浅析钢柱基础设计

摘要：从基础埋置深度、地基承载力、基础底面尺寸等方面阐钢柱基础设计有关问题。

关键字：基础 埋深 地基承载力特征值构造要求杯口

基础作为建筑物的一部分，承担着上部结构传递的全部荷载，基础工程为地下隐蔽工程，其设计的合理与否及质量的好坏直接影响到建筑物的安全。因此地基基础设计是建筑物设计的一个重要组成部分，设计时要考虑场地的工程地质和水文地质条件，同时也要考虑建筑物的使用要求、上部结构特点和施工条件等各种因素。钢柱基础的设计和其它结构的基础设计一样，需要从地基和基础两方面来考虑。就地基来说，要求地基具有足够的稳定性和不发生过量的变形，为此要合理地选择基础的埋置深度，合理确定地基的容许承载力，必要时需进行地基沉降量验算，使其相对沉降差和总沉降差限制在一定范围内；就基础而言，要具有足够的强度，刚度和耐久性。为此，要进行基础类型的选择，进行基础的结构计算及设计，基础设计的总目的是保证厂房的可靠、耐久和正常使用。

1、基础埋置深度的确定

在钢柱基础设计之前，应首先根据建筑场地的附近情况初步确定基础深度，对于房内有大型振动设备的并且设备基础离柱比较近的，还要考虑柱基础的设计深度应低于设备基础深度，为保证相邻原有建筑物的安全和正常使用，一般宜使所设计的基础浅于或等于相邻原有建筑物基础。当必须深于原有建筑物基础时，则应使两基础间保持一定净距，根据荷载大小和土质情况，这个距离约为相邻基础底面高差的1~2倍，否则须采取相应的施工措施。对于钢结构柱自重较小故柱底部N较小，相比来说，M则较大（尤其是风荷载较大地区或有较大起重设备时）；所以如若基础埋深选择太小时，由于传至基底荷载偏心太大会造成基础设计底面尺寸很大，而适当加大基础埋深以基础及覆土重量来减小基底荷偏心不失为一种减小基础底面尺寸的有效方法。

2 、基础形式及地基承载力的确定

独立基础是柱子的基本型式，因为柱子是钢柱，基础材料采用钢筋混凝

土基础，对于钢柱弯矩大，垂直荷载小的特点基础底面宜为矩形，对于格构式钢柱，基础一般做成杯形基础。

根据勘察院提供的岩土工程勘察报告，设计者要对给出的地基承载力特征值按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002) 中的要求对其宽度及深度进行修正。地基中局部硬土不宜保留，不能认为局部坚实土的容许承载力已超过周围地基土就可不做处理，工程上受局部硬土支承作用而导致建筑物不均匀沉降、墙体开裂的教训是屡见不鲜的。

3 、基础底面尺寸的确定

基础的设计应根据柱子传至基础的内力进行设计，内力包括标准组合和基本组合，标准组合用于确定基础底面截面尺寸，而基本组合则用于基础配筋设计。对于弯矩较大的钢柱基础截面尺寸的确定应按下列公式进行 Pkmax≤1.2fa

Pkmax=(Fk+Gk)/A+Mk/W

Pkmin=(Fk+Gk)/A－Mk/W

fa修正后的地基承载力特征值

Pkmax相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值

Pkmin相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值

Fk相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值

Gk基础自重和基础上的土重

A基础底面面积

Mk相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值、

W基础底面的抵抗矩

当偏心矩e>b/6时 （图一），Pkmax=2(Fk+Gk)/3aL

a合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。

L垂直于力矩作用方向的基础底面边长

4 、基础构造要求

带地脚螺栓的钢柱基础：柱与基础的连接构造如图二所示,基础顶部的平面尺寸应符合下列要求(1)地脚螺栓中心至基础顶面边缘的距离不小于5d(d：地脚螺栓直径)及150mm；(2)钢柱底板边线至基础顶面边缘的距离不小于100mm。基础顶面设C20细石混凝土二次浇灌层，厚度一般可采用50mm。待钢柱安装后，应用C10混凝土堵封柱脚，以防地脚螺栓锈蚀。（3）钢柱基础高度H应按冲切计算确定，并应满足H≥lm+100mm(lm：地脚螺栓的埋置深度)。

钢柱脚预埋入杯口基础：钢柱脚也可采用预埋入杯口基础内，在杯口基础内进行二次浇灌层细石混凝土，然后在柱脚部分外包混凝土，其构造符合下列要求：（1）I形柱或单肢管柱的杯口基础，设单杯口，双肢柱的杯口基础处一般设双杯口。(2) I形柱可直接预埋入杯口基础中,一般不设柱底板,当承受垂直荷载较大的箱形柱或单肢管柱，可设置柱底板。柱底板尺寸应略大于柱截面尺寸。（3）钢柱插入杯口基础内的深度应经计算确定，最小深度按表1取用，但不宜小于500mm，亦不宜小于吊装时钢柱长度的1/20。

表1钢柱插入杯口的最小深度

柱截面形式 实腹柱 双肢格构柱（单杯口或双杯口）

最小插入深度din 1.5hc或1.5dc 0.5hc和1.5bc（或dc）的较大值

注 ：1 hc 为柱截面高度（长边尺寸）；bc为柱截面宽度；dc为圆管柱的外径

2 钢柱底端至基础杯口底的距离一般采用50mm,当有柱地板时，可采用

基础杯口内表面在拆模后立即打毛，并施工好水泥砂浆垫层（用以调整柱底标高），使钢柱安装固定后，其与杯口之间的空隙用细石混凝土浇灌，要求加强振捣和养护，并应保证柱底板下面二次灌浆细石混凝土的密实性。

【参考文献】：《地基与基础》（第二版）中国建筑工业出版社

《建筑地基基础设计规范》 （GB50007-2002）

《预埋件设计手册》中国建筑工业出版社

《建筑结构构造资料集》下中国建筑工业出版社