許可

摘 要：通過利用有限元分析軟件，分析了現(xiàn)規(guī)范上沒有特別強調(diào)，但多數(shù)設計人員忽略的巖石地基上的條形基礎的抗剪切驗算，文章通過對有限元分析的應力圖進行分析，對規(guī)范中條形基礎抗剪驗算的公式提出不同的見解。

關鍵詞：條形基礎；抗剪驗算；有限元；巖石地基；斜壓破壞

大連市是一個典型的山地城市，建筑地基多為巖石，隨著高層建筑的興建，為解決承載力和穩(wěn)定問題，即使基巖埋藏很淺，設計人員也習慣于采用嵌巖樁基礎。樁基礎承載力較高，受力明確，設計方便，是一種很好的基礎形式，但我們在設計過程中，很多情況是開挖即見中風化，在強度很高，基巖埋藏很淺的巖石地基上用樁基，存在施工困難，工程費用較高的弊病，樁基的使用更受到限制，而在這些情形下，以條形基礎為代表的淺基礎正可發(fā)揮其優(yōu)勢，取得更好的效果。

目前，巖石地基上的條形基礎研究很少，個別工程采用時也是借鑒普通非巖石土質(zhì)地基上條形基礎的算法進行計算，而《建筑地基基礎設計規(guī)范》-2002版在淺基礎相應章節(jié)對淺基礎的抗剪驗算說明較為模糊，沒有明確說明在什么情況下應該進行抗剪切驗算，因為在大多土質(zhì)地基情況下，抗沖切起控制作用，沖切滿足，剪切自然就滿足，但在非土質(zhì)地基，即當?shù)鼗休d力較高時，尤其是對巖石地基上，經(jīng)過有限元模擬計算確定，并非是沖切控制，而是由剪切控制，如果仍套用土質(zhì)地基下的驗算方法，不進行抗剪驗算，設計結(jié)果將是不安全的。

當基礎底面短邊尺寸小于或等于柱寬加兩倍基礎有效高度時，應按下列公式驗算柱與基礎交接處截面受剪承載力：

Vs≤0.7βhsftA0 （8.2.9-1）

βhs=（800/h0）1/4 （8.2.9-2）

式中：Vs—柱與基礎交接處的剪力設計值（kN），圖8.2.9中的陰影面積乘以基底平均凈反力；βhs—受剪切承載力截面高度影響系數(shù)，當h0<800mm時，取h0=800mm；當h0>2000mm時，取h0=2000mm；A0—驗算截面處基礎的有效截面面積（m2）。當驗算截面為階形或錐形時，可將其截面折算成矩形截面。

在常用的各種計算軟件中，軟件各自的內(nèi)部條件考慮的也不同，中國建筑科學研究院開發(fā)的JCCAD軟件由于后期制圖較方便，是設計人員比較常用的軟件，JCCAD進行了基礎的抗彎、抗沖切、地基的承載力驗算，但沒有進行基礎的抗剪切驗算，而北京理正軟件設計研究院開發(fā)的“理正結(jié)構(gòu)”和工程師常用的計算軟件“Morgain結(jié)構(gòu)快速設計”在對淺基礎的驗算上對除了抗彎、抗沖切、地基的承載力驗算外，還有抗剪切驗算。

但是如果按照規(guī)范的公式去計算巖石地基下的條形基礎，很多工程師會有疑惑，為什么計算出來的基礎厚度巨大呢，甚至比用沖切控制的厚度大一個數(shù)量級，是否真的需要這么厚呢？

本文用Midas有限元結(jié)構(gòu)計算軟件進行了有限元模擬條形基礎受力過程分析，圖1～圖5表示條形基礎剖斷面在線荷載作用下的有限元溫度應力圖，圖1為地基反力系數(shù)接近于土質(zhì)地基，圖5為地基反力系數(shù)接近于巖石地基，圖2～圖4為土質(zhì)地基到巖石地基的漸變）隨著地基反力系數(shù)的增大，基板的沖切與剪切似乎是一個量變的過程，由基板的有效應力分界線可看出。最初的狀態(tài)為基礎整體沉降，基板沒有變形，隨著地基反力系數(shù)的增大，基板的變形由線性漸漸變?yōu)榉蔷€性，基板被墻體沿近似45度角沖切破壞，此時地基反力系數(shù)繼續(xù)增大，沖切的破壞角度由45度逐漸變小了，當?shù)鼗戳ο禂?shù)大到一定程度，即當基巖強度等于混凝土強度時，基板翼緣的變形為零，即理論上不需要翼緣，墻體自身面積已能夠承擔上部荷載，如果上部荷載繼續(xù)增大，最終破壞形式為基板在墻體邊界垂直范圍內(nèi)的混凝土被壓壞。由此可見，當?shù)鼗休d力較大時，沖切角度并非我們常常認為的45°，所以應進行抗剪切驗算。

但此時的整個沖切角內(nèi)的混凝土壓應力是非常大的，如果我們?nèi)匀徊捎靡?guī)范中的公式去計算墻邊的混凝土底板的抗剪，是否合適。

我們知道，剪切破壞有剪拉破壞、斜壓破壞、剪壓破壞三種形式，我們通常設計構(gòu)件時是通過構(gòu)造措施（最小配筋率和分布鋼筋最大間距等）防止發(fā)生剪拉破壞和斜壓破壞，通過計算確定構(gòu)件中需要配置的箍筋數(shù)量，防止發(fā)生剪壓破壞。

《地規(guī)》中所給出的公式為剪壓破壞的公式。

我們從圖中明顯的看到當?shù)鼗膲嚎s模量與承載力不斷增大時，整個沖切角內(nèi)的混凝土壓應力非常大時，基礎發(fā)生的破壞其實是斜壓破壞，應該采用斜壓破壞的公式去驗算基礎厚度：

《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》第6.3.1 條矩形、T形和I形截面受彎構(gòu)件的受剪截面應符合下列條件：

當hw/b≤4時V≤0.25βcfcbh0

當hw/b≥6時V≤0.2βcfcbh0

當4

式中：V—構(gòu)件斜截面上的最大剪力設計值；βc—混凝土強度影響系數(shù)：當混凝土強度等級不超過C50時，βc取1.0；當混凝土強度等級為C80時，尺取0.8；其間按線性內(nèi)插法確定；b—矩形截面的寬度，T形截面或I形截面的腹板寬度；h0—截面的有效高度；

hw—截面的腹板高度：矩形截面，取有效高度；T形截面，取有效高度減去翼緣高度；I形截面，取腹板凈高。

本公式目的首先是防止構(gòu)件截面發(fā)生斜壓破壞（或腹板壓壞），即為發(fā)生剪壓破壞的臨界值，經(jīng)過試算，使用該公式驗算，條形基礎可以控制在一個合理的厚度，大致可以沖切驗算時的厚度在2倍上下以內(nèi)，而且大部分情況是由沖切控制，這與有限元的計算試驗相吻合，故巖石地基下的墻下采用條形基礎時，應該進行抗剪切驗算，但規(guī)范提供公式過于保守，工程師在設計時應根據(jù)實際情況進行酌情考慮。

摘 要：通過利用有限元分析軟件，分析了現(xiàn)規(guī)范上沒有特別強調(diào)，但多數(shù)設計人員忽略的巖石地基上的條形基礎的抗剪切驗算，文章通過對有限元分析的應力圖進行分析，對規(guī)范中條形基礎抗剪驗算的公式提出不同的見解。

關鍵詞：條形基礎；抗剪驗算；有限元；巖石地基；斜壓破壞

大連市是一個典型的山地城市，建筑地基多為巖石，隨著高層建筑的興建，為解決承載力和穩(wěn)定問題，即使基巖埋藏很淺，設計人員也習慣于采用嵌巖樁基礎。樁基礎承載力較高，受力明確，設計方便，是一種很好的基礎形式，但我們在設計過程中，很多情況是開挖即見中風化，在強度很高，基巖埋藏很淺的巖石地基上用樁基，存在施工困難，工程費用較高的弊病，樁基的使用更受到限制，而在這些情形下，以條形基礎為代表的淺基礎正可發(fā)揮其優(yōu)勢，取得更好的效果。

目前，巖石地基上的條形基礎研究很少，個別工程采用時也是借鑒普通非巖石土質(zhì)地基上條形基礎的算法進行計算，而《建筑地基基礎設計規(guī)范》-2002版在淺基礎相應章節(jié)對淺基礎的抗剪驗算說明較為模糊，沒有明確說明在什么情況下應該進行抗剪切驗算，因為在大多土質(zhì)地基情況下，抗沖切起控制作用，沖切滿足，剪切自然就滿足，但在非土質(zhì)地基，即當?shù)鼗休d力較高時，尤其是對巖石地基上，經(jīng)過有限元模擬計算確定，并非是沖切控制，而是由剪切控制，如果仍套用土質(zhì)地基下的驗算方法，不進行抗剪驗算，設計結(jié)果將是不安全的。

當基礎底面短邊尺寸小于或等于柱寬加兩倍基礎有效高度時，應按下列公式驗算柱與基礎交接處截面受剪承載力：

Vs≤0.7βhsftA0 （8.2.9-1）

βhs=（800/h0）1/4 （8.2.9-2）

式中：Vs—柱與基礎交接處的剪力設計值（kN），圖8.2.9中的陰影面積乘以基底平均凈反力；βhs—受剪切承載力截面高度影響系數(shù)，當h0<800mm時，取h0=800mm；當h0>2000mm時，取h0=2000mm；A0—驗算截面處基礎的有效截面面積（m2）。當驗算截面為階形或錐形時，可將其截面折算成矩形截面。

在常用的各種計算軟件中，軟件各自的內(nèi)部條件考慮的也不同，中國建筑科學研究院開發(fā)的JCCAD軟件由于后期制圖較方便，是設計人員比較常用的軟件，JCCAD進行了基礎的抗彎、抗沖切、地基的承載力驗算，但沒有進行基礎的抗剪切驗算，而北京理正軟件設計研究院開發(fā)的“理正結(jié)構(gòu)”和工程師常用的計算軟件“Morgain結(jié)構(gòu)快速設計”在對淺基礎的驗算上對除了抗彎、抗沖切、地基的承載力驗算外，還有抗剪切驗算。

但是如果按照規(guī)范的公式去計算巖石地基下的條形基礎，很多工程師會有疑惑，為什么計算出來的基礎厚度巨大呢，甚至比用沖切控制的厚度大一個數(shù)量級，是否真的需要這么厚呢？

本文用Midas有限元結(jié)構(gòu)計算軟件進行了有限元模擬條形基礎受力過程分析，圖1～圖5表示條形基礎剖斷面在線荷載作用下的有限元溫度應力圖，圖1為地基反力系數(shù)接近于土質(zhì)地基，圖5為地基反力系數(shù)接近于巖石地基，圖2～圖4為土質(zhì)地基到巖石地基的漸變）隨著地基反力系數(shù)的增大，基板的沖切與剪切似乎是一個量變的過程，由基板的有效應力分界線可看出。最初的狀態(tài)為基礎整體沉降，基板沒有變形，隨著地基反力系數(shù)的增大，基板的變形由線性漸漸變?yōu)榉蔷€性，基板被墻體沿近似45度角沖切破壞，此時地基反力系數(shù)繼續(xù)增大，沖切的破壞角度由45度逐漸變小了，當?shù)鼗戳ο禂?shù)大到一定程度，即當基巖強度等于混凝土強度時，基板翼緣的變形為零，即理論上不需要翼緣，墻體自身面積已能夠承擔上部荷載，如果上部荷載繼續(xù)增大，最終破壞形式為基板在墻體邊界垂直范圍內(nèi)的混凝土被壓壞。由此可見，當?shù)鼗休d力較大時，沖切角度并非我們常常認為的45°，所以應進行抗剪切驗算。

但此時的整個沖切角內(nèi)的混凝土壓應力是非常大的，如果我們?nèi)匀徊捎靡?guī)范中的公式去計算墻邊的混凝土底板的抗剪，是否合適。

我們知道，剪切破壞有剪拉破壞、斜壓破壞、剪壓破壞三種形式，我們通常設計構(gòu)件時是通過構(gòu)造措施（最小配筋率和分布鋼筋最大間距等）防止發(fā)生剪拉破壞和斜壓破壞，通過計算確定構(gòu)件中需要配置的箍筋數(shù)量，防止發(fā)生剪壓破壞。

《地規(guī)》中所給出的公式為剪壓破壞的公式。

我們從圖中明顯的看到當?shù)鼗膲嚎s模量與承載力不斷增大時，整個沖切角內(nèi)的混凝土壓應力非常大時，基礎發(fā)生的破壞其實是斜壓破壞，應該采用斜壓破壞的公式去驗算基礎厚度：

《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》第6.3.1 條矩形、T形和I形截面受彎構(gòu)件的受剪截面應符合下列條件：

當hw/b≤4時V≤0.25βcfcbh0

當hw/b≥6時V≤0.2βcfcbh0

當4

式中：V—構(gòu)件斜截面上的最大剪力設計值；βc—混凝土強度影響系數(shù)：當混凝土強度等級不超過C50時，βc取1.0；當混凝土強度等級為C80時，尺取0.8；其間按線性內(nèi)插法確定；b—矩形截面的寬度，T形截面或I形截面的腹板寬度；h0—截面的有效高度；

hw—截面的腹板高度：矩形截面，取有效高度；T形截面，取有效高度減去翼緣高度；I形截面，取腹板凈高。

本公式目的首先是防止構(gòu)件截面發(fā)生斜壓破壞（或腹板壓壞），即為發(fā)生剪壓破壞的臨界值，經(jīng)過試算，使用該公式驗算，條形基礎可以控制在一個合理的厚度，大致可以沖切驗算時的厚度在2倍上下以內(nèi)，而且大部分情況是由沖切控制，這與有限元的計算試驗相吻合，故巖石地基下的墻下采用條形基礎時，應該進行抗剪切驗算，但規(guī)范提供公式過于保守，工程師在設計時應根據(jù)實際情況進行酌情考慮。

摘 要：通過利用有限元分析軟件，分析了現(xiàn)規(guī)范上沒有特別強調(diào)，但多數(shù)設計人員忽略的巖石地基上的條形基礎的抗剪切驗算，文章通過對有限元分析的應力圖進行分析，對規(guī)范中條形基礎抗剪驗算的公式提出不同的見解。

關鍵詞：條形基礎；抗剪驗算；有限元；巖石地基；斜壓破壞

大連市是一個典型的山地城市，建筑地基多為巖石，隨著高層建筑的興建，為解決承載力和穩(wěn)定問題，即使基巖埋藏很淺，設計人員也習慣于采用嵌巖樁基礎。樁基礎承載力較高，受力明確，設計方便，是一種很好的基礎形式，但我們在設計過程中，很多情況是開挖即見中風化，在強度很高，基巖埋藏很淺的巖石地基上用樁基，存在施工困難，工程費用較高的弊病，樁基的使用更受到限制，而在這些情形下，以條形基礎為代表的淺基礎正可發(fā)揮其優(yōu)勢，取得更好的效果。

目前，巖石地基上的條形基礎研究很少，個別工程采用時也是借鑒普通非巖石土質(zhì)地基上條形基礎的算法進行計算，而《建筑地基基礎設計規(guī)范》-2002版在淺基礎相應章節(jié)對淺基礎的抗剪驗算說明較為模糊，沒有明確說明在什么情況下應該進行抗剪切驗算，因為在大多土質(zhì)地基情況下，抗沖切起控制作用，沖切滿足，剪切自然就滿足，但在非土質(zhì)地基，即當?shù)鼗休d力較高時，尤其是對巖石地基上，經(jīng)過有限元模擬計算確定，并非是沖切控制，而是由剪切控制，如果仍套用土質(zhì)地基下的驗算方法，不進行抗剪驗算，設計結(jié)果將是不安全的。

當基礎底面短邊尺寸小于或等于柱寬加兩倍基礎有效高度時，應按下列公式驗算柱與基礎交接處截面受剪承載力：

Vs≤0.7βhsftA0 （8.2.9-1）

βhs=（800/h0）1/4 （8.2.9-2）

式中：Vs—柱與基礎交接處的剪力設計值（kN），圖8.2.9中的陰影面積乘以基底平均凈反力；βhs—受剪切承載力截面高度影響系數(shù)，當h0<800mm時，取h0=800mm；當h0>2000mm時，取h0=2000mm；A0—驗算截面處基礎的有效截面面積（m2）。當驗算截面為階形或錐形時，可將其截面折算成矩形截面。

在常用的各種計算軟件中，軟件各自的內(nèi)部條件考慮的也不同，中國建筑科學研究院開發(fā)的JCCAD軟件由于后期制圖較方便，是設計人員比較常用的軟件，JCCAD進行了基礎的抗彎、抗沖切、地基的承載力驗算，但沒有進行基礎的抗剪切驗算，而北京理正軟件設計研究院開發(fā)的“理正結(jié)構(gòu)”和工程師常用的計算軟件“Morgain結(jié)構(gòu)快速設計”在對淺基礎的驗算上對除了抗彎、抗沖切、地基的承載力驗算外，還有抗剪切驗算。

但是如果按照規(guī)范的公式去計算巖石地基下的條形基礎，很多工程師會有疑惑，為什么計算出來的基礎厚度巨大呢，甚至比用沖切控制的厚度大一個數(shù)量級，是否真的需要這么厚呢？

本文用Midas有限元結(jié)構(gòu)計算軟件進行了有限元模擬條形基礎受力過程分析，圖1～圖5表示條形基礎剖斷面在線荷載作用下的有限元溫度應力圖，圖1為地基反力系數(shù)接近于土質(zhì)地基，圖5為地基反力系數(shù)接近于巖石地基，圖2～圖4為土質(zhì)地基到巖石地基的漸變）隨著地基反力系數(shù)的增大，基板的沖切與剪切似乎是一個量變的過程，由基板的有效應力分界線可看出。最初的狀態(tài)為基礎整體沉降，基板沒有變形，隨著地基反力系數(shù)的增大，基板的變形由線性漸漸變?yōu)榉蔷€性，基板被墻體沿近似45度角沖切破壞，此時地基反力系數(shù)繼續(xù)增大，沖切的破壞角度由45度逐漸變小了，當?shù)鼗戳ο禂?shù)大到一定程度，即當基巖強度等于混凝土強度時，基板翼緣的變形為零，即理論上不需要翼緣，墻體自身面積已能夠承擔上部荷載，如果上部荷載繼續(xù)增大，最終破壞形式為基板在墻體邊界垂直范圍內(nèi)的混凝土被壓壞。由此可見，當?shù)鼗休d力較大時，沖切角度并非我們常常認為的45°，所以應進行抗剪切驗算。

但此時的整個沖切角內(nèi)的混凝土壓應力是非常大的，如果我們?nèi)匀徊捎靡?guī)范中的公式去計算墻邊的混凝土底板的抗剪，是否合適。

我們知道，剪切破壞有剪拉破壞、斜壓破壞、剪壓破壞三種形式，我們通常設計構(gòu)件時是通過構(gòu)造措施（最小配筋率和分布鋼筋最大間距等）防止發(fā)生剪拉破壞和斜壓破壞，通過計算確定構(gòu)件中需要配置的箍筋數(shù)量，防止發(fā)生剪壓破壞。

《地規(guī)》中所給出的公式為剪壓破壞的公式。

我們從圖中明顯的看到當?shù)鼗膲嚎s模量與承載力不斷增大時，整個沖切角內(nèi)的混凝土壓應力非常大時，基礎發(fā)生的破壞其實是斜壓破壞，應該采用斜壓破壞的公式去驗算基礎厚度：

《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》第6.3.1 條矩形、T形和I形截面受彎構(gòu)件的受剪截面應符合下列條件：

當hw/b≤4時V≤0.25βcfcbh0

當hw/b≥6時V≤0.2βcfcbh0

當4

式中：V—構(gòu)件斜截面上的最大剪力設計值；βc—混凝土強度影響系數(shù)：當混凝土強度等級不超過C50時，βc取1.0；當混凝土強度等級為C80時，尺取0.8；其間按線性內(nèi)插法確定；b—矩形截面的寬度，T形截面或I形截面的腹板寬度；h0—截面的有效高度；

hw—截面的腹板高度：矩形截面，取有效高度；T形截面，取有效高度減去翼緣高度；I形截面，取腹板凈高。

本公式目的首先是防止構(gòu)件截面發(fā)生斜壓破壞（或腹板壓壞），即為發(fā)生剪壓破壞的臨界值，經(jīng)過試算，使用該公式驗算，條形基礎可以控制在一個合理的厚度，大致可以沖切驗算時的厚度在2倍上下以內(nèi)，而且大部分情況是由沖切控制，這與有限元的計算試驗相吻合，故巖石地基下的墻下采用條形基礎時，應該進行抗剪切驗算，但規(guī)范提供公式過于保守，工程師在設計時應根據(jù)實際情況進行酌情考慮。