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《Reinforced Concrete Design》by Pillai amp; Menon,2003
翻译第十四章 P655--664
14.1介绍
在建筑在地面上的典型结构中，位于地面之上的部分通常被称为上层建筑，而位于地下的部分被称为地下结构或“基础结构”(或简单地说，地基)。基础的目的是有效地支撑上部结构。在不超过土的“安全承载力”的情况下，将施加的荷载效应(以垂直和水平力和力矩的形式产生的反应)传递到下面的土壤上；以及确保结构的沉降在可容忍的范围内，并尽可能接近均匀。
此外，基础应提供足够的安全，以防止由于翻倒或滑动和可能的拔出造成的不稳定。抗倾覆和滑动力的设计 在挡土墙设计中特别重要，其主要目的是为土方填土/路堤提供横向支撑，以便将土方保持在垂直位置。大基础类型的选择不仅取决于上层建筑的类型和上部结构基础引起的反应的大小和类型，还取决于上部结构的性质。 要在上面建立地下结构的油层。
这是在结构的不均匀(微分)沉降通常会在上部结构中产生明显的应力，这在设计中通常是不可预见的。为了避免这种情况，这是必要的。 以确保建筑物中不同的基础在其基础下(在永久荷载下)所产生的土压力几乎相等。除了那些 在差异沉降不可避免的情况下，有必要在对结构本身的分析中考虑到这一点；这将涉及一个试验和调整过程，如SET。
土力学是岩土工程(土力学)的专门领域，对于重要的结构和较差的土壤条件，所使用的地基类型是基于土工的土壤研究。 就挡土墙而言，挡土墙类型的选择取决于要保留的土的高度和其他场地/土壤条件。
这本书的目的不是涵盖所有不同类型的基础和挡土墙的设计。这也不是“钢筋混 凝土设计规范”。 仅限于支撑孤立柱或墙并直接在土壤上或桩群上休息的地基设计〔参考文献14.1〕。更重要的是，(包括支撑两柱的组合基础)以及挡土墙(悬臂和反堡垒墙)的设计仅限于这些简单类型的基础的设计。这些简单的基础类型是使用最广泛的基础类型，而且建造起来相对便宜。更复杂类型的基础(连续基础、筏基、桩基)的设计 （地基、水井和沉箱等)显然不在本书的范围之内，为此，可参考关于基础工程的书籍[参考文献]。14.2，14.3及相关IS代码[IS 29] 11（部分I - III）等。与简单基座设计有关的特殊代码（本章讨论）是：194:1986 [参考文献14.4 ]和1080:1980〔参考文献14.5〕。
14.2基座类型
“加筋”属于浅层地基(相对于桩和沉箱等深基坑)，在相对内有足够强度的土时使用。 地表以下深度。浅层地基不仅包括基础(支撑柱/墙，并在平面上有限的面积/宽度)，而且还包括支撑多根柱的筏。 大规划区)。浅基础(基础或筏)与其支撑的柱的横截面面积相比有很大的平面图面积，因为：柱上的荷载(轴向推力、弯矩)由混凝土在受压和受拉和(或)受压下钢筋抵抗，而这些荷载效应是传递的。 通过基础/木筏单独承压到相对较弱的支护土；土的“安全承载力”很低(100-400 kPa)，而混凝土(5-15 mpa)和钢(130-190 mpa)在使用条件下的允许压应力很低。本章不包括承台的设计。
剪力在柱中也会产生，在横向荷载作用下，柱基处可能会产生显著的水平力。这些都是通过底部之间的摩擦来抵抗的。 和下面的土壤，也通过被动阻力的土壤相邻的两侧的基础，在某些情况下，lsquo;键rsquo;与基础的整体铸造。
P
P
P
FLAT STEPPED SLOPED
-
-
- isolated footings
-
P1
P2
individual footing areas overlap
P1
P2
property line
central beam (if required)
-
-
- combined footings
-
P1 P2
beam
onry or wall
P/unit length
mas
r c
-
-
- strap footing (d) wall footing
-
Fig. 14.1 Types of footings
14.2.1独立基础
对于位于相当坚固的土壤上的普通结构，通常为每根柱子提供一个单独的立足点就足够了。这样的立足点被称为独立的立足点。它通常是方形的或正的,在特殊情况下采用其他形状。该基础基本包括一个厚板，可以是扁平的(均匀厚度的)、台阶或倾斜的(在上面的表面上)。如图14.1(A)所示。从下面开始的土承压往往使地基的底板向上弯曲，有点变成碟形（悬臂作用），因此地基需要适当地加固。在板的底部设置一个网眼。然而，在非常小且相对较厚的基础的特殊情况下，结构作用很可能发生，而不是通过基础的弯曲。通过压强的横向分散在柱的底部；在这种情况下，它就足够提供一个普通的混凝土基座基础[参见第14.4.7节]。
“基础”一词也用于指在地面以下的柱子的那一部分，其中横截面尺寸扩大了。提供基础是可选的，但通常是由设计工程师来做的。其结果是降低了柱栅的开发长度要求，降低了柱的细长长度(尤其是在初始深度较大时)，在基脚底板上增加了直接承载力，减少了剪应力和设计力矩。基座也用于支撑结构钢柱，钢柱与混凝土基座之间的荷载传递通常通过带有“保持”螺栓的加固钢板实现。
14.2.2联合基础
在某些情况下，由于规划中可用的面积不足，为柱(或墙)提供单独的隔离基础可能不方便。当两个或多个列(或多个墙)为重新定位在彼此附近和(或)如果它们的负荷相对较重和(或)停留在安全承载力较低的土壤上，如果试图采用独立的基础，则造成区域重叠。在这种情况下，为柱提供单一的组合基础[图14.1(B)]是有利的。通常，当两列由一个共同的基础支持时，就会使用lsquo;组合基础rsquo;这个术语。术语“连续条形基础”是指柱(三个或三个以上的数目)单独向一个方向排列，而当有一个网格时使用“筏基础”(“垫基础”)。多列。基础的组合有助于改善结构的整体性能。
系梁有时也提供(为此目的)，连接不同的柱在基座水平的顶部(约150毫米以下的地面水平)。基座梁也是系梁。筏板基础由一个厚板组成，它可以是(I)厚度均匀的(平板)，（ii）在柱基附近的局部较厚的板（平板），或（iii）与加强梁相互连接的柱。
图14.1(B)还示出了两列组合基础，其中存在限制一侧基础延伸的“属性线”。在这种情况下，附近的空间是不可用的。外部柱是通过将基础与内部柱的基础相结合来绕过的。如图所示，基础的宽度可以保持均匀或锥形。梯形基础当外部柱比内部柱承受更重的载荷时，需要在外部列附近的宽度。另一种选择是T形的综合基础.有时是经济问题提供连接柱基的中心梁；这使基板横向弯曲，而梁则纵向弯曲。传统组合基础的另一种选择是皮带基础，在这种基础中，柱基本上是在孤立的基础上支撑，但与梁相连接，如图14.1(C)所示。
14.2.3墙脚
钢筋混凝土底座用于支撑钢筋混凝土墙，有时也用于支撑承重砌体墙。墙脚将荷载从墙中分配到更宽的区域，并贯穿整个墙的长度[图]。14.1(d)]。基础板基本上是向与墙横向的方向弯曲(“单向”板)，因此主要是在横向方向上加固，只有纵向的分布板。
14.3独立的地基下的土壤压力
14.3.1土壤的允许承载压力
选择基坑底板的平面图面积，将基坑下方引起的最大土体承载压力限制在安全范围内 土壤压力的这个安全极限是用土壤力学原理确定的。14.2、14.3)。确定允许土壤压力的主要考虑因素 除了固定地基的深度外，还有(i)土体在施加的荷载作用下不会发生破坏，(ii)聚落，包括整体和差异，都在结构允许的范围内。在土壤力学中使用的安全系数在2 - 6范围内，取决于土壤类型以及相关的不确定性和近似。
需要指出的是，岩土工程顾问给结构设计人员的安全土承载力(“允许土压力”)的系数qa，适用于服务荷载条件，因为qa包括安全系数。因此，基础所需区域的计算必须基于qa和服务负载效应。用于不同负载组合的“部分负载因数”(DL, LL)因此，WL/EL)应该是适用于可服务性极限状态和当与qa一起使用时，不是“最终极限状态”[参见第3.6.3节]。另一点需要注意的是，给定深度下规定的允许土壤压力qa通常是总压力，其中包括现有覆盖层(达到初始深度的土壤)产生的压力，而不是净压力(超过现有覆盖层压力)。因此,总负载最大土压力计算中要考虑q(qa)必须包括基础本身的重量和回填。通常，在初步计算中，这些权重约占柱轴载荷的10%至15%;但是，这一假设随后应该得到验证。
14.3.2基座压力分布
地基上土体反应的分布与地基的刚度和土体的性质有关。土压力的分布一般是不均匀的。然而，为了方便起见，在正常的设计实践中，假定土压力呈线性分布。
同心加载的底脚
因此,在一个对称加载的基础上,合成垂直(服务)负载P Delta;P(P是负载的列和Delta;P基础的重量加上回填)经过基础的重心,土壤压力假设为均匀分布[图]。，其大小q由其中A为基础区域。图14.2假设在同心载荷限制q下的均匀基压分布在允许的土壤压力qa下，
(14.1)
给出了最低要求的基脚面积。
偏心加载基础
作用在基础上的荷载P相对于基脚的质心可以偏心作用。这种偏心度e可能是由下列一种或多种效应造成的：除垂直荷载外传递力矩M的柱[图14.3(A)]
相对于基脚的质心具有垂直荷载偏移的柱[图14.3(B)]；
除垂直荷载外，传递位于基础水平上方的侧向力的柱(或基座)[图14.3(C)]。建筑物的立柱。然而，在设计实践中，单轴偏心的情况更为常见。
为了确定偏心荷载作用下的基础压力，假定基础是刚性的，接触压力分布是线性的。压力分布的大小它是根据简单的静态平衡的考虑来确定的。本质上，这意味着压力中心(由此产生的土壤反应R)必须与Re共线。偏心负荷PDelta;P的作用线为R=PDelta;P[图14.4]。
在初步计算中，Delta;P(地基加回填土的重量)可视为P的10-15%，各种可能的线性基础压力分布如图14.4所示。矩形基础上的单轴偏心加载。如果得到的荷载偏心距E＝m/（p delta;p）位于“中间第三”的范围内。基础(即eL6)，可以看到整个接触区是受从qmin到qmax线性变化的(非均匀)压力的影响[图14.4(A)]。这些压力是通过叠加直接载荷(P，Delta;，P)和t的分离效应来获得的弯矩M=(PDelta;P)e：当面积A=BL，截面模数Z=BL2/6时，L是基脚沿偏心度e方向的长度，B是基脚的宽度。因此，在eL 6的极限情况下，qmin=0和qmax=2(PDelta;P)/A，从而导致a三角形压力分布均匀压力分布Q=(PDelta;P)/A[14.1]作为方程的特例。14.2B，e=0。eL6的这种极限情况仅适用于单轴弯曲。如果是双轴向弯曲，极限箱应作为在支撑柱的基础上，承载中的偏心现象可能相当明显，这些柱构成了抗侧荷载框架的一部分。然而，由于横向荷载一般假定为行动(与在一次只有一个方向的情况下，这个问题本质上是一个单轴偏心的问题。应该考虑两个方向上的反常，但通常一次只考虑一个。
当所得偏心度e超过L/6时，方程。14.2变得无效，因为它将为qmin产生一个负值，这意味着界面处有一个拉力。然而，这样的抗张力卡帕从土壤的角度来看，城市是不可能实现的。假定三角形压力分布(仅考虑受压缩的土壤)，并考虑结果的共线作用线土壤反应R偏心荷载PDelta;P，R=PDelta;P(静力平衡)，[图14.4(B)]，事实上，可以预计土壤将倾向于与地基分离，因此在距qmax最远的基区不提供任何压力。
结果表明，有效接触长度由L减小到L=3c，
最大土压力qmax从(PDelta;P)/A增加到负荷(PDelta;P)的2倍，除以有效面积BL。以便将qmax限制在允许的范围内。轴承压力Qa，并使有效轴承面积比LL最大化可能有必要设计一个大面积的基础。，在工业建筑中，这些支柱通常是相对较轻的轴向载荷，但由于侧向风荷载或偏斜龙门起重机的荷载而受到高弯矩的影响。
可能注意到高度非均匀的基本压力(特别是在持续的情况下。
偏心负荷是不可取的，因为这可能导致基础的倾斜。因此，基脚的配比应尽可能使接触压力均匀
消除载荷偏心
当载荷中偏心量的大小是确定的，且方向是固定的，就有可能通过相对于柱的侧向移动基础而得到经济的设计解决方案，因此，即使不能完全消除载荷中的有效偏心量，也可以大大降低这不仅从经济的角度来看是可取的，而且从消除由于非均匀基础压力而可能引起的基础倾斜的角度来看也是可取的。。零有效偏心度的理想情况如图14.4(C)所示。在这里，通过适当地偏置底座基座，使得所得到的推力线穿过底座的质心，可以获得均匀的压力分布。
P
Delta;P
M
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