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摘 要：本文结合工程实例，当场地的地基持力层埋藏较深，柱下独立基础的底部按正常埋深不能置于地基持力层上时，通过几种方案比较，提出可通过增设扩大短柱或柱侧增设短墙肢的方法加大基础埋深，把基础底部落于地基持力层之上，即满足工期要求又可不改变上部结构底层柱的计算高度。
关键词：独立基础；埋深；短柱；短墙肢
中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
营口某企业厂房，长度158.3米，宽度48.74米，结构形式为现浇钢筋混凝土两跨排架结构，跨度均为24米，排架柱间距为6米，厂房檐口标高7.5米，厂房内每侧有两台起重量5t电动单梁吊车，跨度为22.5m(地面操纵)；厂房室外地面标高-0.3m，本地区地震设防烈度7度，地震加速度为0.15g，基本风压为0.65KN/m2。
该厂房的工程地质概况为：第一层素填土:层厚2.0~2.5m；第二层粉质粘土:层厚2.0~2.5m；第三层粉质粘土:层厚2.0~2.6m；第四层淤泥质粉质粘土:层厚1.8~2.3m；第五层粉质粘土:厚度为0.9~11.1m，层控制厚度为10~20m。场区内土层:稳定地下水位2.0m。该厂房所在位置的建筑场地类别为Ⅲ类，建筑物所在地区标准冻深(自然地面以下)为1.1米，地基持力层为第二层粉质粘土层，承载力特征值为120kPa，设计基础埋深-2.2m，拟建场地现状标高-2.2米至-2.5米。设计要求先进行场地平整，再进行基础施工，设计施工图中要求若基底持力层存在超挖，超挖部分采用撼砂换填处理，结构计算模型中底层计算嵌固面为-0.050m。为满足施工工期要求，场地暂不平整，先施工基础，再进行场地土回填，为此须对原设计基础进行调整。
2处理方法
方法一：维持原设计，基底超挖部分仍采用撼砂换填，压实系数 ≥0.97，此方法对施工质量控制较高，撼砂须分层碾压，费用高，工期较长，不能满足要求，甲方不支持。
方法二：加大基础埋深，基底降低置于持力层上，基础埋深达到3.5m，此方法须调整上部结构底层计算高度，施工的工期最短，但设计修改工作量大，同样不能满足工期要求。
方法三：在方法三基础上增设扩大短柱或短墙肢，对扩大短柱或短墙肢进行受力分析配筋，满足原设计上部结构底层排架柱计算高度的要求，即底层排架柱计算高度不变，嵌固面置于扩大短柱或短墙肢顶部。本方法设计修改量小，施工期较短，投资增加不多。
综合分析，采用方法三进行处理，但须对扩大短柱或短墙肢进行受力分析，并采取相应的构造措施加以保证。
3扩大短柱设计
3.1计算假定
排架柱为大偏心受压构件，排架柱的变形特征为弯曲变形，扩大短柱顶能否作排架柱柱脚的嵌固面，取决于短柱的抗弯刚度，即短柱抗弯刚度愈大，其约束排架柱柱脚转动的能力越强，当短柱抗弯刚度远大于排架柱的抗弯刚度时，即认为短柱顶为为排架柱的嵌固面，假定短柱顶作为上部结构的嵌固端。
3.2设计依据
根据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011 中第8.2.5条：“预制钢筋混凝土柱（包括双肢柱）与高杯口基础的连接（图8.2.5-1），应符合本规范第8.2.4条插入深度的规定。杯壁厚度符合表8.2.5的规定且符合下列条件时，杯壁和短柱配筋，可按图8.2.5-2的构造要求进行设计。
3.2.1 起重机起重量小于或等于75t，轨顶标高小于或等于14m，基本风压小于0.5kPa的工业厂房，且基础短柱的高度不大于5m；
3.2.2 起重机起重量大于75t，基本风压大于0.5kPa，且符合下列表达式E2I2／E1I1≥10（8.2.5-1）；
3.2.3 当基础短柱的高度大于5m，并符合下列表达式：
△2/△1≤1.1式中 △1——单位水平力作用在以高杯口基础顶面为固定端的柱顶时，柱顶的水平位移；△2——单位水平力作用在以短柱底面为固定端的柱顶时，柱顶的水平位移；……”
工程所在地基本风压为0.65kPa，上部结构为现浇钢筋混凝土排架柱，短柱与排架柱间连接采用现浇，二者间的连接好于高杯口基础与预制钢筋混凝土柱的连接，因此参照此条第2小条的要求进行短柱的设计是可行的。
3.3短柱的计算
3.3.1计算简图：
3.3.2 计算参数：
排架柱axb=400x800，扩大短柱a’xb’=600x1600，h1=10.1m，h2=2.8m，混凝土C30，fc=14.3N/mm2，fy=360 N/mm2，E1=E2，M=180KN-m，F=40KN，N=600KN。
3.3.3 内力计算：
MC=Fxh2+M=292 KN-m，VC=40 KN， NC=600KN
3.3.4 截面验算：
E2I2/ E1I1=(600X16003)/(400X8003)=12>10 满足。
3.3.5 配筋计算
① 计算截面有效高度ho=h-as=1600-35=1565mm
② 计算相对界限受压区高度 ξb=β1/(1+fy/(Es*εcu))=0.80/(1+360/(2.0*105*0.0033))=0.518
③ 确定计算系数
αs=γo*M/(α1*fc*b*ho*ho)=1.0*255.000*106/(1.0*14.3*800*1565*1565)=0.009
④ 計算相对受压区高度
ξ=1-sqrt(1-2αs)=1-sqrt(1-2*0.009)=0.009≤ξb=0.518 满足要求。
为充分发挥混凝土材料的受压能力，取ξ=ξb=0.518。
⑤计算纵向受压钢筋面积
A's=(γo*M-α1*fc*b*ho*ho*ξb*(1-0.5*ξb))/(fy'*(ho-as')) =(1.0*255.000*106-1.0*14.3*600*1565*1565*0.518*(1-0.5*0.518))/(360*(1565-35))
=-14181m2
由于A's≤0，因此按构造配筋A's=ρ'min*b*h=0.200％*800*1600=2560mm2
⑥ 计算纵向受拉筋面积
As＝α1*fc*b*ho*ξ/fy=1.0*14.3*600*1565*0.009/360=336mm2
⑦ 验算受拉钢筋最小配筋率
ρ=As/(b*h)=336/(600*1600)=0.035％
3.4新增混凝土用量Q=(600x1600-400x800)x3000x10-9=19.2m3
4短墙肢设计
从扩大短柱计算可看出，满足抗弯刚度要求的前提下，扩大短柱断面混凝土用量很大，现改用短墙肢代替扩大短柱方案，作比较分析。
4.1短墙肢断面取值
根据剪力墙定义，墙肢的长度不小于5倍墙厚，墙厚取上柱宽的b/2，即300mm，根据8.2.6-1公式，反算短墙肢所需长度：
L≥[（10x400x8003）/200]1/3=2172取2200mm。
L=2200≥5x200=1000mm，
4.2短墙肢配筋计算，按受弯构件计算：
① 计算截面有效高度ho=h-as=2200-35=2165mm
② 计算相对界限受压区高度
ξb=β1/(1+fy/(Es*εcu))=0.80/(1+360/(2.0*105*0。0033))=0.518
③ 确定计算系数
αs=γo*M/(α1*fc*b*ho*ho)=1.0*255.000*106/(1.0*14.3*300*2165*2165)=0.013
④ 计算相对受压区高度
ξ=1-sqrt(1-2αs)=1-sqrt(1-2*0.013)=0.013≤ξb=0.518 满足要求。
为充分发挥混凝土材料的受压能力，取ξ=ξb=0.518。
⑤ 计算纵向受压钢筋面积
A's=(γo*M-α1*fc*b*ho*ho*ξb*(1-0.5*ξb))/(fy'*(ho-as')) =(1.0*255.000*106-1.0*14.3*300*2165*2165*0.518*(1-0.5*0.518))/(360*(2165-35))
=-9729mm2
由于A's≤0，因此按构造配筋A's=ρ'min*b*h=0.200％*200*2200=880mm2
⑥ 計算纵向受拉筋面积
As＝α1*fc*b*ho*ξ/fy=1.0*14.3*200*2165*0.013/360=224mm2
⑦ 验算受拉钢筋最小配筋率
ρ=As/(b*h)=224/(200*2200)=0.050％
ρ=0.050％<ρmin=0.200％， 不满足最小配筋率要求，
取As=ρmin*b*h=0.200％*200*2200=880mm2
4.3短墙肢混凝土用量
Q=（2200-800）x200x3000x10-9=8.4m3
混凝土用量仅为短柱方案的43.75%，混凝土用量大幅减少。
4.4对比分析
短墙肢变形特征为弯曲型，与排架柱变形特征一致，可通过其排架平面内抗弯刚度来约束上部排架柱的变形，计算模型符合实际受力模型；短墙肢抗弯刚度通过增加墙长提高其抗弯刚度，墙宽较小，即增加墙长对其抗弯刚度的提高最有效。满足抗弯刚度前提下，短墙肢的混凝土用量远小于扩大短柱的混凝土用量；
4.5 配筋构造要求
参照《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011 中第8.2.5条之4点要求进行，短柱或短肢墙的四角钢筋直径不宜小于20mm，四边构造配置直径不小于12mm，间距不大于300mm的钢筋，且每隔一米左右伸下一根并作150mm的直钩支承在基础底部的钢筋网上，其余钢筋锚固至基础底板顶面下La处，箍筋直径不小于8mm，间距不大于150mm。
5结论
5.1通过计算分析比较可看出，增设短肢墙的处理方案，受力清晰，计算模型符合实际受力特点，构造简单，混凝土用量较少，节约造价。因此选用增设短肢墙方案处理本工程地基问题是可行合理的。
5.2按《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011 中第8.2.5条之2点要求进行处理，经计算分析得出短柱或短墙肢的配筋均为构造配筋，验证了条文的规定是安全的。
关键词：独立基础；埋深；短柱；短墙肢
中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
营口某企业厂房，长度158.3米，宽度48.74米，结构形式为现浇钢筋混凝土两跨排架结构，跨度均为24米，排架柱间距为6米，厂房檐口标高7.5米，厂房内每侧有两台起重量5t电动单梁吊车，跨度为22.5m(地面操纵)；厂房室外地面标高-0.3m，本地区地震设防烈度7度，地震加速度为0.15g，基本风压为0.65KN/m2。
该厂房的工程地质概况为：第一层素填土:层厚2.0~2.5m；第二层粉质粘土:层厚2.0~2.5m；第三层粉质粘土:层厚2.0~2.6m；第四层淤泥质粉质粘土:层厚1.8~2.3m；第五层粉质粘土:厚度为0.9~11.1m，层控制厚度为10~20m。场区内土层:稳定地下水位2.0m。该厂房所在位置的建筑场地类别为Ⅲ类，建筑物所在地区标准冻深(自然地面以下)为1.1米，地基持力层为第二层粉质粘土层，承载力特征值为120kPa，设计基础埋深-2.2m，拟建场地现状标高-2.2米至-2.5米。设计要求先进行场地平整，再进行基础施工，设计施工图中要求若基底持力层存在超挖，超挖部分采用撼砂换填处理，结构计算模型中底层计算嵌固面为-0.050m。为满足施工工期要求，场地暂不平整，先施工基础，再进行场地土回填，为此须对原设计基础进行调整。
2处理方法
方法一：维持原设计，基底超挖部分仍采用撼砂换填，压实系数 ≥0.97，此方法对施工质量控制较高，撼砂须分层碾压，费用高，工期较长，不能满足要求，甲方不支持。
方法二：加大基础埋深，基底降低置于持力层上，基础埋深达到3.5m，此方法须调整上部结构底层计算高度，施工的工期最短，但设计修改工作量大，同样不能满足工期要求。
方法三：在方法三基础上增设扩大短柱或短墙肢，对扩大短柱或短墙肢进行受力分析配筋，满足原设计上部结构底层排架柱计算高度的要求，即底层排架柱计算高度不变，嵌固面置于扩大短柱或短墙肢顶部。本方法设计修改量小，施工期较短，投资增加不多。
综合分析，采用方法三进行处理，但须对扩大短柱或短墙肢进行受力分析，并采取相应的构造措施加以保证。
3扩大短柱设计
3.1计算假定
排架柱为大偏心受压构件，排架柱的变形特征为弯曲变形，扩大短柱顶能否作排架柱柱脚的嵌固面，取决于短柱的抗弯刚度，即短柱抗弯刚度愈大，其约束排架柱柱脚转动的能力越强，当短柱抗弯刚度远大于排架柱的抗弯刚度时，即认为短柱顶为为排架柱的嵌固面，假定短柱顶作为上部结构的嵌固端。
3.2设计依据
根据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011 中第8.2.5条：“预制钢筋混凝土柱（包括双肢柱）与高杯口基础的连接（图8.2.5-1），应符合本规范第8.2.4条插入深度的规定。杯壁厚度符合表8.2.5的规定且符合下列条件时，杯壁和短柱配筋，可按图8.2.5-2的构造要求进行设计。
3.2.1 起重机起重量小于或等于75t，轨顶标高小于或等于14m，基本风压小于0.5kPa的工业厂房，且基础短柱的高度不大于5m；
3.2.2 起重机起重量大于75t，基本风压大于0.5kPa，且符合下列表达式E2I2／E1I1≥10（8.2.5-1）；
3.2.3 当基础短柱的高度大于5m，并符合下列表达式：
△2/△1≤1.1式中 △1——单位水平力作用在以高杯口基础顶面为固定端的柱顶时，柱顶的水平位移；△2——单位水平力作用在以短柱底面为固定端的柱顶时，柱顶的水平位移；……”
工程所在地基本风压为0.65kPa，上部结构为现浇钢筋混凝土排架柱，短柱与排架柱间连接采用现浇，二者间的连接好于高杯口基础与预制钢筋混凝土柱的连接，因此参照此条第2小条的要求进行短柱的设计是可行的。
3.3短柱的计算
3.3.1计算简图：
3.3.2 计算参数：
排架柱axb=400x800，扩大短柱a’xb’=600x1600，h1=10.1m，h2=2.8m，混凝土C30，fc=14.3N/mm2，fy=360 N/mm2，E1=E2，M=180KN-m，F=40KN，N=600KN。
3.3.3 内力计算：
MC=Fxh2+M=292 KN-m，VC=40 KN， NC=600KN
3.3.4 截面验算：
E2I2/ E1I1=(600X16003)/(400X8003)=12>10 满足。
3.3.5 配筋计算
① 计算截面有效高度ho=h-as=1600-35=1565mm
② 计算相对界限受压区高度 ξb=β1/(1+fy/(Es*εcu))=0.80/(1+360/(2.0*105*0.0033))=0.518
③ 确定计算系数
αs=γo*M/(α1*fc*b*ho*ho)=1.0*255.000*106/(1.0*14.3*800*1565*1565)=0.009
④ 計算相对受压区高度
ξ=1-sqrt(1-2αs)=1-sqrt(1-2*0.009)=0.009≤ξb=0.518 满足要求。
为充分发挥混凝土材料的受压能力，取ξ=ξb=0.518。
⑤计算纵向受压钢筋面积
A's=(γo*M-α1*fc*b*ho*ho*ξb*(1-0.5*ξb))/(fy'*(ho-as')) =(1.0*255.000*106-1.0*14.3*600*1565*1565*0.518*(1-0.5*0.518))/(360*(1565-35))
=-14181m2
由于A's≤0，因此按构造配筋A's=ρ'min*b*h=0.200％*800*1600=2560mm2
⑥ 计算纵向受拉筋面积
As＝α1*fc*b*ho*ξ/fy=1.0*14.3*600*1565*0.009/360=336mm2
⑦ 验算受拉钢筋最小配筋率
ρ=As/(b*h)=336/(600*1600)=0.035％
3.4新增混凝土用量Q=(600x1600-400x800)x3000x10-9=19.2m3
4短墙肢设计
从扩大短柱计算可看出，满足抗弯刚度要求的前提下，扩大短柱断面混凝土用量很大，现改用短墙肢代替扩大短柱方案，作比较分析。
4.1短墙肢断面取值
根据剪力墙定义，墙肢的长度不小于5倍墙厚，墙厚取上柱宽的b/2，即300mm，根据8.2.6-1公式，反算短墙肢所需长度：
L≥[（10x400x8003）/200]1/3=2172取2200mm。
L=2200≥5x200=1000mm，
4.2短墙肢配筋计算，按受弯构件计算：
① 计算截面有效高度ho=h-as=2200-35=2165mm
② 计算相对界限受压区高度
ξb=β1/(1+fy/(Es*εcu))=0.80/(1+360/(2.0*105*0。0033))=0.518
③ 确定计算系数
αs=γo*M/(α1*fc*b*ho*ho)=1.0*255.000*106/(1.0*14.3*300*2165*2165)=0.013
④ 计算相对受压区高度
ξ=1-sqrt(1-2αs)=1-sqrt(1-2*0.013)=0.013≤ξb=0.518 满足要求。
为充分发挥混凝土材料的受压能力，取ξ=ξb=0.518。
⑤ 计算纵向受压钢筋面积
A's=(γo*M-α1*fc*b*ho*ho*ξb*(1-0.5*ξb))/(fy'*(ho-as')) =(1.0*255.000*106-1.0*14.3*300*2165*2165*0.518*(1-0.5*0.518))/(360*(2165-35))
=-9729mm2
由于A's≤0，因此按构造配筋A's=ρ'min*b*h=0.200％*200*2200=880mm2
⑥ 計算纵向受拉筋面积
As＝α1*fc*b*ho*ξ/fy=1.0*14.3*200*2165*0.013/360=224mm2
⑦ 验算受拉钢筋最小配筋率
ρ=As/(b*h)=224/(200*2200)=0.050％
ρ=0.050％<ρmin=0.200％， 不满足最小配筋率要求，
取As=ρmin*b*h=0.200％*200*2200=880mm2
4.3短墙肢混凝土用量
Q=（2200-800）x200x3000x10-9=8.4m3
混凝土用量仅为短柱方案的43.75%，混凝土用量大幅减少。
4.4对比分析
短墙肢变形特征为弯曲型，与排架柱变形特征一致，可通过其排架平面内抗弯刚度来约束上部排架柱的变形，计算模型符合实际受力模型；短墙肢抗弯刚度通过增加墙长提高其抗弯刚度，墙宽较小，即增加墙长对其抗弯刚度的提高最有效。满足抗弯刚度前提下，短墙肢的混凝土用量远小于扩大短柱的混凝土用量；
4.5 配筋构造要求
参照《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011 中第8.2.5条之4点要求进行，短柱或短肢墙的四角钢筋直径不宜小于20mm，四边构造配置直径不小于12mm，间距不大于300mm的钢筋，且每隔一米左右伸下一根并作150mm的直钩支承在基础底部的钢筋网上，其余钢筋锚固至基础底板顶面下La处，箍筋直径不小于8mm，间距不大于150mm。
5结论
5.1通过计算分析比较可看出，增设短肢墙的处理方案，受力清晰，计算模型符合实际受力特点，构造简单，混凝土用量较少，节约造价。因此选用增设短肢墙方案处理本工程地基问题是可行合理的。
5.2按《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011 中第8.2.5条之2点要求进行处理，经计算分析得出短柱或短墙肢的配筋均为构造配筋，验证了条文的规定是安全的。