天然地基浅基础设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章,天然地基上浅基础设计,天然地基上的浅基础,地 基,：直接承托建筑物的场地土层。,天然地基,：不加处理直接用作建筑物地基的天然土层。,人工地基,：经过地基处理后才满足建筑物地基要求的土层。,基 础,：建筑物在地面以下的结构部分。,持 力 层,：直接与基础底面接触的土层。,下 卧 层,：持力层以下的其它土层。,浅 基 础,：,天然地基上，基础埋置深度小于5m的一般基础(柱基或墙基)以及埋置深度超过5m，但小于基础宽度的大尺寸的基础(如箱形基础)。,三 浅基础设计,天然地基上的浅基础设计,Shallow foundation on natural ground,GB50007-2002,3.1 地基基础分类、荷载计算,3.2 地基设计承载力计算,3.3 刚性基础设计,3.4 扩展基础设计,3.5 减轻建筑物不均匀沉降危害的措施,三 浅基础设计,地基基础设计计算应满足,1 防止地基剪切破坏和丧失稳定性，应具有足够的安全度；,2 控制地基的特征变形量，不超过建筑物的地基特征变形允许值，以免引起基础和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观；,3应满足对基础结构的强度、刚度和耐久性的要求。,三 浅基础设计,地基基础的设计内容,1 选择基础材料、类型，确定平面布置；,2 选择基础埋深，即确定地基持力层；,3 确定地基承载力；,4 根据地基承载力，确定基底面面积（基础尺寸），即地基承载力验算；,5 地基验算（变形和稳定性）；,6 确定基础尺寸（基础的冲切验算）；,7 基础的结构设计；,8 绘制基础施工图；,3.1,地基基础分类与荷载计算,三 浅基础设计,浅基础设计步骤,No,结构、地质和环境资料,基础结构类型、建筑材料,地基承载力、荷载和基础初步尺寸,基础的结构和构造设计,基础设计图、施工图、预算书,确定持力层、基础埋深,验算承载力、变形和稳定,三 浅基础设计,地基基础的设计等级,设计等级,建筑和地基类型,甲 级,重要的工业与民用建筑,30层以上的高层建筑,休型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物,大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等）,对地基变形有特殊要求的建筑物,复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）,对原有工程影响较大的新建建筑物,场地和地基条件复杂的一般建筑物,位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程,乙 级,除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物,丙 级,场地和场基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物,三 浅基础设计,地基基础分类,(一)天然地基与浅基础,浅基础,埋深小于5m，或者埋深大于5m，但是小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。所以不是简单的深浅概念。,天然地基,是不经过对地基土的处理,人工地基,经过地基处理,D,D,桩基础,三 浅基础设计,下卧层,地基与基础,D,埋深D q=,D均布荷载,持力层（受力层）,地基,基础,F,G,主要受力层,三 浅基础设计,天然地基,浅基础的分类,1)按基础埋深分,浅基础,深基础,2)按基础刚度分,无筋扩展(刚性)基础,扩展基础,3)按基础的,结构形式分,3.1.2,地基基础分类,Shallow foundation,Rigid foundation,Spread foundation,Mat foundation,Pile foundation,Individual footing,(pad foundation)Strip footing,Cross strip footing,Box foundation,三 浅基础设计,2)按基础刚度分,无筋扩展基础,Rigid foundation,砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度很低,有基础台阶宽高比(刚性角)要求,扩展基础(柔性基础),Spread foundation,钢筋混凝土,要满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求,F,b,t,b,0,h,0,F,三 浅基础设计,(a)等高切法 (b)二一间隔砌法,砖基础,毛石基础,无筋扩展基础-刚性基础,三 浅基础设计,砖基础有等高砌法和二一间隔砌法两种,砖、石、砂浆材料的最低强度等级应符合表3-2的要求。,毛石基础是用未经人工加工的石材和砂浆砌筑而成，能就地取材，价格低，但施工劳动强度大。毛石基础设计中，基底一般不设混凝土垫层,三合土基础是用石灰、砂、碎砖或碎石三合一材料铺设、压密而成。其体积比一般按124136配制；,灰土基础是用石灰和粘性土混合材料铺设、压密而成。其体积比常用37或28的比例配制，,荷载较大或位于地下水位以下时，可选用混凝土基础,混凝土基础,灰土基础,三合土基础,三 浅基础设计,3)按基础的结构形式分类,1 单独基础:,柱下或墙下,土质较好,Individual footing,pad foundation,独立基础的,主要受力层深度,1.5b,三 浅基础设计,2 条型基础,墙下或柱下条形基础,柱下:一般是土质差,两侧单独基础相连,Strip foundation,条形基础的,主要受力层深度,3.0b,三 浅基础设计,3 十字交叉基础,柱下:土质更差,或荷载很大,四面基础相连,纵向条形基础,横向条形基础,三 浅基础设计,4 片筏基础,土质更差,单独基础联成整体,游泳馆,筏下有肋,板下处理,三 浅基础设计,5 箱形基础,有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好,三 浅基础设计,6 壳体基础,三 浅基础设计,3.1.3,荷载计算,1,荷载种类,永久(恒)荷载,:,(1)不随时间变化,(2)变化与均值比可以忽略,(3)单调变化并趋于极值。,可变(活)荷载,：变化与均值比不可以忽略,偶然(特殊)荷载,：在结构使用期间不一定出现，一旦出现其值很大，持续时间很短。,三 浅基础设计,标准值,:,为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，如均值,组合值,：,对于可变荷载，组合超越概率与其出现概率相同,频遇值,：,对于可变荷载，超越概率为规定的较小比率,准永久值：,对于可变荷载，设计基准期内，其超越的总时间为设计基准期一半的荷载值。,3.1,荷载计算,三 浅基础设计,2 荷载的代表值,3,荷载的设计值代表值分项系数,4,荷载效应,上部结构F：结构自重 屋面楼面荷载 活荷载,基础自重G：设计地面高程（内外地面平均值）,F M,F,F H,F M,H,一般为前两种情况，横向力不大，只做校核,荷载计算,三 浅基础设计,荷载计算,5,荷载组合极限状态设计时,，,为保证结构可靠性对于同时出现的各种荷载设计值的规定,基本组合,：承载能力极限状态设计时，永久作用与可变作用的组合（分项系数）,标准组合,：正常使用极限状态设计时，采用标准值（或组合值）为荷载代表的组合,准永久组合：,正常使用极限状态设计时，对于可变荷载采用准永久值为荷载代表的组合,三 浅基础设计,6 荷载取值规定：,确定基础底面积及埋深时，传至基础底面上的荷载效应应采用按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合值；,计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应采用按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合值，且不计入风荷载和地震作用；,验算地基稳定性时，传至基础底面上的荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合值；但其分项系数均为1.0；,确定基础高度、内力和验算材料强度时，传至基础底面上的荷载效应应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合值，采用相应的分项系数。,三 浅基础设计,荷载计算,7,荷载采用标准组合确定地基承载力,荷载计算,S,GK,永久荷载效应值,S,QiK,可变荷载效应值，,S,Q1K,表示起控制的可变荷载,三 浅基础设计,浅基础设计步骤,No,结构、地质和环境资料,基础结构类型、建筑材料,地基承载力、荷载和基础初步尺寸,基础的结构和构造设计,基础设计图、施工图、预算书,确定持力层、基础埋深,验算承载力、变形和稳定,三 浅基础设计,3.2,地基设计计算,下卧层,持力层（受力层）,F,G,D,埋深,三 浅基础设计,基础埋深,基础埋深确定,一 基础埋深确定的基本原则,在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省料，但是有如下,基本要求,：,D,大于,50cm,表土扰动，植物，冻融，冲蚀,基础顶距离表土大于,10cm,，,保护,桥要求在冲刷深度以下,还有,4,项,控制因素,:,D,大于10cm,2 与建筑物有关的要求,1 地基及地质水文条件,4 冻结深度,3 相邻建筑物基础的埋深,三 浅基础设计,二,工程地质及地质水文条件,1 地下水位以上,否则开挖降水,费用大扰动；,2 土层分布情况：,(1)浅基础还是深基础(桩基础),(2)天然还是人工地基,(3)如果是天然地基,基础埋深的确定,根据土层分布,基础埋深,三 浅基础设计,在满足其他要求下尽量浅埋,只有低层房屋可用,否则处理,尽量浅埋但是如h,1,太小就为II,h,1,4 m 桩基或处理,二 工程地质及地质水文条件,好土,I II III IV,好土,软土,h,1,软土,(很深),基础埋深,软土,好土,h,1,三 浅基础设计,三,与建筑物有关的要求,1,建筑功能：,地下室，地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修:,F,基础埋深,2 荷载效应：,竖向荷载大，地震力和风力等水平荷载作用大的高层建筑，基础埋深应适当增大，满足稳定性要求.,3 设备条件：,考虑给排水、供热等管道的标高,三 浅基础设计,1 新旧相邻建筑物有一定距离，,否则要求支护，,并且要严格限制支护的水平位移，,L/,H=12,四 相邻建筑物基础的埋深,L,H,基础埋深,三 浅基础设计,2 基础埋深不同时,(1)主楼与裙房,高度不同,分期施工设置后浇带,四,相邻建筑物基础的埋深,(2)台阶式相连,如山坡上的房屋,或者验算边坡稳定性,L/,H=12,基础埋深,三 浅基础设计,五 冻结深度,1 冻胀危害及机理,（1）冻胀及冻拔,地面隆起(不均匀),翻浆,融陷,强度降低,如果冻结深度大于融沉，称为永冻土,基础埋深,三 浅基础设计,冻胀丘Pingo,随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时，地表就发生隆起，便形成冻胀丘。,基础埋深,三 浅基础设计,2 发生冻胀的条件,（1）土的条件 一般是细颗粒土。,砂土的毛细高度小，发生冰冻时体积膨胀，孔隙水排走，骨架不变。太细的土，水分供应不及时，冻胀也不明显。,（2）温度条件 低于冻结温度,（3）水力条件,含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重,基础埋深,三 浅基础设计,3 按冻胀的地基土分类 五级,不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀、特强冻胀,P36,表33,土的冻胀性分类,土类，含水量，地下水位,Z,0,地区标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值,夏季地面开始往下算。,北京 1.0m，哈尔滨 2.0m，满洲里 2.5m,基础埋深,三 浅基础设计,4 考虑冻胀的基础埋深,d,min,z,d,h,max,z,d,z,0,zs,zsw,ze,Z,0,标准冻深；,h,max,基底允许残留冻土层厚度,zs,、,zsw,、,ze,土类别、土冻胀性、环境的影响系数,Z,d,Z,0,d,min,室内地面,h,max,基础埋深,三 浅基础设计,3.2.2 地基承载力确定,1 静载试验；,2 强度理论-规范规定的公式；,3 按动力、静力触探等方法确定；,4 经验方法；,千斤顶,荷载板,地基承载力确定,三 浅基础设计,一 利用静载试验确定承载力的特征值,f,ak,（未修正）,取比例界限,p,cr,；,当,p,u,6m 按6m,b,/6,此时,p,kmin,b,/6,此时,p,kmin,a,t,+2,h,0,取,a,b,=,a,t,+2,h,0,3.4,扩展基础设计,A,l,为阴影面积,三 浅基础设计,3.4.3 单独基础冲切破坏,a,m,=,(,a,t,+,a,b,)/2,a,b,-冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长。冲切破坏锥体底面落在基础,l,方向底面外时，即,a,t,+2,h,0,l,取,a