展开基础, 也称为独立基础或垫基础, 是浅基础元件，旨在将来自柱或柱的集中载荷分布到更大面积的土壤上. 这可以防止土壤承载力失效，通常用于住宅建筑等中小型结构. 扩展基础可以加固或不加固, 取决于负载和环境要求.

扩展基础是将荷载传递到土壤的迄今为止最经济的解决方案. 因为土壤通常比支撑柱脆弱得多, 必须证明它能够抵抗施加的应力，并且由此产生的沉降对于结构及其用途来说是合理的. 如果土壤不够坚固, 那么其他解决方案应该被分析为具有更大面积来分散荷载的筏式基础或将应力传递到更深、更坚固的土层的桩.

• 简单的基础: 最常用; 长方形或正方形.
• 阶梯式基础: 用于更高负载.
• 倾斜基础: 也适用于更高负载.

数字 1: 扩展基础的类型

阶梯式和倾斜式基础主要用于厚度大于 3 英尺或 4 英尺的较高负载, 但由于劳动力成本增加, 目前使用频率较低.

与材质相关, 展开基础可分为两组:

• 普通混凝土基础非常适合具有稳定承重土壤的轻型结构和低层建筑.
• 钢筋混凝土基础用于承受较重载荷或因环境而需要耐用性的地方. 它们用于土壤承载力相当低的重型结构.

展开基础通常支撑单柱下方的压缩集中载荷. 基础应成比例以承受所有施加的因子载荷和引起的反作用力, 其中包括轴向载荷, 水平剪切力, 和在基地的时刻. 使用根据可用现场数据确定的允许土壤压力和使用未分解的服务载荷进行岩土工程分析来检查土壤承载力, 包括死者, 生活, 风, 或地震荷载, 考虑关键组合.

抗弯钢筋通常放置在基础底部，当向柱施加轴向压缩载荷时，由于土壤反应而产生拉应力. 设计被简化, 假设基础是刚性的并且土壤行为是弹性的.

主方向始终定义为平行于基础的长边. 次要方向通常垂直于主方向并平行于基础的另一侧. 另外, 加固还应防止收缩和温度变化，这是最小加固面积所考虑的.

扩展基础破坏模式可归类为土壤破坏, 稳定性故障, 和结构性故障.

土壤破坏被分组为土壤承载破坏 (如图 2), 但它们也可能包括与相邻基础之间过度沉降差异或与总沉降相关的适用性故障. 结算分两个阶段进行, 第一个是立即结算，第二个是长期结算, 称为合并.

结构所控制的极限状态包括单向剪切破坏, 冲孔失败, 弯曲失效, 轴承故障, 以及锚固不足. 其中一些如图所示 2.

最后, 还应检查稳定性故障, 与土壤承载力无关.

数字 1: 展开基础的一些失效模式

由于影响最终尺寸和特性的各种参数和变量，展开基础的设计涉及多个步骤.

步 1: 岩土工程调查和考虑

地基设计通常需要确定地基下土壤的行为和与应力相关的变形能力. 为了这, 应确定土壤的岩土特性, 例如粒度分布, 土壤分类, 可塑性, 压缩性, 和剪切强度. 本次调查旨在确定不同类型地基的适用性和土壤的承载能力. 这通常是通过执行极限承载力计算和确定允许承载压力的沉降分析来完成的 (q_一个) 避免任何类型的土壤承载故障. 如果确认涂抹粉底的适用性, 工程师可以继续执行以下步骤.

除了土壤承载力, 基础系统必须能够防止倾覆, 滑行, 并避免由于两个主要方向的偏心而导致过度抬升.

步 2: 定义 基地面积.

在美国, 这是使用许用应力和工作载荷组合来确定的. 假定承载值 (中型散装容器表 1806.2) 如果允许也可以使用. 许用应力通常包含在岩土报告中, 考虑承载能力和可能的沉降. 在分散的基础上, 具有轴向载荷的基础的土壤应力 (P) 和时刻 (Mx, Mz) 可以如图所示计算 3. 显示的等式仅在压缩完整基数时才有效, 但情况并非总是如此, 主要是当所施加的力矩很大时. 在这种情况下, 有多种模型可用于执行分析. 最简单的是刚性基础下的线性土压力分布. 多名作者 (即, 贝洛斯和巴卡斯) 开发了一种确定最大土壤压力的解决方案. 最终目标是找到最大应力小于定义的许用应力的基础区域 (q_最高<q_一个).

数字 3: 土壤应力

步 3: 定义基础厚度并计算弯曲钢筋.

基础厚度的定义和弯曲钢筋的计算. 这通常是通过试错程序来完成的，以避免任何结构故障. 在这种情况下, 采用基础厚度, 然后检查弯曲和剪切强度. 在这一步中, 基础设计必须能够承受弯矩, 由因子荷载引起的土压力引起的单向和双向剪切. 最小深度为 6 应考虑在 (ACI 318-19 c13.3.1.2), 最小混凝土保护层等于 3 用于对抗地面浇筑并永久接触地面的混凝土 (ACI 318-19 c20.5.1.3.2). 根据从柱面开始的钢筋的发展来考虑最小基础厚度也很重要.

数字 4: 展开立足时刻

如果分析弯矩图 (见图 4) 适用于中心柱仅承受压缩轴向载荷的方形基础, 条形基础中的最大力矩似乎出现在柱中部下方, 但测试表明，由于柱的刚性，这是不正确的. ACI 代码建议 (ACI 318-19, c13.2.7.1) 对于钢筋混凝土柱，在柱面计算；对于砌体或大体积混凝土柱，在柱面到中心的中途截面计算. 在计算中, 只需考虑施加在基础上的外部荷载引起的向上压力. 自重和覆土重量应忽略不计. 仅应使用基础上的净压力进行结构设计.

如果墙基被加载直至其发生剪力失效, 破坏不会发生在柱面的垂直面上，而是发生在与柱面成约 45° 的角度上, 因此，剪切的临界截面是在距面距离“d”处计算的 (ACI 318-19c13.2.7.2), “d”为有效深度, 见图 4. 有效深度计算如下:

其中 h 是基础板厚度, c是封面, db 是钢筋直径. 请注意，在次要方向, 有效深度还应包括主筋的钢筋直径.

一旦达到最大弯矩 (在) 临界区已确定, 所需加固面积 (如) 与任何弯曲构件的确定方式相同. 虽然基础不是梁, 最好是具有延展性以适应弯曲, 这可以通过限制受拉钢筋中的净拉应变来完成 (εt) 大于 εty 的值 + 0.003 (ACI 318-19 c21.2.2, εty 等于 f_和/Ë_s).

与前一个假设, 所需的加固面积可以用以下公式计算:

加固强度, Es 是钢筋的弹性模量. 弯曲检查通常在两个方向进行.

单向抗剪强度的计算通常只考虑混凝土的贡献. 通常, 出于成本原因, 不建议使用抗剪钢筋. 因此, 临界剪断面计算的剪力应大于混凝土抵抗的强度. 使用表中给出的公式计算 22.5.5.1(C) (ACI 318-19 c22.5.51)

​其中 ρw 是加固率，等于 As/(宽×深,) λ 是反映轻质混凝土力学性能降低的修正系数, 和 是剪切折减系数.

步 4: 双向剪切验证

一旦确认基础厚度能够抵抗弯曲和单向剪切, 且采用的钢筋大于要求的钢筋, 我们可以继续以下步骤, 检查 冲剪机 (混凝土垫的在线基础计算器).

验证是通过压力和, 类似于单向剪切, 标准是由于经济原因避免任何剪力加固; 因此, 只考虑混凝土的强度. 强度按照ACI确定 318-19 c22.6.5.

其中 v_ü 是临界截面处的剪应力, phi 是折减系数，v_C 是混凝土的抗剪强度. 按表计算 22.6.5.2

其中 λ_s 是尺寸因子, λ 是反映轻质混凝土力学性能降低的修正系数, β 为柱长边与短边或集中荷载区之比，f’c 为混凝土的规定抗压强度. bo 是临界截面的周长，通常定义为距柱面 d/2 的距离. 值得一提的是，剪切应力 (v_ü) 根据 ACI，计算时还应考虑柱传递到基础板的力矩 318-19 c8.4.4.2

步 5: 传递力的计算.

应检查通过混凝土承载或承载和界面钢筋的组合传递到基础的垂直和水平力. 此要求在章节中有详细说明 22.8 ACI 318-19:

其中A₁ 是加载区域, 一个₂ 是最大平截头锥体的下底面积, 锥体. 金字塔的侧面, 锥体, 或锥形楔块应倾斜 1 垂直于 2 水平的. 和 是一个折减因子.

步 6: 细部

最后一步致力于最小和最大间距等加固细节, 到关键部分的开发长度. 详细信息在章节中给出 25 ACI的 318-19.

条形基础与展开基础密切相关，因为两者都是浅基础，由于成本低廉而经常用于中小型结构. 一般, 条形基础 呈长方形, 而垫基是方形的, 长方形, 或圆形. 与支持的负载相关, 条形基础在线性载荷下正常工作, 而垫基础则适用于集中荷载.

与设计相关, 对条形基础进行的所有检查也应在展开或垫式基础中进行. 展开的基础还需要额外的检查, 例如双向剪切检查或冲孔检查, 不发生在 条形基础.

• 扩展基础经济且广泛用于浅基础.
• 适当的岩土工程调查至关重要.
• 设计必须解决土壤承载问题, 沉降, 结构强度, 和稳定性.
• 关注ACI 318-19 对于所有检查和细节.

• ACI 318-19: 结构混凝土的建筑规范要求
• 中型散装容器表 1806.2: 推定承载值
• 美丽的, J。, & 痕迹, ñ. (2017). 刚性矩形展开基础下线性土压力分布的完整分析解决方案. 国际地质力学杂志, 17(7), 04017005. 土井:10.1061/(轴)GM.1943-5622.0000874.
• CRSI, ACI的设计指南 318 结构混凝土的建筑规范要求, CRSI (2020).
• 钢筋混凝土: 力学与设计第六版 James K. 怀特, 詹姆斯·克. 麦格雷戈.

需要各种输入来完成垫子基础的设计检查. 输入包括:

• 基础尺寸和材料
• 载入中
• 混凝土特性
• 钢筋性能
• 岩土参数

填写完所有输入后，单击 "跑" 右上方的按钮完成张开的基础设计.

该计划认为，稳定性检查对垂直载荷和双轴力矩的基础上的土壤轴承. 此外, 它根据ACI基于最终强度设计方法执行混凝土设计 318-19. 土壤压力是使用Bellos和Bakas的溶液计算的，并且假定地下是完全刚性的，厚度恒定. 当仅一部分立足时，也可以计算压力. 这对于具有较小垂直载荷和较大时刻的基础特别有用, 例如横向负载下建筑物角落的基础.

最大偏心率, 倾覆, 并通过此扩展下台软件进行滑动检查. 最后一张检查不包括被动压力贡献. 总是希望避免土壤中的压力集中，因此，当结果在中间三分之一以外时，该程序具有警告状态. 在极端情况下，负载偏心率产生最大应力比与. 平均压力大于 6, 由于应力浓度较大和基础可能大旋转，因此扩张基础计划触发了误差. 在这种情况下, 建议用户扩大基础以更好地分配压力或使用其他解决方案，因为在此工具的范围内未考虑绑带脚。.

• • 轴承能力计算器
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