关于基础零应力区的讨论
关于基础零应力区的讨论
近日看到有网友涉及基础零应力区有关问题的讨论，有一点认识与大家分享，如有不妥，欢迎批评。
1.刚性整体基础零应力区的控制与结构整体稳定性密切相关
高规第12.1.7条规定：在重力荷载与水平荷载标准值或重力荷载代表值与多遇水平地震标准值共同作用下，高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。这是结构整体稳定性的必要保证。现以矩形平面单向受力的简单模型作一个概略分析。在验算结构整体倾覆稳定性时，竖向荷载为有利，荷载分项系数取为1.0，水平荷载为不利，荷载分项系数取为1.40。
当在标准荷载作用下，基础零应力区面积为零时，偏心距e=B/6，荷载合力作用点到基础边缘的距离a=B/3。验算结构整体倾覆稳定性时，各自乘以相应的荷载分项系数，Mov=1.4*（Fk+Gk）*e=1.4*（Fk+Gk）*B/6，Mr=1.0*（Fk+Gk）*a=（Fk+Gk）*B/3。Mr/Mov=6/（3*1.4）=1.43&1.0,安全。
当在标准荷载作用下，基础零应力区面积为基础底面面积的15%时，荷载合力作用点到基础边缘的距离a=（1-0.15）B/3=0.283B，偏心距e=B/2-a=0.217B。验算结构整体倾覆稳定性时，各自乘以相应的荷载分项系数，Mov=1.4*（Fk+Gk）*e=1.4*（Fk+Gk）*0.217B，Mr=1.0*（Fk+Gk）*a=（Fk+Gk）*0.283B。Mr/Mov=0.283/（0.217*1.4）=0.93&1.0,偏于不安全。
当然，以上分析略显简单，有些有利因素如地基的嵌固作用也未予考虑，不过也足以说明基础零应力区的控制对结构整体稳定性的必要性。
2.柱下独立基础零应力区的控制与结构稳定性的相关性
现行规范对柱下独立基础零应力区的控制没有提出要求，也没有验算单层和多层建筑整体倾覆稳定性的明确规定。地基基础规范仅要求pmax不大于1.2fa。在绝大多数条件下，只要满足该项条件，即可满足稳定性要求。但是，在某些特定条件下，必须慎重考虑柱下独立基础的稳定，以及房屋结构的整体稳定。如竖向荷载很小，基础埋深很浅，地基承载力很大等特殊条件下，pmax不大于1.2fa的条件很容易满足，但是基础底面与地基之间零应力区面积很大，这时可能是不安全的。基础底零应力区的出现意味着基础与地基脱离，产生向上的变形。基础可能上拱，导致地面开裂，基础发生转动导致上部结构受力状态发生改变，对于整体稳定性较差的结构甚至可能造成倾覆。
因此，对柱下独立基础零应力区也应进行必要的控制。对于独立柱，单排柱等特殊结构，应当按照高规关于高宽比大于4的高层建筑的规定，基础底面不宜出现零应力区；对于其它情形应如何控制，建议有兴趣的同行进一步研究。目前条件下，应当注意这个问题，对柱下独立基础零应力区的影响有所估计，对可能的隐患采取必要措施。
3.柱下独立基础出现零应力区时的配筋。
柱下独立基础出现零应力区时，是否应当配置上部负弯矩钢筋，也是大家讨论的话题之一。对于这个问题，规范没有相关规定。这里也作个简单分析。柱下独立基础出现零应力区的情形，通常是基础埋深较小的况。以最极端的条件考虑，基础一侧完全上翘，其向下的荷载为基础和上覆土重，以埋深1.5米计为30Kpa，仅为另一侧向上压力几分之一或十几分之一。独立柱基截面高度一般不小于1/5B，大约为净挑尺寸的一半左右。由于截面尺寸很大，向下的荷载又很小，素混凝土的承载能力已可满足。事实上，也从未听说有柱下独立基础上表面受弯破坏的报道。曾经见到过在柱下独立基础上表面配置钢筋的情形，由于锥台表面不规则，钢筋布置不便，现场很混乱，大可不必。
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选项面学网
零应力所控制比例选填
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与独立基础相对的还有什么基础?本质区别是什么?
建筑基础按构造分类 ：(1)独立基础(单独基础). 1)柱下单独基础.单独基础是柱子基础的主要类型.
2)墙下单独基础.墙下单独基础是当上层土质松软,而在不深处有较好的土层时,为了节约基础材料和减少开挖土方量而采用的一种基础形式. (2)条形基础. 1)墙下条形基础.条形基础是承重墙基础的主要形式.当上部结构荷载较大而土质较差时,可采用钢筋混凝土建造,墙下钢筋混凝土条形基础一般做成无肋式；肋式的条形基础条件：地基在水平方向上压缩性不均匀,为了增加基础的整体性,减少不均匀沉降. 2)柱下钢筋混凝土条形基础.当地基软弱而荷载较大时为增强基础的整体性并节约造价,可做成钢筋混凝土条形基础. (3)柱下十字交叉基础.荷载较大的高层建筑,如土质较弱,可做成十字交叉基础. (4)片筏基础.如地基基础软弱而荷载又很大,采用十字基础仍不能满足要求或相邻基槽距离很小时,可用钢筋混凝土做成整块的片筏基础.按构造不同它可分为平板式和梁板式两类. (5)箱形基础.它的主要特点是刚性大,减少了基础底面的附加应力,因而适用于地基软弱土层厚、荷载大和建筑面积不太大的一些重要建筑物,目前高层建筑中多采用箱形基础./question/7995525.html
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筏板基础的软弱下卧层的验算？？
当地基受力层范围内有软弱下卧层时, 应按下式验算:&pz + pcz ≤f az (1)&式中: f az为软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征&值; pz 、pcz分别为软弱下卧层顶面处的附加应力和自重应&力, 对于条形和矩形基础, pz 值可按应力扩散角法计算。&第一：筏板基础宽度和长度怎么确定。是不是按照建筑周边轮廓长宽度外加各1.0m考虑吗？&还有：若按照上述取宽度，比如宽度20m，那么按照规范GB表5.2.7z/b＝0.25内那么在深度5米以内，地基压力扩散角都取0度，是不是太保守了，请大家参言
& & & & & 事实上，可把软弱层上的土层视为柔性基础(如路堤、土石坝)、其层地视为基底(建筑基础及上部结构作为视基础的上部荷载)，软弱层视为持力层。不过地基规范中对承载力的深宽修正应是针对非柔性基础，能不能套用该公式呢？&& & 从理论上看，由于基础宽度对下底土层的约束，受其影响，软弱下卧层承载力应该有一定的提高。也许规范把这部分提高作为了安全储备。
筏形基础的软弱下卧层计算，我认为应该结合上部结构的柱网间距来确定基础宽度，就根计算沉降量一样，如果按照这个筏形基础的宽度和长度取值，很不合理！按照软弱层上方的柱网间距，以柱下独立基础的尺寸来计算合理些。
GB规范中说，“宜将基础面以上范围内的荷载，按基础两侧的超载考虑，当超载宽度大于基础宽度两倍时，可将超载折合成土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，取小值。”我有以下理解，不知正确否，请各位斧正。&&1.主楼宽度和车庫的宽度比，如果小于2倍主楼基础宽度，则不考虑车庫影响，按主楼基础埋深（如10米）进行深度修正；&&2.主楼宽度和车庫的宽度比，如果大于2倍主楼基础宽度，则应考虑车庫影响，将车庫的建筑荷载折合成土层厚度，如车庫基础荷载为60KN/m2上部土层平均重度为18KN/m3,则埋深d=60/18=3.33米，以此深度修正；&&3.如果主楼基础埋深为10米，车庫基础埋深为7米，两者不一致，则埋深d=3.33+(10-7)=6.33米，以此深度修正。
关于深度修正问题的讨论. 其实，规范的这一解释是少有的清楚。举数字也仅是具体化而已，如基础宽度10m，超载宽度25m，超载40kPa，则可以折算为2m的土层。如果超载宽度15m，则不能折算，怎么办？规范没有说。其实2倍是人为定的，19m就不行了？我的意思是应该进行地基极限承载力的数值分析，分析超载宽度不够所引起的效应究竟如何?但是怎么进行数值分析还请高手指点。&3. 结构人员的所谓“400mm”厚度，实际上是筏板基础与地下室底板的区别。如果是筏板基础，传递上部结构荷载，厚度大于400mm。&如果荷载由独立基础或条形基础传递上部结构荷载，底板只传递地下室地坪荷载及平衡浮力，则厚度一般小于400mm； &另外，请注意设计图纸上所标明的是设计值还是标准值，相差25％，所谓“地基承载力特征值”实际上是容许承载力，与荷载标准值相对应。 请问设计值对应什么荷载效应？
有一个项目，为17层建筑，拟采用筏板基础，平均基底压力380kPa，地基为CFG复合地基，复合地基承载力经深度修正后为406kPa，基底压力小于复合地基承载力，可满足要求。可有同事指出，基底压力呈马鞍形分布，边缘的压力应该是平均压力的1.3倍，应为494kPa，这样一来，复合地基承载力就不足了，需要考虑其它方法。请问这种说法正确吗？&退步想想，按基底压力呈马鞍形分布，当建筑物荷载均匀时，边缘的压力是平均压力的1.3倍，复合地基承载力是不足，会如何？边缘土挤出、建筑物失稳?那么是四周挤出、建筑物四周失稳，而中间稳定，这是不可能的，建筑物重心产生的反力距可使建筑物稳定，再说还有个2倍。例子到处都是。& 我们现在的设计思路与土力学中研究问题的思路是两个不同层次的问题，前一个思路是以后一个思路为基础的，但前者是实用的最低的下限，安全度的下限，实际可能发生的状态应当都比设计控制的状态处在更安全的位置，才能保证工程的安全； &3. 目前的设计，在空间上作为均质体考虑，轴心荷载下的反力作为均匀分布考虑，在时间上，按照极限状态除以安全系数控制，即工作状态远离可能发生的极限状态一个足够安全的距离；这种设计思路的适用性是由土力学基本问题的研究提供基石的； &4. 土力学基本问题的研究需要深究这样的设计思路与实际情况存在多大的距离，所以需要研究极限状态，以保证设计工作状态的可靠性。按照土力学的研究，在空间上土体并不均匀，即使是轴心荷载，反力分布也是不均匀的，基础都有一定程度的刚性，实际的基底压力分布不可能是完全均匀的，基础刚度越大，分布越不均匀。在采取了一定安全系数控制，工作状态的平均反力远小于极限承载力，但这仅是平均趋势而言，在实际的基础底面，局部出现塑性是可能的，例如你所担心的边缘会不会发生挤出，这是有可能的。工程上采取一定埋置深度的措施来平衡或减少这种可能的挤出；对黏性土，由于内聚力的作用，边缘的抵抗力比较大，即使埋置深度的超载不大，土体还有一定的抵抗挤出的抗力，砂土就完全依赖于超载的抵抗作用。 &5. 对群桩基础，目前的设计思路是按轴力平均分布假设设计的，但实测的桩顶轴力资料显示，角桩与中部桩的轴力比很大，如果桩基设计的安全系数取2.0，不是每根桩都是2.0,中部桩的安全系数远大于2.0，而角桩的安全系数则小于2.0。研究这个问题所揭示的规律可能使人们担心桩基设计的安全性，但目前的设计是从总体平均来考虑问题的，承台的强度和刚度可以有效地调节这种不均匀性，使在承台作用下群桩共同工作，相互补充，有些桩的低安全度不会危害桩基整体的安全性。
下卧层验算在筏板状态下，长宽怎么取值？&如果是在设计过程中进行软弱下卧层验算，就没有这样的问题产生。这和基础采用什么形式有关，如果采用独立基础（筏板并不传递建筑物荷载），就按独立基础的尺寸计算，如果由筏板基础传递建筑物的荷载，那就按实际筏板基础的尺寸计算，不存在放1m的问题；扩散角该取零度就取零度，也没有保守不保守的问题。 &：“ 假设地层均匀，基础形式为筏板基础，基础中心的沉降量最大，角点的沉降量最小。”从条件来说，还应该加“基底压力分布均匀或荷载重心与基础的形心重合，”那么基础底板的实际变形是中心最大，角点最小，不均匀程度与底板的刚度有关。如果底板的刚度非常大，那么两者相差不大，变形比较均匀；如果底板非常柔，那么两者相差的程度就和不考虑基础刚度影响的计算结果接近； &2. 沉降计算时是将均匀分布的荷载作用于基底平面处，只考虑均匀的附加压力作用下计算土体中的附加应力分布，然后计算附加应力产生的压缩变形，而不考虑基础刚度的影响； &3. 规范的沉降计算公式计算得到的是基础中点的沉降，对于均匀分布的荷载而言，将中点沉降作为平均沉降使用，不需要计算角点沉降以后再平均，这也是一种近似的经验处理方法； &4. 如果地层不均匀，则即使是均匀的基底压力也会产生不均匀沉降，则按四个角点的应力分别计算沉降之后再计算差异沉降，判断其主倾的方向，此时中点沉降不一定等于平均沉降； &5. 如果是不均匀分布的基底压力，则按角点应力计算角点沉降后再计算差异沉降。如果仅是一个方向不均匀，则发生单向单倾斜，如果是双向都不均匀，则发生两个方向的倾斜，主倾方向取决于两个方向倾斜的大小。如果地层也不均匀，则计算结果反映了荷载和地层两个因素的叠加效果。 &6. 实测的沉降量是建筑物四周观测点的沉降，平均以后作为平均沉降使用，分析时常和中点的沉降计算结果比较，也忽略了两者的差别。
基础持力层下有较软弱的土，怎么办？&可以通过调整上部结构的方法．比如减小基底压力＼加大基础筏板面积＼采用箱形基础＼减少基础埋深，也可采用桩基础等．&设计桩基础和筏板基础的时候应分别进行那些验算参照建筑地基基础设计规范。主要受冲切、受弯、受压、受剪等。
有一七层砖混结构建筑，长58m，宽29m，埋深1.5m,地基地层结构是上为粉土（fak=130KPa,Es=11.9MPa，厚度5.0m），下为近乎淤泥质土的粉质粘土（fak=80KPa,Es=3.2MPa，厚度2.0），再下为一般粉质粘土（fak=150KPa,Es=5.0MPa，厚度10.0m）。我遇到的问题是：拟采用筏板基础，需要验算下卧层，采用应力理论的附加应力系数法，计算得到下列结果，软弱下卧层顶面中心处不满足要求，而四角点极大地满足要求。问题是：在大板基础的约束下，应该不会发生稳定性的问题（侧向挤出破坏或刺入破坏）吧。实际设计时，怎样考虑解决这种情况？&软弱下卧层的验算方法是在小尺寸基础条件下提出的，用于大尺寸基础可能会产生各种问题； &你用的方法首先是假定基底压力均匀分布，即承认基础是柔性的，但基础实际具有一定的刚度，因此基底压力的分布是不均匀的，中间小，边缘大，角点最大； &你用附加应力系数方法计算结果，肯定是基础中心的应力最大，而角点的应力最小，所以出现你所说的情况是理所当然的，不足为奇； &用规范的扩散角方法，计算的是基础中心处的应力，当作均匀分布的，验算的也是中心处，因此你即使用应力法计算，也肯定以中心处的验算结果为准； &在软弱下卧层顶面，角点下的实际应力可能比计算应力要大，为什么？因为基础底面的角点压力是大于平均值的，因此不能以角点的验算结果为准。
高层建筑技术规程中“当地基比较均匀、上部结构刚度较好、筏板的厚跨比不小于1/6、柱间距及柱荷载的变化不超过20％时，高层建筑的筏板基础可以仅考虑局部弯曲作用，按倒梁法计算。当不符合上述条件时，宜按照弹性地基板理论进行计算”&1.用倒梁法计算时,将柱作为支点,已知反力,求梁的内力,计算时假定已知板底面的压力分布,如果是连续的几跨,则不是静定问题,而是作为超静定的连续梁计算;&2.弹性地基梁板计算时,底面的反力是未知的,假定用许多弹簧来支承板,弹簧的刚度系数可以设定,柱施加给板的荷载已知,建立微分体的平衡方程,考虑变形协调,在一定的边界条件下求解内力;
筏板基础与条形基础相比，造价贵很多，不能轻易地采用筏基；&1.筏板基础分为平板式和梁板式两种；&2.梁板式筏形基础是由柱将荷载通过梁传给板；&3.平板式筏形基础直接承受上部结构传来的荷载；&4.梁板式筏形基础的梁可以在板的上面，根据需要也可以做在板的下面，称为暗梁，这是为了地下室中的地坪处于同一个标高，便于使用，同时也可以减少整体开挖的深度；&主楼和车库在同一块一米厚的筏板上。这样的话，厚的筏板有调节受力的功能。因此，车库部分的载荷就不单单是车库这一小部分的。应该先计算整块筏板各个部分的受力情况，然后根据计算结果酌情布置桩。并且要计算变形，保持两个部分变形大致一致。如果可能，最好设置后浇带，这样，就可以两部分分别处理。&其实均匀性的问题离开了沉降计算是无法评价的，土的模量那么大，沉降是比较小的，不均匀变形就更小了，很容易满足差异沉降的要求。
桩筏的沉降用手算是算不出来的，可以用现成的商业软件计算，或者自己编一个简单的程序就可以了，计算点在角点，荷载分两类，筏板底的反力可以用Boussinesq集中力作用下的应力解进行积分，桩可以用Mindlin的应力解进行积分，将桩侧和桩端的力分开后分别积分，然后用分层总和法计算沉降。&1.《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)公式5.3.5---5.3.8的沉降计算公式是把桩和土体假定作为一个实体基础，计算实体基础下，即桩端标高以下的地基压缩变形的情况，因此，要求桩的中心距小于等于6倍桩径，这时的桩筏基础整体刚度比较大，可以用计算中点沉降来代表；&2.桩筏基础的情况是多种多样的，如果是满堂布桩，且桩的中心距满足上升要求，当然可以这样计算；&3.但除非是超高层，一般不大可能采用满堂布桩，首先考虑承台下布桩，如果桩的数量比较多，布置不开，就可以采用轴线布桩，就是在各个柱之间的基础梁的下面布桩，还布置不开，就只有在筏板的下面也布置。&4.筏板基础设计时要考虑桩筏的共同作用，各点的变形与反力是不一样的，这只有用软件才能计算；&5.在勘察阶段可以用简化一些的条件来计算中点沉降，如上海地基规范的那种影响图的方法。
恩，非常不错的资料。
学习中········
:桩筏的沉降用手算是算不出来的，可以用现成的商业软件计算，或者自己编一个简单的程序就可以了，计算点在角点，荷载分两类，筏板底的反力可以用Boussinesq集中力作用下的应力解进行积分，桩可以用Mindlin的应力解进行积分，将桩侧和桩端的力分开后分别积分，然后用分层总和法计算 ..&( 18:07)&&&太厉害了&&学习中······
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看到很多人搜索和提问这个问题，所以我就发下，以便于百度搜索到，看过的就不用再往下读了。
1.抗规4.2.4条规定了高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下不宜出现零应力区.
主要注意三点：
1）.H/B＞4
2）.高层建筑
3）.地震作用下
2.对于其他建筑，零应力区不应超过15%的基础面积。
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注意高规还有在重力荷载和水平荷载标准值共同作用下。
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高规12.1.7也有这方面的内容。条文内容：在重力荷载与水平荷载标准值或重力荷载代表值与多遇水平地震标准值共同作用下，高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15％。质量偏心较大的裙楼与主楼可分别计算基底应力。
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谢谢天空总结。
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不错，谢谢总结
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规范相互间都是有关联的
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机械工业厂房结构设计规范里对厂房基础也有规定：无吊车零应力区不应超过25%的基础面积，有吊车不允许出现零应力区。
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