关于独立基础受剪承载力的探讨

关于独立基础受剪承载力的探讨

缪希长

福州市建筑设计院福州350011

摘要：大量工程实践表明，按照现行基础设计规范所规定的公式验算独立基础受剪承载力所得到的基础高度较大，过于保守，易造成工程浪费。本文通过比较相关规范关于独立基础受剪承载力的规定，以及分析相关算例，总结合理经济的独立基础受剪验算方法，以供设计人员参考。

关键词：独立基础；受剪承载力；基础高度

1.引言

基础设计是整个结构设计的重要组成部分之一，作为建设投资的首要部分，安全适用、经济合理是地基基础设计的基本原则。基础型式多样，由于独立基础传力简单、施工方便、经济效益显著，因此被广泛采用。独立基础设计的过程应进行受剪、受弯、受冲切、以及地基承载力等验算。对于高承载力持力层上的独立基础，基础平面尺寸相对较小，基础高度基本由受剪承载力控制。按照现行地基规范受剪承载力公式计算所得的基础高度较厚，为了满足0.15%最小配筋率，基础钢筋配置也比较多，造成工程的浪费。为了取得合理的设计结果，以下对于一些相关规范关于独立基础抗剪设计方法进行对比、探讨。

2.相关规范关于独基受剪承载力的计算公式

2.1现行地基规范关于独基受剪承载力验算

中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）（以下简称《国标地基规范》）第8.2.9条规定，对基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度的独立基础，应验算柱与基础交接处的受剪承载力：

其余参数含义详规范相关规定。

3.独基抗剪计算公式的分析比较

《国标地基规范》独基受剪承载力验算公式2.1，取柱边作为验算截面，与《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（以下简称《混凝土规范》）第6.3.3条一般板类受弯构件斜截面受剪承载力验算公式相同。《混凝土规范》通过大量实验数据，以支座边剪力作为分析依据，得出了受均布荷载为主的无腹筋一般受弯构件受剪承载力计算公式，因此把最大剪力的截面即柱边作为验算控制截面保证构件具有足够的安全储备。

《广东地基规范》独基受剪承载力验算公式2.2，通过比较美国混凝土协会（ACI）《钢筋混凝土房屋建筑规范》、《混凝土规范》、《国标地基规范》，以及长期的工程实践，将受剪验算截面定义在柱边h0/2处。美国混凝土规范将受剪验算截面定于柱边h0处，但受剪承载力计算的材料强度有所降低，仅为受冲切承载力计算时的一半。《国标地基规范》以及国家标准《混凝土结构设计规范》将支座边作为受剪验算截面，而筏板基础又取距基础梁边h0处作为受剪验算部位。三种规范关于受剪承载力的有关规定存在差异，考虑土反力的集中效应以及工程实践等，《广东地基规范》将独基距柱边h0/2处作为受剪承载力验算截面，既能保证结构的安全性，又能避免基础高度设计过大而造成工程浪费。

《重庆地基规范》根据大量的现场试验结果及有限元分析结果，并参照现有的相关研究成果，进而得出独基受剪承载力验算公式2.3，其考虑了基础的剪跨比λ对抗剪承载力的影响，设计结果相对比较合理。λ取值由1.0~2.5变化时，受剪承载力系数由0.7~1.4变化。当λ取值1时，受剪承载力系数得到最大值1.4，是《国标地基规范》所规定受剪承载力的两倍。

4.算例分析

4.1算例1

条件：某工程采用柱下独立基础，柱子截面尺寸600mm×600mm，基本组合下最大轴力设计值5000kN，不考虑弯矩剪力作用，基础平面尺寸1.6m×1.6m，混凝土强度等级C30（ft=1.43N/mm2），经计算地基承载力满足要求，取as=50mm。

要求：计算基础高度。

按式2.1求得，基础所需基础高度h为1100mm,h0=h-as=1100-50=1050mm,

柱与基础交接处的剪力设计值:

按式2.3求得，基础所需基础高度h为550mm,h0=h-as=550-50=500mm,

柱与基础交接处的剪力设计值：

4.2算例2

条件：某工程采用柱下独立基础，柱子截面尺寸700mm×700mm，基本组合下最大轴力设计值8500kN，不考虑弯矩剪力作用，基础平面尺寸2.0m×2.0m，混凝土强度等级C30（ft=1.43N/mm2），经计算地基承载力满足要求，取as=50mm。

要求：计算基础高度。

按式2.1求得基础所需高度h为1750mm，

VS=2762.5kN<0.7βhSftA0=2818.9kN,受剪承载力验算满足要求。

按式2.2求得基础所需高度h为750mm，

VS=1275.0kN<0.7βhSftA0=1401.4kN,受剪承载力验算满足要求。

按式2.3求得基础所需高度h为750mm，

由算例1与算例2可得：由《国标地基规范》计算所得的基础高度较大，过于保守；由《广州地基规范》与《重庆地基规范》计算的所得的基础高度比较接近，相对合理。

5.结论与建议

通过以上相关规范关于独立基础受剪承载力计算公式分析，以及两组计算例子的比较，笔者认为，《国标地基规范》独基受剪承载力验算公式取柱边作为验算截面，计算所得的基础高度比较大，安全度有余但合理性不足。《广东地基规范》与《重庆地基规范》计算的所得的基础高度相对比较合理，而且通过大量的试验分析，以及以往工程实践得出，按照其两种规范抗剪公式计算所得的基础高度，并未出现过抗剪破坏。笔者建议采取以下两种方法计算独基受剪承载力：（1）采用《广东地基规范》受剪承载力验算公式，取h0/2处为验算截面，从而减小验算截面处剪力设计值；（2）采用《重庆地基规范》受剪承载力验算公式，考虑剪跨比的有利影响，从而提高其受剪承载力。以上两种方法均可有效地减小独立基础的计算高度以减少工程造价，同时又能保证结构的足够安全。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）.北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范（2015年版）（GB50010-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2015.

[3]广东省标准.建筑地基基础设计规范（DBJ15-31-2016）.北京：中国建筑工业出版社，2016.

[4]重庆市工程建设标准.建筑地基基础设计规范（DBJ50-047-2016）.重庆，2016.