剛性角是指在無筋擴展基礎（也稱為剛性基礎）中，為防止基礎截面受拉或受剪破壞，從基礎底角引出到牆邊或柱邊的斜線與鉛垂線的最大夾角。一旦斜線與鉛垂線的夾角超過了剛性角，基礎截面的彎曲拉應力和剪應力將超過基礎材料的強度限值而導致破壞，因此對於無筋擴展基礎來說必須要滿足剛性角的要求。《建築地基基礎設計規範》GB50007-2011中則主要通過限制無筋擴展基礎台階的寬高比來滿足剛性角的要求。
基本介紹
- 中文名：剛性角
- 外文名：rigid angle
- 適用類型：無筋擴展基礎（剛性基礎）
- 公式：tanα=b/h
- 設計要求：需要滿足基礎台階寬高比的要求
- 目的：防止剛性基礎受拉或受剪破壞
概念,影響因素,規範措施,
概念
剛性基礎的寬度大小應能使在上部荷載作用下產生的基礎截面彎曲拉應力和剪應力不超過基礎施工材料的強度限值。滿足了這個要求，就得到牆邊或柱邊的垂線與基底邊緣的連線間的最大夾角
，即稱為剛性角。受剛性角限制的基礎稱為剛性基礎。
無筋擴展基礎構造圖由剛性基礎的構造圖(a)中可得，剛性角的正切值等於基礎相較於牆柱邊外伸的寬度與基礎高度的比值，即
。因而在設計時，為了保證剛性基礎的安全，基礎高度應滿足
。其中，
為基礎底面寬度，
為基礎頂面的牆體寬度或柱腳寬度。
影響因素
在其他條件相同的情況下，基礎底面積越大，其基底反力越小，對地基的負荷越有利，但放大的尺寸一旦超過基礎材料本身的抗拉強度和抗剪強度，就會引起基礎的破壞。對於剛性基礎，其材料抗拉強度和抗剪強度很小，故其會受到剛性角的限制。而對於在基礎中加了鋼筋以承擔拉力的擴展基礎及其他基礎形式而言，則沒有剛性角的要求。因此，剛性角主要與剛性基礎所用的圬工材料的強度有關。
規範措施
對於無筋擴展基礎，《建築地基基礎設計規範》（GB50007-2011）規定了其基礎台階的寬高比限值來滿足剛性角的要求。
基礎材料 | 質量要求 | 台階寬高比的允許值 | ||
 |  |  | ||
混凝土基礎 | C15混凝土 | 1:1.00 | 1:1.00 | 1:1.25 |
毛石混凝土基礎 | C15混凝土 | 1:1.00 | 1:1.25 | 1:1.50 |
磚基礎 | 磚不低於MU10、砂漿不低於M5 | 1:1.50 | 1:1.50 | 1:1.50 |
毛石基礎 | 砂漿不低於M5 | 1:1.25 | 1:1.50 | —— |
灰土基礎 | 體積比為3:7或2:8的灰土，其最小乾密度： 粉土：1550kg/m3 粉質粘土：1500kg/m3 粘土：1450kg/m3 | 1:1.25 | 1:1.50 | —— |
三合土基礎 | 體積比1:2:4~1:3:6（石灰：砂：骨料），每層約虛鋪200mm夯至150mm | 1:1.50 | 1:2.00 | —— |
註：1.
為荷載效應標準組合時基礎底面處的平均壓力值（kPa）；
2.階梯形毛石基礎的每階伸出寬度，不宜大於200mm；
3.當基礎由不同材料疊合組成時，應對接觸部分作抗壓驗算；
4.基礎底面處的平均壓力值超過300kPa的混凝土基礎，尚應進行抗剪驗算；對基底反力集中於立柱附近
的岩石地基，應進行局部受壓承載力驗算。
滿足剛性角要求的剛性基礎，各台階的內緣應落在與牆邊或柱邊鉛垂線成阿爾法角的斜線上，若台階內緣進入斜線內，基礎斷面不夠安全；若台階內緣在斜線以外，則基礎斷面不夠經濟。
