摘要：基礎設計在整個油廠結構設計中占有極其重要的地位,這是由于基礎工程在完工后埋于地下出現問題后不易察覺,往往會給上部的廠房結構帶來致命的危險,又難以采取行之有效的措施來進行彌補。基礎拉梁在基礎設計中被廣泛采用,對其設計理念的正確認識及采用合理的計算方法,是對每一位結構工程師的基本要求。由于對規范的不同解讀及各地方各設計院間設計理念的差別,結構設計師對基礎拉梁如何進行結構設計往往也有不同的見解,本文就基礎拉梁的設計提出一些思路和看法供設計人員參考。

　　關鍵詞 ：基礎拉梁,設計要點,計算方法

　　引言：

　　1 　拉梁的設置及作用

　　1. 1 　基礎拉梁的設置位置[1 ]

　　基礎拉梁多設置在以下幾個方面:

　　1) 一級框架和Ⅳ類場地的二級框架;

　　2) 承受的重力荷載代表值差別較大的柱基處;

　　3) 基礎埋置較深或各基礎埋置深度差別較大處;

　　4) 地基主要受力層范圍內存在軟弱黏性土層、液化土層和嚴重不均勻土層處;

　　5) 單樁樁頂兩個相互垂直方向處;

　　6) 兩樁承臺的短向處;

　　7) 有抗震要求的樁基承臺縱橫方向處;

　　8) 一層建筑平面中有隔墻處。

　　1. 2 　基礎拉梁的作用

　　1) 承受上部墻體的荷載或其他豎向荷載;

　　2) 對重要的建筑物或地基薄弱處,設置基礎拉梁加強基礎的整體性,調節各基礎間的不均勻沉降,消除或減輕上部結構對沉降的敏感性;

　　3) 對于單樁及兩樁承臺的短向處,設置拉梁是因為樁身剛度與承臺及上部結構剛度相比很小,樁與承臺之間設計一般按照鉸接考慮,自身不能夠用來傳遞上部的彎矩和剪力,上部柱子的嵌固面往往在承臺面處,上部柱子傳遞的彎矩和剪力必須由拉梁來承擔;

　　4) 對于有抗震設防要求的柱下承臺,在地震作用下,建筑物的各樁基承臺所受到的地震剪力和彎矩是不確定的,拉梁起到各承臺之間的整體協調作用。

　　1. 3 　基礎拉梁的豎向高度

　　在具體設計中,基礎拉梁的豎向高度確定，是設計中首先要確定的重要環節。因為拉梁高度取值過高,起不到傳遞柱底彎矩和抗剪的作用,且如果是框架柱還有可能形成短柱問題;如果拉梁高度取值過低,特別是對于底層層高較大同時基礎埋置較深的建筑,底層柱的計算長度和底層的結構位移均會出現一系列的問題。對于底層層高較高同時基礎埋置較深時,除按規范要求正常設置拉梁的同時,可以考慮在±0. 000 以下適當位置設置構造框架梁,以取得降低底層柱的計算長度,有助于提高底層的側向剛度,減小柱底的彎矩,同時對柱的截面也可以適當減小(此構造框架梁應參與整體計算并按計算結果配筋) 。對于底層層高不大或基礎埋置不深時可按“梁頂面宜與承臺頂面位于同一標高”的要求設置拉梁[2 ] 。

　　2 　拉梁的設計計算

　　2. 1 　拉梁截面尺寸的確定

　　如果拉梁本身截面尺寸較小(剛度小) ,用較為夸張的比喻就是試圖用一個很細的構件來拉結兩個單獨的柱基一起沉降,這是不可能的。因此拉梁本身截面要滿足剛度的要求,梁寬度不宜小于200 mm ,其高度可取承臺中心距的1/ 10～1/ 15[2 ] 。2008 年10月1 日開始實施的新J GJ 9422008 建筑樁基技術規范對于拉梁截面也給出了明確的要求,與舊J GJ 94294 建筑樁基技術規范不同之處在于最小截面寬度修正為250 mm ,并給出了最小截面高度450 mm。

　　2. 2 　拉梁的配筋計算

　　1) 拉梁上的荷載。當拉梁需承擔其上部的荷載(拉梁自重及其上部荷載如隔墻自重等) 時,應考慮相應荷載所產生的內力。

　　2) 拉梁承擔的軸向拉(壓) 力。拉梁梁端拉(壓) 應力有兩種確定方法[2] :第一種方法:以柱底剪力作用于梁端,按軸心受壓構件確定其截面尺寸,配筋則取與軸心受壓相同的軸力(絕對值) ,按軸心受拉構件確定。第二種方法:在抗震設防區采用粗略計算方法,即“取柱軸力的1/ 10 為梁端的壓、拉力來分別確定拉梁截面尺寸及配筋”。

　　3) 拉梁承擔的柱底彎矩。拉梁分擔的柱底最大彎矩設計值

　　可近似按拉梁線剛度分配。

　　考慮拉梁承擔彎矩時的一種簡化的近似算法為[3]:

　　As = M/ ( rsf y h0) 。

　　其中, M 為拉梁需平衡的柱底彎矩與承托拉梁上豎向荷載而產生的彎矩的組合設計值; rs 為鋼筋的內力臂系數, 精確計算時rs = 0. 5[1 + (1 - 2 as ) 0. 5 ] , as 為矩形系數,當混凝土強度等級不超過C50 時取1. 0 ,當混凝土強度等級為C80 時取0. 94 ,其間按線性插值。但rs 一般對于梁近似可以取0. 875 ,對于板近似可以取0. 9 ,這樣做可省略由as 計算出的過程; f y 為主筋抗拉強度

　　設計值; h0 為拉梁的有效高度。

　　3 　拉梁的實際工程算例

　　本算例取自某實際工程中兩柱間設置的拉梁進行計算,其中軸力及彎矩均取兩個柱子荷載的大值。軸力N = 3 100 kN(設計值) ,M = 440 kN·m(設計值) ,拉梁上承托隔墻荷載為q = 16 kN/ m,拉梁跨度7 m ,混凝土強度等級C30 ,鋼筋為HRB400 (C) 。計算時分別按拉梁承擔柱底彎矩和拉梁不承擔柱底彎矩兩種方法進行計算比較。拉梁內力示意圖見圖1 。

　　3. 1 　拉梁不承擔柱底彎矩,基礎按偏心受壓構件計算

　　(基礎計算略)

　　1) 拉梁截面的確定。

　　截面高度:7 000/ 15 = 4 666. 7 mm(取500 mm) ;截面寬度:300 mm;拉梁截面尺寸:300 mm ×500 mm。

　　2) 荷載及配筋計算。

　　a. 拉梁自重、上部隔墻荷載及配筋。

　　M = ql2/ 12 = (25 ×0. 3 ×0. 5 + 16) ×72/ 12 = 80.6 kN·m。

　　As1 = M/ ( Ysf yh0) = 80. 6 ×106/ (0. 875 ×360 ×465) = 550. 3 mm2。

　　b. 拉梁承擔的軸向拉力及配筋。

　　f = 0. 1 ×3100 = 310 kN ,

　　As2 = N/ f y = 862 mm2 。

　　根據上面的計算得: As = As1 + As2 = 1 412. 3 mm2 ,配筋取4<22 (1520 mm2) 。

　　3. 2 　拉梁承擔柱底彎矩,基礎按軸心受壓構件計算

　　1) 拉梁截面的確定: (同上) 。

　　2) 荷載及配筋計算。

　　a. 拉梁自重及上部隔墻荷載產生的彎矩同上, 即M1 =80. 6 kN·m。

　　b. 柱底傳遞的彎矩:柱底彎矩被兩側拉梁均分, M2 = 440/ 2 =220 kN·m。則拉梁承受的總彎矩M = M1 + M2 = 300. 6 kN·m。

　　As1 = M/ ( Ysf yh0) = 300. 6 ×106/ (0. 875 ×360 ×465) = 2052 mm2 。

　　c. 拉梁承擔的軸向拉力及配筋同上,即As2 = N/ f y = 862 mm2 。

　　總配筋As = As1 + As2 = 2 914 mm2 ,配筋取6<25(2945 mm2) 。

　　結束語：

　　分析本文算例，兩種拉梁的計算比較看,當拉梁承擔柱底彎矩時,配筋明顯加大,當然這時的基礎是按軸心受壓構件進行計算的,基礎截面尺寸則相對變小。通過對拉梁設置位置及設置方法的分析討論,按相關規范的要求,對如何設計拉梁提出了自己的意見,并用具體實例計算說明了在選用不同設計方法時拉梁配筋的變化,以推廣基礎拉梁在基礎設計中的應用。

　　參考文獻:

　　[1 ] 　JGJ 9422008 ,建筑樁基技術規范[ S] .出版社：中國建筑工業出版社：244頁

　　[2] 　GB5000722002 ,建筑地基基礎設計規范[ S] .出版社：中國建筑工業出版社：84頁

　　[3] 　劉　錚. 建筑結構設計快速入門[M].第一版 .中國電力出版.2007年出版：203頁