3.8 箱形基础

箱形基础是由底板、顶板、外隔墙和一定数量纵向、横向较均匀布置的内隔墙构成的整体刚度很好的钢筋混凝土基础。箱形基础的特点是刚度大，整体性好，能抵抗并协调由于荷载大、地基软弱而产生的不均匀沉降，而且基础顶板和底板间的空间常可用于作地下室。建筑物下部设置箱形基础，一般需要加深基础的埋置深度，这样建筑物的重心会下移，四周有土体的协同作用，这样建筑物的整体稳定性会有所增强，所以兴建在软弱或不均匀地基上的高耸、重型或对不均匀沉降较敏感，尤其是抗震区的建筑时，箱形基础应是优先考虑的结构形式。

由于箱形基础上部结构一般为自重较大、高度较高的建筑物，所以在设计时除了需要考虑承载力、变形和稳定性的要求外，还需要考虑地下水对箱形基础的影响（如水的浮力、侧壁水压力、水的侵蚀性和施工排水等问题）。这需要在拟建的建筑场地内进行详细的地质勘探工作，查明建筑场地内的工程地质及水文地质资料。

3.8.1 构造要求

（1）箱形基础的平面尺寸应根据地基土承载力和上部结构布置以及荷载大小等因素确定。外墙宜沿建筑物周边布置，内墙沿上部结构的柱网或剪力墙位置纵横均匀布置，墙体水平截面总面积不宜小于箱形基础外墙外包尺寸的水平投影面积的1/10。对基础平面长宽比大于4的箱形基础，其纵横水平截面面积不应小于箱形基础外墙外包尺寸水平投影面积的1/18。箱形基础的偏心距应符合式（3.59）的要求。

(2)箱形基础的高度应满足结构的承载力和整体刚度要求，并根据建筑使用要求确定。一般不宜小于箱形基础长度(不包括底板悬挑部分)的1/20，并不宜小于3m。

(3)箱形基础的埋置深度应根据建筑物对地基承载力、基础倾覆及滑移稳定性、地基变形以及抗震设防烈度等方面的要求确定，一般在抗震设防区，基础埋深不宜小于建筑物高度的1/15。高层建筑同一结构单元内的箱形基础埋深宜一致，且不得局部采用箱形基础。

(4)箱形基础的顶、底板及墙体的厚度应根据受力情况、整体刚度及防水要求确定。无人防设计要求的箱形基础，基础底板厚度不应小于400mm，外墙厚度不应小于250mm，内墙厚度不应小于200mm，顶板厚度不应小于200mm。顶、底板厚度除应满足受剪承载力验算的要求外，底板还应满足受冲切承载力的要求。

(5)墙体内应设置双向钢筋，竖向和水平钢筋的直径不应小于10mm，间距不应大于200mm。除上部为剪力墙外，内、外墙的墙顶处宜配置两根直径不小于20mm的通长构造钢筋。

(6)墙体的门洞宜设在柱间居中部位，洞边至上层柱中心的水平距离不宜小于1.2m，洞口上过梁的高度不宜小于层高的1/5，洞口面积不宜大于柱距与箱形基础全高乘积的1/6。墙体洞口四周应设置加强钢筋。

(7)箱形基础的混凝土强度等级不应低于C25，抗渗等级不应小于0.6MPa。

3.8.2 简化计算

影响箱形基础基底反力的因素很多，主要有土的性质、上部结构和基础刚度、荷载的分布和大小、基础的埋深、基底尺寸和形状以及相邻基础的影响等。箱形基础的内力分析实质上是一个求解地基、基础与上部结构相互作用问题，要精确求解存在一定困难。目前采用的箱形基础内力计算主要是简化计算方法。

（1）当地基压缩层深度范围内的土层在竖向和水平方向较均匀，且上部结构为平立面的布置比较规则的剪力墙、框架、框架-剪力墙体系时，箱形基础的顶、底板可仅按局部弯曲计算，即顶板以实际荷载（包括板自重）按普通楼盖计算、底板以直线分布的基底净反力（计入箱基自重后扣除底板自重所余的反力）按倒楼盖计算。整体弯曲的影响可在构造上加以考虑。箱形基础的顶板和底板钢筋配置除符合计算要求外，纵横向支座钢筋还应有1/4的钢筋贯通，且贯通钢筋的配筋率均不应小于15%，跨中的钢筋应按实际需要的配筋全部连通。钢筋接头宜采用机械连接；采用搭接接头时，搭接长度应按受拉钢筋考虑。

（2）对于不符合（1）中所述条件的箱形基础，应同时考虑局部弯曲及整体弯曲的作用。基底反力可按《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》（JGJ 6—2011）推荐的地基反力系数表确定，该表是根据实测反力资料经研究整理编制而成的。对黏性土和砂土地基，基底反力分布呈现边缘大、中部小的规律；但对软土地基，沿箱基纵向的反力分布呈马鞍形，而沿横向则为抛物线形（图3.39）。软土地基的这种反力分布特点与其抗剪强度较低、塑性区开展范围较大、箱基的宽度比长度小得多等因素有关。

在计算底板局部弯曲弯矩时，顶部按实际承受的荷载，底板按扣除底板自重后的基底反力作为局部弯曲计算的荷载，并将顶、底板视为周边的双向连续板计算局部弯曲弯矩。考虑到底板周边与墙体连接产生的推力作用，以及实测结果表明基底反力有由纵、横墙所分出的板格中部向四周墙下转移的现象，局部弯曲弯矩应乘以0.8折减系数后与整体弯曲弯矩叠加。

在计算整体弯曲产生的弯矩时，先不考虑上部结构刚度的影响，计算箱形基础整体弯曲产生的弯矩，然后将上部结构的刚度折算成等效抗弯刚度，再将整体弯曲产生的弯矩按基础刚度的比例分配到基础。具体方法如下。

将箱形基础视为一块空心的厚板，沿纵、横两个方向分别进行单向受弯计算，荷载及地基反力均重复使用一次。先将箱形基础沿纵向(长度方向)作为梁，用静定分析法可计算出任一横截面上的总弯矩Mx和总剪力Vx，并假定它们沿截面均匀分布。同样的，再沿横向将箱形基础作为梁计算出总弯矩My和Vy。弯矩Mx和My使顶、底板在两个方向均处于轴向受压或轴向受拉状态，压力或拉力值分别为Cx=Tx=Mx/z、Cy=Ty=My/z，见图3.40；剪力Vx和Vy则分别由箱基的纵墙和横墙承受。

显然，按上述方法算得的整体弯曲应力是偏大的，因为把箱基当作梁沿两个方向分别计算时荷载并未折减，同时在按静定分析法计算内力时也未考虑上部结构刚度的影响。对后一因素，可采用G.G.迈耶霍夫（G.G.Meyerhof）于1953年提出的“等代刚度梁法”将Mx、My分别予以折减，具体计算公式为

式中 MF——折减后箱形基础承担的整体弯曲弯矩；

M——不考虑上部结构刚度时，箱形基础由整体弯曲产生的弯矩，即上述的Mx和My；

EF——箱形基础的混凝土弹性模量；

IF——箱形基础横截面惯性矩，按“工”字形截面计算，上、下翼缘宽度分别为箱形基础顶、底板全宽、腹板厚度为箱形基础在弯曲方向的墙体厚度总和；

EBIB——上部结构的总折算刚度，依据《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》(JGJ 6—2011)，上部结构的总折算刚度计算公式如下，公式中的符号示意如图3.41所示。

式中 EBIB——上部结构的总折算刚度；

Eb——梁、柱的混凝土弹性模量；

Ibi——第i层梁的截面惯性矩；

n——建筑物层数；不大于8层时，n取实际楼层数；大于8层时，n取8；

m——建筑物在弯曲方向的节间数；

Ew、Iw——在弯曲方向与箱形基础相连的连续钢筋混凝土墙的弹性模量和截面惯性矩，Iw=th3/12，其中t、h为墙体的总厚度和高度；

Kui、Kli、Kbi——第i层上柱、下柱和梁的线刚度，按下列公式进行计算，即

式中 Iui、Ili、Ibi——第i层上柱、下柱和梁的截面惯性矩；

hui、hli——第i层上、下柱的高度；

l——上部结构弯曲方向的柱矩。

式(3.73)适用于等柱距的框架结构，对柱距相差不超过20%的框架结构也适用，此时l取柱距的平均值。

箱形基础承受的总弯矩为将整体弯矩与局部弯矩两种计算结果的叠加，使得顶、底板成为压弯或拉弯构件，最后据此进行配筋计算。

箱形基础内、外墙和墙体洞口过梁的计算和配筋详见上述有关规范。其中外墙除承受上部结构的荷载外，还承受周围土体的静止土压力和静水压力等水平荷载作用。在箱形基础顶、底配筋时，应综合考虑承受整体弯曲的钢筋与局部弯曲的钢筋配置部位，以充分发挥各截面钢筋的作用。