箱形基础在建筑中的设计和应用

　　摘要：随着我国经济的飞速发展,高层建筑不断增多,箱形基础设计愈来愈被设计师所重视。另外,随着对车库、人防、地下建筑等要求的不断提高,一些地下停车库、地下商场、多层建筑也常采用高层建筑中的箱形基础。所以本文就箱形基础的设计与埋置深度等展开讨论，以便加强对箱形基础的利用。
　　一、 建筑箱形基础的分类
　　㈠多层箱基
　　由于上部建筑较高,荷载较大,稳定要求的埋深也大,箱基高度也高。为充分利用空间往往将其分成二层或三层,箱基的整体刚度非常大。多层箱基对软弱地基承载能力的补偿是非常可观的。也有效地减少了沉降。国外在较软弱地基上建造高层建筑,优先选用补偿性强的多层箱基,而少用桩基。
　　当上部结构为框架体系时,箱形基础的内力应同时考虑整体弯曲的作用,一般在设计中,顶板按局部弯曲考虑,在计算整体弯曲产生的弯矩时,应考虑框架的共同作用,合理的减少箱形基础承担的整体弯曲应力。
　　㈡单层箱基
　　单层箱基同样具有整体刚度大,调整不均匀沉降的能力强的功能,允许柱距不均匀,允许各柱的轴向力有差别,同样具有为上部柱提供可靠固定端等特性。
　　二、 箱形基础设计
　　㈠箱形基础设计计算理论
　　箱形基础的设计计算理论可分为两大类.一类是弹性地基梁板理论,把箱形基础作为弹性地基上的梁和板,求得整体弯曲内力,再计算底板承受的局部弯曲内力,与前者迭加,综合考虑配置钢筋;另一类是不考虑箱形基础的整体弯曲内力,认为箱形基础仅仅是建筑物的一个地下楼层,其底板如同倒置的楼盖,只承受基底反力引起的局部弯曲内力。
　　㈡箱形基础的基本尺寸
　　1.平面尺寸
　　箱形基础的平面尺寸应根据地基的承载力,上部结构的布置和荷载分布而决定.在可能的条件下,基础面积宜与上部结构一致;当有使用要求或者地基承载力较低时,箱形基础可适当扩大。
　　2.箱形基础的埋深
　　在箱形基础设计时时,首先要保证箱形基础有足够的埋深,这对减少建筑物的整体倾斜,防止倾覆和滑移有很大的作用.所谓箱形基础的埋深,一般是指从设计室外地坪以下的埋深.在地震区或者非地震区的重要工程,埋深不宜小于建筑物高度的1/10;对非地震区的一般工程,埋深也不宜小于建筑物高度1/12,建筑物的高度指室外地坪至屋面(不包括突出屋面的电梯间、水箱等局部附属建筑物)的高度。
　　3.箱形基础的高度
　　为保证箱形基础有足够的刚度,箱形基础的高度不宜过小.箱形基础的高度H宜满足下列要求:
　　H≥（1/8-1/12）H
　　H≥1/18L
　　H≥3m
　　上式中H为建筑物高度;L为箱形基础的长度,基础长度L不计底板的悬挑部分。
　　4.箱基的墙体设计
　　内外墙是箱形基础的重要组成部分.外墙应沿建筑物周边以利于荷载直接传递,纵横墙宜分布均匀,避免偏置和过分集中.
　　为了保证箱基有足够的刚度,墙必须有一定的数量.纵横墙合并计算,每m2基础面积上,墙体的毛长度不应小于400mm,毛截面积不应小于基础面积的,计算墙体的毛长度和毛面积时,不扣除洞口,以轴线长度计算,基础面积也不含外墙以外的底板悬挑部分.
　　为使箱形基础纵向有足够的刚度,长矩形基础中,纵向墙不应小于总截面积的60%.
　　5.顶板和底板的设计
　　箱形基础底板和顶板的厚度,应根据受力情况、整体刚度和防水要求确定.且应满足柱或墙冲切验算的要求,通常当地基的平均反力P在200kPa左右时,约为隔墙间距的1/10,当P在300kPa左右时,约为隔墙间距的1/8,但底板厚度不宜小于250mm,顶板厚度不宜小于150mm.实际工程都大于这一厚度,底板由于防水和受力的要求,常常厚度约在500-600mm以上;顶板由于有人防防倒塌荷载和抗冲击波的要求,厚度可达300-350mm以上.
　　三、 箱形基础设计中应注意的事项
　　㈠在箱基础设计中,对于低墙率的箱基应另作考虑,可按平面刚架分析,也可按筏基分析。
　　㈡在箱基的墙率不是很小时,底板不应当取得过厚,这对于减少基础沉降作用不明显,反而可能会增加基础的内力。
　　㈢箱基墙体布置的附加条件:
　　1.纵横墙间距不应大于10m;
　　2.不得采用缺外墙的箱基;
　　3.开洞长度大于50%的墙体,不能做为计算最大间距的墙体.
　　㈣墙体上开洞应满足以下要求:尽量不开、开小洞、开圆洞或八字角的洞较好;不要开宽洞(洞口宽b宜小于1.2m).也不宜开连洞(即在一个柱距中连开几个洞口);尽量不在同一横截面上同时开洞,使箱基断开;也不要在最薄弱处开洞;当洞口边距柱中心线距离不大于1.2m时,洞边设暗柱,而且柱的主筋要一直通到箱基底;洞口边距墙边,洞口边距柱边不宜小于600mm;不要在中部处将墙全部切断,至少要保留相当高的连梁;框架􀀂剪力墙结构的剪力墙应通箱基底,而且在箱基的部分尽量不要开洞口;洞口之间的净距不宜小于1.0m.否则这一墙肢应按柱子设计必须采取构造加强措施。
　　㈤箱形基础的平面形状要求简单规整.同一建筑单元中,不宜采用局部箱形基础,同一箱形基础不宜采用不同高度或不同基底标高;在同一结构单元中,不能将箱基与筏基、箱基与条基同时便用;剪力墙只落在箱基的顶板上,由大梁框支,对箱基不利,不宜采用。
　　㈥计算箱基底板因受整体弯曲而承受的最大拉应力时,在箱基形状规则、荷载均匀、无相邻建筑影响的条件下,建议直接取按深梁理论求得的梁底跨中最大拉应力。
　　㈦在箱基的底板设计时,可以适当的考虑箱基的补偿性,这样可以减少一定的底板厚度。
　　四、 结语
　　箱形基础在现浇钢筋混凝土底板、顶板和内外墙体共同组成下,它象一块空心浮板一样,把上部结构荷载均匀地传给地基,在内墙的适当位置开设门洞,这块浮板的中空部分还可做为地下室。因此，在现代多高层的建筑中得到了广泛的应用。