摘要：基础设计在整个油厂结构设计中占有极其重要的地位,这是由于基础工程在完工后埋于地下出现问题后不易察觉,往往会给上部的厂房结构带来致命的危险,又难以采取行之有效的措施来进行弥补。基础拉梁在基础设计中被广泛采用,对其设计理念的正确认识及采用合理的计算方法,是对每一位结构工程师的基本要求。由于对规范的不同解读及各地方各设计院间设计理念的差别,结构设计师对基础拉梁如何进行结构设计往往也有不同的见解,本文就基础拉梁的设计提出一些思路和看法供设计人员参考。
关键词 ：基础拉梁,设计要点,计算方法
引言：
1 拉梁的设置及作用
1. 1 基础拉梁的设置位置[1 ]
基础拉梁多设置在以下几个方面:
1) 一级框架和Ⅳ类场地的二级框架;
2) 承受的重力荷载代表值差别较大的柱基处;
3) 基础埋置较深或各基础埋置深度差别较大处;
4) 地基主要受力层范围内存在软弱黏性土层、液化土层和严重不均匀土层处;
5) 单桩桩顶两个相互垂直方向处;
6) 两桩承台的短向处;
7) 有抗震要求的桩基承台纵横方向处;
8) 一层建筑平面中有隔墙处。
1. 2 基础拉梁的作用
1) 承受上部墙体的荷载或其他竖向荷载;
2) 对重要的建筑物或地基薄弱处,设置基础拉梁加强基础的整体性,调节各基础间的不均匀沉降,消除或减轻上部结构对沉降的敏感性;
3) 对于单桩及两桩承台的短向处,设置拉梁是因为桩身刚度与承台及上部结构刚度相比很小,桩与承台之间设计一般按照铰接考虑,自身不能够用来传递上部的弯矩和剪力,上部柱子的嵌固面往往在承台面处,上部柱子传递的弯矩和剪力必须由拉梁来承担;
4) 对于有抗震设防要求的柱下承台,在地震作用下,建筑物的各桩基承台所受到的地震剪力和弯矩是不确定的,拉梁起到各承台之间的整体协调作用。
1. 3 基础拉梁的竖向高度
在具体设计中,基础拉梁的竖向高度确定，是设计中首先要确定的重要环节。因为拉梁高度取值过高,起不到传递柱底弯矩和抗剪的作用,且如果是框架柱还有可能形成短柱问题;如果拉梁高度取值过低,特别是对于底层层高较大同时基础埋置较深的建筑,底层柱的计算长度和底层的结构位移均会出现一系列的问题。对于底层层高较高同时基础埋置较深时,除按规范要求正常设置拉梁的同时,可以考虑在±0. 000 以下适当位置设置构造框架梁,以取得降低底层柱的计算长度,有助于提高底层的侧向刚度,减小柱底的弯矩,同时对柱的截面也可以适当减小(此构造框架梁应参与整体计算并按计算结果配筋) 。对于底层层高不大或基础埋置不深时可按“梁顶面宜与承台顶面位于同一标高”的要求设置拉梁[2 ] 。
2 拉梁的设计计算
2. 1 拉梁截面尺寸的确定
如果拉梁本身截面尺寸较小(刚度小) ,用较为夸张的比喻就是试图用一个很细的构件来拉结两个单独的柱基一起沉降,这是不可能的。因此拉梁本身截面要满足刚度的要求,梁宽度不宜小于200 mm ,其高度可取承台中心距的1/ 10～1/ 15[2 ] 。2008 年10月1 日开始实施的新J GJ 9422008 建筑桩基技术规范对于拉梁截面也给出了明确的要求,与旧J GJ 94294 建筑桩基技术规范不同之处在于最小截面宽度修正为250 mm ,并给出了最小截面高度450 mm。
2. 2 拉梁的配筋计算
1) 拉梁上的荷载。当拉梁需承担其上部的荷载(拉梁自重及其上部荷载如隔墙自重等) 时,应考虑相应荷载所产生的内力。
2) 拉梁承担的轴向拉(压) 力。拉梁梁端拉(压) 应力有两种确定方法[2] :第一种方法:以柱底剪力作用于梁端,按轴心受压构件确定其截面尺寸,配筋则取与轴心受压相同的轴力(绝对值) ,按轴心受拉构件确定。第二种方法:在抗震设防区采用粗略计算方法,即“取柱轴力的1/ 10 为梁端的压、拉力来分别确定拉梁截面尺寸及配筋”。
3) 拉梁承担的柱底弯矩。拉梁分担的柱底最大弯矩设计值
可近似按拉梁线刚度分配。
考虑拉梁承担弯矩时的一种简化的近似算法为[3]:
As = M/ ( rsf y h0) 。
其中, M 为拉梁需平衡的柱底弯矩与承托拉梁上竖向荷载而产生的弯矩的组合设计值; rs 为钢筋的内力臂系数, 精确计算时rs = 0. 5[1 + (1 - 2 as ) 0. 5 ] , as 为矩形系数,当混凝土强度等级不超过C50 时取1. 0 ,当混凝土强度等级为C80 时取0. 94 ,其间按线性插值。但rs 一般对于梁近似可以取0. 875 ,对于板近似可以取0. 9 ,这样做可省略由as 计算出的过程; f y 为主筋抗拉强度
设计值; h0 为拉梁的有效高度。
3 拉梁的实际工程算例
本算例取自某实际工程中两柱间设置的拉梁进行计算,其中轴力及弯矩均取两个柱子荷载的大值。轴力N = 3 100 kN(设计值) ,M = 440 kN·m(设计值) ,拉梁上承托隔墙荷载为q = 16 kN/ m,拉梁跨度7 m ,混凝土强度等级C30 ,钢筋为HRB400 (C) 。计算时分别按拉梁承担柱底弯矩和拉梁不承担柱底弯矩两种方法进行计算比较。拉梁内力示意图见图1 。
3. 1 拉梁不承担柱底弯矩,基础按偏心受压构件计算
(基础计算略)
1) 拉梁截面的确定。
截面高度:7 000/ 15 = 4 666. 7 mm(取500 mm) ;截面宽度:300 mm;拉梁截面尺寸:300 mm ×500 mm。
2) 荷载及配筋计算。
a. 拉梁自重、上部隔墙荷载及配筋。
M = ql2/ 12 = (25 ×0. 3 ×0. 5 + 16) ×72/ 12 = 80.6 kN·m。
As1 = M/ ( Ysf yh0) = 80. 6 ×106/ (0. 875 ×360 ×465) = 550. 3 mm2。
b. 拉梁承担的轴向拉力及配筋。
f = 0. 1 ×3100 = 310 kN ,
As2 = N/ f y = 862 mm2 。
根据上面的计算得: As = As1 + As2 = 1 412. 3 mm2 ,配筋取4<22 (1520 mm2) 。
3. 2 拉梁承担柱底弯矩,基础按轴心受压构件计算
1) 拉梁截面的确定: (同上) 。
2) 荷载及配筋计算。
a. 拉梁自重及上部隔墙荷载产生的弯矩同上, 即M1 =80. 6 kN·m。
b. 柱底传递的弯矩:柱底弯矩被两侧拉梁均分, M2 = 440/ 2 =220 kN·m。则拉梁承受的总弯矩M = M1 + M2 = 300. 6 kN·m。
As1 = M/ ( Ysf yh0) = 300. 6 ×106/ (0. 875 ×360 ×465) = 2052 mm2 。
c. 拉梁承担的轴向拉力及配筋同上,即As2 = N/ f y = 862 mm2 。
总配筋As = As1 + As2 = 2 914 mm2 ,配筋取6<25(2945 mm2) 。
结束语：
分析本文算例，两种拉梁的计算比较看,当拉梁承担柱底弯矩时,配筋明显加大,当然这时的基础是按轴心受压构件进行计算的,基础截面尺寸则相对变小。通过对拉梁设置位置及设置方法的分析讨论,按相关规范的要求,对如何设计拉梁提出了自己的意见,并用具体实例计算说明了在选用不同设计方法时拉梁配筋的变化,以推广基础拉梁在基础设计中的应用。
参考文献:
[1 ] JGJ 9422008 ,建筑桩基技术规范[ S] .出版社：中国建筑工业出版社：244页
[2] GB5000722002 ,建筑地基基础设计规范[ S] .出版社：中国建筑工业出版社：84页
[3] 刘 铮. 建筑结构设计快速入门[M].第一版 .中国电力出版.2007年出版：203页
