淺談雙柱聯合基礎

袁志昊

當設計鋼筋混凝土獨立擴展基礎時，結構設計人員常常遇到:

1)兩柱基礎間凈距較小，基礎互相干擾;地基承載力較低或兩柱荷載較大，兩柱的擴展基礎尺寸相互碰撞重疊。

2)某一柱靠近建筑紅線時，基礎面積不足或單柱擴展基礎無法放置，使擴展基礎無法承受偏心荷載。

在上述情況下，解決的辦法是將兩柱設置在同一個基礎上，柱的內力通過一個基礎傳遞給地基，即形成雙柱聯合基礎。

雙柱聯合基礎可分為梁板式、板式和系梁式三類，每一類有各自適用范圍和特點。

1 板式雙柱聯合基礎

板式雙柱聯合基礎是在基礎底板上將兩個柱子直接支承，由柱子荷載通過基礎底板傳給地基。一般適用于柱子荷載比較小，柱子間距不大的情況。板式雙柱聯合基礎可根據不同情況分為矩形或梯形形式，當兩柱子荷載相差不太大，柱子周圍空間足夠布置時，調整柱列方向兩側的擴展基礎尺寸就能做到基礎形心和兩根柱子荷載合力作用點大致重合，進而保證基礎底板承受地基反力比較均勻時，可使用矩形板式雙柱聯合基礎;當遇到某一柱子柱列外側擴展尺寸受限制或兩根柱子荷載相差較大時，設計矩形底板不能做到基礎底板的形心與柱子合力作用力點的重合時，應考慮設計梯形底板的板式雙柱聯合基礎，如圖 1所示。柱子荷載合力作用點的位置應根據材料力學的公式確定，當 X1+ X2=L/2時，按矩形板式雙柱聯合基礎設計;當L/3＜X1+X2＜L/2時，按梯形板式雙柱聯合基礎設計。

按板式雙柱聯合基礎設計步驟是:1)根據柱子荷載標準值和地基承載力特征值確定基礎總面積，再根據基礎的各方向調整擴展尺寸，滿足基礎底板形心與柱子合力作用點近似重合。2)底板厚度應根據抗沖切計算要求確定。3)沿柱列的方向，計算跨中及支座的彎矩，在基礎頂部及底部設置鋼筋。4)基礎寬度方向按懸臂板計算并按構造要求設置下部鋼筋。當兩柱子的荷載相差不大，經計算基礎底面積不大，基礎尺寸按兩方向近似對稱布置，且滿足L0≤L/2時(L0為兩根柱子間的中距)，可在板底和板頂配筋，在板厚滿足沖切要求下，沿柱列方向的板底配筋按懸挑尺寸為(L-1)/2的懸臂板計算，板頂按構造要求配筋;沿寬度方向的板底配筋按懸挑尺寸為 B/2的懸臂板計算，這樣基礎底面積不大，B/2與(L-1)/2近似相等時是經濟的。

板式雙柱聯合基礎的底板一般采用平板式基礎，為了滿足抗沖切要求并減少混凝土用量也可采用如圖 2所示的階梯狀基礎底板，此時應注意計算底板彎矩，確定配筋時計算寬度的取值:對于按支座彎矩計算下筋時取B，對于按跨中彎矩計算上筋時取B1。

2 梁板式雙柱聯合基礎

當兩根柱子的間距較大時，板式雙柱聯合基礎就不經濟，主要是混凝土量很大。若在兩根柱子間設置鋼筋混凝土梁，變為梁板式雙柱聯合基礎，由梁來承受沿柱列方向的彎矩。梁板式雙柱聯合基礎沿柱列方向應按倒梁法或彈性地基梁法計算正、負彎矩，確定梁內鋼筋。基礎底板僅承受單向彎矩，按單向懸臂板計算，即根據基礎底板寬度的一半為計算長度來計算彎矩并配筋。基礎底板可做成矩形或梯形兩種，但要根據荷載分布按形心及合力點重合的要求調整基礎尺寸。不管采用板式或梁板式雙柱聯合基礎，最主要的是調整基礎四周的尺寸，要使基礎底板的形心與柱子荷載的合力作用點盡可能重合，進而保證基底反力近似均勻，為了保證基礎下的壓應力不出現拉應力，要求基礎偏心矩e≤L/6，基礎底面積全部參與工作，且基礎邊端最大壓力應滿足Pmax≤1.2fa。當尺寸調整受限制，不滿足上述要求時，應采用擴大另一方向基礎尺寸，降低基礎下的壓應力。

3 系梁式雙柱聯合基礎

當兩根柱子基礎雖未碰撞重疊，但因其中一根柱子尺寸調整受限而導致偏心較大(例如邊柱)時，可考慮采用系梁式雙柱聯合基礎。如圖1所示，當X1+X2≤L/3時，使得聯合基礎下的土壓力不均勻，此時設置系梁來進行調整，采用系梁式雙柱聯合基礎，見圖 3。系梁的作用是使邊柱基礎因偏心產生的彎矩傳遞給內側柱基礎，兩根柱子基礎下均可得到均布基底應力，調整每根柱子下基礎尺寸，使基礎底部壓力接近相等，保證基礎沉降接近一致。計算時假定系梁相對于基礎是剛性的，當系梁較短時，可以忽略地梁的重量，計算時，選擇兩個基礎的合適尺寸，使橫向尺寸相差不太大，先按F1估算，F1柱下基礎尺寸為B1XL1，這樣，X1+e= L1/2，對柱 2中心點取矩得:

滿足B1L1fa≥R1，B2L2fa≥R2即可。

其中，G1，G2分別為F1，F2下基礎自重。

系梁式雙柱聯合基礎概念清晰，可節省混凝土，但費工費時費模板，選用時應綜合考慮。

4 結語

雙柱聯合基礎其要點是兩根柱子共用一個基礎“聯合”起來起作用。進行雙柱聯合基礎設計時，必須選擇合理經濟的基礎形式，調整柱子基礎尺寸，使柱子基礎形心與兩根柱子合力作用點大致重合，保證柱子基礎底部壓力近似均勻。

對于處于同一柱列上的多柱基礎聯合可參照雙柱聯合基礎的思路設計，不同柱列上的多柱基礎聯合即為筏板基礎。

[1] H?F溫特科恩，方曉陽.基礎工程手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，2008.

[2] GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范[S].

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