第三章单层工业建筑 3.8 独立基础设计

柱下独立基础：单层厂房常用的基础形式，属于扩展基础。通过向柱侧边扩展形成足够大的底面积，使基底压力满足地基承载力要求。常见形式有台阶形、锥形及用于装配式钢筋混凝土柱的杯形。
基底净反力（$p_j$）：由上部结构荷载效应的基本组合值引起的基底反力，计算时扣除了基础及覆土的自重。因自重与相应的基底反力在计算冲切和弯矩时相互抵消。
冲切破坏：当基础高度不足时，基础会沿着与水平面成 $45^\circ$ 夹角的斜截面发生拉剪破坏，形成锥体形剥落。
冲切荷载（$F_l$）：斜截面外侧（$A_l$ 区域）的基底净反力总和，是导致基础冲切破坏的直接作用力。

为了保证基础的安全，设计中必须针对不同的破坏形式进行对应的计算与验算：

破坏类型	发生主要原因	设计计算任务	采用的荷载效应组合
1. 地基破坏	基础底面尺寸过小	地基计算：确定基础底面尺寸	标准组合
2. 冲切破坏	基础高度或截面不足	抗冲切计算：确定基础高度	基本组合
3. 弯曲破坏	底板配筋量不足	抗弯计算：确定底板配筋	基本组合

进行地基承载力验算时，需假定基底反力为线性分布：

轴心受压：基底平均压力 $p_k = \frac{N_k + G_k}{A} \le f_a$。
偏心受压：需同时验算平均压力及边缘最大压力：
- $p_{k,max} \le 1.2 f_a$ 且 $p_{k,min} \ge 0$。
- 若偏心距较大导致 $p_{k,min} < 0$，则按公式 $p_{k,max} = \frac{2(N_k + G_k)}{3la} \le 1.2 f_a$ 确定最大压力 (其中 $a = b/2 – e$)。

地基勘察报告提供的 $fak$ 需按下式进行深度和宽度修正：
$f_a = f_{ak} + \eta_b \gamma (b-3) + \eta_d \gamma_m (d-0.5)$

为了防止基础沿柱边或变阶处发生冲切破坏，截面有效高度 $h_0$ 必须满足：
$F_l \le 0.7 \beta_h f_t a_m h_0$

$F_l$（冲切荷载设计值）：$F_l = p_j A_l$。对于偏心受力基础，$p_j$ 可取最大值 $p_{j,max}$ 进行安全简化计算。
$\beta_h$（截面高度影响系数）：当基础高度 $h \le 800\text{mm}$ 时，取 $\beta_h = 1.0$；当 $h \ge 2000\text{mm}$ 时，取 $\beta_h = 0.9$；其间按线性插值。
$a_m$（冲切破坏锥体平均边长）：$a_m = (a_t + a_b) / 2$。
- 上边长 $a_t$：计算柱边受冲切时取柱宽；计算变阶处时取上阶宽。
- 下边长 $a_b$：$a_b = a_t + 2h_0 \le l$。
$h_0$：取两个配筋方向截面有效高度的平均值。

平面形状：轴心受压基础底面一般采用正方形；偏心受压采用长方形，长短边比值宜为 1.5~2.0，不宜超过 3.0。
材料强度：混凝土强度等级不应低于 C20；素混凝土垫层采用 C15。
尺寸限值：台阶型基础每阶高度宜为 300~500mm。
杯形基础特殊构造：预制柱插入杯口的深度 $h_1$ 必须同时满足 柱截面尺寸、纵筋锚固及吊装时稳定（$\ge 5\%$ 柱长） 的要求。杯底厚度 $a_1 \ge 200\text{mm}$。

在抗冲切验算中，若基础变阶处的截面有效高度 $h_0$ 保持不变，单纯加宽变阶处的上阶宽度（即增大 $a_t$），基础的抗冲切承载力是会上升还是下降？