關(guān)于框架基礎(chǔ)連梁的探討

趙巖

摘 要：本文簡述了框架結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)梁的概念和分類，并對結(jié)構(gòu)設(shè)計中各種形式“基礎(chǔ)梁”設(shè)置目的以及構(gòu)造要求予以介紹，以便結(jié)構(gòu)工程師更合理的確定結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)梁；設(shè)置目的；構(gòu)造要求

1 基礎(chǔ)梁的概念和分類

從嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)概念來講，基礎(chǔ)梁應(yīng)該是基礎(chǔ)的一部分，它同外伸翼緣共同組成基礎(chǔ)，或者是同筏板共同組成梁板式筏型基礎(chǔ)，是放置于地基土上受到地基反力作用的梁，在國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集11G101-3中表示為JL[1]。除上述情況外，在單層工業(yè)廠房預(yù)制柱排架結(jié)構(gòu)體系中，放在杯口基礎(chǔ)壁上，承托外圍護(hù)墻的墻梁，一般也稱為基礎(chǔ)梁[2]。

此外，還有一種基礎(chǔ)梁，常稱為基礎(chǔ)拉梁或基礎(chǔ)系梁，它們的概念是相同的，都是指柱下獨立基礎(chǔ)之間的連系梁，起到調(diào)節(jié)沉降差和減小首層柱計算高度的作用，同時也起到加強上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的整體嵌固剛度的作用，下文中統(tǒng)一稱為基礎(chǔ)系梁[3]。

2 幾種基礎(chǔ)梁的計算方法

2.1 JL的計算方法和受力特點

JL通常是框架柱的嵌固部位，用以平衡柱底節(jié)點的不平衡彎矩和傳遞豎向荷載，基礎(chǔ)梁的尺寸和配筋與上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載和地基土的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。在框架結(jié)構(gòu)中，基礎(chǔ)梁與外伸翼緣共同組成柱下條形基礎(chǔ)，作為地基反力的直接受力構(gòu)件，其變形規(guī)律一般是在跨中區(qū)域產(chǎn)生向上的彎曲變形，這與上部結(jié)構(gòu)的梁在受到豎向荷載作用下產(chǎn)生向下的彎曲變形是相反的，因為基礎(chǔ)梁所承受的地基反力方向是向上的，因此基礎(chǔ)梁的受力鋼筋的放置形式是不同于上部結(jié)構(gòu)梁的，其跨中受力鋼筋應(yīng)置于梁上皮，而支座鋼筋應(yīng)置于柱下梁下皮處。

在過去限于計算手段等原因，習(xí)慣上把基礎(chǔ)梁在一定條件下視為“倒梁樓蓋”體系，將地基反力的分布簡化處理，然后施加到基礎(chǔ)梁上。這種計算模型概念清楚，計算簡便，在很大程度上方便了基礎(chǔ)梁的計算分析與工程設(shè)計，但隨著人們對于基礎(chǔ)梁受力與變形的深入研究，發(fā)現(xiàn)地基反力并不是一成不變的，而是跟基礎(chǔ)梁的豎向變形有很大關(guān)系。伴隨著計算手段的不斷進(jìn)步，基于文克爾地基模型的彈性基礎(chǔ)梁模型應(yīng)運而生，該模型中假定地基反力同該位置土體的豎向變形成正比，也即豎向變形大的位置，地基反力大，反之則小。這樣導(dǎo)致的結(jié)果便是由于地基反力作用，基礎(chǔ)梁在跨中位置會產(chǎn)生向上的反向彎曲變形，導(dǎo)致跨中土體豎向變形減小，該位置地基反力也相應(yīng)小于支座位置。這種將豎向變形與反力大小綜合考慮的方法是目前普遍采用的計算方法。

2.2 基礎(chǔ)系梁的設(shè)計計算模型

基礎(chǔ)系梁是基礎(chǔ)之間的聯(lián)系梁，其主要作用如下，計算方法依其作用而異。

（1）僅為加強基礎(chǔ)的整體性，調(diào)節(jié)各基礎(chǔ)間的不均勻沉降，消除或減輕框架結(jié)構(gòu)對沉降的敏感性而設(shè)置的梁。按受拉計算配筋，拉力大小取系梁拉結(jié)的各柱軸力較大者的1/10，鋼筋通長，此時基礎(chǔ)按偏心受壓基礎(chǔ)考慮。

（2）基礎(chǔ)上土質(zhì)較好時，可設(shè)置用系梁平衡柱底彎矩，該梁按受彎構(gòu)件計算，考慮到柱底彎矩的方向的反復(fù)性，鋼筋通長，此時基礎(chǔ)按中心受壓基礎(chǔ)考慮。

（3）以上兩種梁兼承托首層墻體或其他豎向荷載時，將豎向荷載所產(chǎn)生的拉梁內(nèi)力與上兩種結(jié)果之一疊加計算。

一般情況下，特別當(dāng)?shù)鼗凛^差時，系梁宜設(shè)在獨立基礎(chǔ)頂部，并使系梁受彎承載力大于柱受彎承載力，此時塑性鉸產(chǎn)生于系梁以上柱下端，地基可以不考慮地震彎矩影響，如圖1a；當(dāng)系梁較弱時，地基將承受地震彎矩作用。當(dāng)系梁距基礎(chǔ)頂面較近，為避免系梁下方形成短柱，宜將系梁端部截面加高直到基礎(chǔ)頂面，如圖1b。

2.3 地框梁的計算模型

對無地下室的鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)獨立基礎(chǔ)埋置較深時，宜在首層地面減0.1m左右設(shè)置地框梁，并應(yīng)按單獨層輸入?yún)⑴c整體計算分析，模型中應(yīng)將該層定義為地下室，層高取基礎(chǔ)頂至地框梁頂間距離，該層樓板厚度取零，并應(yīng)定義為彈性板用總剛計算。對于下部柱配筋，由于該層無樓板，土體對其約束程度不高，可考慮按非地下室輸入與按地下室輸入的計算結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計。

3 基礎(chǔ)系梁與地框梁的構(gòu)造要求

3.1 基礎(chǔ)系梁構(gòu)造

梁寬b=1/25～1/35L，梁高h(yuǎn)=1/15～1/20L，配筋宜上下相同，并滿足構(gòu)造要求；其縱向鋼筋必須滿足搭接要求或者向下彎錨；系梁不存在抗震方面的要求，故其鋼筋搭接和錨固等可按照非抗震的構(gòu)造要求處理。

3.2 地框梁構(gòu)造

對于梁底高出基礎(chǔ)頂面的地框梁，應(yīng)嚴(yán)格按照框架梁的相關(guān)要求進(jìn)行施工，對于有抗震要求的結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)滿足抗震構(gòu)造的相關(guān)要求，抗震等級可同其上部樓層。

4 結(jié) 語

通過對基礎(chǔ)梁、基礎(chǔ)系梁和地框梁的分析，得出以下結(jié)論：

（1）基礎(chǔ)梁是基礎(chǔ)的重要組成部分，承受地基反力作用，不參與上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配，變形特征與地上樓層梁相反，其豎向變形會影響地基反力大小。

（2）基礎(chǔ)系梁和地框梁一樣不承受地基反力作用，受力和變形特征與地上結(jié)構(gòu)相同。

（3）基礎(chǔ)系梁和地框梁設(shè)置標(biāo)高不同，作用也不同?；A(chǔ)系梁對結(jié)構(gòu)整體受力特征影響較小，主要是承受隔墻自重和調(diào)節(jié)基礎(chǔ)沉降差異；地框梁直接影響結(jié)構(gòu)整體受力和變形特征，并應(yīng)參與整體受力分析。

本文對基礎(chǔ)梁、基礎(chǔ)系梁和地框梁的概念、受力特征及計算方法進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹，能更加明晰結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在工程中如何進(jìn)行具體的分析計算，從而能夠根據(jù)具體的設(shè)計目的采取合理的措施，同時也為施工技術(shù)人員選用合適的標(biāo)準(zhǔn)圖集和恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造要求提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]11G101-3國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集[S]北京：中國計劃出版社，2011.

[2]GB50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]GB50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S]北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[4]GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.