第十一章：扩展基础的设计
本章将为用户介绍如何简单、高效地设计扩展基础。
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任务
根据“中国—建筑行业（JGJ）”，设计扩展基础。立柱将上部结构的荷载传递给基础，包括：N， Hx，Hy，Mx，My。基础两侧地面水平，地基土由中密、含细粒土砂构成，在深度 Z>6.0m 处为弱风化板岩。地下水的埋藏深度为 z=6.0m，基底埋深为 z=2.5m。
图 11.1 扩展基础算例
计算
运行“GEO5 扩展基础设计”软件（2017 版），首先输入各项基本参数。
「分析设置」界面→「选择分析设置」，选择“中国—建筑行业（JGJ）”。
图 11.2 选择计算依据的规范
“分析类型”选择“排水条件分析”，勾选“不计算沉降”，如图 11.3：
图 11.3 分析类型与沉降计算的设置
注：通常情况下，当验算扩展基础在排水条件下的稳定性时，即计算时采用岩土材料的有效参数（Φef，Cef）。而当地基土为粘性土或地基土受短期荷载作用时，则采用岩土材料的总应力参数（Φu，Cu），由总应力法可知，此时，Cu为不排水抗剪强度。
下一步，根据表 11.1 和图 11.1 定义「岩土材料」、「剖面土层」，并通过「指定材料」界面将定义好的岩土材料指定给相应的土层。
表 11.1 岩土材料参数
下一步，选择「基础」界面。如图 11.4 所示，“基础类型”选择“方柱下独基”，输入“基础剖面尺寸”，并输入回填土的容重，即“基础上覆土的容重”。设置基础尺寸时也可以在图形界面中通过 “动态标注”功能来设置，该方法往往更加简便和直观。
图 11.4 「基础」界面
注：基础的埋置深度受地层岩性、气候、水文、建筑选址等一系列因素影响。我国“建筑地基基础设计规范（GB50007-2002） - 5.1 基础埋置深度”对基础的埋深做出了一系列的规定，用户在设计时可以参考。进行承载力验算时，基础埋置深度采用基础底面至设计地面的最短距离。
下一步，选择「荷载」界面→「添加」，输入作用在基础上的力和弯矩：N，Hx，Hy，Mx，My。
图 11.5 「荷载」界面
注：以上荷载值是由结构分析软件计算得出的设计值，我们也可以通过界面上的「导入荷载」直接导入。用户计算中（如沉降计算）如需使用标准值，点击界面中的「标准值」选项，软件将自动生 成相应的标准值荷载，命名为“编号 1 荷载标准值”，如图 11.6。
注：在 GEO5 的“扩展基础”“单桩设计”“群桩设计”等软件模块中，输入的荷载并不受分析设置中分项系数的影响，采用何种荷载组合来验算基础的承载力和沉降完全由用户自己决定，因为在最后的分析界面中用户可以自己选择想要验算的荷载组合。在 GEO5 中软件采用被标注为设计值的荷载 验算承载力，采用没有标注设计值，即标准值，验算沉降。根据建筑地基基础设计规范，要求承载力验算采用标准组合，沉降验算采用准永久组合。那么，在实际使用中，我们可以将标准组合荷载以设 计值输入，准永久组合荷载以标准值输入。
图 11.6 根据设计值生成标准值
下一步，选择「材料」界面，输入扩展基础的钢筋混凝土材料：
图 11.7 「材料」界面
跳过「超载」界面，本算例中基础附近无超载存在。
注：基础周围存在超载时会影响地基沉降以及基础转角的计算，但对承载力验算无影响。因为超载作用会增加基底土体的应力，提高地基竖向承载力，为有利作用。因此，计算承载力时不考虑超载作用， 并且如今也没有理论支持如何计算超载影响下的地基承载力。
下一步，选择「地下水位+地基」界面，地下水位离天然地面深度为 6.0m。
图 11.8 「地下水位+地基」界面
由于基底土层为无粘性、渗透性好的中密含细粒土砂，本算例中不需添加「砂砾石垫层」。
下一步，选择「工况阶段设置」界面，选择“持久设计状况”。
基础尺寸设计
接下来，打开「尺寸」界面，点击「基础尺寸设计」按钮，软件将自动计算出满足设计要求的最小基础尺寸。
在「基础尺寸设计」界面中，用户可以“输入”地基承载力 Rd 的值（修正后的地基承载力特征值），求得基础尺寸。本算例中我们选择“分析”选项。软件将根据岩土材料参数、基础尺寸，并结合相关规范，自动计算出地基承载力，从而求得满足承载力要求的最小基础尺寸。
图 11.9 「尺寸」界面
注：设计轴心受压或偏心受压基础尺寸时，应保证基底最大压应力满足地基承载力的要求，且基础尺寸尽量小。当用户选择“输入”选项时，软件会根据用户输入的地基承载力 Rd 值（修正后的地 基承载力特征值）给出基础尺寸的设计方案。
下一步，选择「承载力验算」界面。
图 11.10 地基承载力验算
得出承载力验算的结果：
— 竖向承载力利用率：93.1%；
— 水平承载力利用率：9.7%。 故地基承载力满足要求。
注：如果输入的荷载中有上拔荷载，软件还会验算基础的抗拔承载力。
选择「截面强度验算」，调整 x、y 方向上的配筋，直至截面强度验算满足要求：
图 11.11 截面强度验算
注：默认情况下，软件会自动选择最不利荷载工况进行验算。当然，用户可以通过新建多个分析来验 算并保存不同荷载工况作用下的计算结果。
结论
经过尺寸设计和调整配筋后，扩展基础满足承载力验算和截面强度验算。
