1.概述

单层厂房的柱下基础通常采用柱下独立基础，也就是每根柱下都设置一个柱基础，可采用浅基础，直接将基础支承在承载力较好的浅层土上，也可做深基础，将柱上传来的荷载由桩传给深层土或直接传给基岩。如图2.32所示。

图2.32　基础形式

作为单层厂房柱，基础或承台的截面形式常为阶梯形或角锥形，由于厂房排架柱通常在工地现场预制，所以基础做成预制柱基础，也就是在基础上预留杯口以便于柱子插入。

独立基础的破坏模式主要有弯曲破坏和冲切破坏两种。

（1）弯曲破坏。当地基净反力产生的弯矩超过基础截面的抗弯能力时，发生如图2.33（a）所示的弯曲破坏。为防止出现弯曲破坏，可在基础底板布置抗弯钢筋。

图2.33　基础破坏形式

（a）弯曲破坏；（b）冲切破坏

（2）冲切破坏。在柱传来荷载和地基净反力的共同作用下，基础会发生冲切破坏。如图2.33（b）所示。基础在柱边产生向底板穿透的45°裂缝，形成一个冲切角锥体，主要原因是冲切锥体底面范围外的基础底面上的地基净反力使冲切锥体破坏面上的混凝土拉应力超过了混凝土的抗拉强度，形成了混凝土开裂。

2.基础的设计步骤

首先应满足基础构造要求，在基础底面配适量抗弯钢筋，并应使基础有足够高度。

（1）按轴力初步计算基底平面尺寸（矩形、方形）。

（2）根据构造要求，初步设定基础剖面尺寸及形状。

（3）验算基础高度（包括变阶处）的抗冲切强度，如不满足，修改剖面尺寸。

（4）计算基础底板内力并配筋。

（5）绘出基础施工图。

3.基础的构造要求

（1）一般要求。

1）混凝土强度等级不应低于C20。

2）锥形基础的边缘设计，不宜小于200mm；阶梯形基础的每阶高度宜为300～500mm。

3）垫层厚度不小于70mm；垫层混凝土强度等级为C10；从基础两边各伸出100mm。

4）底板受力钢筋的最小直径不小于10mm；间距100～200mm；当基础边长≥300mm时，底板受力筋长度可取边长的0.9倍，交错布置。底板受力筋的保护层厚度，有垫层时不小于40mm；无垫层时不小于70mm。

（2）现浇柱基础。

1）当基础与柱不同时浇捣，预留插筋。数量、直径及钢筋种类与柱内受力筋相同。锚固长度不小于la；插筋下端直弯钩放在底部钢筋网上。当基础高度较大时（柱为轴压、小偏压，基础高度不小于1200mm；或柱为大偏压，基础高度不小于1400mm），可仅将四角插筋伸至底板钢筋网上，其余插筋锚固在基础顶面下la。

2）角锥形边坡坡度不大于25°，顶部留出平台，从柱边起；阶梯形基础每阶高度300～500mm。基础高度小于500mm，一阶；500～900mm时，二阶；大于900mm时，三阶。

（3）预制柱基础。

1）柱的插入深度按表2.11选用，并应满足钢筋锚固长度要求。

表2.11　柱的插入深度h1　单位：mm

注　h—柱截面长边尺寸。

2）基础的杯底厚度和杯壁厚度，见表2.12。

表2.12　基础的杯底厚度和杯壁厚度　单位：mm

3）当柱为轴心受压或小偏心受压且t/h2≥0.65时，或大偏心受压且t/h2≥0.75时，杯壁可不配筋；当柱为轴心受压或小偏心受压且0.5≤t/h2＜0.65时，杯壁可按表2.13构造配筋；其他情况计算配筋。图2.34为独立基础示意图。

表2.13　杯壁构造配筋　单位：mm

图2.34　独立基础示意图（a2≥a1）

4.基础底面积计算

基底面形状为方形或矩形，通常视柱截面形状而定，矩形面长短边之比一般不大于2，最大不大于3。

（1）轴心荷载作用基础。当柱传递至基础顶面内力仅为轴力时，基础底面的压力均匀分布。

式中　Nk——对应于荷载标准组合作用于基础顶面的轴力；

Gk——基础自重及基础上土重标准值；

A——基础底面积；(www.daowen.com)

fa——修正后的地基承载力特征值；

γm——埋置深度范围内的基础及上部土的容重平均值，近似取γm＝20kN/m3；

d——基础埋深。

（2）偏心荷载作用基础。当柱传递至基础顶面内力包括弯矩、轴力、剪力时，基础底面压力非均匀分布。此时基底压力的最大值和最小值计算如下：

式中　Mk——对应于荷载标准组合作用于基础顶面的弯矩；

Vk——对应于荷载标准组合作用于基础顶面的剪力；

h——基础高度；

W——基础底面面积的抵抗矩，W＝lb2/6。

当pk，min＜0或e＝（Mk＋Vkh）/（Nk＋Gk）＞b/6时，基础一侧脱离地基，地基反力分布仍为三角形，此时基底压力最大值为：

基底压力值应同时满足：

偏心荷载作用基础的底面尺寸确定通常采用如下方法：先根据Nk和Gk按轴心荷载作用基础计算出底面积，而后放大至1.2～1.4倍，再根据面积确定长短边。要注意的是，偏心荷载作用基础的底面积常为矩形。

5.强度计算

（1）柱下基础冲切验算。要使基础不产生冲切破坏，应使基础冲切角锥体外的地基净反力引起的冲切力小于冲切破坏面上混凝土的抗拉能力，对矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力。图2.35为受冲切承载力截面的位置。

式中　βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h≤800mm时，取1.0；当h≥2000mm时，取0.9，其间线性内插；

ft——混凝土轴心抗拉强度设计值；

h0——基础冲切破坏锥体的有效高度；

am——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度；

at——冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽，当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽；

ab——冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍基础有效高度，当计算基础变阶处的受训切承载力时，取上阶宽加两倍该处的基础有效高度，当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础以外，即a＋2h0≥l时，ab＝l；

pj——扣除基础自重及其上土重后对应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；

Al——冲切验算时取用的部分基底面积；

Fl——对应于荷载效应基本组合时作用在上的地基土净反力设计值。

图2.35　受冲切承载力截面位置

基础自重不会使基础产生冲切破坏，所以在计算时考虑地基净反力而不是地基反力。

（2）基础内力计算及配筋。钢筋混凝土独立基础在地基净反力作用下，两个方向均产生向上的弯曲，所以在两个方向上配置抗弯钢筋。最危险截面一般在柱与基础交接处和变阶处。

1）在轴心荷载作用下：将基础底板划分成4块独立的悬臂板。在截面Ⅰ—Ⅰ处的弯矩为作用在梯形面积上的地基净反力的合力对柱力截面的力矩。柱截面为at×bt，则：

受拉钢筋截面面积，可按下列公式计算：

式中　h0Ⅰ—Ⅰ——长边方向截面Ⅰ—Ⅰ的有效高度，h0Ⅰ—Ⅰ＝h－asⅠ—Ⅰ，当基础下设置有垫层时，h0Ⅰ—Ⅰ＝40mm，无垫层时，h0Ⅰ—Ⅰ＝70mm；

h0Ⅱ—Ⅱ——短边方向截面Ⅱ—Ⅱ的截面有效高度，h0Ⅱ—Ⅱ＝h0Ⅰ—Ⅰ－d，其中d为钢筋直径（当两个方向的钢筋直径相同）。

2）在单向偏心荷载作用下：对于矩形基础，当台阶的宽高比不大于2.5和偏心距不大于1/6基础宽度时，任意截面的弯矩可按如图2.36所示的计算简图和下列公式计算：

图2.36　矩形基础底板计算简图

式中　MⅠ—Ⅰ、MⅡ—Ⅱ——任意截面Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值；

a1——任意截面至基底边缘最大反力处的距离；

l、b——基础底面的边长；

pj，max、pj，min——相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地基反力设计值；

pj，1——相应于荷载效应基本组合时在任意截面处基础底面地基反力设计值。