山地上的一群小住宅,层数均为2层,建筑高度也就7m不到。主体采用剪力墙结构,墙厚均为200mm,典型断面长肢850mm,短肢500~600mm,墙长都不长。房子依山而建,基础顺应山势,采用墙下独立基础或墩基础。由于持力层土质非常好,为碎块状强风化凝灰熔岩,其地基承载力特征值高达:
暂不讨论墙身竖向钢筋在基础中的锚固是否能满足,大白第一眼看到这个布置时立即想到一个问题:
2015年,《建筑地基基础设计规范》的主编滕延京先生在一封咨询信中曾被问过这么一个问题:当扩展基础两底边尺寸均小于柱宽加两倍基础板厚度(即基础底面完全笼罩于冲切破坏锥体之内)时,是否可以认为既不需要验算受剪切承载力,也不需要验算受冲切承载力?在此条件下,它可能发生哪一种破坏形态?
如果基础两底边尺寸均小于柱宽加两倍基础板厚度(即基础底面完全笼罩于冲切破坏锥体之内),该基础类型已从扩展基础改变为无筋扩展基础,基础的破坏形态为材料的剪切破坏(强度破坏)。
大家知道,当地基条件特别好(例如前文案例中的碎块状强风化凝灰熔岩地基),算得的独基面积往往很小。这种情况下,当基础底面被冲切破坏锥体的底面完全包住时,仍按常规扩展基础进行设计可能存在安全隐患,需要设计者引起重视。此时,我们必须按《建筑地基基础设计规范》第8.1.1条及条文说明的要求,将基础设计为:
《建筑地基基础设计规范》的第8.1.1条中,对于无筋扩展基础的设计要求如下:对于混凝土基础,基底平均压力值不同时,台阶的宽高比要求有所不同。
当基础单侧扩展范围内基底处的平均压力值超过300kPa时,应改为验算:
该公式是在基底反力为直线分布的前提下,根据材料力学及素混凝土抗拉强度设计值公式推导出来的。当最大剪应力不超过素混凝土的抗拉强度设计值时,即可得到受剪承载力验算公式。
这是由于,相关试验表明,岩石地基的基地反力常集中于立柱附近,导致容易出现沿柱周边的直剪和劈裂破坏现象。
局压不足时,可通过配置水平向约束钢筋来提高其承载能力。对于第一节中的案例,由于墙肢不长,其冲切破坏锥体的底面(外圈虚线范围)几乎完全覆盖住了基础底面,如下图中的情况:因为是非岩石地基,我们需要按无筋扩展基础验算其受剪承载力。设计方未附上基础计算书,大白只能先估算当前基础高度下,其地基土容许平均净反力标准值能达到多少:基础混凝土等级为C30,故ft=1.43N/mm2。ps1k=0.366×1.43x1000x1.5×0.4/1.35/(1.5×0.35)=440kpaps2k=0.366×1.43x1000x1.1×0.4/1.35/(1.1×0.35)=440kpa这就说明,碎块状强风化凝灰熔岩的设计地基承载力取值不能取的太满,否则基础受剪承载力无法满足规范要求,应加高其高度。对于本项目,由于房屋高度不高,估计地基承载力的实际利用率并不高。就算个别基础需要进行无筋扩展基础模式下的受剪承载力验算,大概率应该是能满足的。目前规范内并未明确,独立基础尺寸小到一定程度时,必须按无筋扩展基础进行相关验算,故现有主流软件对基础的冲切验算执行《建筑地基基础设计规范》第8.2.8条;而受剪验算仅执行第8.2.9条,并不提供:
对于非岩石地基上的独立基础,当基础单侧扩展范围内基底处的平均压力值超过300kPa时,大家应注意手工复核其受剪承载力,避免出现安全问题。
[1] 建筑地基基础设计规范理解与应用(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.
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