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基础
建筑物通常由位于地面上方的上部结构和位于地下的基础结构组成。基础将荷载从结构的柱和墙壁转移并分散到大地。土壤的安全承载力不可被超过，否则可能会发生过度沉降，从而损坏建筑物及其服务设施，例如水或煤气总管。 地基破坏还可能影响结构的整体稳定性，使其易于滑动，垂直上升甚至倾覆。
在工程结构的设计和建造中，地基下的土壤是所有材料中变化最大的。仅在一个小小的建筑物下，土壤都可能从软粘土变到稠密岩石不等。土壤的性质和性质也会随着季节和天气的变化而变化。例如，相对较常见的土壤 斑纹泥灰岩 在干燥时像石头一样坚硬，但在潮湿时会变成几乎液态。
对拟建结构下的土壤进行工程勘测非常重要，这样才能确定地层和土壤特性的变化。钻孔或试验坑应下沉，进行现场测试，例如进行渗透测试以及在实验室中进行测试的土壤样品。 根据所获得的信息，可以推荐安全的土压力，并在必要时计算结构的可能沉降量。 表10.1列出了典型土壤的安全承载压力的代表值。
在基础设计中，基础与地面接触的区域应确保不会超过安全支承压力。由于沉降发生在结构的使用寿命期间，因此，计算基础面积时要考虑的设计荷载应为适用于正常使用极限状态的荷载，并且可以采用的典型值为
（1）恒载 上外加载荷= 1.0Gk 1.02k
（2）恒载 风载荷= 1.0Gk 1.0Wk
（3）恒载 外加载荷 风荷载= 1.0Gk 0.82x 0.8Wk
建议采用这些分项安全系数，因为最大外加荷载和最大风荷载不太可能同时出现。
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表10.1典型的容许承载力值 |
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岩土 |
典型承载力(KN/m2) |
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块状火成岩基岩 |
10000 |
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砂岩 |
2000到4000 |
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页岩和泥岩 |
600到2000 |
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砾石、砂和砾石，压密土 |
600 |
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中密度砂 |
100到300 |
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松散细砂 |
小于100 |
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硬粘土 |
300到600 |
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中粘土 |
100到300 |
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软粘土 |
小于75 |
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当地基承受竖向荷载和水平荷载时，可以应用下列规则。
其中 垂直荷载
水平荷载
容许垂直荷载
容许水平荷载
允许水平荷载考虑了地基与基础竖向接触面的被动阻力加上沿基础的摩擦力和粘聚力。
确定基础的结构强度的计算，即基础的厚度和钢筋的面积，应基于载荷和最终极限状态所对应的地面压力。
对于某些结构，例如图10.1所示的类型，可能有必要检查结构在承受侧向载荷时在地基上隆起的可能性以及结构的稳定性。为了确保足够的安全性，稳定性计算还应该针对与极限状态相关的载荷布置。临界载荷布置通常是最大侧向载荷与最小静载荷和无活动载荷的组合，即1.4Wk 1.0Gk。当许多室内装饰和固定装置可能未安装时，有时在安装过程中可能会产生最小的静载。
对于大多数设计来说，跨越基础底部的土压力线性分布如图10.2 a 所示。这种假设必须基于土作为弹性材料和具有无限刚度的基础。事实上，不仅大多数土体表现出一定的塑性特性，而且所有基础的刚度都是有限的，而且土压力的分布也随时间而变化。轴承压力的实际分布在任何时刻都可能采取图10.2 b 或 c 所示的形式，这取决于土壤的类型和基础和结构的刚度。但是，由于地基的性状涉及到许多关于地基作用和荷载的不确定性，考虑一个过于复杂的分析通常是不现实的。
基础的构造应使基础的底面低于霜冻水平。 由于混凝土要经受更严酷的暴露条件，需要对钢筋进行更大的标称保护层。 建议将混凝土浇铸在地面上时，最小覆盖层不小于75毫米；或在混凝土面向一层不透水的混凝土浇筑时，最小保护层厚度不应少于50毫米。混凝土等级至少为 ，以符合 BS8110的使用性能要求; 见表6.1。
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10.1垫基
单个立柱的基础可以在平面上制成正方形，但是在绕一轴作用较大力矩的情况下，采用矩形基座可能更经济。
假设轴承压力呈线性分布，则根据轴向载荷N和作用在基座上的力矩M的相对大小，基座上的轴承压力将采用图10.3所示的三种形式之一。
（1）在图10.3a中没有力矩并且压力均匀
（10.1）*
（2） 当力矩M如图所示作用时，压力由轴向载荷加弯曲方程给出。如图10.3b所示，基础和地面之间沿基脚全长D存在正接触，
因此，其中I是基础面积相对于弯曲轴的第二力矩，y是从轴到计算压力的距离。代入I=BD3/12和y=D/2，最大压力是
（10.2）*
最小压力是
（10.3）*
如果方程10.3中的pa为正，则沿基底存在正接触。当压力P2等于零时
或者
因此，为了使 pa 总是正的。 M / N 或有效偏心率e决不能大于 D / 6。在这种情况下，称载荷的偏心距在基座的“中间三分之一”内。
（3）当偏心率e大于D / 6时，沿长度D不再有正压力，压力图为三角形，如图10.3c所示。平衡向下的负载和向上的压力。
因此
最大压力
其中Y是正接触的长度。压力图的质心必须与载荷的偏心重合，以使载荷和反作用力相等且相反。因此
或
因此在这种情况下egt;D/6
最大压力 （10.4）*
垫脚中钢筋的典型布置如图10.4所示。 对于方形底座，抗弯曲的钢筋应在基础的整个宽度上均匀分布。对于矩形基座，应在较短的方向上将钢筋以较小的间距分布在立柱下方和附近的区域中，以使横向力矩必须在靠近立柱的位置更大。 如果基脚要承受较大的倾覆力矩，从而只承受部分支撑力，或者如果存在合力，则还可能需要在顶面上进行加固。
定位销或起动器钢筋应从基脚延伸到柱中，以便为钢筋提供连续性。这些销钉应嵌入基脚中，并延伸至柱的整个搭接长度。有时，75 mm长的柱采用与基脚相同的混凝土浇筑，以形成柱百叶窗的支撑。在这些情况下，定位销搭接长度应从踢板顶部开始测量。
图10.5所示为通过底座检查剪切、冲孔剪切、弯曲和局部粘结的临界截面。剪力和弯矩是由柱的极限荷载引起的，这些计算中不应包括底座的重量。
基层厚度通常由抗剪要求决定。
设计计算的主要步骤如下。
（1） 使用容许支承压力和正常使用极限状态下的临界荷载布置计算基脚的平面尺寸。
（2） 计算与极限状态下临界荷载布置相关的支承压力。
（3） 假设厚度（h）和有效深度（d）的适当值。检查柱表面的剪应力是否小于5 N/mm2或0.8radic;fcu，以较小者为准。
（4） 检查冲孔剪的厚度，测量极限剪应力的可能值vc，见表5.1。
（5） 确定抗弯所需的钢筋。
（6） 对冲剪机进行最终检查，精确地确定了ve。
（7） 检查临界截面处的剪应力。
（8）在适用的情况下，应检查地基和结构在极限状态下的整体稳定性。
底部抗弯钢筋应至少延伸一个全张力锚固长度，超过弯曲临界截面。
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例10.1垫脚的设计
垫脚需要抵抗400 mm方柱施加的1000 kN静载荷和350 kN的特征轴向载荷。土壤上的安全轴承压力为200 kN / m2，特征材料强度为fcu = 35 N / mm2和f，= 460N / mm2。
假设基础重量为150 kN，则总静载荷为1150 kN。
（a）对于可使用性极限状态，总设计轴向载荷= 1.0Gk 1.0k
= 1150 350 = 1500kN所需基本面积= 1500-7.5 m2
200
提供一个2.8 m平方的基础，面积= 7.8 m2。
（b）对于极限状态柱，设计轴向载荷= 1.4Gk 1.6Qk
= 1.4times;1000 1.6times;350 = 1960kN土压：1960250kN / m？
= 2.8
（c）假设基础为600毫米厚，并且基础建立在混凝土的致盲层上，则最小覆盖层为50毫米。 因此，取平均有效深度d = 520 mm。
在柱面
剪应力。 Vc = N/（列周长 * d）
= 1960times;103 /（1600times;520）
= 2.36N / mm2 lt;0.8radic;立方英尺
（d）冲剪-见图10.5
临界周长=柱周长 8times;1.5d
= 4times;400 12times;520 =周长内7840mm区域=（400 3d）2
=（400 1560）2 = 3.84times;105mm2
因此
冲切剪切力V = 250（2.82-3.84）
= 1000kN V冲切应力=
周长xd
= 1000times;1020.25 N / mm2
7840times;520
从表5.1可以看出，该极限剪切应力不是太大，因此h = 600 mm是合适的。
（e） 弯曲钢筋参见图10.7a，柱面为临界截面
对于混凝土
从杠杆臂曲线，图7.5，la=0.95。因此
在330mm中心处提供9根T20钢筋，As=2830mm2。因此
符合要求
最大间距=750 mm。因此，所提供的钢筋符合规范中规定的板中最小面积和最大钢筋间距的要求。
（f） 表5.1中冲剪的最终检查，对于fcu=35和1004s/bd=0.19
极限剪应力。ve=0.4N/平方毫米
冲切应力为0.25 N/mm~2，因此600 mm厚的衬垫就足够了。
（g） 剪切应力-剪切临界截面见图10.7b，距柱面1.0d V=250times;2.8times;0.68
=476kN V476times;10rsquo;
bd 2800times;520型
=0.33N/平方毫米lt;0.4
因此，该截面具有足够的剪力。
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10.2组合式基脚
当两个柱紧密相连时，有时有必要或方便地将它们的基脚结合起来，形成一个连续的基础。应选择基脚的尺寸，使合成荷载穿过基础区域的质心。这可假定在基脚下提供均匀的支承压力，并有助于防止不均匀沉降。对于大多数结构，每根柱子承受的静荷载和外加荷载的比率是相似的，因此，如果合成荷载穿过正常使用极限状态的质心，那么这也将是真实的，或者几乎是在极限状态下，因此在这些情况下，可以考虑两种极限状态下的均匀压力分布。
如图10.8所示，底座的形状可以是矩形或梯形。 梯形基座的缺点是细化并切割了不同长度的钢筋。 它用于两根柱子所承受的载荷变化较大且基础长度受限制的情况。 有时，为了
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