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,第 2 章 浅基础的设计,1、天然地基上浅基础的设计原则 2、浅基础类型 3、基础埋置深度的选择 4、地基承载力的确定 5、基础底面尺寸的确定 6、地基变形的验算 7、浅基础的设计与计算 8、减轻不均匀沉降危害的措施,本章内容简介,第 2 章 浅基础的设计,第 2 章 浅基础的设计,第 2 章 浅基础的设计,第 2 章 浅基础的设计,2.1 概 述,1.地基基础的重要性和复杂性,重要性：地基基础是建筑物的根基。地基基础的工程量、造价和施工工期，在整个建筑工程中占相当大的比重，如高层可达30%多。而大量工程实践表明，建筑物事故的发生常常由地基基础事故所引起。,复杂性：由于岩土的复杂性、勘测工作的有限性等造成岩土工程的不定性和经验性，必然构成地基基础设计潜在的复杂性。基础工程既要与上部结构可靠连接，承担所有建设工程的荷载，又要把建设工程的全部荷载平稳、牢固地传给地基，必然决定了地基基础工程设计的复杂性。,第 2 章 浅基础的设计,2.浅基础设计内容及步骤,设计资料的收集，现场勘察和调查。,选择基础类型、建筑材料、基础平面布置。,选择持力层、确定合适的基础埋置深度。,由地基承载力和基础上的荷载计算基础底面尺寸。,持力层和软弱下卧层承载力验算和变形验算，修改基础底面尺寸。,基础的结构构造设计，绘制施工图，编制工程预算和工程设计说明。,第 2 章 浅基础的设计,3. 地基基础设计原则,3.1 地基基础设计等级,第 2 章 浅基础的设计,3.2 地基基础设计原则,基础工程设计的目的是设计一个安全、经济和可行的地基与基础，保证上部结构的安全和正常使用，因此基础工程的基本设计计算原则是：,强度要求p fa ，即作用于地基上的荷载效应(基底压应力)不得超过地基容许承载力或地基承载力特征值。 变形要求ss，控制地基的变形，使之不超过建筑物的地基变形允许值。 稳定性要求挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。,第 2 章 浅基础的设计,根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计还应符合：,所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定。 设计等级为甲、乙级的建筑物均须按地基变形设计。 建筑物情况和地基条件复杂的丙级建筑物地基，也应验算建筑物的变形，确保建筑物不因地基沈降影响正常使用。 对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上火边坡附近的建筑物和构筑物，还应验算其稳定性。 基坑工程应进行稳定性验算。 当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，须进行抗浮验算。,第 2 章 浅基础的设计,2.2 地基基础的类型,地基基础的方案类型,2.1 地基基础方案的类型,天然地基浅基础：建筑场地土质均匀、坚实，性质良好，地基承载力特征值fak120kPa，一般多层建筑可开挖后直接修筑基础。,人工地基浅基础：如遇建筑地基土层软弱、压缩性高、强度低、无法承受上部结构荷载时，需经人工加固处理再修建的浅基础。,深基础：若上部结构荷载很大，一般浅基础无法承受或相邻建筑不允许开挖基槽施工，以及有特殊用途与要求是，可采用深基础，如桩基础、沉井基础等。,第 2 章 浅基础的设计,2.2 浅基础的类型,浅基础的分类方法,第 2 章 浅基础的设计,1)扩展基础,第 2 章 浅基础的设计,无筋扩展基础(刚性基础） 材料：砖、石、灰土、三合土及混凝土 工作条件：犹如一倒置的承受地基反力 的两端外伸的悬臂梁,特点：砖、石、灰土，素混凝土材料 抗压强度较高，抗拉和抗剪强 度很低，受弯后易剪切破坏。,设计方法：采用限制基础外伸宽度与高度之比（台阶宽 高比）即刚性角不超过允许值的构造措施。 此时，刚性基础按刚性角设计一般具有足够 的刚度，不需要再做抗弯、抗剪验算。,第 2 章 浅基础的设计,定义,刚性基础：用砖、石抗拉和抗剪强度较低的材料 建造，在构造上受刚性角限制，受力 后不发生挠曲变形的基础。,应用范围： 一般用于六层及六层以下（三合土不超过四层）的民用建筑和轻型厂房。,第 2 章 浅基础的设计,钢筋混凝土扩展基础(柔性基础) 材料: 钢筋混凝土 工作条件：倒置悬臂梁,特点：基础配置一定数量的钢筋，可 以承受拉应力，故不受刚性角 的限制，但要满足抗弯抗剪 和抗冲切等结构要求。,适用条件： 宽基浅埋,第 2 章 浅基础的设计,75,阶梯形,杯口形,壳体形,锥台形,第 2 章 浅基础的设计,第 2 章 浅基础的设计,2)柱下条形基础,基础材料: 钢筋混凝土,结构型式,单向条形基础: 同一轴线（或同一方向）上若干 柱下相连的钢筋混凝土条形基础。,十字交叉条形基础: 柱网下沿纵横两向分别设 置的钢筋混凝土条形基础。,第 2 章 浅基础的设计,特点：1）抗弯刚度大，具有调 整不均匀沉降的能力。 2）能将集中柱荷载较均 匀地分布到整个基底。,工作条件：有别于钢筋混凝土扩展基础，不仅在横截面方向如倒置的悬臂梁，在纵向则如倒置的以各柱为铰支的多跨连续梁。,适用条件： 地基土较软弱，分布不均；基底面积受相邻建筑物或设备基础的限制无法扩展时；柱荷载差异大，以致基底面积扩大使其彼此接近或象相碰时。,第 2 章 浅基础的设计,3) 筏形基础,覆盖于建筑物地基上的整体钢筋混凝土板状基础。,基础材料: 钢筋混凝土 工作条件: 犹如倒置的楼盖结构,结 构 型 式,墙下筏基 - 平板式,柱下筏基,平板式,梁板式,第 2 章 浅基础的设计,1）有较大基底面积，不仅易于满足软弱地基承载力的要求， 而且减少了地基的附加压力，并在与上部结构共同工作的 条件下使沉降比较均匀； 2）对上部结构刚度较好的多层房屋，能增加整体性能，减少 相对沉降，增强抗震性能； 3）可跨越土中浅层小洞穴和局部软弱层，防止因局部下沉造 成的房屋损坏； 4）可作为水池、油库等的防渗底板； 5）有地下室时，可提供较宽敞的使用空间； 6）有地下室或架空地板时，具有一定的补偿性效应。,筏基的功能,不足之处,1)无力调整过大的差异沉降 2)上下配筋，经济指标较高,第 2 章 浅基础的设计,4) 箱形基础,第 2 章 浅基础的设计,适用条件： 软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降要求严格的建筑物,1）基础埋深大、中空形式，使开挖卸去的土重部分抵偿 了上部结构传来的荷载，能显著减小基底压力、降低 基础沉降量； 2）整体刚度大，只能产生大致的均匀沉降或整体倾斜， 抗震性能好； 3）具有较大地下空间可供各种使用功能，但因内墙分隔 而使使用受限； 4）经济指标高，施工技术复杂，对防水通风要求较高。,第 2 章 浅基础的设计,5) 壳体基础,基础材料：钢筋混凝土,特点：1）材料省、造价低， 2）施工技术要求高。,适用条件： 可用作柱基础和筒形构筑物基础,第 2 章 浅基础的设计,独立基础 柱下条形基础 箱形和筏形基础,基底面积越来越大、对上部结构荷载的扩散作用越来越强,在相同的上部结构荷载作用下，基底压力和基底附加压力越来越小， 刚度越来越大，可以适应更软弱的地基，可以减小地基的沉降变形,在相同的地基条件下，可以承受更大的上部结构荷载作用,设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高,浅基础的特点：,小结,第 2 章 浅基础的设计,2.3 基础埋置深度的选择,1、基础埋深的相关知识,埋深定义,第 2 章 浅基础的设计,选择埋深的意义,实质,选择合适的持力层,保证,1）地基的可靠性（强度、变形要求） 2）基础的稳定性（抗倾覆、滑动和侵蚀要求） 3）施工的难易性（埋深大施工难，反之则易） 4）造价的经济性（埋深大造价高，反之则低）,第 2 章 浅基础的设计,选择埋深的原则,1）在满足地基强度、稳定和变形要求的前提下，基础应 尽量浅埋； 2）除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。基础顶面一般不露出地面，要求基础顶面低于地面不小于0.1m 。,浅埋可节约材料，方便施工，缩短工期，降低造价,第 2 章 浅基础的设计,1）与建筑物有关的条件,2、选择基础埋深的影响因素,建 筑 物 的 功 能 用 途,1、考虑建筑物结构类型、使用功能和用途要求；,2、土质地基上高层建筑，应满足稳定性要求；,3、岩石地基上高层建筑，应满足抗滑要求；,4、受上拔力的基础，满足抗拔要求；,5、高耸构筑物，满足抗倾覆稳定性要求。,抗震区筏板、箱形基础不宜小于建筑物高度1/15； 桩箱、桩筏基础 不宜小于建筑物高度1/181/20,第 2 章 浅基础的设计,只有轻型建筑可用，否则采用连续基础、人工处理或深基础比较确定,上硬下软 尽量浅埋（宽基浅埋），但是如h1太小就按情况考虑,上软下硬 h14 m 桩基或人工处理,好土,基础条件由其它条件确定时，基础尽可能浅埋,2）工程地质条件,第 2 章 浅基础的设计,3）水文地质条件,地基中有地下水时,1）基础应尽量置于地下水位以上； 2）当基础必须置于地下水位以下时，应考虑排水、围护 及扰动，地下水有无侵蚀性，设计时还应考虑地下室 防渗、抗浮等问题； 3）有承压水时，由避免基坑被承压水冲破的条件确定。,向上的承压水压力,向下的土压力,要求,.,有承压水时,第 2 章 浅基础的设计,4）地基冻融条件,冻土地基：地基土的温度低于摄氏零度时，土 中部分孔隙水将冻结而形成冻土。,冻土的类 型,季节性冻土-冬季冻结，夏季融化， 每年冻融交替一次。,多年冻土-连续冻结三年以上的冻土。,第 2 章 浅基础的设计,土的冻胀与融陷,冻胀 土冻结后体积的膨胀,冻胀机理,融陷 冻土融化后引起建筑物沉陷的现象。,第 2 章 浅基础的设计,冻深,毛细区,地下水位,冻结区,土冻胀的 影响因素,土质：含弱结合水或有毛细水的细粒土,含水量：含水量越大，冻胀性越强,地下水位：离冻结区越近，水分补充越快,第 2 章 浅基础的设计,冻深对基础埋深的要求,Zd,dmin,室内地面,hmax,dmin = zd hmax,式中： zd 设计冻深； hmax 允许残留冻土 最大厚度，可根 据表7.8查取。,第 2 章 浅基础的设计, 有地下室或半地下室的建筑， 其埋深必须结合地下部分设计 标高选定。地下管道（上下水， 煤气电缆）应在基底以上，且 应预留孔洞，孔径应大于管径 （1015mm），管道宜选柔材。,5）场地环境条件, 同一建筑物基础可采用不 同的埋深，对土质地基上 的墙下无筋基础，应做成 台阶状，这是为解决基础 不均匀变形的构造措施。,第 2 章 浅基础的设计, 新旧相邻建筑物新基础的 埋深不宜大于原有建筑物 的埋深，否则应有一定 间距，即：LH =12 若不能满足上述要求，则 应在施工期间对原有建筑 物采取保护措施。, 为了保护基础不受人 类和其他生物活动等 的影响，基础的顶面 宜低于室外设计地面 0.10m，同时又要便 于周围排水沟的布置。,d,大于10cm,第 2 章 浅基础的设计,1. 地基承载力的概念,地基承受荷载的能力 为了满足地基强度和稳定性的要求，设计时必须控制基础底面最大压力不得大于某一界限值，这一界限值称为地基承载力 。,极限承载力:地基即将丧失稳定性时的承载力;,允许承载力:地基稳定有足够的安全度且变形 在允许范围内时的承载力。 (地基承载力特征值),第 2 章 浅基础的设计,地基承载力特征值fa 在保证地基稳定的条件下, 使建筑物的沉降量不超过 允许值的地基承载力。,特点： 1. 地基承载力特征值实质就是允许承载力； 2. 按正常使用极限状态原则确定； 3. 以地基的变形作为控制标准。,第 2 章 浅基础的设计,2. 地基承载力特征值确定的方法,根据土的抗剪强度指标，按理论公式计算,按地基现场载荷试验确定,按规范承载力表确定,根据相邻条件相似的建筑经验确定,方法,第 2 章 浅基础的设计,1) 按土的抗剪强度指标确定,注：此式以p1/4=N b/2+Nq d+Ncc 为理论依据,第 2 章 浅基础的设计,几点说明：,（1）土的抗剪强度指标 、ck的取值 原状土样，三轴试验，每层土的试验数量6组； （2）地下水对地基承载力的影响 基底上下土的重度m、，在地下水位以下采用有效重度; （3）基础宽度和埋深对地基承载力的影响 对 0的土，增大基础宽度，地基承载力随之增大；但b 6m时，取b = 6m；对砂土地基b 3m时，取b = 3m。 （4）按此式确定fa时，尚应进行地基的变形验算。,第 2 章 浅基础的设计,2) 按地基载荷试验确定,- 适用于浅层地基,浅层平板载荷试验,深层平板载荷试验,螺旋板载荷试验,适用于深层地基,载荷板的测试范围：在现场通过0.250.50m2的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的成果一般能反映相当于12倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。,第 2 章 浅基础的设计,p s曲线“陡降型”,步骤： 1）当p s曲线上有明显的比例界限 pb时，取pb对应的荷载值为地基承载力特征值； 2）当 pu 2pb时，取 pu / 2 为地基承载力特征值。,第 2 章 浅基础的设计,条件： 承压板面积为 0.25 0.50m2,p s曲线“缓变型”,步骤： 当p s曲线上无明显的比例界限 pb和极限荷载pu时，取沉降 s = (0.010.015) b对应的荷载值为地基承载力特征值；且其值不大于最大加载量的一半。,第 2 章 浅基础的设计,反力梁,千斤顶,基准梁,荷载板,百分表,第 2 章 浅基础的设计,第 2 章 浅基础的设计,第 2 章 浅基础的设计,第 2 章 浅基础的设计,第 2 章 浅基础的设计,第 2 章 浅基础的设计,载荷试验结果 p s 曲线,确定,地基承载力特征值,方 法,p-s曲线“陡降型” 取值主要由地基强度控制,p-s曲线“缓变型” 取值主要由地基允许变形 控制常出现于中、高压缩 性土,常出现于低压缩性土,第 2 章 浅基础的设计,同一层土参加统计试验点不少于三点，所得试验实测值的极差(最大值与最小值之差)不超过平均值的30%时，取此平均值为地基承载力特征值fak。即： 满足： f = famax famin 0.3fam 有： fak = fam,要求,第 2 章 浅基础的设计,载荷试验的主要优缺点,载荷板与实际基础对地基影响深度比较 (a)载荷试验 (b)实际基础,优点： 载荷试验可靠性高，对于成分或结构很不均匀的土层，如杂填土、裂隙土、风化岩等，它则显出用别的方法所难以代替的作用。,缺点：费时、耗资多；载荷板的尺寸一般比实际基础小，影响深度较小，试验只反映这个范围内土层的承载力。,第 2 章 浅基础的设计,3）按规范承载力表确定,修正原因:,考虑增加基础宽度和埋置深度时，地基承载力也将随之提高，所以，应将地基承载力对不同的基础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。,适用条件:,当基础宽度大于 3m或埋置深度大于0.5m时，从现场载荷试验或其他原位测试等方法确定的地基承载力特征值应进行修正。,修正公式:,建筑地基规范,第 2 章 浅基础的设计,fa 与 fak 的 区 别,以界限荷载 为基础的理论公式结合经验给出计算地基承载力设计值,未经深宽修正的地基承载力特征值，由土质地基的现场载荷试验和静力触探、动力触探、标准贯入试验等原位测试法取得，经深、宽修正后方可使用。,第 2 章 浅基础的设计,例 题,第 2 章 浅基础的设计,第 2 章 浅基础的设计,1. 按地基持力层承载力特征值确定基底面积,1）中心荷载下的基础,计算假定: 基底压力均匀分布,基底平均压力标准值pk不超过持力层经修正后的地基承载力特征值fa，即： pk fa,计算要求,第 2 章 浅基础的设计,Gk,Fk,计算公式,d,l,b,基础自重及其台阶上的土重,实体 基础,Gk =GAd = 20Ad,第 2 章 浅基础的设计,基础及回填土的平均重度，一般取20 , 地下水位以下取10,上式中有两个未知数 和 ，可能要通过反复试算确定。,计算时，可先对地基承载力只进行深度修正，计算 值； 然后按计算所得的 ，考虑是否需要进行宽度修正， 使得 、 间相互协调一致。,第 2 章 浅基础的设计, 矩形基础,A = l b （一般l / b 2）, 方形基础,A = b2, 条形基础,A = 1b = b,沿基础长度方向取1m的计算单元（l = 1m）,第 2 章 浅基础的设计,【例1】某住宅承重墙厚240mm，采用墙下条形基础；地基土表层为杂填土，厚度0.80m，重度17.5kN/m3，其下为粘土层，重度18.5 kN/m，承载力特征值 fak为 200kPa，孔隙比0.86。地下水位在地表下 1.0m 处。若已知上部墙体传来的竖 向荷载标准值为195kN/m。试 确定基础底面尺寸。,解:,1.确定基础埋深:,为了便于施工，基础宜建在 地下水位以上，故选择粘土层 作为持力层，初步选择基础 埋深 d = 1m。,第 2 章 浅基础的设计,3.取 1m 长的条基作计算单元,基础宽度：,埋深范围内土的加权平均重度：,2.对持力层土进行深度修正:,第 2 章 浅基础的设计,取该承重墙下条形基础宽度 b 1.25m。,4.验算:,满足要求。,第 2 章 浅基础的设计,（2）偏心荷载作用下的基础：,计算假定: 基底压力按直线分布 （梯形或三角形分布）,pk fa pkmax 1.2fa,计算要求,同时满足下列两式的要求，即：,第 2 章 浅基础的设计,计算公式,基础底面的抵抗矩,矩形基础,Mk = ( Fk + Gk ) e,第 2 章 浅基础的设计,矩形基础,当pkmin 0时,第 2 章 浅基础的设计,计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸逐次渐近试算法,计算步骤,1) 按中心受压初步计算基底尺寸：,2) 据偏心大小，增加基 底尺寸1040%，即：,A1 =（1.11.4）A0,3) 初选 l 和 b，一般取l / b=1.22，得实际基底尺寸：,A A1,承载力特征 值可先进行 深度修正,第 2 章 浅基础的设计,其中：,Mk = M0k + VkH0,上部结构 传来的力矩标准值,pk pkmax,4) 计算基底应力：,第 2 章 浅基础的设计,要求：1）应满足 e l (即pkmin0) 2）对重要建筑物：pkminpkmax1/4 1/3 以避免产生过大的不均匀沉降； 3）对个别情况可：e l6 (即pkmin 0） 此时：,5) 验算 ：,pk fa pkmax 1.2fa,如不满足要求，应修改尺寸，重复 上述步骤，直到符合要求为止。,第 2 章 浅基础的设计,【例2】 柱截面尺寸300mm400mm，作用在柱底的荷载标准值：中心垂直荷载700kN，力矩80kN.m，水平荷载13kN。其它参数见下图。试根据持力层地基承载力确定基础底面尺寸。,此题为偏心荷载作用下的基础，解题思路为:对地基承载力进行深度修正，按中心荷载作用初定基础底面积，考虑偏心荷载作用扩大基础面积，验算地基承载力，如不合适，调整基底面积重复按上述步骤计算。,第 2 章 浅基础的设计,【解】 1、求地基承载力特征值 根据粘性土e=0.7，IL=0.78查表7.10，得：b=0.3d=1.6 持力层承载力特征值fa（先只考虑对基础进行深度修正）：,2、初步选择基底尺寸计算基础和回填土重Gk时的基础埋深。,按中心受压计算基底面积：,由于偏心不大(怎样得知偏心不大？)，基础底面积按20%增大，即：,初步选择基础底面积,因 不需再对fa进行宽度修正。,第 2 章 浅基础的设计,3、验算持力层地基承载力,基础和回填土重：,偏心距：,即,基底最大压力：,最后确定该柱基础底面长 L = 2.4m, 宽b = 1.6m。,第 2 章 浅基础的设计,2. 地基软弱下卧层承载力验算,软弱下卧层是指在持力层下，成层土地基受力层范围内，承载力显著低于持力层的高压缩性土层。,验算要求：,作用于下卧层顶面的全部压力（自重应力和附加应力），不超过软卧层的承载力。即：,当持力层下有软土时，可能在此层破坏，需要验算软弱下卧层的地基承载力,pz + pcz faz,第 2 章 浅基础的设计,软弱下卧层顶面的附加应力简化计算 - 压力扩散角法,假设基底处的附加应力向下传递时按某一角度向外扩散，并均匀分布于较大面积的软弱下卧土层上。,矩形基础：,条形 基础,软卧层顶面处附加应力= 基底处附加应力 应力扩散后面积,注意:扩散角 与Es1/ Es2及z/b有关，持力层太薄不起作用,第 2 章 浅基础的设计,软弱下卧层地基承载力特征值faz计算,faz = fak + dm（d + z 0.5）,pz + pcz faz,第 2 章 浅基础的设计,当上述验算不能满足时可采取的措施,第 2 章 浅基础的设计,【例3】某承重墙厚 ，传来轴力标准值 基础埋深 ，地基资料如下图所示，试确定基底尺寸并验算软弱下卧层。,【解】 1、持力层承载力验算： 中心荷载作用，沿墙长方向取,。,埋深范围内土的加权平均重度,先进行深度修正：,第 2 章 浅基础的设计,由于： 不须进行宽度修正。,基底平均压力标准值：,确定基底尺寸：,第 2 章 浅基础的设计,淤泥质土承载力修正：,2、软弱下卧层验算：,软弱下卧层顶面处自重应力,软弱下卧层顶面处的附加应力：,第 2 章 浅基础的设计,地基变形验算目的保证建筑物安全、正常使用和 外观。 变形验算的要求：建筑物的地基特征变形计算值，不 应大于地基特征变形允许值，即 地基特征变形计算值 变形特征允许值。 注： 传至基础上的荷载应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合（不应计入风荷载和地震作用）。,第 2 章 浅基础的设计,地基变形特征： 对各种建筑物产生危害的不利沉降形式。,类型,沉降量,沉降差,倾斜,局部倾斜,第 2 章 浅基础的设计,(1) 沉降量, 指基础某点的沉降值。,控制对象：对于单层排架结构，体型简单的高层建筑基础， 高耸结构基础的沉降量应注意验算。,第 2 章 浅基础的设计,(2)沉降差, 一般指相邻柱基中点的沉降量之差。,控制对象：是不均匀沉降的一种，框架结构 容易出现这种情况的破坏。,第 2 章 浅基础的设计,（3）倾斜,指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离 的比值。,控制对象：高耸结构、长高比很小的高层建筑,第 2 章 浅基础的设计,（4）局部倾斜, 指砌体承重结构沿纵向610m内基 础两点的沉降差与其距离的比值。,控制对象：一般砌体承重结构房屋的长高比太大，易出现这种不均匀沉降。它是砌体承重结构的主要变形特征。,第 2 章 浅基础的设计,变形验算的选择,（1）与柔性结构有关的地基变形特征 通常柔性结构指排架结构，一般在低、中压缩性地基上不会产生沉降破坏，但在高压缩性地基上应注意下列变形特征： 砌体墙填充的边排柱（尤其是端部抗风柱）- 验算沉降差 单层排架柱基（尤其是多跨排架的中排柱基）验算沉降量 对有桥式吊车的厂房，应限制相邻柱基沉降差引起的吊车轨道面的倾斜，以防导致吊车滑行或卡轨。,第 2 章 浅基础的设计,（2）与敏感性结构有关的地基变形特征 所谓敏感性结构指对不均匀沉降敏感的框架结构和砌体承重结构。由于一般砌体的抗拉、抗剪强度较低，在地基不均匀变形影响下，易沿纵墙开裂破坏；而框架结构则主要是由于相邻柱基的不均匀沉降在上部结构中产生较大次应力，使强度超过安全储备而破坏。因此： 砌体承重结构- 验算局部倾斜 框架结构-验算相邻柱基的沉降差,第 2 章 浅基础的设计,（3）与刚性结构有关的地基变形特征 所谓刚性结构指高层建筑和高耸结构物。 高耸结构和长高比很小的高层建筑，地基变形的主要特征 是建筑物的整体倾斜； 对地基较均匀、且无相邻荷载影响的高耸结构，则注意控 制沉降量。 高耸及高层建筑容易产生倾斜的主要原因是地基不均匀及相邻建筑影响，此外这类结构受水平荷载大、重心高，容易重心偏移引起偏心力矩而影响倾覆稳定性，故倾斜允许值随高度增加而递减。,第 2 章 浅基础的设计,变形不满足时的措施,1) 适当调整基底尺寸(改变基底附加压力); 2) 适当调整基础埋深; 3) 改用其它基础型式; 4) 采用人工地基处理方案; 5) 从建筑结构及施工等方面采取措施以防止地 基不均匀沉降对上部结构造成的损害。,第 2 章 浅基础的设计,1.无筋扩展基础设计,无筋扩展基础抗拉和抗剪强度较低，必须控制基础内的拉应力和剪应力。结构设计时可以通过控制材料强度等级和台阶宽高比来确定基础的界面尺寸，而无需进行内力分析和界面强度计算。,第 2 章 浅基础的设计,若基础宽度为b，伸出长度为b2，墙或柱的尺寸为b0，则有,由于tan=b2/h0【tan】,可有h0（b-b0）/2/【tan】,第 2 章 浅基础的设计,【tan】为基础台阶宽度与高度比值的允许值，根据基础材料和基底压力的大小按下表选取,第 2 章 浅基础的设计,砖 必须用烧结普通砖。灰砂砖与轻质砖均不得用于基础。砖具有取材容易、价格便宜、施工简便的特点，广泛用于6层和6层以下的名用建筑和墙承重的厂房。,2. 基础材料设计要求,石料 包括毛石、块石和经加工平整的料石，均应选用不易风化的硬岩石。石料厚度不易小于150mm。,混凝土或毛石混凝土 混凝土的强度、耐久性与抗冻性都较好，便于机械化施工和控制。因混凝土基础的水泥用量大，造价稍高，混凝土常用于砖、石材不能满足刚性要求的基础，荷载较大、地下水位以下的工程及基础下找平垫层。,第 2 章 浅基础的设计,混凝土或毛石混凝土 灰土是用石灰和土料配置而成的。灰土基础施工时每层虚铺220-250mm灰土，夯实至150mm，称为一步灰土。可按需要设计成二步灰土或三步灰土三合土是石灰、砂和骨料（炉渣、碎砖或碎石）加水混合而成的。三合土基础厚度不宜小于300mm。,第 2 章 浅基础的设计,扩展基础适用范围,适用于上部结构荷载较大，有时为偏心荷载或承受弯矩、 水平荷载的建筑物基础。在地基表层土质较好、下层土质 软弱的情况，利用表层好土层设计浅埋基础，最适宜采用 扩展基础。,第 2 章 浅基础的设计,一、扩展基础的构造要求(地基基础规范),1、一般要求： 基础边缘高度、基底垫层、钢筋、混凝土,第 2 章 浅基础的设计,2、现浇柱下独立基础的构造要求,现浇钢筋砼柱基础剖面尺寸,第 2 章 浅基础的设计,现浇柱基础中应伸出插筋，插筋在基础内应符合下列要求： （1）插筋的数量、直径、以及钢筋种类应与柱内的纵向受力钢筋相同。 （2）插筋锚入基础的长度等应满足有关规范要求。 （3）基础中插筋至少需分别在基础顶面下100mm和插筋下端设置箍筋，且间距不大于800mm， 基础中箍筋直径与柱中同。,第 2 章 浅基础的设计,3、墙下条形基础的构造要求：,第 2 章 浅基础的设计,二、扩展基础的设计计算,进行扩展基础结构计算，确定基础配筋和验算材料强度时， 上部结构传来的荷载效应组合应按荷载效应的基本组合值； 相应的基底反力为净反力。,确定基底面积时，传至基础底面上的荷载效应组合应按荷载效应的标准组合值。,不计基础及其上覆土自重时的基底反力,第 2 章 浅基础的设计,（一）墙下钢筋混凝土条形基础的结构计算,1、中心荷载作用,简化计算：,第 2 章 浅基础的设计,2、偏心荷载作用,基底边缘处的最大和最小净反力,计算基底偏心距：,悬臂支座处1-1截面的地基净反力,1-1截面处的弯距M和剪力V：,第 2 章 浅基础的设计,（二）柱下钢筋混凝土单独基础结构计算,（1）基础底板厚度,柱下钢筋混凝土单独基础的底板厚度（即基础高度） 主要由受冲切承载力计算决定。,1、中心荷载作用下：,第 2 章 浅基础的设计,对矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力；,受冲切承载力应按下列公式验算：,（适用于中心荷载和偏心，只是p的取法不一样）,第 2 章 浅基础的设计,对矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力；,受冲切承载力应按下列公式验算：,第 2 章 浅基础的设计,第 2 章 浅基础的设计,（2）基础底板配筋,基础底板的配筋，应按受弯承载力确定。对于柱下单独内力 采用简化计算方法计算（中心荷载作用下）(与书上页公式相通),即将单独基础的底板视为嵌固在柱子边或基础变阶处（阶梯形基础与锥形都适用）,第 2 章 浅基础的设计,2、偏心荷载作用（偏心荷载公式与前页相同吗？答：当为偏心时，只需将前式中的pn改为pj.max与pjI和的平均值）,基底边缘处的最大和最小净反力,注：此处可用书上例.的简单方法计算,第 2 章 浅基础的设计,偏心荷载作用：偏心荷载公式与前页相同吗？答：当为偏心时，只需将前式中的pn改为pj.max与pjI（pjI为柱边或变阶处的地基净反力值，用比例法求得。）和的平均值且荷载仅为单向偏心，沿长边方向偏心，短边配筋计算时，按基底抬轿均匀分布计算，均布荷载大小为pj.max和pj.min的平均值。图形如上页所示。公式如上上页所示。两方向要分别计算分别配筋。且配筋时按每个方向上的最大弯矩配筋，即选MI 和MIII中的大者和选择MII和MIIII中的大者配,第 2 章 浅基础的设计,地基、基础与上部结构,基本概念,相对刚度,相对刚度对三者的影响,第 2 章 浅基础的设计,一、地基、基础英语上部结构相互作用的基本概念,通常设计时是把上部结构、基础与地基三者作为彼此离散的独立结构单元进行力学分析。,不难看出常规设计法只考虑了静力平衡但却完全忽略了三者之间受荷前后的变形连续性。所以，要想合理地进行分析，必须同时满足静力平衡和变形协调两个方面。,第 2 章 浅基础的设计,二、相对刚度的定义及其影响,相对刚度=刚度（上部结构+基础）/刚度（地基）,1.柔性基础（相对刚度=0） 柔性基础的抗弯刚度很小。它好比放在地上的柔软薄膜，可以随着地基的变形而任意弯曲。基础上任意一点的荷载传递到基底时不可能向旁边扩散分布，象直接作用在地基上一样。基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致，均布荷载下柔性基础的基底沉降是中部大、边沿小。,2.刚性基础（相对刚度=） 刚性基础具有非常大的抗弯刚度，受荷后基础不挠曲，因此，原来是平面的基底，沉降后仍然保持平面。此处把刚性基础能跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中地传至基底边缘的现象叫做基础的“架越作用”。,整体弯曲,局部弯曲,整体弯曲+局部弯曲,第 2 章 浅基础的设计,条形基础是指布置成单向条状的钢筋混凝土基础，由单根梁或交叉梁及其伸出的底板所组成。其上部各片框架结构由条形基础连接成整体。,第 2 章 浅基础的设计,扩展基础适用范围,1）多层与高层建筑，或上部结构传下的荷载较大，地基土的承载力较低，采用各种形式的单独基础不能满足设计要求时； 2）当采用单独基础所需的底面积由于邻近建筑物或设备基础的限制而无法扩展时； 3）地基土质变化较大或局部有不均匀的软弱地基需作地基处理时； 4）各柱荷载差异过大，会引起基础之间较的相对沉降差异时； 5）需要增加基础的刚度，以减少地基变形，防止过大的不均匀沉降量时。,第 2 章 浅基础的设计,扩展基础构造要求,具体见课本191页,第 2 章 浅基础的设计,扩展基础计算方法,弹性地基梁法,E.Winkler法,简化的内力计算方法,半无限弹性体法,倒梁法,剪力平衡法,一、弹性地基梁法,1、E.Winkler法,假定单位面积上所受到的压力与相应的地基沉降S成正比。,K为基床系数，也称为垫层系数（MN/m3）。 K 的物理意义是产生单位沉降量所需要施加的压力，通常由载荷试验确定。,第 2 章 浅基础的设计,适用条件：抗剪强度很低的半液态土（如淤泥、软粘土等）地基或塑性区相对较大土层上的柔性基础;压缩层厚度不超过基础短边尺寸的一半；,第 2 章 浅基础的设计,2、半无限弹性体法,基本假定：假定地基为半无限弹性体，将柱下条形基础作为放在半无限弹性体表面上的梁，当荷载作用在半无限弹性体表面时，某点的沉降不仅与作用在该点上的压力大小有关，同时也和邻近处作用的荷载有关。 适用条件：用于压缩层深度较大的一般土层上的柔性基础，并要求地基土的弹性模量和泊松比值较为准确。当作用于地基上的荷载不很大，地基处于弹性变形状态时，用这种方法计算才较符合实际。,第 2 章 浅基础的设计,二、简化的内力计算方法,1、倒梁法,都是按线性分布的基底净反力计算的方法；适合按这种假定计算基底反力的前提是要求基础具有足够的相对刚度（相对刚度0 ）。,基本假定：基础板与地基土相比为绝对刚性，基础的弯曲挠度不致改变地基压力；地基压力分布呈直线或平面分布，其重心与作用于板上的荷载合力作用线相重合。,倒梁法认为上部结构是刚性的，各柱之间没有沉降差异，因而可把柱脚视为条形基础的铰支座，支座间不存在相对的竖向位移。只考虑局部弯曲。,第 2 章 浅基础的设计,适用条件：建筑地基规范规定，若地基较均匀，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度大于1/6柱距时，地基反力可按直线分布，条形基础梁的内力可按连续梁计算；此时边跨跨中弯矩及第一支座的弯矩值宜乘以 1.2 的系数。否则，宜按弹性地基梁方法求算内力。,内力计算：,第 2 章 浅基础的设计,对此，实践中往往采用所谓的“基底反力局部调整法”。即将支座处的不平衡力均匀分布在本支座两侧各1/3跨度范围内。,第 2 章 浅基础的设计,2、剪力平衡法,第 2 章 浅基础的设计,建筑物开裂、倾斜、甚至破坏,均匀沉降,影响建筑物的功能和正常使用,不均匀沉降,主要危害对象,框架等超静定结构,砌体承重结构,结构产生次应力,门窗洞口部位开裂,裂缝位置和方向与不均匀沉降的状况有关,第 2 章 浅基础的设计,砌体结构开裂的规律,当中段沉降大，产生正向 挠曲（下凹）时，裂缝呈 正“八”字形开展，若两 翼沉降大，墙体反向挠曲 （上凸）时，裂缝呈“倒 八”字形开展。总之斜裂 缝形态特征是：朝沉降大 的一方倾斜地向上延伸。,第 2 章 浅基础的设计,如何解决不均匀沉降的问题？,思考,解决途径,增强上部结构对不均匀沉降的适应能力,减少不均匀沉降或总沉降,具体措施,选用条形、筏形或箱形等连续基础,采用桩基础或其它深基础,进行地基处理（采用人工地基）,从地基、基础和上部结构共同工作的观点出 发，在建筑、结构和施工方面采取某些措施,第 2 章 浅基础的设计,一、建筑措施,1.建筑物的体型应力求简单,平面形状简单，如用“一”字形建筑物；,立面体型变化不宜过大，砌体承重结构房屋高差不宜 超过12层。,第 2 章 浅基础的设计,2.控制建筑物长高比及合理布置纵横墙。,一般，二层以上的砌体承重房屋，当预估的最大沉降量超过120mm时，长高比不宜大于2.5；对于平面简单，内外墙贯通，横墙间隔较小的房屋，长高比的限制可放宽至不大于3.0。不符合上述条件时，可考虑设置沉降缝。,第 2 章 浅基础的设计,3.设置沉降缝,沉降缝是从屋面到基础把建筑物断开，将建筑物划分成 若干个长高比较小、体型简单、整体刚度较好、结构类型 相同、自成沉降体系的独立单元。,沉降缝的位置通常选择在下列部位上：,(1) 复杂建筑平面转折处; (2) 高度或荷载变化差异处; (3) 结构或基础类型不同处; (4) 长高比过大的适当部位; (5) 地基压缩性显著变化处; (6) 分期建造房屋交接处;,沉降缝可结合伸缩缝设置，在抗震区，最好与抗震缝共用。,第 2 章 浅基础的设计,沉降缝缝宽要求：,二、三层房屋为5080mm； 四、五层房屋为80120mm； 六层及以上不小于120mm。,防止缝两侧单元发生互倾 沉降时造成单元结构间的 挤压破坏,第 2 章 浅基础的设计,4.恰当安排相邻建筑物基础间的净距,相邻基础,附加应力叠加,不均匀沉降,同期建造的两相邻建筑物， 低（或轻）者受高（或重） 者的影响； 不同期建造的两相邻建筑物， 原有建筑物受邻近新建高 （或重）的建筑物的影响。,第 2 章 浅基础的设计,根据可能产生的不均匀沉降，将预估沉降量大的部分标高提高，待其沉降后达到预定的标高，与沉降小的部分协调一致。,（1）室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量予以提高； （2）建筑物各部分（或设备之间）有联系时，可将沉降较大者标高提高； （3）建筑物与设备之间，应留有足够的净空； （4）当有管道穿过建筑物时，应预留足够尺寸的孔洞，或采用柔性的 管道接头。,5.调整建筑物各部分的标高,原理：,具体措施：,第 2 章 浅基础的设计,二、结构措施,1.减轻建筑物自重,减轻墙重量：采用多孔砖，轻质墙等。 选用轻型结构：采用预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构及各种轻型空间结构。 减少基础和回填土重量：如采用空心基础、壳体基础、以及架空地板代替厚填土等。,第 2 章 浅基础的设计,对于砌体承重房屋，不均匀沉降的损害突出地表现为墙体的开裂。因此，实践中常在基础顶面附近（俗称“地圈梁”）、门窗顶部楼（层）面处设置圈梁，每道圈梁应尽量贯通外墙、承重内纵墙及主要内横墙，并在平面内形成闭合的网状系统。,2.设置圈梁,第 2 章 浅基础的设计,3.减小或调整基底附加压力, 减小基底附加压力：除了采用本节“减轻建筑物自重”减小基底附加压力外，还可设置地下 室 （或半地下室、架空层），以挖除的土重去 补偿（抵消）一部分甚至全部的建筑物重量， 达到减小沉降的目的。 改变基底尺寸：按照沉降控制的要求，选择和调整基础底面尺寸，从而调整基底压力。,第 2 章 浅基础的设计,4.加强基础刚度, 采用钢筋混凝土基础，如条形，十字形，筏形 和箱形基础，可以增大基底面积，加强基础刚 度和提高调整不均匀沉降的能力。尤其是软弱 地基上的砌体结构房屋，特别有效。 设置基础梁，以提高基础的整体刚度，增强适 应不均匀沉降的能力。,第 2 章 浅基础的设计,5.采用非敏感性结构,排架、三铰拱（架）等铰接结构 油罐、水池等基础采用柔性底板,适用条件,单层厂房、仓库和某些公共建筑,第 2 章 浅基础的设计,三、施工措施,1）合理安排施工程序,先高重后低轻，先主体后附属,2）基础周围不宜堆载,3）保护基底的地基土(岩),4）防止施工中的不利影响,
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