关于多杆合一基础脱空比的控制值分析.pdf

四川建筑第43卷第4期工程结构关于多杆合一基础脱空比的控制值分析许鹏（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海2 0 0 0 92）【摘要】现阶段，多杆合一基础多采用独立基础，独立基础的脱空比控制值是设计中的重要指标，脱空比控制值的大小将直接影响到基础尺寸的取值，目前尚无专门的规范对多杆合一基础脱空比进行规定。结合既有相关规范对脱空比的要求,研究分析了独立基础基底脱空比与基础抗倾覆安全系数的关系，并分析了典型多杆合一基础的基底脱空比与基底最大压应力的关系。根据分析结果,建议多杆合一基础的基底脱空比按15%控制较为合理。【关键词】独立基础；基底脱空比；抗倾覆安全系数；基底最大压应力【中图分类号】TU470*.30引言随着城市的快速发展，城市道路两侧交通指示牌、信号灯、监控等各类设施杆件林立，交叉重复的杆件对城市街道的景观产生了较大的不良影响，杆件的重复设置也增加了道路的工程造价。多杆合一是将多种杆件功能汇集在一个综合杆上，有效的减少了道路两侧的杆件数量，已成为新建城市道路杆件设计的趋势。现阶段，多杆合一基础多采用独立基础，独立基础的脱空比控制值是基础设计中重要的指标，其取值的大小将直接影响到基础尺寸。目前，尚无专门的规范对多杆合一基础的脱空比进行规定。在水平荷载作用下，既有相关规范对基础基底脱空比控制值的规定见表1。表1既有相关规范对基底脱空比控制值的规定基底脱空比上部结规范名称控制值/%构特点GB50011-20100建筑抗震设计规范1JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程2 GB 50135-2019高箕结构设计标准3 FD 003 2007风电机组地基基础设计规定4CECS148:2003户外广告设施钢结构技术规程5注：表中H为上部结构高度,B为结构宽度。【文献标志码】A目前，除JGJ32 0 10 高层建筑混凝土结构技术规程2 外,其他相关规范并未对基底脱空比的取值依据及作用进行说明。根据该规程第12.1.7 条的条文说明：为使高层建筑在水平力和竖向荷载作用下，地基压应力不至于过于集中，对基础底面压应力较小一端的应力状态作了限制，满足本条高层建筑结构的抗倾覆能力具有足够的安全储备，不需验算结构的整体倾覆。因此,限制基底脱空比的作用主要体现在两方面：一方面是控制结构的抗倾覆安全性，另一方面是控制地基压应力不至于过大。1基础抗倾覆稳定与基底脱空比的关系为分析独立基础抗倾覆稳定与基底脱空比的关系,现以平面宽度为b，长度为l的矩形独立基础为例,进行抗倾覆安全系数计算。当基底脱空比大于0 时，偏心荷载作用下独立荷载作用条件基础的基底压力见图1。H/B 4地震作用15H/B40H/B 415H/B4组合、重力荷载与地震作用组合除电视塔、微波塔、观地震设计组合或正25光塔、石油常使用极限状态标化工塔外的准组合其他各类塔上部风机承正常运行荷载工0受36 0 方向况、多遇地震工况重复动荷载25及偏心受力极端荷载工况正常使用工况（风25荷载）令脱空比为式(1）、式(2）。地震作用k=(b-3a)l/bl=(b-3a)/b重力荷载与风荷载a=2组合、重力荷载与地震作用组合重力荷载与风荷载(1)6-e式中：e为基础顶上部荷载的偏心距，Fk为上部结构作用在基础顶的竖向力，Gk为基础及基础上的土重。由式(1)和式(2)可得式(3）。e=b/3(1/2+k)忽略基础侧面土压力产生的水平抗力的有利作用，将偏心荷载换算到基底中心集中力（Fk+G）和力矩Mk，对基底最大压应力点进行抗倾覆验算,则有式（4）、式（5）、式(6)。倾覆力矩：M,=Mk=(Fk+Gu)e抗倾覆力矩：MR=（Fk+G k）b/2抗倾覆安全系数：M/M，=3/(1+2 k)定稿日期 2 0 2 2 -11-15作者简介 许鹏（1990 一），男，硕士，工程师，主要从事市政结构的设计与研究工作。183(2)(3)(4)(5)(6)工程结构图1偏心荷载作用下独立基础基底压力示意按式(6)可计算出基底典型脱空比与基础整体抗倾覆安全系数的关系，见表2。表2 基底典型脱空比与基础抗倾覆安全系数的关系脱空比/%015255075抗倾覆安全系数32.321.5 1.2备注临界平衡由上述可知,独立基础基底脱空比与基础结构抗倾覆安全系数成线性反比关系，当基底脱空比按小于15%控制时，基础的抗倾覆安全已有足够的安全富裕。2基底脱空比对基底最大压应力的影响由上述式(2)及式(3),可得式(7)。a=b/2-e=b/3(1-k)对于多杆合一的杆件轴力主要由自重产生，F相对较小，Mk主要由横杆偏载及风荷载产生，M相对较大。故普通情况下,有e=Mk/（Fk+G）b/6。故有式(8)。Pkmax参照大量已建类似工程案例,以普通多杆合一的综合杆进行算例分析，综合杆直径d320mm,杆件壁厚t16mm,杆件高度H14m,据此计算杆件自重Fk。假定独立基础埋深均为2 m，基础底板厚度均为0.5m,独立基础在不同平面尺寸情况下，典型基底脱空比与基底最大压应力Pkmx的对应关系如表3所示。对于多杆合一基础，一般埋深较浅，假定修正后地基承载力特征值f。=10 0 k Pa，将表3中数值进行换算，可得Pkmax/f与基底脱空比的关系见图2。由图2 可知，当独立基础平面尺寸大于1.5m1.5m时，基底脱空比按k0.15控制，在一般情况下，有：Pkmx/f，1.2，满足CB50007-2011建筑地基基础设计规范6 的相关要求。184四川建筑第43卷第4期F+Gi表3典型基底脱空比与基底最大压应力的对应关系PkmaxPkmax基础尺寸/m(k=0)1.0 1.0118.61.5 1.599.92.0 2.093.42.52.590.43.0 3.088.7F+G,2.52.32.11.91.71.51.33a1.10.90.7图2Pkmax/f。与基底脱空比的关系3结论及建议100(1)对于多杆合一的基础设计，当基底脱空比按k10.15控制时，基础的抗倾覆安全系数已有足够富裕。(2)与普通框架结构柱的独立基础不同的是，多杆合一基础的上部结构传递下来的轴力较小。当基础平面尺寸大于1.5m1.5m时,并控制基底脱空比k0.15,基底最大压应力Pkmx1.2f.普遍可以满足。(3)在JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程2 中以H/B上部结构的高宽比来作为脱空比控制值划分的依据,但该条规定适用于基础宽度B与上部结构宽度B相同的(7)情形。对于多杆合一基础,如以高宽比H/B大于4,脱空比按0控制,过于保守,且不尽合理。建议多杆合一基础的基底脱空比按小于15%控制较为合理。2(Fk+G)=2(F+GR)(8)3lalb(1-k)Pkmx(k=0.15)(k=0.25)139.5158.1117.6133.2109.9124.5106.3120.5104.4118.31.01.01.51.52.02.0*2.52.53.0 x3.00.15基底脱空比参考文献1建筑抗震设计规范：GB50011-2010（2 0 16 版）S.北京：中国建筑工业出版社，2 0 16.2高层建筑混凝土结构技术规程：JCJ3-2010S.北京：中国建筑工业出版社,2 0 10.3高耸结构设计标准：GB50135-2019S.北京：中国计划出版社,2 0 19.4风电机组地基基础设计规定：FD003-2007（试行）S.北京：中国水利水电出版社，2 0 0 75户外广告设施钢结构技术规程：CECS148：2 0 0 3S.北京：中国计划出版社,2 0 0 3.6建筑地基基础设计规范：CB50007-2011S.北京：中国建筑工业出版社,2 0 11.Pkmax(h=0.50)237.2199.9186.8180.8177.50.250.50