專利名稱：一種可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑基礎，特別涉及一種用于抗震設防的鋼筋混凝土基礎，該建筑基礎有利于提高承擔上部建筑物傳遞的地震外力載荷的能力。
背景技術：
在地震作用下的建筑結構設計中，我國建筑結構類規范要求的建筑物的抗震設防目標是當遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，主體結構不受損壞或不需修理可繼續使用；當遭受相當于本地區抗震設防烈度的設防地震影響時，可能發生損壞，但經一般性修理仍可繼續使用；當遭受高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。可簡單歸納為“小震不壞、中震可修、大震不倒”。在外力作用下，建筑結構會處于兩種狀態下一種是在外力作用下仍在彈性狀態 (即應力-應變關系為線性)，結構變形極小，基本完好或損壞輕微；隨著外力作用的增大， 開始進入塑性狀態(即應力-應變關系為非線性)，發生塑性變形，結構變形大或結構已破壞。然而，建筑物變形和破壞往往在薄弱部位首先出現。建筑物的基礎多采用鋼筋混凝土結構或者型鋼混凝土結構。常規的基礎形式主要有獨立基礎(圖I)、條形基礎(圖2)、筏板基礎(圖3)、箱型基礎(圖4)、樁基礎等，參見圖I 4中所示，J是基礎部分，S是基礎所支撐的上部建筑物的結構梁柱部分，這些常規的基礎J均單獨直接承擔上部建筑物S傳遞的荷載及各種外部的作用(例如風作用、地震作用、溫度作用等)。其不足之處在于由于現有的常規基礎J通常是根據我國地基基礎設計規范要求的一般外加載荷下出現彈性狀態的情況進行設計，若外加載荷超過了基礎的抗震承載能力，即當遭受高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震影響時，將在塑性變形后在某些薄弱位置上出現較為嚴重的破壞，帶來了很大的危險性，同時破壞的位置無法確定，不符合規定的“小震不壞、中震可修、大震不倒”要求，但由于外加荷載的不確定性，如果要使基礎能夠完全承擔罕遇地震時的外加載荷，有足夠安全度的話，又會造成建筑成本很高。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可 提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎，該基礎能夠在較低廉的成本情況下明顯提高建筑基礎承擔上部建筑物傳遞的地震外力載荷的能力。本發明的目的通過以下技術方案實現一種可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎， 包括承擔上部建筑物的基礎，本發明稱為主體基礎，其特征在于還增設有附加基礎和基礎梁，所述附加基礎位于上部建筑物下方外側，并通過基礎梁與主體基礎相連。當建筑物受外力載荷的合力F時，如圖5a所示，該外力載荷F以主體基礎承擔上部建筑物重力合力Gs的作用點為支點O相對于附加基礎是逆時針彎矩Mffi作用時，所述基礎梁作為一個剛臂，使附加基礎同時受力，此時附加基礎下方土體受壓，相應地提供反力，反力的合力!^乘上附加基礎距離主體基礎中心的距離L即為附加基礎能提供的抗力距Ma ;反之，如圖5b所示，當建筑物受到的外力載荷F'以主體基礎承擔上部建筑物重力合力Gs的作用點為支點O相對于附加基礎是順時針彎矩作用時，附加基礎和其上部土體的重力的合力Fa乘上附加基礎距離主體基礎中心的距離L即為附加基礎能提供的抵抗力距Ma。在現有場地的承載力有限的條件下，通過基礎梁的跨度增減造成的力臂L長短的變化來調整基礎抗力的力矩大小，以主體基礎、附加基礎和基礎梁三部分能提供抗力大于外加荷載的作用，以便使鋼筋混凝土基礎可符合安全要求為設計基礎，該外加荷載可以根據當地幾十年或者百年等罕遇地震時的外加載荷為準。 基于上述技術方案的基礎上，本發明可作如下改進本發明所述附加基礎至少為二個，每個附加基礎至少配有一個基礎梁，所述附加基礎以對稱設置在主體基礎周圍為佳，所述附加基礎分別通過各自相應的基礎梁與主體基礎相連，以使建筑物的在不同方向均勻得到附加基礎的抗震力矩的支持。對于每個建筑物結構的不同情況及地質條件存在的差異，進而可相應設置附加基礎的數量、位置，相應設置附加基礎與主體基礎之間的距離，并相應設置附加基礎、主體基礎埋入土體的深度。本發明所述基礎梁的跨高比可以在5 10的范圍內選擇，所述基礎梁的截面寬度大于等于400mm，以利于保證基礎梁的有效線剛度。本發明所述基礎梁內埋設有型鋼，所述型鋼的總截面積占基礎梁截面積的比率在2% 8%的范圍內選擇，以加強基礎梁的抗彎強度。一般，在場地條件較好的條件下，即主體基礎和附加基礎均置于基底堅硬土(巖) 上的情況下，基礎底部的土體承載力較高，附加基礎和基礎梁的數量可以取下限或者接近下限值，以便控制建設成本。具體是需先按現場條件確定附加基礎的位置，由于在較大的跨度下保證基礎梁線剛度導致基礎梁截面較大，造價較高，基于經濟性要求，基礎梁跨度Lgf宜控制在IOm以內較為合適。當受到外力載荷時，主體基礎和附加基礎都會產生豎向位移Ah，按照 O. 0021^來確定主體基礎、附加基礎、基礎梁應有的強度，從而獲得主體基礎、附加基
礎的大小，并獲得基礎梁高度，再通過跨高比獲得基礎梁跨度Lgftl本發明所述附加基礎中加設有配重，以增加在上部建筑受到的順時針彎矩時的抵抗力。本發明所述附加基礎的底部加設有管樁或抗拉錨桿，所述管樁或抗拉錨桿位于附加基礎下部的土體中，以增加在上部建筑物受到彎矩時的抵抗力。本發明所述基礎梁上分別與主體基礎和附加基礎相連的兩端設有斜筋，也可在所述基礎梁內的鋼梁采用狗骨式鋼梁，該鋼梁的狗骨式節點設在分別與主體基礎和附加基礎相連的兩端處的鋼梁上，以將基礎梁的兩端設為抗彎薄弱位置，同時保證抗剪承載能力，即在罕遇地震時的超常外加載荷下，該基礎梁的兩端先于其他部位出現塑性變形，即引導出現塑性鉸，以及時將外力載荷所產生能量耗散掉，從而保證建筑物達到“小震不壞、中震可修、大震不倒”抗震目的。基礎梁兩端出現塑性鉸的原理如下(參見圖5a、圖5b)基礎梁在罕遇地震作用下出現塑性變形，當發生塑性變形時，基礎梁兩端截面會繞中和軸做轉動，類似于一個鉸，由于此鉸是在截面發生明顯的塑性形變后形成的，故稱其為塑性鉸(或稱結構鉸)，塑性鉸所能夠承受的最大彎矩值即為塑性鉸截面的極限彎矩。即某一截面出現塑性鉸并不能使結構立即成為破壞結構，整體還能承受繼續增加的荷載。當繼續加荷載時，先出現塑性鉸4的截面所承受的彎矩維持不變，產生轉動，沒有出現塑性鉸的截面所承受的彎矩繼續增加，直到結構形成幾何可變機構。塑性鉸不是集中在一點，而是形成一小段局部變形很大的區域；塑性鉸在鋼筋屈服后形成，截面能承受一定的彎矩，但轉動能力受到縱筋配筋率、鋼筋種類和砼極限壓應變的限制，配筋率越大或截面相對受壓區高度越大，塑性鉸轉動能力越小。與現有技術相比，本發明技術具有以下優點(I)附加基礎、基礎梁與原有的主體基礎形成一個整體，共同受力，使整體的建筑構成一個力矩模型建筑，將上部建筑所受到的外力載荷通過該力矩模型合理地分擔了主體基礎所承受的外力載荷對上部建筑所形成的力矩，能大大改善建筑基礎的受力性能，明顯提聞抗震性能；(2)本發明所述的耗能鋼筋混凝土基礎充分利用鋼筋混凝土結構的彈塑性材料特性，在保證附加基礎和基礎梁能夠抵抗一般外力載荷的情況下，通過在基礎梁的兩端設置薄弱位置，讓基礎梁在受到罕遇地震時的外加載荷下的兩端形成可變形的塑性鉸，可以有效吸收地震作用所產生的能量，既提高了結構的抗震性能，又能顯著減少基礎的造價；(3)本發明的基礎施工方便，效率高。
圖I為常規獨立基礎的結構示意圖；圖2為常規條形基礎的結構示意圖；圖3為常規筏板基礎的結構示意圖；圖4為常規箱型基礎的結構示意圖；圖5a為本發明實施例一鋼筋混凝土基礎的上方建筑物受逆時針彎矩作用時的受力示意圖；圖5b為本發明實施例一鋼筋混凝土基礎的上方建筑物受順時針彎矩作用時的受力示意圖；圖6為本發明實施例一鋼筋混凝土基礎的立體結構示意圖；圖7為本發明實施例一鋼筋混凝土基礎的主體基礎一側的基礎梁配置斜筋的結構示意圖；圖8為本發明實施例二鋼筋混凝土基礎的加設管樁的結構示意圖；圖9為圖8的主視圖；圖10為本發明實施例三鋼筋混凝土基礎的附加基礎為縱向對稱、橫向偏置的結構示意圖；圖11為本發明實施例四鋼筋混凝土基礎的附加基礎為縱向偏置、橫向偏置并且每個附加基礎配有三個基礎梁的結構示意圖；圖12為本發明實施例五鋼筋混凝土基礎為躲避障礙物而設置附加基礎的結構示意圖13為本發明實施例六鋼筋混凝土基礎的多個基礎梁合并為一個基礎梁的結構示意圖； 圖14為本發明實施例七鋼筋混凝土基礎的附加基礎水平位置高于主體基礎水平位置的結構示意圖。圖中；I.主體基礎，2.基礎梁，3.附加基礎，4.塑性鉸，5.管樁，6.斜筋，7.建筑物，8.抗拉錨桿。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進一步加以闡述。實施例一如圖5a、圖5b、圖6_7所不的一種可提聞抗震能力的鋼筋混凝土基礎是本發明的實施例之一，它包括支承上部建筑物7的主體基礎1，附加基礎3和基礎梁2，附加基礎3位于上部建筑物 投影下方的外側，并通過基礎梁2與主體基礎I相連，主體基礎I、附加基礎 3、基礎梁2均采用鋼筋混凝土施工制成。如圖5a所示，當建筑物7受外力載荷的合力F時，該外力載荷F以主體基礎I承擔上部建筑物7重力合力Gs的作用點為支點O相對于附加基礎3是逆時針彎矩1$作用時， 基礎梁2作為一個剛臂，使附加基礎3同時受力，此時附加基礎3下方土體受壓，相應地提供反力，反力的合力F&乘上附加基礎3距離主體基礎I中心的距離(力臂)L即為附加基礎3能提供的抵抗力距Ma ;反之，如圖5b所示，當建筑物7受到的外力載荷F'以主體基礎I承擔上部建筑物7重力合力Gs的作用點為支點O相對于附加基礎3是順時針彎矩
作用時，附加基礎3和其上部土體的重力的合力Fa乘上附加基礎3距離主體基礎I中心的距離(力臂)L即為附加基礎3能提供的抵抗力距M抗。主體基礎I已經能滿足上部建筑物 7的自重Gs、使用載荷及外加的一般多遇地震作用和風載荷。如圖6所示，附加基礎3為八個，每個附加基礎配一個基礎梁2，附加基礎3對稱設置在主體基礎I周圍，附加基礎3分別通過各自相應的基礎梁2與主體基礎I相連，以使建筑物7的在不同方向均勻得到附加基礎3的抗震力矩的支持。本實施例中，基礎梁2的跨高比為5，基礎梁跨度Lgt為9m，基礎梁2的截面寬度為 400mm。主體基礎I的高度比基礎梁2的高度高600mm，附加基礎3的高度比基礎梁2的高度高100mm，主體基礎I的寬度比基礎梁2的寬度寬10m，附加基礎3的寬度比基礎梁2的寬度寬100mm，從而保證建筑的構造要求，以便基礎梁2的施工及保證基礎梁2的有效連接。本實施例中，建筑物7受到了如圖5b所示的順時針彎矩M-的外部負載作用，則在附加基礎3的鋼筋混凝土中添加鐵礦渣等重型骨料的配重，以增加建筑物7受到的順時針彎矩時的抵抗力。如圖7所示，基礎梁2上分別與主體基礎I和附加基礎3相連的兩端設有斜筋6， 以便將基礎梁2的兩端設為抗彎薄弱位置，同時保證抗剪承載能力，以便使得建筑物在遭遇罕見地震時，讓基礎梁2在地震產生的特大的外加載荷下，其兩端相對其他部分更先出現塑性變形，引導出現塑性鉸4(如圖5-14中的斜線陰影部分)，從而能夠及時將超常的外力載荷所產生的能量耗散掉，從而確保建筑物達到“小震不壞、中震可修、大震不倒”抗震目的。本實施例鋼筋混凝土基礎的施工方法，包括以下步驟
(I)施工鋼筋混凝土主體基礎I ;(2)根據主體基礎I所承擔的彎矩，在主體基礎的周圍施工鋼筋混凝土附加基礎3 ;(3 )施工在主體基礎I和附加基礎3之間連接傳力的鋼筋混凝土基礎梁2，在基礎梁2上與主體基礎I和附加基礎3相連的兩端增加削弱點，以成為薄弱位置從而形成塑性鉸。實施例二如圖8-9所示的一種可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎是本發明的實施例之二，本實施例二與實施例一的不同之處在于本實施例中的建筑物7因特定地理及環境的影響，外部負載以逆時針彎矩為主，因此，在附加基礎3和主體基礎I的底部均加設了管樁5，管樁5埋入附加基礎3和主體基礎I的下部土體中，以增加建筑物7受到的逆時針彎矩時的抵抗力。本實施例中，將基礎梁2內的鋼梁設為狗骨式鋼梁，該鋼梁的狗骨式節點(即受力薄弱點/削弱點)設在分別與主體基礎I和附加基礎3相連的兩端處的鋼梁上，以引導出現塑性鉸。此外，本實施例中，基礎梁2的跨高比為8，基礎梁跨度L胃為6m，基礎梁2的截面寬度為600mm。主體基礎I的高度比基礎梁2的高度高lm，附加基礎3的高度比基礎梁2的高度高300mm，主體基礎I的寬度比基礎梁2的寬度寬15m，附加基礎3的寬度比基礎梁2的寬度寬200mm，有利于保證建筑的構造要求，以便于基礎梁2的施工及保證基礎梁2的有效連接。實施例三如圖10所示的一種可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎是本發明的實施例之三，本實施例三與實施例一的不同之處在于本實施例中，主體基礎I的橫向右側土質條件較差，故需要加強建筑物7抵御順時針彎矩的外部負載作用的能力，設置了六個附加基礎3，每個附加基礎配一個基礎梁2，縱向的共四個附加基礎3對稱設置在主體基礎I縱向兩偵L橫向左側設兩個附加基礎3，形成縱向對稱、橫向偏置的形式，附加基礎3分別通過各自相應的基礎梁2與主體基礎I相連，以避開橫向一側土質較差的區域，并在每個附加基礎3和主體基礎I的底部加設抗拉錨桿8，抗拉錨桿8錨入附加基礎3和主體基礎I下部的土體中，以增加建筑物7受到的順時針彎矩時的抵抗力。此外，本實施例中，基礎梁2的跨高比為10，基礎梁跨度Lgt為4m，基礎梁2的截面寬度為800mm。主體基礎I的高度比基礎梁2的高度高2m，附加基礎3的高度比基礎梁2的高度高400mm，主體基礎I的寬度比基礎梁2的寬度寬12m，附加基礎3的寬度比基礎梁2的寬度寬300mm，有利于保證建筑的構造要求，并便于基礎梁2的施工及保證基礎梁2的有效連接。實施例四如圖11所示的一種可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎是本發明的實施例之四，本實施例四與實施例三的不同之處在于本實施例中，建筑物的重心在橫向和縱向一側傾斜，故在建筑物重心傾斜的反方向的主體基礎I兩側面處分別設置較長的一個橫向附加基礎3和較長的一個縱向附加基礎3，形成縱向偏置、橫向偏置的形式，即共設置兩個附加基礎3，每個附加基礎3配三個基礎梁2，附加基礎3分別通過各自相應的基礎梁2與主體基礎I相連，以抵抗建筑物重心偏移所產生的附加載荷。同時，本實施例中為增強基礎梁2的剛度，在基礎梁2內埋設型鋼，型鋼的總截面積占基礎梁2截面積的比率為3 %，以加強基礎梁2的抗彎強度，抵抗建筑物的重心偏移。實施例五如圖12所示的一種可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎是本發明的實施例之四， 本實施例五與實施例四的不同之處在于本實施例中，主體基礎I橫向右側及縱向下側的土質條件很差，且主體基礎I橫向左側及 縱向上側的土體內有障礙物，因此，在該主體基礎 I橫向左側及縱向上冊設置附加基礎時需要考慮避開障礙物，故在主體基礎I橫向及縱向土質較好的兩側面分別避開障礙物設置兩個附加基礎3，對每個附加基礎3配置一個基礎梁2，兩基礎梁2之間形成空隙避開障礙物。此時由于障礙物導致基礎梁2截面積受到限制，為滿足剛度要求，則在基礎梁2內埋設型鋼，型鋼的總截面積占基礎梁2截面積的比率為5%，以便使基礎梁橫截面受限的情況下加強基礎梁2的抗彎強度。實施例六如圖13所示的一種可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎是本發明的實施例之六， 本實施例六與實施例五的不同之處在于本實施例中，因特定地理環境的限制，主體基礎I 周圍所設置的附加基礎3距離主體基礎I較近，故可將多個基礎梁(如圖11所示)合并為一個大的基礎梁2 (如圖13所示)，此時，基礎梁2的跨高比為5，基礎梁跨度L胃為lm，基礎梁2的截面寬度為2. 5m。主體基礎I的高度比基礎梁2的高度高100mm，附加基礎3的高度比基礎梁2的高度高800mm，主體基礎I的寬度比基礎梁2的寬度寬3m，附加基礎3的寬度比基礎梁2的寬度寬500mm，以便于基礎梁2的施工及保證基礎梁2的有效連接。實施例七如圖14所示的一種可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎是本發明的實施例之七， 本實施例七與實施例三的不同之處在于本實施例中，可設置附加基礎3的下部土體較為堅硬，不易挖掘，則將附加基礎3的水平位置設置成高于主體基礎I的水平位置，以經濟有效地施工設置基礎梁2和附加基礎3。同時，本實施例中為增強基礎梁2的剛度，在基礎梁2內埋設型鋼，型鋼的總截面積占基礎梁2截面積的比率為8 %，以加強基礎梁2的抗彎強度。上述實施例僅為本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的實施范圍；即凡依本發明內容所作的變化與變型，都為本發明權利要求所要求保護的范圍所涵蓋，如附加基礎3也可采用灌注樁等進行加強，達到附加基礎3提供足夠抗力的目的。
權利要求
1.一種可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎，包括承擔上部建筑物(7)的基礎，稱為主體基礎(I)，其特征在于還增設有附加基礎⑶和基礎梁(2)，所述附加基礎(3)位于上部建筑物(7)下方外側，并通過基礎梁⑵與主體基礎⑴相連。
2.根據權利要求I所述的可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎，其特征在于所述附加基礎⑶至少為二個，每個附加基礎⑶至少配有一個基礎梁(2)，所述附加基礎(3)對稱設置在主體基礎(I)周圍，所述附加基礎(3)分別通過各自相應的基礎梁(2)與主體基礎(I)相連，以使建筑物的在不同方向均勻得到附加基礎的抗震力矩的支持。
3.根據權利要求2所述的可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎，其特征在于所述基礎梁⑵的跨高比在5 10的范圍內選擇，所述基礎梁⑵的截面寬度大于等于400mm，以利于保證基礎梁的有效線剛度。
4.根據權利要求3所述的可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎，其特征在于所述基礎梁(2)內埋設有型鋼，所述型鋼的總截面積占基礎梁(2)截面積的比率在2% 8%的范圍內選擇，以加強基礎梁的抗彎強度。
5.根據權利要求2所述的可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎，其特征在于所述附加基礎⑶中加設有配重，以增加在上部建筑受到的順時針彎矩(M_)時的抵抗力。
6.根據權利要求5所述的可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎，其特征在于所述附加基礎(3)的底部加設有管樁(5)或抗拉錨桿(8)，所述管樁(5)或抗拉錨桿(8)位于附加基礎下部的土體中，以增加在上部建筑物受到彎矩時的抵抗力。
7.根據權利要求1-6任一項所述的可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎，其特征在于所述基礎梁(2)上分別與主體基礎(I)和附加基礎(3)相連的兩端設有斜筋(6)，以將基礎梁的兩端設為抗彎薄弱位置。
8.根據權利要求1-6任一項所述的可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎，其特征在于所述基礎梁(2)內的鋼梁采用狗骨式鋼梁，該鋼梁的狗骨式節點設在分別與主體基礎(I)和附加基礎⑶相連的兩端處的鋼梁上，以將基礎梁的兩端設為抗彎薄弱位置。
全文摘要
本發明公開了一種可提高抗震能力的鋼筋混凝土基礎，包括承擔于上部建筑物下方的主體基礎，本發明稱為主體基礎，還增設有附加基礎和基礎梁，所述附加基礎位于上部建筑物下方外側，并通過基礎梁與主體基礎相連。本發明附加基礎、基礎梁與原有的主體基礎形成一個整體，共同受力，使整體的建筑構成一個力矩模型建筑，將上部建筑所受到的外力載荷通過該力矩模型合理地分擔了主體基礎所承受的外力載荷對上部建筑所形成的力矩，能大大改善建筑基礎的受力性能，明顯提高抗震性能，并讓基礎梁在受到罕遇地震時的外加載荷下的兩端形成可變形的塑性鉸，可以有效吸收地震作用所產生的能量，既提高了結構的抗震性能，又能顯著減少基礎的造價。
文檔編號E02D27/34GK102619232SQ20121006367
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月12日 優先權日2012年3月12日
發明者傅劍波, 區彤, 曾樂元, 梁杰發, 潘勇, 譚堅, 陳星 , 陳雄 申請人:廣東省建筑設計研究院