一級(jí)結(jié)構(gòu)師輔導(dǎo)：多層框架基礎(chǔ)拉梁講解

　　一、框架計(jì)算簡(jiǎn)圖

　　無地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋，獨(dú)立基礎(chǔ)埋埋置較深，在-0.05左右設(shè)有基礎(chǔ)拉梁時(shí)，應(yīng)拉梁按層1輸入。

　　以某學(xué)生宿舍為例，該項(xiàng)目為3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，丙類建筑，建筑場(chǎng)地為Ⅱ類;層高3.3m，基礎(chǔ)埋深4.0m，基礎(chǔ)高度0.8m，室內(nèi)外高差0.45m。根據(jù)《抗震規(guī)范》第6.1.2條，在8度地震區(qū)該工程框架房屋的抗震等級(jí)為級(jí)。設(shè)計(jì)者按3層框架房屋計(jì)算，首層層高取3.35m，即假定框架房屋嵌固在-0.05m處的基礎(chǔ)拉梁頂面;基礎(chǔ)拉梁的斷面和配筋按構(gòu)造設(shè)計(jì);基礎(chǔ)按中心受壓計(jì)算。顯然，選取這樣的計(jì)算生產(chǎn)力簡(jiǎn)圖是不妥當(dāng)?shù)?。因?yàn)椋?/P>

　　第一，按構(gòu)造設(shè)計(jì)拉梁的斷面和配筋無法平衡柱腳彎矩;

　　第二，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)(以下簡(jiǎn)稱《混凝土規(guī)范》第7.3.11條規(guī)定，

　　框架結(jié)構(gòu)底層柱的高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至首層樓蓋頂面的高度。

　　工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，這樣的框架結(jié)構(gòu)宜按4層進(jìn)行整體分析計(jì)算，即將基礎(chǔ)拉梁層按層1輸入，拉梁上如作用有荷載，應(yīng)將荷載一并輸入。這樣，計(jì)算簡(jiǎn)圖的首層層高為H1=4-0.8-0.05=3.15m，層2層高為3.35m，層3、4層高為3.3m。

　　根據(jù)《抗震規(guī)范》第6.2.3條規(guī)定，框架柱底層柱腳彎矩設(shè)計(jì)應(yīng)行乘以增大系數(shù)1.25。

　　當(dāng)設(shè)拉梁層時(shí)，一般情況下，要比較底層柱的配筋是由基礎(chǔ)頂面處的截面控制還是由基礎(chǔ)拉梁處的截面控制。

　　考慮到地基土的約束作用，對(duì)這樣的計(jì)算簡(jiǎn)圖，在電算程序總信息輸入中，可填寫地下室層數(shù)為1，并復(fù)算一次，

　　按兩次計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)圖進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)底層柱的設(shè)計(jì)的配筋。

　　二、基礎(chǔ)拉梁層的計(jì)算模型不符合實(shí)際情況

　　基礎(chǔ)拉梁層無樓板，用TAT或SATWE等電算程序進(jìn)行框架整體計(jì)算時(shí)，樓板厚度應(yīng)取零，并定義彈性結(jié)點(diǎn)，

　　用總剛分板的方法進(jìn)行分析計(jì)算。有時(shí)雖然定義樓板厚度為零，也定義彈性結(jié)點(diǎn)，但未采用總剛分析，程序分析時(shí)仍然會(huì)自動(dòng)按剛性樓面假定進(jìn)行計(jì)算，與實(shí)際情況不符。房屋結(jié)構(gòu)的平面不規(guī)則時(shí)，應(yīng)特別注意這一點(diǎn)。

　　三、基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)不當(dāng)

　　多層框架房屋基礎(chǔ)埋深很大時(shí)，為了減小底層柱的計(jì)算長(zhǎng)度和底層的位移，可在±0.00以下適當(dāng)位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁，但不宜按構(gòu)造要求設(shè)置，宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，并按規(guī)范規(guī)定設(shè)置箍筋加密區(qū)。但就抗震而言，應(yīng)采用短柱基礎(chǔ)方案。一般來說，當(dāng)獨(dú)立基礎(chǔ)埋置不深，或者埋置雖深但采用了短柱方案時(shí)，由于地基不良或柱子荷載差別較大，或根據(jù)抗震要求，可沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁。基礎(chǔ)拉梁截面高度可取柱中心距的1/12~1/18，截面寬度可取1/20~1/30。構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁的截面可取上述限值范圍內(nèi)的下限，縱向受力鋼筋可取上述所連接柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%作為拉力或壓力來計(jì)算，當(dāng)為構(gòu)造配筋時(shí)，除滿足最小配筋率外，也不得小于上下各2#14(二級(jí)鋼)，箍筋不得小于Ф8@200。當(dāng)拉梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來荷載時(shí)，拉梁截面應(yīng)適當(dāng)增加，算出的配筋應(yīng)和上述構(gòu)造配筋疊加。構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁頂標(biāo)高通常與基礎(chǔ)頂標(biāo)高或智短柱頂高相同。在這種情況下，基礎(chǔ)可按偏心受壓構(gòu)件計(jì)算。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)底層層高不大或埋置不深時(shí)，有時(shí)要把基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)得比較強(qiáng)大，以便用拉梁平衡柱底彎矩。這時(shí)，拉梁正彎矩鋼筋應(yīng)全部拉通，負(fù)彎矩鋼筋至少應(yīng)在1/2跨拉通。拉梁正負(fù)彎矩在框架柱內(nèi)的錨固、拉梁箍筋的加密及有關(guān)抗震構(gòu)造要求與上部框架梁完全相同。此時(shí)拉梁宜設(shè)置在基礎(chǔ)頂部，不宜設(shè)置在基礎(chǔ)頂面之上，基礎(chǔ)則可按中心受壓設(shè)計(jì)。

　　基礎(chǔ)梁在工程中頗為多見，但其計(jì)算方法多不一致，例如墻下基礎(chǔ)梁、柱下基礎(chǔ)梁(即一般文獻(xiàn)中所稱的墻下承臺(tái)梁，柱下承臺(tái)梁)，在一些文獻(xiàn)[1]中，視其為不同情況的彈性地基梁進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。但這些計(jì)算方法是不符合基礎(chǔ)梁的實(shí)際工作狀態(tài)的，故此，本文就此問題予以商榷，并提出建議方法，以供設(shè)計(jì)參考。

　　一、 現(xiàn)有觀點(diǎn)

　　在基礎(chǔ)梁的現(xiàn)有計(jì)算方法中，較有代表性的是以下兩種：

　　1.對(duì)墻下基礎(chǔ)梁，現(xiàn)有觀點(diǎn)認(rèn)為，可視承臺(tái)梁以上墻體為半無限平面彈性地基，基礎(chǔ)梁與墻體(半無限彈性體)共同變形，視基礎(chǔ)梁為樁頂荷載作用下的倒置彈性地基梁，按彈性理論求解基礎(chǔ)梁的反力，經(jīng)簡(jiǎn)化后作為作用在基礎(chǔ)梁上的荷載，然后按普通連續(xù)梁計(jì)算內(nèi)力。

　　2.對(duì)柱下條形基礎(chǔ)梁，現(xiàn)有觀點(diǎn)認(rèn)為，可視為彈性地基梁計(jì)算，即將樁頂反力作為集中力作用在梁上，柱為梁的支座，按普通連續(xù)梁分析其內(nèi)力，樁頂反力按彈性地基架計(jì)算確定。對(duì)于以上兩種不同情況的基礎(chǔ)梁，現(xiàn)有觀點(diǎn)在計(jì)算過程中，均曾視其為彈性地基梁，所不同者，墻下基礎(chǔ)梁視為倒置彈性地基梁，而柱下基礎(chǔ)梁則視為彈性地基梁。但應(yīng)指出的是，現(xiàn)有觀點(diǎn)的以上處理方法，是與彈性地基梁的定義不符合的。

　　二、筆者觀點(diǎn)

　　1.墻下基礎(chǔ)梁

　　現(xiàn)有觀點(diǎn)視基礎(chǔ)梁上墻體為半無限彈性地基，基礎(chǔ)梁為樁頂荷載作用下的倒置彈性地基梁。此處，問題的癥結(jié)在于，能否視墻下基礎(chǔ)梁為倒置彈性地基梁?筆者認(rèn)為墻下基礎(chǔ)梁不能視為倒置彈性地基梁;其原因如下所述。

　　1)基礎(chǔ)梁以上墻體，高度一般在18m(例如8度區(qū))左右，寬度在12m左右，抗彎剛度極大，加之該墻體還承受著相當(dāng)數(shù)量的樓面荷載及墻體自重，故該墻體在樁頂荷載作用下，并不會(huì)產(chǎn)生變形，亦談不到彈性，不符合半無限彈性地基假定條件中關(guān)于彈性的假定條件。

　　2)基礎(chǔ)梁以上墻體，因每層均有圈梁，故各層墻體間，被圈梁分隔成獨(dú)立部分，已不存在連續(xù)性，整片墻實(shí)為砌體與混凝土梁的組合構(gòu)件，但磚砌體與混凝土梁的彈性模量相差甚大(約10倍)，故在受力中，二者是不協(xié)同的。

　　因此，墻下基礎(chǔ)梁不符合半無限彈性地基關(guān)于連續(xù)的假定。

　　3)基礎(chǔ)梁以上墻體，系由磚砌體與混凝土梁兩種構(gòu)件組成，且磚砌體系彈塑性材料，其彈性模量從一開始，應(yīng)力與應(yīng)變就不成比例。而在地震發(fā)生時(shí)，即使在小震作用下，根據(jù)震害調(diào)查，8度區(qū)框架，填充墻亦將產(chǎn)生較多裂縫，而中震和大震下，則裂縫更為普遍，即使是框架梁、柱，亦將產(chǎn)生裂縫。此外，磚砌體與框架梁亦不屬各向同性構(gòu)件，故墻體是不符合半無限彈性地基的假定條件的。

　　由上述可知，基礎(chǔ)梁上墻體，并不符合半無限彈性地基的勻質(zhì)、連續(xù)、彈性假定條件，故墻下基礎(chǔ)梁不應(yīng)視為倒置彈性地基梁進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。

　　2.柱下基礎(chǔ)梁

　　現(xiàn)有觀點(diǎn)認(rèn)為，柱下基礎(chǔ)梁可視為彈性地基梁計(jì)算，與該觀點(diǎn)相應(yīng)的計(jì)算原則有兩種：其一是將樁頂反力作為集中力作用在梁上，柱作為梁的支座，樁頂反力按彈性地基梁計(jì)算確定，然后按普通連續(xù)梁分析內(nèi)力;其二是視基礎(chǔ)梁為彈性地基梁進(jìn)行分析計(jì)算。按照前者，基礎(chǔ)梁受樁頂集中力作用，柱為梁的支座。須知此時(shí)，由于樁頂集中力與樁底軸向力平衡，則樁頂集中力并不在基礎(chǔ)梁內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力，僅底層填充墻在基礎(chǔ)梁內(nèi)產(chǎn)生較小內(nèi)力。此外填充于框架梁和框架柱之間的填充墻，系彼此隔離的小面積獨(dú)立墻片，同時(shí)填充墻目前多采用大孔洞免燒磚，故基礎(chǔ)梁以上之填充墻是不符合半無限彈性地基條件的，且因基礎(chǔ)梁底部只與回填土接觸，并不與地基土接觸，只有樁頭才與地基土接觸。雖然地基土(例如卵石層)在端阻力作用下將產(chǎn)生一些變形，樁身亦會(huì)產(chǎn)生彈性壓縮變形，但柱下基礎(chǔ)梁并不符合倒置彈性地基梁定義。而對(duì)于后者，由于同樣的原因，柱下基礎(chǔ)梁亦不能視為正置彈性地基梁。

　　綜上所述可知，問題的要害是應(yīng)區(qū)分彈性地基梁與普通基礎(chǔ)梁的界限，因?yàn)檫@是兩種不同的概念。

　　彈性地基梁與普通基礎(chǔ)梁在兩個(gè)主要方面存在不同：

　　1)普通基礎(chǔ)梁的超靜定次數(shù)是有限的，彈性地基梁的超靜定次數(shù)是無限的;

　　2)普通基礎(chǔ)梁可略去地基的變形，彈性地基梁由于梁與地基共同變形，故必須考慮地基變形，方能滿足變形連續(xù)條件[2]。

　　三、結(jié)論

　　1.對(duì)于墻下基礎(chǔ)梁，梁上墻體不應(yīng)視為半無限彈性地基，基礎(chǔ)梁不應(yīng)視為樁頂荷載作用下的倒置彈性地基梁。

　　2.對(duì)于柱下基礎(chǔ)梁，不應(yīng)視為彈性地基梁。

　　3.墻下基礎(chǔ)梁及柱下基礎(chǔ)梁，均應(yīng)按普通連續(xù)梁計(jì)算

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