[科普中国]-独立基脚

概念

独立基脚是一种把建筑物的部分重量分布在一片比较大的面积之上，以将单位载荷减小的构造。换句话说，基脚和地面接触的面积越大，单位面积所受的载荷越小。1

独立基脚的三种类型独立基脚通常支持一根柱子，可分为三种不同类型：垂直薄板式、斜坡式和****阶式。参考图1。

独立基脚如果支撑两根或两根以上的柱子，叫做复式基脚。复式基脚中的柱脚，如果和纵向的肋墙所结合起来，则这种基脚被称为肋式基脚，参考图2。1

独立基脚形状独立基脚通常使用方形或矩形，常观柱之形状而定。此种基脚最简单的型式，是由一单板组成，如图3（a），若板厚在80公分以下时，最为经济。图3（b）为阶式基脚，易于传递载重并能加强其隙缝强度，多使用于大型基脚。图3（c）为斜坡基脚，须使用人工修饰故经济性较差。2

基脚受力分析

基脚底面所承受之应力分为两部分，一为由柱载重作用下所产生之向上压力，称为净向上压力，如图4之。一为由基脚自重及基脚盖盖土重作用下所产生之向上土压力，如图4之部分。因基脚之自重所产生向上土压力，与基脚自重反向而相等互相抵消，故实际作用于基脚之作用力，仅净向上压力而已。於是基脚之大小可由此净向上压力，除以土壤容许承载力而得，由下式式得2：

基脚剪力强度独立基脚之柱体均在基脚之正中央，其作用力向两方向伸展，对柱体而言基脚在两方向上形同悬臂板。因此，由于基脚底部两方向向上之压力作用，产生拉应力与剪力。此拉应力所产生之挠曲应力必须由钢筋承受，剪力则由混凝土承受。於是钢筋之设计须依两向之弯矩大小而定，持两层互相垂直并平行于基脚边的配置方式。而基脚之厚基脚度则由剪力所控制，若基脚之厚度足以抵抗剪力破坏，即可不必使用剪力钢筋，若基脚厚度受限制时应使用剪力钢筋。

当柱体将全部载重传递于基脚上时，柱脚所产生之集中压应力，形成扩散状态伸入基脚中，如图5（a）是靠近柱脚之混凝土，除受剪力作用外在其垂直方向亦有斜拉力。因而基脚之破坏形成一个锥体，此锥体向外之倾斜角约为45°，其扩张范围约距柱脚四周各d/2处，如图5（b）。此时临界面积abcd上之穿透剪力强度为：

上项穿透剪力强度系由柱脚之垂直压缩力，与基脚中两轴向别矩所产生之水平压力所组成的三轴向力，对于混凝土之剪力强度显著提高，因此此项剪力远大於梁的单向剪力强度。且柱脚四周延伸剖面上之剪力强度为：

上式之为abcd之周长，即柱之长短边之比。而图5（c）之不规则剖面，其a及b如图所示。

基脚亦如梁和单向板，在距离柱脚d处发生剪力破坏，所以在距离柱脚d处，即图5（b）ef线上之剪力强度，为梁或单向板的剪力强度：

上式之b系指距离d处之基脚宽度即等ef之长。为efgh面积上之剖面总剪力。为ef线上之弯矩。

但通常所使用的剪力强度较为保守，我国建筑技术规则构造篇第436条规定为：

工作应力法则使用：

以剪力计算基脚的厚度的时候，可使用2：

基脚弯曲强度通过整个基脚任一垂直剖面上之弯矩，为其任一侧基脚面积上作用力所产生之弯矩。独立基脚之最大弯矩，在柱脚面之一线上，如图6。承载圬工墙或钢筋混凝土墙基脚，其最大别弯矩发生于墙中心线与墙面之中点处，如图8。2

于是，由图6，得矩形基脚长向cd线，即由abcd面所产生之最大弯矩为：

矩向由ebfg面积所产生之最大弯矩，作用于ef线者为：

依建筑技术规则第464条之规定，矩形双向独立基脚，其长向钢筋须均匀分布于基脚之全宽，矩向钢筋总数量之倍，须以柱或柱中心线为中心，其宽度各等於转基脚短向宽度之范围内均匀放置。其余钢筋则均匀分置于两侧。其中即长边与短边之比，正方形柱基脚。2