[科普中国]-交叉条形基础

简介

交叉条形基础，也称作十字交叉基础，是柱下条形基础在柱网的双向布置，相交于柱位处形成交叉条形基础。使基础地面面积和基础整体刚度相应增大，同时可以减小地基的附加应力和不均匀沉降1。当地基软弱，柱网的柱荷载不均匀，需要基础具有空间刚度以调整不均匀沉降时多采用此类型基础，此类基础计算较复杂。

交叉条形基础是钢筋砼框架结构常用的基础型式，工程实际中柱下十字交梁基础的宽度常采用经验选用，常导致竖向荷载作用下，纵横两方向条形基础分配到的柱子轴力与两方向的实际宽度不相一致，纵横两方向基底支反力不相等，最终导致纵横两方向分别计算时基础沉降变形不一致，使计算模型与实际变形特点不相符，结构受力不合理，因此交叉条形基础的宽度是关系到基础结构受力合理性和设计合理性及经济性的关键设计步骤，具有十分重要的科学意义和工程意义2。

荷载分配柱下十字交叉梁基础可视为双向的柱下条形基础，其每个方向的条形基础构造及计算与柱下条形基础相同，只是柱传递的竖向荷载由两个方向的条形基础承担，故需在两个方向上进行分配，而柱传递的弯矩Mx、My直接加于相应方向的基础梁上，不必再做分配，即不考虑基础梁承受的扭矩。柱传递的竖向荷载在正交的两个条形基础上的分配原则必须满足两个条件：①静力平衡条件，即咱节点处分配给两个方向条形基础的荷载之和等于柱荷载。②变形协调条件，即分离后两个方向的条形基础在交叉节点处的竖向位移应相等。按以上原则进行荷载分配显然很复杂，为简化计算，一般采用文克勒地基模型，略去其他节点的荷载对本节点挠度的影响。

基本假定结点荷载分配的简化计算方法的假定：纵横条形基础的交点均为铰接，一个方向条形基础有转角时不对另一个方向的条形基础引起内力；结点上两个方向的弯矩分别由同向的条形基础承担；不计相邻条形基础上荷载的影响。

节点荷载的初步分配柱节点分为：中柱节点、边柱节点和角柱节点。对中柱节点，两个方向的基础梁可看做无限长；对边柱节点，一个方向基础视为无限长梁，而另一方向基础视为半无限长梁；对角柱节点，两个方向均视为半无限长梁。

节点荷载分配的调整按照以上方法进行柱荷载分配后，可分别按两个方向的条形基础计算。但这种计算在交点处基底重叠面积重复计算了一次。结果使地基反力减少，致使计算结果偏于不安全，故按节点荷载分配后还需进行调整。

条形基础是指基础长度远远大于宽度的一种基础形式。按上部结构分为墙下条形基础和柱下条形基础。基础的长度大于或等于10倍基础的宽度。 条形基础的特点是，布置在一条轴线上且与两条以上轴线相交，有时也和独立基础相连，但截面尺寸与配筋不尽相同。 另外横向配筋为主要受力钢筋，纵向配筋为次要受力钢筋或者是分布钢筋。主要受力钢筋布置在下面。墙下条形基础和柱下独立基础（单独基础）统称为扩展基础。扩展基础的作用是把墙或柱的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力和变形的要求。扩展基础包括无筋扩展基础和钢筋混凝土扩展基础。

无筋扩展基础无筋扩展基础。无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的无需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。无筋基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度都不高，为了使基础内产生的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值，设计时需要加大基础的高度。因此，这种基础几乎不发生挠曲变形，故习惯上把无筋基础称为刚性基础。

无筋扩展基础适用于多层民用建筑和轻型厂房。无筋扩展基础的抗拉强度和抗剪强度较低，因此必须控制基础内的拉应力和剪应力。结构设计时可以通过控制材料强度等级和台阶宽高比（台阶的宽度与其高度之比）来确定基础的截面尺寸，而无需进行内力分析和截面强度计算。图9-3所示为无筋扩展基础构造示意图，要求基础每个台阶的宽高比（b2：h）都不得超过《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中表8.1.2中所列的台阶宽高比的允许值（可用图中角度α的正切tanα表示）。设计时一般先选择适当的基础埋深和基础底面尺寸，设基底宽度为b，则按上述要求，基础高度应满足下列条件：

由于台阶宽高比的限制，无筋扩展基础的高度一般都较大，但不应大于基础埋深，否则，应加大基础埋深或选择刚性角较大的基础类型（如混凝土基础），如仍不满足，可采用钢筋混凝土基础。

柱下条形基础柱下条形基础通常由基础底板和基础梁组成。当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀，以至于采用扩展基础可能产生较大的不均匀沉降时，常将同一方向（或同一轴线）上若干柱子的基础连成一体而形成柱下条形基础。这种基础的抗弯刚度较大，因而具有调整不均匀沉降的能力，并能将所承受的集中柱荷载较均匀地分布到整个基底面积上。柱下条形基础是常用于软弱地基上框架或排架结构的一种基础形式。柱下条形基础的构造，除满足《地基基础设计规范》第8.2.2条要求外，尚应符合下列规定：柱下条形基础梁的高度宜为柱距的1/4～1/8。翼板厚度不应小于200mm。当翼板厚度大于250mm时，宜采用变厚度翼板，其坡度宜小于或等于1:3；条形基础的端部宜向外伸出，其长度宜为第一跨距的0.25倍；现浇柱与条形基础梁的交接处，基础梁的平面尺寸应大于柱的平面尺寸，且柱的边缘至基础梁边缘的距离不得小于50mm；条形基础梁顶部和底部的纵向受力钢筋除满足计算要求外，顶部钢筋按计算配筋全部贯通，底部通长钢筋不应少于底部受力钢筋截面总面积的1/3；柱下条形基础的混凝土强度等级，不应低于C20。

柱下条形基础的计算，除应符合《地基基础设计规范》第8.2.6条的要求外，尚应符合下列规定：在比较均匀的地基上，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度不小于1/6柱距时，地基反力可按直线分布，条形基础梁的内力可按连续梁计算，此时边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值宜乘以1.2的系数；当不满足本条第一款的要求时，宜按弹性地基梁计算；对交叉条形基础，交点上的柱荷载，可按交叉梁的刚度或变形协调的要求，进行分配。其内力可按本条上述规定，分别进行计算；验算柱边缘处基础梁的受剪承载力；当存在扭矩时，尚应作抗扭计算；当条形基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下条形基础梁顶面的局部受压承载力。