地基承载力方面的要求。那么轻钢结构基础与砼结构基础有什么不同？轻钢结构基础是如何设计的？在轻钢结构基础设计时应注意哪些方面？本章针对这些问题进行探讨，而不涉及基础本身设计的

有关内容。

第一节基础设计的特点

由于结构型式、荷载取值、支座条件等方面的不同，传至基础顶面内力是不同的，轻钢结构与传统的砼结构相比，最大差别就是在柱脚处存在较小的竖向力和较大的水平力，对于固接柱脚，还存在较大的弯矩，在风荷载起控制作用的情况下，还存在较大的上拔力。柱底水平力会使基础产生倾覆和滑移，基础受上拔力作用，在覆土较浅的情况下，会使基础向上拔起，有关这方面的问题，后面再作详述。由于轻钢结构的这些受力特点，导致其基础设计与其它结构存在很大的不同，主要表现在以下几个方面：

1.基础形式

基础型式选择应根据建筑物所在地工程地质情况和建筑物上部结构型式综合考虑，对于砼结构基础，常见的基础型式有独立基础、条形基础、片筏基础、箱形基础、桩基等等，而对于轻钢结构而言，由于柱网尺寸较大，上部结构传至柱脚的内力较小，一般以独立基础为主，若地质条件较差，可考虑采用条形基础，遇到暗浜等不良地质情况，可考虑采用桩基础，一般情况下不

米用片筏基础和箱形基础。

2.柱脚受力

(a) 铰接柱脚(b)刚接柱脚

图8-1不同柱脚型式的受力情况砼结构柱脚均为刚接，即同时存在轴向力N、水平剪力V和弯矩M故基础尺寸较大，轻钢结构常见的柱脚型式有刚接和铰接两种(图8-1)，其受力是不同的，对于铰接柱脚，只存在轴向力N和水平力V,对于刚接柱脚，除存在轴向力N和水平力V之外，还存在一定的弯矩M从而使刚接柱脚的基础大于铰接柱脚。

3.基础破坏形式

要正确进行基础设计，首先要知道基础破坏形式，对其工作原理有所了解。

对于砼结构，通常柱网尺寸较小，故柱底水平力相对较小，基础一般不会产生滑移现象，又由于上部结构自重很大，足以抵抗风荷载作用下产生的上拔力，故基础也不会产生上拔的可能，对于这种结构，基础主要发生冲切、剪切破坏；而轻钢结构则不同，基础除发生冲

切、剪切破坏之外，由于存在较大的水平力，对于固接柱脚，还存在较大的弯矩作用，从而导致基础产生倾覆和滑移破坏，另外，在风荷载较大的情况下，特别对于一些敞开或半敞开的结构，由于轻钢结构自重很轻，有可能不足于抵抗风荷载产生的上拔力，导致基础上拔破坏。为防止这些破坏的发生，最经济有效的方法是增加基础埋深，即增加基础上覆土的厚度，但增加了土方开挖和回填工程量。另外对于轻钢结构基础，还须预埋锚栓（也称地脚螺栓），用于上部结构和基础的连接，若锚栓离砼基础边缘太近，会产生基础劈裂破坏，所以我国钢结构设计规范规定了锚栓离砼基础边缘的距离不得小于150mm若锚栓长度过短，会使锚栓从基础中拔出，导致破坏，所以规范也规定了锚栓埋入长度。

4.基础设计内容

基础设计一般包括基础底面积确定、基础咼度确定和配筋计算，还应符合有关构造措施。基础底面积可根据地基承载力确定，同时还应考虑软弱下卧层存在；基础高度由冲切验算确定；在基础底面积和高度确定的情况下计算基础配筋，这里须注意伸缩缝双柱基础处理，双柱为基础提供了两个支点，在地基反力作用下，有可能出现负弯矩，即基础上部受拉的情况，此时除基

础底部配置钢筋外，基础上部也应配筋，避免因上部受拉而出现开裂现象。轻钢结构基础除上述内容以外，还须进行柱底板设计和锚栓设计，至于这两部分设计归于上部结构还是下部结构，也存在一些争议，柱底板尺寸是根据柱与基础连接部位砼的局部承压来确定的，与基础砼参数有关，但其制作又与上部结构连在一起，按照常规柱底板设计归入上部结构；锚栓在上部结构和基础之间起桥梁作用，但基础施工时应将锚栓埋入，故属于基础部分。本章避开这个问题，就锚栓和底板设计分别进行讨论。

5.与上部结构连接

基础与上部结构是二次施工完成的，其间存在连接问题。对于砼结构的基础，通过预留插筋的方式连接上部结构（图8-2a）,而对于轻钢结

构基础，则通过预埋锚栓的方式进行连接(图

th•瀧

(a)砼柱基础预留插筋

(b)钢柱基础预留锚栓

图8-2基础与上部结构的连接

& 有关构造措施

除上述提到的几个方面之外，轻钢结构还有一些构造措施有别于其它结构的基础，比如基础顶面须设置二次浇灌层；埋入式柱脚应在钢柱埋入部分设置栓钉；埋入式柱脚钢柱翼缘保护层厚度，对于中柱不小于

180mm，对于边柱和角柱的外侧不宜小于250mm，具体详见有关构造手册。

第二节基础设计的特殊处理措施

由于轻钢结构的特殊性，使其基础设计也与

亠般结构不同，下面从几个方面加以讨论

一、刚接和铰接柱脚

前面已提到过，能抵抗弯矩作用的柱脚称为 刚接柱脚，相反不能抵抗弯矩作用的柱脚称为铰

接柱脚，刚接与铰接的区别在于是否能传递弯 矩，在实际工程中，绝对刚接或绝对铰接都是不 可能的，确切地说应该是一种半刚接半铰接状 态，为计算方便，只能根据实际构造把

（a ）铰接（一）

（b ）铰接（二） （c ） 刚接（一） （d ）刚接（二）

图8-3 几种常见的 柱

脚型式 柱脚看成接近刚接或铰接。刚接或铰接柱脚关键 取决于锚栓布置，铰接柱脚一般采用两个锚栓 （图8-3a ），以保证其充分转动，但有时考虑锚 栓质量问题，若一个锚栓质量不保证，会对整个 结构受力产生较大影响，所以为安全起见，也可 布置四个锚栓（图8-3b ），但锚栓尽量接近，以 保证柱脚转动。刚接柱脚一n-+i

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