资源描述
,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,#,第二节 地基、基础与上部结构相互作用的概念,一、基本概念,上部结构,基础,地基,较简单的基础型式,较复杂的基础型式,上部结构,基础,地基,二、相对刚度影响,（上部结构,+,基础）与地基之间的刚度比,结构绝对柔性：,结构绝对刚性：,结构相对刚性：,相对刚度为,0,，产生整体弯曲，,排架结构,相对刚度为无穷大，产生局部弯曲，,剪力墙、筒体结构,相对刚度为有限值，既产生整体弯曲，又产生局部弯曲,砌体结构、钢筋混凝土框架结构,(,敏感性结构,),第三节 地基计算模型,线弹性地基模型,非线弹性地基模型,弹塑性地基模型,地基模型：用以描述地基,的数学模型。,下面介绍的地基模型应注意其,适用条件,。,k,地基基床系数，表示产生单位变形所需的压力强度,(kN,m,3,),；,p,地基上任,点所受的压力强度,(kPa),；,s,p,作用位置上的地基变形,(m),。,注：基床系数,k,可根据不同地基分别采用现场荷载试验、室内三轴试验或室内固结试验成果获得。见下表。,一、文克尔地基模型,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,;,厚度度不超过梁或板的短边宽度之半的,薄压缩层,地基,(,如薄的破碎岩层,),上的柔性基础,.,基本假定：,地基上任一点所受的压力强度与该点的地基沉陷,s,成正比，关系式如下,:,P=ks,地基基床系数表,这个假定是文克勒于,1867,年提出的故称文克勒地基模型。该模型计算简便，只要,k,值选择得当，可获得较为满意的结果。,地基土越软弱，土的抗剪强度越低，该模型就越接近实际情况。,缺点：文克勒地基模型,忽略了地基中的剪应力,，按这一模型，地基变形只发生在基底范围内，而基底范围外没有地基变形，这与实际情况是不符的，使用不当会造成不良后果。,二、弹性半空间地基模型,适用条件：用于压缩层深度较大的一般土层上的柔性基础。,原理：弹性半空间地基模型是将地基视作均匀的、连续的、各向同性的弹性半空间体。当,Q,作用在弹性半空间体表面上时,根据布氏的解：,矩形均布荷载作用下矩形面积中点的竖向位移计算,一般矩形受荷面积上各点变形和压力的关系的确定方法：,1,）首先把受荷面积划分成,n,个矩形网格，各网格的合力为,P,i,=p,i,A,i,作用于网格的形心；,2,）,柔度系数,ij,为,j,网格中点作用单位力（即,P,j,=1,）作用下引起,i,网格中点的沉降。此时,j,网格上均布荷载,P,j,=1/A,j,；,3,）按叠加原理，,n,个网格的基底压力引起,i,网格中点的总沉降为：,n,j,i,地基 柔度系数求解的网格划分,n,j,i,半无限弹性体空间模型虽然具有能够扩散应力和变形的优点，但是，它的扩散能力往往超过地基的实际情况。要求地基土的弹性模量和泊松比值较为准确。,三、分层地基模型,（有限压缩层）,分层地基模型即是我国地基基础规范中用以计算基础最终沉降的分层总和法,(,图,),。按照分层总和法，地基最终沉降量等于压缩层范围内各计算分层在完全侧限条件下的压缩量之和。,压缩层下限,n,j,i,h,k,ijk,分层地基模型,整个地基的压力和变形可以写成下式：,式中：,m,压缩层厚度内的分层数；,h,k,i,网格中点下第,k,土层的厚度，,m,；,E,sk,i,网格中点下第,k,土层的压缩模量，,Kpa,；,ijk,j,网格中点作用单位集中附加压力引起,i,网格中点下第,k,土层中点的附加应力，,Kpa,。,该模型的计算结果比较符合实际情况，,缺点：,没有考虑地基土的塑性变形。,四、基本条件,在地基梁板分析中，首先要选择合适的地基计算模型，同时基础还应满足两个基本条件：静力平衡和变形协调条件。,1.,静力平衡条件,(,作用在基础上的荷载和地基反力相平衡,),F=0,M=0,2.,变形协调条件：,i,=s,i,表明：基础受力后，基础底面和地基表面保持接触，无脱开现象。依据这两个条件求解基础梁的内力和变形。,第六节 柱下条形基础设计,一、构造要求,两端宜伸出边柱,0.25L,1,等厚翼板,变厚翼板,宜为柱距的,1/4-1/8,二、内力计算方法,方法种类：倒梁法、剪力平衡法,倒梁法,基本假定：,a,、刚度较大，基础的弯曲挠度不致改变地基反力；,b,、地基反力分布呈直线，其重心与作用于板上的荷载合力作用线重合。,适用条件：,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（设计时尽可能按此设计），地基反力按直线分布，条形基础梁的内力可按连续梁计算，此时边跨跨中弯距及第一支座的弯距值乘以,1.2,系数。,1.,简化的内力计算方法,-,手算计算方法,（按线形分布的基底净反力）,补充：倒梁法计算假定,1.,将地基净反力作为基础梁的荷载，柱子看成铰支座，基础梁看成倒置的连续梁；,2.,作用在基础梁上的荷载为直线分布；,3.,竖向荷载合力作用点必须与基础梁形心相重合，若不能满足，两者偏心距以不超过基础梁长的,3,%,为宜；,4.,结构和荷载对称时，或合力作用点与基础形心相重合时，地基反力为均匀分布；,5.,基础梁底板悬挑部分，按悬臂板计算，如横向有弯矩（对肋梁是扭矩），取最大净反力一边的悬臂外伸部分进行计算，并配置横向钢筋。,计算步骤：,1.,绘出条形基础的计算草图，包括荷载、尺寸等；,A,B,C,D,Gw,N,i,M,i,T,i,Xc,a,i,a,1,a,2,a,2.,求合力作用点的位置,(,目的是尽可能的将偏心地基净反力化成均匀的地基反力，然后确定基础梁的长度,),。,A,B,C,D,Gw,N,i,M,i,T,i,Xc,a,i,a,1,a,2,a,设合力作用点离边柱的距离为,Xc,，用合力矩定理，以,A,点为参考点，则有：,3.,确定基础梁的底面尺寸,L,B,当,Xc,确定后，按合力作用点与底面心形相重合的原则，可定出基础的长度,L,。,A,B,C,D,Gw,N,i,M,i,T,i,Xc,a,i,a,1,a,2,a,L,确定后，宽度,B,按地基承载力,fa,确定,中心受荷：,偏心受荷：,作用在基础梁上墙梁自重及墙体重量之和,4.,基础底板净反力计算,5.,确定基础梁的底板厚度,h,及配筋,N,i,M,i,T,i,b,i,h,H,p,nmax,p,nmin,p,n1,l,1,p,n2,先求出靠近,p,nmax,的柱边净反力,p,n1,，,在柱边,M,、,V,值有：,则有：,6.,求基础梁纵向内力,M,、,V,对连续梁可用弯矩分配法或连续梁系数法求解。由于柱下条基一般两端都有外伸部分，因此，若用连续梁系数法，要对悬臂端进行处理，现有两种方法：,1,）悬臂端在净反力作用下的弯矩全部由悬臂端承担，不再传给其他支座，其他跨按连续梁系数法计算；,2,）悬臂端弯矩对其他跨有影响，此弯矩要传给其他支座，因此，悬臂端用弯矩分配法求出各支座及跨中弯矩，其他跨用连续梁系数法求出各支座及跨中弯矩，然后将所得结果叠加，或全梁用弯矩分配法求出各支座及跨中弯矩。,=,+,注意：,按倒梁法求得的梁的支座反力，往往会不等于柱传来的竖向荷载（轴力）。此时，可采用所谓,“,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，从而将地基反力调整为台阶状，再按倒梁法计算出内力后与原算得的内力叠加。经调整后的不平衡力将明显减少，一般调整,1,2,次即可。,据基础梁的,M,图，对各支座、跨中分别按矩形、,T,形截面进行强度计算；据,V,图，进行斜截面抗剪强度计算，并应满足构造要求。,弯矩分配法计算时：,分配系数,：,支座,劲度系数,传递系数,远端固定,S=4i,C=1/2,远端铰支,S=3i,C=0,远端定向,S=i,C=-1,剪力平衡法（静定分析法）,A,、适用范围：上部结构为柔性结构，且自身刚度较大的条形基础以及联合基础。,B,、基本假定：地基反力按直线分布，仍按以上公式。,C,、计算方法：静力平衡条件（剪力平衡）计算出任意截面上的弯距,M,和剪力,V,。,【,例,】,试确定如下图所示条形基础的底面尺寸，并用简化计算方法分析内力。已知：基础埋深,d=1.5m,地基承载力特征值,f,a,=120Kpa,其余数据见图示。,如果要求竖向合力与基底形心重合，则基础必须伸出图中,D,点之外,x,2,：,x,2,=,2(7.85+0.5)-(14.7+0.5)=1.5m (,等于边距的,1/3),基础总长度：,L=14.7+0.5+1.5=16.7m,基础底板宽度,:,【,解,】1,、确定基础底面尺寸,各柱竖向力的合力，距图中,A,点的距离,x,为,考虑构造需要，基础伸出,A,点外,取,b=2.5m,。,2,、内力分析：,（,1,）倒梁法,因荷载的合力通过基底形心，故地基反力是均布的，沿基础每米长度上的净反力值,以柱底,A,、,B,、,C,、,D,为支座，按弯距分配法分析三跨连续梁，其弯距,M,和剪力,V,见图,7-43b,。,（,2,）剪力平衡法,按静力平衡条件计算内力：,AB,跨内最大负弯距的截面至,A,点的距离,:,则：,其余各截面的,M,、,V,均仿此计算，结果见图,7-43c,。,比较两种方法的计算结果，按剪力平衡法算出的支座弯距较大；按倒梁法算得的跨中弯距较大。,倒梁法,剪力平衡法,【,书例,7-12】,如图,7-44,为某柱网布置图。已知,B,轴线上边柱荷载设计值中柱初选基础埋深为,1.5m,，地基承载力特征值,fa=120Kpa,，试设计,B,轴线上条形基础。,2,、梁的弯矩计算,在对称荷载作用下，由于基础底面反力为均匀分布，因此单位长度地基的净反力为：,【,解,】1,、确定基底面积,基础底宽度（综合荷载分项系数取,1.35,）：,基础两边各放出：,取,b=2.50m,设计。,基础梁可看成在均布线荷载,q,n,作用下以柱为支座的五跨等跨度连续梁。为了计算方便，可将图,7-45a,分解为图,7-45b,和图,7-45c,两部分。图,7-45b,用力矩分配法计算，,A,截面处的固端弯矩为：,在图,7-45c,的荷载作用下，利用五跨等跨度连续梁的相应弯矩系数,m,，可得有关截面的弯矩：支座,B,（和,B,）：,其余同（略）。,将图,7-45b,与,c,的弯矩叠加，即为按倒梁法计算所得的,JL2,梁的弯矩图,见图,7-45d.,3,、梁的剪力计算,基础梁,TL2,的剪力图绘于图,7-45e,。,基底宽,2500,，主助宽,500,（,400+250,），翼板外挑长度,1/2,（,2500-500,）,=1000,，翼板外边缘厚度,200,，梁助处（相当于翼板固定端）翼板厚度,300,（见图,7-46,）。翼板采用,C20,混凝土，,HPB235,钢筋。,基底净反力设计值：,4,、梁板部分计算,（,2,）翼板受力筋计算,配,12,120 (,实际,A,S,=,942mm,),。,(1),斜截面抗剪强度验算（按每米长计）,实际,113.2,，可以。,5,、肋梁部分计算,肋梁高取 宽,500,。主筋用,HRB335,钢筋，,C20,混凝土。,（,1,）正截面强度计算,根据图,7-45d,的,JL-2,梁,M,图，对各支座、跨中分别按矩形、,T,形截面进行正截面强度计算。,轴,支座处（,M=700KNm,）,由 查混凝土设计手册可知,（,2,）斜截面强度计算,轴,左边截面（,V=698KN,）：,配,10,250,箍筋（四肢箍）。,Vcs=702kN,350KN,，可以,各部分的正、斜截面配筋均可列表计算，此略。,统一调整后，,JL-2,梁的配筋见图,7-46,。,
展开阅读全文