一级结构师辅导：多层框架基础拉梁讲解

　　一、框架计算简图

　　无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋埋置较深，在-0.05左右设有基础拉梁时，应拉梁按层1输入。

　　以某学生宿舍为例，该项目为3层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类;层高3.3m，基础埋深4.0m，基础高度0.8m，室内外高差0.45m。根据《抗震规范》第6.1.2条，在8度地震区该工程框架房屋的抗震等级为级。设计者按3层框架房屋计算，首层层高取3.35m，即假定框架房屋嵌固在-0.05m处的基础拉梁顶面;基础拉梁的断面和配筋按构造设计;基础按中心受压计算。显然，选取这样的计算生产力简图是不妥当的。因为：

　　第一，按构造设计拉梁的断面和配筋无法平衡柱脚弯矩;

　　第二，《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)(以下简称《混凝土规范》第7.3.11条规定，

　　框架结构底层柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。

　　工程设计经验表明，这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算，即将基础拉梁层按层1输入，拉梁上如作用有荷载，应将荷载一并输入。这样，计算简图的首层层高为H1=4-0.8-0.05=3.15m，层2层高为3.35m，层3、4层高为3.3m。

　　根据《抗震规范》第6.2.3条规定，框架柱底层柱脚弯矩设计应行乘以增大系数1.25。

　　当设拉梁层时，一般情况下，要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁处的截面控制。

　　考虑到地基土的约束作用，对这样的计算简图，在电算程序总信息输入中，可填写地下室层数为1，并复算一次，

　　按两次计算结果的包络图进行框架结构底层柱的设计的配筋。

　　二、基础拉梁层的计算模型不符合实际情况

　　基础拉梁层无楼板，用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时，楼板厚度应取零，并定义弹性结点，

　　用总刚分板的方法进行分析计算。有时虽然定义楼板厚度为零，也定义弹性结点，但未采用总刚分析，程序分析时仍然会自动按刚性楼面假定进行计算，与实际情况不符。房屋结构的平面不规则时，应特别注意这一点。

　　三、基础拉梁设计不当

　　多层框架房屋基础埋深很大时，为了减小底层柱的计算长度和底层的位移，可在±0.00以下适当位置设置基础拉梁，但不宜按构造要求设置，宜按框架梁进行设计，并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗震而言，应采用短柱基础方案。一般来说，当独立基础埋置不深，或者埋置虽深但采用了短柱方案时，由于地基不良或柱子荷载差别较大，或根据抗震要求，可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面高度可取柱中心距的1/12~1/18，截面宽度可取1/20~1/30。构造基础拉梁的截面可取上述限值范围内的下限，纵向受力钢筋可取上述所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算，当为构造配筋时，除满足最小配筋率外，也不得小于上下各2#14(二级钢)，箍筋不得小于Ф8@200。当拉梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来荷载时，拉梁截面应适当增加，算出的配筋应和上述构造配筋叠加。构造基础拉梁顶标高通常与基础顶标高或智短柱顶高相同。在这种情况下，基础可按偏心受压构件计算。当框架结构底层层高不大或埋置不深时，有时要把基础拉梁设计得比较强大，以便用拉梁平衡柱底弯矩。这时，拉梁正弯矩钢筋应全部拉通，负弯矩钢筋至少应在1/2跨拉通。拉梁正负弯矩在框架柱内的锚固、拉梁箍筋的加密及有关抗震构造要求与上部框架梁完全相同。此时拉梁宜设置在基础顶部，不宜设置在基础顶面之上，基础则可按中心受压设计。

　　基础梁在工程中颇为多见，但其计算方法多不一致，例如墙下基础梁、柱下基础梁(即一般文献中所称的墙下承台梁，柱下承台梁)，在一些文献[1]中，视其为不同情况的弹性地基梁进行有关的计算。但这些计算方法是不符合基础梁的实际工作状态的，故此，本文就此问题予以商榷，并提出建议方法，以供设计参考。

　　一、 现有观点

　　在基础梁的现有计算方法中，较有代表性的是以下两种：

　　1.对墙下基础梁，现有观点认为，可视承台梁以上墙体为半无限平面弹性地基，基础梁与墙体(半无限弹性体)共同变形，视基础梁为桩顶荷载作用下的倒置弹性地基梁，按弹性理论求解基础梁的反力，经简化后作为作用在基础梁上的荷载，然后按普通连续梁计算内力。

　　2.对柱下条形基础梁，现有观点认为，可视为弹性地基梁计算，即将桩顶反力作为集中力作用在梁上，柱为梁的支座，按普通连续梁分析其内力，桩顶反力按弹性地基架计算确定。对于以上两种不同情况的基础梁，现有观点在计算过程中，均曾视其为弹性地基梁，所不同者，墙下基础梁视为倒置弹性地基梁，而柱下基础梁则视为弹性地基梁。但应指出的是，现有观点的以上处理方法，是与弹性地基梁的定义不符合的。

　　二、笔者观点

　　1.墙下基础梁

　　现有观点视基础梁上墙体为半无限弹性地基，基础梁为桩顶荷载作用下的倒置弹性地基梁。此处，问题的症结在于，能否视墙下基础梁为倒置弹性地基梁?笔者认为墙下基础梁不能视为倒置弹性地基梁;其原因如下所述。

　　1)基础梁以上墙体，高度一般在18m(例如8度区)左右，宽度在12m左右，抗弯刚度极大，加之该墙体还承受着相当数量的楼面荷载及墙体自重，故该墙体在桩顶荷载作用下，并不会产生变形，亦谈不到弹性，不符合半无限弹性地基假定条件中关于弹性的假定条件。

　　2)基础梁以上墙体，因每层均有圈梁，故各层墙体间，被圈梁分隔成独立部分，已不存在连续性，整片墙实为砌体与混凝土梁的组合构件，但砖砌体与混凝土梁的弹性模量相差甚大(约10倍)，故在受力中，二者是不协同的。

　　因此，墙下基础梁不符合半无限弹性地基关于连续的假定。

　　3)基础梁以上墙体，系由砖砌体与混凝土梁两种构件组成，且砖砌体系弹塑性材料，其弹性模量从一开始，应力与应变就不成比例。而在地震发生时，即使在小震作用下，根据震害调查，8度区框架，填充墙亦将产生较多裂缝，而中震和大震下，则裂缝更为普遍，即使是框架梁、柱，亦将产生裂缝。此外，砖砌体与框架梁亦不属各向同性构件，故墙体是不符合半无限弹性地基的假定条件的。

　　由上述可知，基础梁上墙体，并不符合半无限弹性地基的匀质、连续、弹性假定条件，故墙下基础梁不应视为倒置弹性地基梁进行有关计算。

　　2.柱下基础梁

　　现有观点认为，柱下基础梁可视为弹性地基梁计算，与该观点相应的计算原则有两种：其一是将桩顶反力作为集中力作用在梁上，柱作为梁的支座，桩顶反力按弹性地基梁计算确定，然后按普通连续梁分析内力;其二是视基础梁为弹性地基梁进行分析计算。按照前者，基础梁受桩顶集中力作用，柱为梁的支座。须知此时，由于桩顶集中力与桩底轴向力平衡，则桩顶集中力并不在基础梁内产生内力，仅底层填充墙在基础梁内产生较小内力。此外填充于框架梁和框架柱之间的填充墙，系彼此隔离的小面积独立墙片，同时填充墙目前多采用大孔洞免烧砖，故基础梁以上之填充墙是不符合半无限弹性地基条件的，且因基础梁底部只与回填土接触，并不与地基土接触，只有桩头才与地基土接触。虽然地基土(例如卵石层)在端阻力作用下将产生一些变形，桩身亦会产生弹性压缩变形，但柱下基础梁并不符合倒置弹性地基梁定义。而对于后者，由于同样的原因，柱下基础梁亦不能视为正置弹性地基梁。

　　综上所述可知，问题的要害是应区分弹性地基梁与普通基础梁的界限，因为这是两种不同的概念。

　　弹性地基梁与普通基础梁在两个主要方面存在不同：

　　1)普通基础梁的超静定次数是有限的，弹性地基梁的超静定次数是无限的;

　　2)普通基础梁可略去地基的变形，弹性地基梁由于梁与地基共同变形，故必须考虑地基变形，方能满足变形连续条件[2]。

　　三、结论

　　1.对于墙下基础梁，梁上墙体不应视为半无限弹性地基，基础梁不应视为桩顶荷载作用下的倒置弹性地基梁。

　　2.对于柱下基础梁，不应视为弹性地基梁。

　　3.墙下基础梁及柱下基础梁，均应按普通连续梁计算

  二级结构工程师

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