王锡锋
（浙江佳境规划建筑设计研究院）
【摘 要】本文从现行国家《建筑地基基础设计规范》中扩展基础抗剪承载力计算的模糊表述出发，结合岩石地基上扩展基础设计实践，分析总结了目前关于岩石地基上扩展基础抗剪承载力是否需要计算以及如何计算的不同观点，以期给结构设计人员一个相对合理的设计依据。
【关键词】岩石地基；扩展基础；抗剪承载力
1、岩石地基上扩展基础受剪计算存在的问题
随着山地城市建设的发展，高层建筑不断出现。由于山地城市地基基岩埋置较浅的特点，所以高层建筑基础选用施工简便、造价低、工期短的扩展基础情况频繁出现。对于多层建筑的柱下扩展基础，因其荷载较小，大多以冲切计算确定基础高度，基础抗剪破坏往往不起控制作用。但对于高层建筑而言，因其柱下荷载很大，且岩石地基承载力较高，如标准承载力fak>1500kpa时，计算得出的扩展基础底面积就很小，按一般经验确定的基础高度，基础底面积往往在柱45?冲切锥体范围以内，按《建筑地基基础设计规范》就不需要做抗冲切验算，此时基础如不做抗剪验算，一般基础高度会很小，设计人员往往不敢直接采用。如按规范8.2.9条公式做抗剪承载力验算，又会出现基础高度特别大的情况，显然又不合理，且由于需满足基础最小配筋率的要求，基础钢筋配置会非常大，有时可能钢筋放置都有问题。如此一来，在设计实践中，很多结构设计人员就对大荷载下柱下扩展基础这么一种基础的设计就很难把握。对此，笔者通过总结各种目前的设计观点，通过比对试图让结构设计人员对此问题有一个比较深入的理解，以指导结构设计实践。
2、岩石地基上扩展基础的受力特点
相比于土质地基上的扩展基础，在岩石地基上的扩展基础有其自身的特点。由于岩石地基的刚度比基础的刚度大，岩石地基变形小的特点，使得岩石地基上的扩展基础基底反力和受力特性与土质地基上的扩展基础有很大的不同。
土质地基由于其承载力较低，计算得出的基础一般底面积较大，基础高度一般由抗冲切承载力控制，而基础剪切破坏一般不起控制作用。但对于岩质地基，因其所具有的高承载力和低变形的特点，使得设计的基础底面积较小，基底面积一般在柱、墙边45?冲切锥体范围内，可不做抗冲切计算。但是否需要做抗剪切验算以及如何做抗剪验算，现行《建筑地基基础设计规范》又没有明确的规定。
3、现行的几种关于扩展基础抗剪承载力计算的方法
1）采用《建筑地基基础设计规范（GB5007-2011）》中提供的方法。根据规范8.2.9条推定，认为当基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度时才需要对扩展基础做受剪承载力验算，如不满足以上条件时，可对扩展基础仅做受冲切承载力验算。这种观点与PKPM设计软件的计算模式是一致的（其在JCCAD2005官方研讨资料中5.3.2条明确列出了独立基础不做抗剪计算的理由，指出参照筏板内筒抗冲切计算原则，计算结果中受冲切可以包含抗剪）。
对于基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度的柱下独立基础、墙下条形基础，以及基础长宽比超过2的独立基础（此时基础受力状态接近于单向受力），规范提供一种抗剪承载力计算方法，其计算公式如下：
且其8.2.2条条文规定，当基础置于完整、较完整的硬质岩石地基上时，扩展基础的台阶宽高比不宜大于1。
3）针对《建筑地基基础设计规范》对独立基础抗剪抗剪承载力计算的模糊表述，朱炳寅等在《建筑地基基础设计方法及实例分析》一书中提出自己的观点。和贵州省地方规范观点一致，其同样认为需要对独立基础进行抗剪承载力验算，不同的是，该书的公式在扩展基础抗剪承载力计算公式中引入了不同的系数。他们提出的独立基础考虑基础厚度影响的受剪承载力计算公式如下：
从以上计算公式可以看出，其逻辑上表达的破坏形态是“直剪模型“（剪跨比趋于0的情况，即所谓的“直剪模型”）。公式中系数1.23来源 于0.7x1.75/(λ+1)当λ=0时的值。其概念引自《建筑地基基础设计规范》中8.5.21条，对于基础厚板，引入剪切系数β=1.75/(λ+1)以考虑剪跨比的影响。剪切试验表明，当剪跨比较小时，截面主要是斜向受压而产生的斜压破坏。
4、结论
综上所述，对于现行几种扩展基础抗剪承载力的验算方法比对后，可以得出如下一些结论：
1）在大荷载作用下的岩石地基上的扩展基础应进行抗剪验算，在设计实践中，不宜采纳国家地基基础规范中的表述，随意扩大基础底面积，以避免基础的抗剪验算。
2）在岩石地基上不宜做柔性基础，基础必须满足一定的高度（一定的跨高比）才能使上部荷载在独立基础内充分扩散并均匀传给地基，由于没有实验数据，可以参考贵州省地基基础规范的观点，按基础的宽高比不小于1的条件来控制。
3）比对以上三种抗剪验算方法，在大荷载作用下，按国家地基基础规范设计的基础高度会特别高，明显不合理，无法指导大荷载下岩石地基基础的设计。
对于贵州省地基基础规范，其公式中引入了反映基础刚度的剪跨比概念，能够比较合理的反映出基础刚度对剪力系数的调整作用，有一定的理论依据，且其对设计结果做了两组静载试验，有一定安全性验证，对设计实践有很好的指导作用。
按朱炳寅等提出的计算方法，其未考虑基础刚度对基础抗剪验算的影响，对剪跨比较小的情况下，其计算结果相对于贵州省地基基础规范要偏于安全。在设计中，可以作为对贵州省地基基础规范计算结果的一种补充，两者取包络设计。
参考文献：
[1]贵州建筑地基基础设计规范（DB22/ 45-2004）
[2]朱炳寅.建筑地基基础设计方法及实例分析. 北京：中国建筑工业出版社，2007
[2]殷杰.岩石地基上有筋扩展基础受力特性与抗剪性能分析（硕士学位论文）
论文作者:王锡锋
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年6月总第211期
论文发表时间:2016/8/13
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