5 天然地基上常用类型基础的设计 5.1 一般规定 5.1.1 基础设计应综合考虑上部结构的类型、地基土质状况、地下水位情况、地基承载力以及可能的沉降量、现场施工条件等因素,选择经济合理的基础形式,保证所支承的建筑物不致发生过量的沉降或倾斜,能满足建筑物的正常使用要求。同时,基础设计应使建筑物在地震发生时,不致由于地基震害而造成破坏或过量的沉降及倾斜。 5.1.2 基础设计时,应注意了解邻近建筑物的基础状况、地下构筑物及各项地下设施的位置、标高等,使所设计的基础在施工及建筑物使用时不致对其产生不利影响。 5.1.3 如果所设计的基础,在施工时有可能需要降低地下水位,则在施工图上必须注明:“施工单位须注意,在降低地下水位时,应采取必要措施,避免因降低地下水位而影响邻近建筑物、构筑物、地下设施等的正常使用及安全。” 5.1.4 高层建筑宜设置地下室。高层建筑基础的埋置深度(由室外地坪至基底)为: 1 一般天然地基或复合地基,可取H/18,且不宜小于3m。H为建筑物室外地面至主要屋面高度,不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。 2 岩石地基,埋深不受上述第一款的限制。 3 桩基(由室外地坪至承台底),可取H/20。 如因各种合理因素,使深埋确有困难时,还可将本条规定的埋置深度适当减小。 埋置深度一般自室外地面算起,如地下室周围无可靠的侧限时,应从具有侧限的标高算起。如有沉降缝,应将室外地平以下的缝内用粗砂填实,以保证侧限。 注:《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3中关于高层建筑的基础埋置深度,天然地基可取建筑高度的1/15,采用桩基时可不小于建筑高度的1/18,条文中用词为“可”,根据规程的用词说明,是允许有选择,在一定条件下可以这样做,但不是限制条件,在设计高层建筑时,有时基础埋深按该规程的要求设置,往往造成一些不合理与浪费。如确有充分理由,设计单位认为基础埋深可小于规定时,应允许突破。 根据国内外近三十个国家的规范和研究资料,地震作用与地基基础的关系综述如下: 1 基础类型对地震作用的影响 1)大多数国家的规范未考虑此因素 2)少数国家的规范,在地震作用的计算公式中列有基础类型影响系数,以反映基础类型对地震作用的影响,如希腊、法国等。 2 对基础埋深的要求 前苏联地基规范,对地震区五层和五层以上房屋,建议设置地下室来加大基础埋置深度。除此以外,其他国家规范皆未提出对基础埋深的要求。 3 基础系梁(即拉梁) 在上述抗震规范中,有十五国规范规定了设置基础系梁的要求 1)基础系梁的作用 新西兰规范说明指出:“基础间的相互连接是确保建筑物在地震时能起整体作用的重要构造要求”,也即:在不均匀水平和竖向地面运动作用下,保证建筑物的整体性。 2)基础系梁的设置条件: ①对于单独基础(包括单独桩承台,以下同此),一般都要求在纵横两个方向设置通长的基础系粱,将基础相互拉结。 ②有些国家规范规定只要求在高烈度区或软弱、中软地基上设置系梁,对于低烈度区或坚硬地基上则可以不设或少设。 ③基础系梁的最小截面尺寸,各国规范规定不完全相同,有200mm×200mm,300mm×300mm,200mm×400mm几种。 3)基础系梁设置的必要性和灵活性 虽然有超过半数的国家规范都有设置基础系梁的要求,但有些国家的规范中仍留有一定的灵活性。例如: ①希腊规范在要求单独基础设置系梁的同时,提出“或采用经证实能同样有效限制单独基础或承台运动的其他措施,如深埋单独基础或桩承台,利用被动土压力”。 ②新西兰规范在要求设置单独基础系梁的同时,提出“也可采用其他能防止在地震期间产生侧向差异运动的方法来约束基础”。 ③意大利规范在要求设置系梁的同时,提出“若上部结构证明可以经受所连接二点的相对位移时,则这种连接(即系梁)可以省去”。 借鉴相关的研究成果和经验,本措施认为: 建筑物的基础如果有一定的埋置深度,例如设置地下室,对于抵抗地震、减少震害,确有好处,这从过去的震害调查中得到了例证。但是提高建筑物的抗震性能,有各种途径和方法,不仅仅限于增加建筑的埋深,而且,各国抗震规范中,都没有规定建筑物的基础埋置深度必须是多少,更没有与建筑物的总高度相联系。因此,我们认为,硬性规定高层建筑的基础埋置深度必须为其总高度的若干分之一是没有必要的。我国的抗震规范,就没有这个规定。 另外,关于单独基础的系梁,有些国家的规范也表现出一定的灵活性。所以,在设计中也应注意,并非所有的单独基础都需要设置基础系梁。例如,对于铰接排架与刚架应有所区别;对于建筑物底层层高较高者与较低者也应有所区别。单层厂房一般采用铰接排架,层高又较高,适应不均匀位移的性能要比民用框架好,故基础系梁的设置条件可以放宽,一般单层厂房可以不设置系梁。关于是否设置基础系梁,可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的要求。 5.1.5 无地下室的多层建筑物,在满足地基稳定和强度、变形要求的前提下,基础宜尽量浅埋,但埋深应考虑场地冻结深度。 一般情况下基础如采用灰土垫层,冻结深度应算至灰土垫层上皮,若为混凝土垫层,冻结深度应算至基础底面。永冻区应按相应规定执行。 5.1.6 在确定天然地基的基础埋深时,为保证在施工期间相邻的已有建筑物的安全和正常使用,基础埋深不宜深于已有相邻建筑物的基础。 当新建建筑物的基础深于相邻已有建筑物的基础时,其基础之间的净距应不少于基础之间高差的2倍。此要求如不能满足时,必须采取可靠措施。 5.1.7 地下水或建筑物所排出废水(如工业废水)有侵蚀性时,基础应做好防护措施。防护措施可以按水的性质、数量等采取不同方法,如采用抗侵蚀混凝土,在基础四周(包括底面)涂刷抗侵蚀涂料等等。 5.1.8 当基础结构构件各截面受力钢筋实际配筋量比计算所需多三分之一以上时,可将现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010有关受力钢筋最小配筋率的要求适当放松。 5.1.9 护坡与降水均应由具有相应资质的单位进行设计和施工。做建筑结构设计时,需考虑其做法的可行性及对建筑地下室和基础范围的影响。特别注意应在施工图说明中写明:停止施工降水时必须满足抗浮的要求。 5.1.10 基础构件(包括基础梁及板)可以按净跨计算弯矩和剪力。