对于层数不太多的框架结构,尤其是轻型框架结构,用JCCAD算出来的单独基础底面积往往很大,而且与各柱柱底轴力的大小不成比例。
一般而言,对于柱网均匀的框架结构来说,中柱轴力最大,其次是边柱,最小的是角柱;
从数值关系来说,中柱轴力大约是边柱的两倍;
边柱是角柱的两倍;
那么,基础底面积也应该大约是这样的比例关系;
只有这样的话,才能在永久荷载组合下,各单独基础的基底压应力基本接近,才有利于减小单独基础之间的差异沉降。
但是,用JCCAD计算的单独基础底面积,边柱并不比中柱小多少,有时反而可能更大;角柱基础底面积甚至比边柱还大,这明显是不合理的。
如果将本来该小的基础底面积加大,则基底平均压应力就会减小,就会人为造成类似于地基不均匀的状况;
可见,基础底面积该大则大,该小必须小,随意加大基础底面积可能适得其反。
对于层数较少的框架而言,柱轴力一般都不大;
但在风荷载组合或地震荷载组合下,柱底弯矩并不小,这样就会造成地基的大偏心受压;
请看下式:
这是地基规范中偏心受压地基承载力验算公式,式中偏心距e=M/N;
由该式可知,在弯矩基本接近的情况下,轴力越小,偏心距e越大,从而上式中的 a值越小,也就是有效基底面积越小,从而,JCCAD由上式求得的基地最大压应力pmax越大;
基础另一边的零应力区也越大;
所需的基础面积也就越大;
这样就出现了前面说到的,轴力最小的角柱,其基底面积并不比中柱小多少;
也就造成了角柱基底平均压应力远小于中柱的现象。
引起柱底弯矩的主要荷载,如风荷载和地震荷载,有时有,有时没有;
尤其是地震荷载,属于偶然荷载;
如果基底面积按风荷载或地震荷载组合下的柱底内力确定的话,就会造成各单独基础在永久荷载组合下的基底平均应力非常不均匀。
我们曾遇到过这样的情况,一个二层的轻型钢结构售楼处,基础底面积特别大,比混凝土结构还要大,这明显是不合理的;
那么,到底应该如何设计这种基础呢?我觉得,《抗震规范》中的有关理念很有参考价值:
4.2.1我国多次强烈地震的震害经验表明,在道受破坏的建筑中,因地基失效导致的破坏较上部结构愤惨力的破坏为少,这些地基主要由饱和松砂、软弱黏性土和成因岩性状态严重不均匀的土层组成。大量的一般的天然地基都具有较好的抗震性能。因此89规范规定了天然地悉可以不验算的范围。
解释:
4.2.1下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算;
3)不超过8层且高度在24m以下的干般民用框架和框架抗震墙房屋;
4)基础荷载与3)须相当的多层框架厂房和多层混凝土抗震的房屋
这里面包含这样一个道理:
在动力荷载的瞬间作用下,地基承载力是不符合静力平衡条件的;
也就是说,不能用静力平衡的原理去验算动力荷载瞬间作用下的地基承载力;
基于上述分析,关于框架柱单独基础的设计,提出如下建议:
(1)以各柱的柱底最不利组合内力确定各柱的基底面积是不妥的;
(2)基底面积应按竖向荷载组合来确定,并保持各单独基础的基底压应力基本接近;避免人为造成均匀地基情况下的反力不均匀,进而造成沉降不均匀;
(3)宜在±0.000处设拉梁,柱底弯矩由拉梁来平衡,使得基底近似处于轴心受压状态。
4.2.1我国多次强烈地震的震害经验表明,在道受破坏的建筑中,因地基失效导致的破坏较上部结构愤惨力的破坏为少,这些地基主要由饱和松砂、软弱黏性土和成因岩性状态严重不均匀的土层组成。大量的一般的天然地基都具有较好的抗震性能。因此89规范规定了天然地悉可以不验算的范园。
4.2.1下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算;
3)不超过8层且高度在24m以下的干般民用框架和框架抗震墙房屋;
4)基础荷载与3)须相当的多层框架厂房和多层混凝土抗震的房屋。