立柱基础设计计算大纲

2/2立柱基础设计计算大纲一、编制依据与适用范围1.1编制依据本大纲严格遵循现行国家及行业立柱基础、设备基础、高耸结构相关规范标准，所有计算方法、公式及参数取值均以规范条文与工程通用理论为依据，确保计算结果的科学性与合规性，主要依据包括：《工业设备基础设计规范》（GB50906-2013）《石油化工立式设备基础设计规范》（SH/T3061-2019）《高耸结构设计标准》（GB50135-2019）《动力机器基础设计规范》（GB50040-2017）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010，2015年版）《钢结构设计标准》（GB50017-2017）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010，2016年版）《高耸结构基础设计规范》（JGJ/T448-2018）1.2适用范围本大纲适用于工业立式设备、高耸构筑物、大型钢结构的立柱基础设计计算工作，涵盖塔器、反应器、烟囱、火炬、厂房钢柱、大型储罐支撑立柱等各类立柱结构，涵盖混凝土立柱、钢立柱两类主体结构，涵盖独立基础、桩承基础、筏板基础、螺旋桩基础、岩石锚杆基础等各类基础形式，涵盖常规大气、软土、冻土、沿海腐蚀、地震、动力荷载等各类工况，可作为立柱基础设计阶段计算工作的统一指导框架，与立柱主体设计大纲形成完整的立柱结构设计体系，满足立柱基础50年设计寿命的全周期安全要求。二、基础设计参数计算2.1场地岩土工程参数场地岩土参数是所有基础承载力计算的核心基础，核心参数及取值规则如下：地基承载力特征值：常规粉质黏土：fak=120200砂土：fak=150300软土：fak=60100岩石：fak=10005000土的抗剪强度指标：内摩擦角ϕ：粉质黏土取10\20°，砂土取25\35°，软土取5\10°，岩石取30\45°粘聚力c：粉质黏土取15\30kPa，砂土取0\10kPa，软土取10\20kPa，岩石取100\500kPa土的物理与渗透参数：土的天然密度ρ：常规土取1.8\2.0g/cm³，饱和土取2.0\2.2g/cm³压缩模量Es：粉质黏土取4\15MPa，砂土取10\30MPa，软土取固结系数cv：粉质黏土取1×10-31×10渗透系数k：粉质黏土取1×10-61×10-4地下水参数：地下水位埋深hw：常规取值0.5~5.0m地下水腐蚀性：根据氯离子、硫酸根离子含量，分为微腐蚀、弱腐蚀、中腐蚀、强腐蚀场地冻深参数：

标准冻深z0，根据地区取值：东北取1.5\2.5m，华北取0.8\1.5m，南方取0~0.5m2.2基础材料力学参数基础的材料力学参数，是基础结构强度计算的基础，核心参数及取值如下：混凝土材料参数：C30混凝土：轴心抗压强度fc=14.3MPa，轴心抗拉强度ft=1.43C35混凝土：轴心抗压强度fc=16.7MPa，轴心抗拉强度ft=1.57C40混凝土：轴心抗压强度fc=19.1MPa，轴心抗拉强度ft=1.71保护层厚度：常规环境取40mm，沿海腐蚀环境取60mm，动力设备基础取50mm钢筋材料参数：HRB400钢筋：抗拉强度fy=360MPa，弹性模量EsHRB500钢筋：抗拉强度fy=435MPa，弹性模量Es钢立柱与锚栓材料参数：Q235B钢立柱：许用应力f=215MPa，弹性模量E=2.06×10Q355B钢立柱：许用应力f=310MPa，弹性模量E=2.06×108.8级锚栓：抗拉强度ftb=400MPa2.3上部立柱荷载参数上部立柱传至基础顶面的荷载，是基础设计的输入条件，核心参数如下：竖向荷载：压力荷载Nck：立柱自重、设备自重、雪荷载产生的压力，常规中型塔器取100\1000kN，大型塔器取1000\拔力荷载Twk：风荷载、地震荷载产生的上拔力，常规中型塔器取50\200kN，大型塔器取200\水平荷载：

水平剪力Hwk：风荷载、地震荷载、动力荷载产生的水平力，常规中型塔器取50\300kN，大型塔器取300\弯矩荷载：

弯矩Mwk：风荷载、地震荷载、偏心荷载产生的倾覆弯矩，常规中型塔器取100\1000kN・m，大型塔器取1000\5000kN・动力荷载参数：

动力设备的扰力频率f0，常规压缩机取10\50Hz，风机取5\20Hz，扰力幅值F0，常规取设备重量的三、独立立柱基础设计计算3.1独立立柱基础选型独立基础是立柱基础最常用的形式，根据场地与荷载选型：常规平原场地：采用台阶式独立基础，埋深1.5\2.5m，尺寸1.5m×1.5m\3.0m×3.0m，适用于中型立柱大荷载场地：采用锥形独立基础，埋深2.0\3.0m，尺寸3.0m×3.0m\5.0m×5.0m，适用于大型塔器立柱冻土场地：采用深埋独立基础，埋深大于冻深0.5m，避免冻胀破坏软弱土层场地：采用扩展式独立基础，加大底面积，降低附加压力，提高地基承载力3.2地基承载力修正与验算修正后的地基承载力特征值：

根据GB50007的公式，修正后的承载力：

f参数说明：ηb、淤泥质土：η粉质黏土：η粉土：η砂土：ηγ：基础底面处土的天然重度（kN/m³），地下水位以下取浮重度γm：基础底面以上土的加权平均重度（kN/m³b：基础底面的宽度（m），小于3m取3m，大于6m取6md：基础的埋置深度（m）轴心荷载下的承载力验算：

p参数说明：Fk：上部传下来的轴力标准值（kNGk：基础自重和基础上的土重标准值（kN），Gk=γA：基础的底面积（m²）偏心荷载下的承载力验算：

偏心荷载下，除满足轴心要求外，还需满足：

p参数说明：W：基础底面的抵抗矩（m³），W=bl2验算要求：最大压力不大于1.2倍的修正承载力，最小压力不小于0，避免基础脱开3.3基础抗拔稳定性验算风荷载、地震荷载作用下，基础的抗拔稳定性：

K参数说明：Kt：抗拔稳定系数，规范要求不小于1.6，高耸立柱取Gsoil：基础上覆土的自重标准值（kN），GTk：上部传下来的拔力标准值（kN验算要求：抗拔稳定系数不小于规范要求，保证基础不会被拔起3.4基础抗滑移稳定性验算水平荷载作用下，基础的抗滑移稳定性：

K参数说明：Ks：抗滑移稳定系数，规范要求不小于1.3，高耸立柱取μ：基础与土的摩擦系数，常规取值：粉质黏土：0.25~0.35砂土：0.35~0.45岩石：0.4~0.6Hk：上部传下来的水平力标准值（kN验算要求：抗滑移稳定系数不小于规范要求，保证基础不会发生滑移3.5基础抗倾覆稳定性验算弯矩作用下，基础的抗倾覆稳定性：

K参数说明：Ko：抗倾覆稳定系数，规范要求不小于1.6，高耸立柱取b：基础的宽度（m），弯矩方向的边长Mk：上部传下来的倾覆弯矩标准值（kN・m验算要求：抗倾覆稳定系数不小于规范要求，保证基础不会发生倾覆3.6基础结构强度验算柱对基础的冲切验算：

柱对基础的冲切验算，根据GB50007的公式：

F参数说明：Fl：冲切力（kN），Fl=pjAlβhp：高度影响系数，h≤800mm取1.0，h≥2000mm取am：冲切破坏锥体的平均长度（m），h0：基础的有效高度（m变阶处的冲切验算：

对于台阶式基础，变阶处同样需要进行冲切验算，公式同柱冲切，仅将柱的尺寸替换为上阶的尺寸，保证变阶处不会发生冲切破坏。柱边的剪切验算：

基础的斜截面剪切验算，柱边位置：

V≤0.7参数说明：βhs：剪切高度影响系数，变阶处的剪切验算：

变阶处的剪切验算，公式同柱边剪切，仅将柱的位置替换为变阶的位置，保证变阶处的剪切强度。基础配筋计算：

基础底板的配筋，根据弯矩计算，分x、y两个方向：

A参数说明：Mx、My：x、y方向的基础底板弯矩（h0x、h0y：x、常规取值：大型立柱基础的配筋，采用Φ16@150的HRB400钢筋，满足强度要求3.7地基沉降与固结计算最终沉降量计算：

地基的沉降验算，采用分层总和法：

s=参数说明：ψs：沉降计算经验系数，常规取p0：附加压力（kPaαi验算要求：中小型立柱的沉降量≤100mm大型塔器立柱的沉降量≤200mm基础的倾斜i=s1固结度与沉降时间计算：

软土地区，计算沉降的时间过程，采用太沙基一维固结理论：

U参数说明：Ut：tcv：土的固结系数（cm²/sH：排水距离（cm），双面排水取基础厚度的一半，单面排水取基础厚度t：时间（s）验算要求：设备安装前，固结度需达到80%以上，避免安装后的不均匀沉降规范依据：《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第5章四、桩承立柱基础设计计算4.1桩承立柱基础选型针对软土、深厚土层、大荷载的立柱，选择桩承基础：预制桩基础：采用预应力混凝土预制桩，桩长10\30m，桩径300\500mm，适用于软土地区的大型立柱灌注桩基础：采用钻孔灌注桩，桩长15\50m，桩径600\1000mm，适用于大荷载的塔器立柱螺旋桩基础：采用钢管螺旋桩，桩长3\8m，桩径168\300mm，适用于中型立柱的快速施工锚杆桩基础：采用岩石锚杆桩，桩长2~5m，适用于岩石山地的立柱4.2单桩承载力计算单桩竖向抗压承载力：

Q参数说明：Quk：单桩竖向抗压极限承载力（kNu：桩身周长（m）qsik：桩侧极限侧阻力（kPaqpk：桩端极限端阻力（kPaAp：桩端面积（m²承载力特征值：Ra=单桩竖向抗拔承载力：

T参数说明：λi：抗拔侧阻力折减系数，黏性土取0.7\0.8，砂土取0.5\抗拔承载力特征值：Ta=单桩水平承载力：

R参数说明：α：桩的水平变形系数，α=m：土的水平抗力系数的比例系数验算要求：水平力不大于单桩的水平承载力4.3桩身强度验算桩身的强度验算，压弯、拉弯：压弯强度：

σ=拉弯强度：

σ=保证桩身的强度满足要求，不会发生破坏4.4承台结构强度验算柱对承台的冲切验算：

柱对承台的冲切，公式：

F参数说明：um：冲切破坏锥体的平均周长（m桩对承台的冲切验算：

单桩对承台的冲切，每个桩都要验算：

F避免桩顶冲切破坏承台，这是承台设计的核心控制项承台的剪切验算：

承台的斜截面剪切，验算柱边到桩边的截面：

V≤0.7承台的配筋计算：

承台的配筋，x、y方向的抗弯配筋：

A弯矩为桩的净反力对柱边的弯矩4.5群桩基础验算群桩承载力验算：

群桩的平均桩顶力，满足：

Nk=F群桩沉降验算：

群桩的沉降，采用等效作用分层总和法：

s=ψ∑等效作用面在桩端平面，保证群桩的沉降满足要求规范依据：《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5章五、钢立柱柱脚与锚栓基础设计计算5.1钢立柱柱脚选型钢立柱的柱脚，根据连接形式选型：铰接柱脚：适用于轻型钢立柱，仅传递轴力与剪力，不传递弯矩，构造简单刚接柱脚：适用于重型、高耸钢立柱，传递轴力、剪力、弯矩，保证立柱的刚度埋入式柱脚：适用于大荷载的钢立柱，柱脚埋入混凝土基础，刚度大，承载力高5.2锚栓承载力计算锚栓抗拉承载力：

单只锚栓的抗拉承载力：

N参数说明：de：锚栓的有效直径（mm），M30锚栓取26.211mm，M36取ftb：锚栓的抗拉强度设计值（锚栓抗剪承载力：

单只锚栓的抗剪承载力：

N参数说明：0.8是锚栓的抗剪折减系数，因为锚栓的抗剪性能低于螺栓nv：受剪面数，常规取锚栓拉剪复合验算：

拉剪共同作用下，锚栓的验算：

(保证拉剪共同作用下，锚栓不会破坏5.3锚栓锚固长度计算锚栓的锚固长度，保证锚栓不会从混凝土中拔出：

l参数说明：la：锚栓的最小锚固长度（mmα：锚固修正系数，带弯钩的锚栓取0.7，直锚栓取1.0fy：锚栓的屈服强度（MPaft：混凝土的轴心抗拉强度（MPad：锚栓的直径（mm）常规取值：M30的8.8级锚栓，C30混凝土，锚固长度为30d=900mm，满足要求5.4锚板厚度计算锚板的厚度，保证锚板的刚度，不会发生弯曲变形：

t参数说明：Mlocal：锚板的局部弯矩（N・mmB：锚板的宽度（mm）常规取值：M30锚栓的锚板厚度取20mm，M36的取25mm，保证刚度5.5柱脚混凝土局部受压验算柱脚的混凝土局部受压，避免混凝土被压碎：

F参数说明：βcβl：局部受压的提高系数，Ab：局部受压的计算底面积，Al验算要求：柱脚的压力不大于局部受压承载力，避免混凝土压碎规范依据：《钢结构设计标准》（GB50017-2017）第12章六、高耸立柱基础专项设计计算6.1高耸立柱基础选型针对烟囱、塔器、火炬等高耸立柱，选择合适的基础：圆形独立基础：适用于中型高耸立柱，直径5\10m，埋深2\3m环形基础：适用于大型烟囱，直径10\20m，埋深3\5m，减轻自重桩筏基础：适用于软土地区的大型高耸立柱，桩基础加筏板，提高承载力6.2风振系数计算高耸立柱的风荷载，需要考虑风振的放大作用，风振系数：

β参数说明：g：峰值因子，常规取2.5I10：10m高度的湍流度，B类场地取BzR：共振因子，反映脉动风的共振分量μz常规取值：100m高的塔器，风振系数取1.5~2.0，比普通结构大很多6.3大偏心基础验算高耸立柱的弯矩很大，基础属于大偏心受压，需要验算：

e=当e>b/6时，基础底面会出现脱空，此时需要重新计算基础的底压：

p其中a=b/2-e，是压区的长度，保证脱空情况下，最大压力不超过承载力6.4基础倾斜验算高耸立柱对倾斜非常敏感，倾斜的允许值：

i=比普通立柱的1/500严格一倍，保证高耸结构的垂直度，不会影响设备的运行6.5基础的疲劳验算高耸立柱的风荷载是脉动的，长期作用下，基础的混凝土需要验算疲劳：

σ混凝土的疲劳强度，常规取0.6倍的轴心抗拉强度，保证长期脉动荷载下，混凝土不会疲劳破坏规范依据：《高耸结构设计标准》（GB50135-2019）第6章七、动力立柱基础专项设计计算7.1动力立柱基础选型针对压缩机、风机、泵等动力设备的立柱，选择合适的基础：刚性基础：适用于低频动力设备，基础的自振频率远大于扰力频率，避免共振隔振基础：适用于高频动力设备，采用弹簧隔振器，隔离动力荷载，避免对周围的影响桩基础：适用于软土地区的动力设备，提高基础的刚度，减小振动7.2基础自振频率计算基础的自振频率，是避免共振的核心参数：竖向自振频率：

f参数说明：kz：基础的竖向刚度（kN/m），kz=Cm：基础与设备的总质量（t）水平自振频率：

fkx是基础的水平刚度，7.3共振验算频率比的验算，避免共振：

r=当扰力频率f0与自振频率f的比值在0.75~1.257.4动力放大系数计算动力荷载的放大系数，根据频率比与阻尼比：

β参数说明：ζ：阻尼比，混凝土基础取0.05，钢基础取0.02，隔振基础取0.2常规取值：当r=0.5时，动力放大系数取1.33，当r=1.0时，取10，所以必须避开共振7.5基础振动幅值验算基础的振动幅值，保证设备的正常运行，也避免对周围的影响：

A=允许的振动幅值：压缩机基础：0.1~0.2mm风机基础：0.2~0.3mm周围建筑的振动：≤0.1mm规范依据：《动力机器基础设计规范》（GB50040-2017）第4章八、基础腐蚀与防腐裕量计算8.1混凝土基础的腐蚀裕量计算沿海、工业腐蚀环境的混凝土基础，需要预留腐蚀裕量：

Δ参数说明：Δδcover：混凝土的保护层厚度裕量（vcorr：混凝土的腐蚀速率（mm/a），常规环境取0.01\0.02mm/a，沿海盐雾环境取0.02\0.04mm/a，工业腐蚀环境取tlife：基础的设计寿命，50常规取值：常规环境：保护层厚度取40mm，满足50年的要求沿海盐雾环境：保护层厚度取60mm，抵消氯离子的腐蚀工业腐蚀环境：保护层厚度取80mm，抵消酸、碱的腐蚀8.2钢立柱与锚栓的防腐裕量计算钢立柱与锚栓的防腐裕量，抵消土壤的腐蚀：

Δ平原地区的腐蚀裕量取1\2mm，沿海地区取2\3mm，工业腐蚀地区取3~5mm，对应的热镀锌厚度：平原地区：热镀锌厚度85μm沿海地区：热镀锌厚度110~150μm工业地区：热镀锌厚度150~200μm，或者采用环氧煤沥青涂层8.3混凝土的防腐措施计算针对腐蚀环境，混凝土的防腐措施：水胶比控制：

W/C≤0.45，沿海地区取≤0.40，工业腐蚀地区取≤0.35，降低混凝土的渗透性防腐剂掺量：

氯离子环境下，掺加钢筋阻锈剂，掺量为水泥重量的2~5%，抑制氯离子的腐蚀

硫酸根环境下，掺加抗硫酸盐水泥，抵消硫酸盐的腐蚀规范依据：《混凝土结构耐久性设计标准》（GB/T50476-2019）九、特殊工况基础设计计算9.1地震工况基础设计计算地震地区的立柱基础，需要特殊的修正：地基抗震承载力修正：

fζa是抗震承载力调整系数，岩土的承载力在地震下可以提高，粉质黏土取1.3，砂土取桩的抗震承载力修正：

桩的抗震承载力，乘以1.25的放大系数，因为地震是短暂荷载液化判别与处理：

砂土的液化判别，标准贯入锤击数：

N当实测的N<N9.2高温工况基础设计计算高温设备的立柱，比如加热炉、反应器的立柱，基础需要考虑温度的影响：温度应力计算：

基础的温度应力，因为设备的热量传递到基础，产生温度差：

σαc是混凝土的热膨胀系数，取1e-5/℃，ΔT保温层计算：

在基础的顶部，设置保温层，厚度：

δ减小温度差，降低温度应力，避免基础的开裂9.3冻土工况基础设计计算冻土地区的基础，需要特殊的修正：冻胀力计算：

基础的冻胀拔力：

Fpfrost是土的冻胀力，弱冻胀土取50\100kPa，强冻胀土取200\抗冻胀验算：

Gtotal≥保温层计算：

在基础的周围，设置保温层，厚度200~300mm，减小冻深，降低冻胀力9.4软土工况基础设计计算软土地区