建筑力学与结构ⅳ王云岗 　地基基础PPT课件

土层中附加应力和变形所不能忽略 的那部分土层。承受建筑荷载并受其影响的该部分地层 。地基分类地基分类未经人工处理就可直接利用天然土层的的地基 。 经过人工加工处理才能作为地基的。人工地基：天然地基：地基第1页/共51页 把埋入土层一定深度的建筑物向地基传递荷载的下部承重结构。 浅基础 用普通（常规）方法施工的基础 。一般基础 埋深 d5m。 深基础 需要一定的 机械设备建造的基础。如桩 基、墩基、和地下连续墙等。 埋深 d5m。基础分类基础作用 1、承受上部结构荷载2、向地基 传递压力3、调整地基变形 起承上传下作用 基础第2页/共51页基础埋深：从设计地面（一般从室外地面 ）到 基础底面的垂直距离。持力层：直接与基础地面接触的土层。（基础直接坐落的土层） 下卧层：地基内持力层下面的土层。软弱下卧层：地基承载力低于持力层的下卧层。第3页/共51页地基与基础设计的基本条件地基与基础设计的基本条件 强度条件 ：作用在基础底面的压力必须小于等于地基承载力特征值。 变形条件 ：基础沉降不得超过地基变形容许值。也就是说将地基变形值必须限制在建筑所允许的范围内。第4页/共51页地基基础在建筑工程中的重要性 地基与基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危! 实践证明，建筑物的事故很多是与地基基础有关的。 第5页/共51页时，发现谷仓 1 小时内竖向沉降达 30.5cm，并向西倾斜，24小时后倾倒，西侧下陷7.32m，东侧抬高1.52m，倾斜27。地基虽破坏，但钢筋混凝土筒仓却安然无恙，后用388个50t千斤顶纠正后继续使用，但位置较原先下降4m。 事故的原因是：设计时未对谷仓地基承载力进行调查研究，而采用了邻近建筑地基 352kPa 的承载力，事后1952年的勘察试验与计算表明，该地基的实际承载力为193.8 276.6kPa，远小于谷仓地基破坏时329.4kPa的地基压力，地基因超载而发生强度破坏。 加拿大Transcona谷仓，南北长59.44m，东西宽23.47m，高31.00m。基础为钢筋混凝土筏板基础，厚2m，埋深3.66m。谷仓1911年动工，1913年秋完成。谷仓自重20000t，相当于装满谷物后总重的 42.5%。1913年9装谷物，至 31822m3基础工程失败的例子 1第6页/共51页 意大利比萨(Pisa)斜塔自 1173年9月8日 动工，至1178年建至第4层中部，高度29m 时，因塔明显倾斜而停工。94年后，1272年复工，经6年时间建完第7层，高 48m，再次停工中断82年。1360年再次复工1370年竣工，前后历经近200年。 该塔共8层，高 55m，全塔总荷重145MN，相应的地基平均压力约为50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。由于地基的不均匀下沉，塔向南倾斜，南北两端沉降差 1.8m ，塔顶离中心线已达 5.27m ，倾斜5.5，成为危险建筑。基础工程失败的例子 2第7页/共51页 苏州虎丘塔，建于五代周显德六年至北宋建隆二年(公元959961) ，7级八角形砖塔，塔底直径13.66m，高47.5m，重63000kN。 其地基土层由上至下依次为杂填土、块石填土、亚粘土夹块石、风化岩石、基岩等，由于地基土压缩层厚度不均及砖砌体偏心受压等原因，造成该塔向东北方向倾斜。19561957年间对上部结构进行修缮，但使塔重增加了2000kN，加速了塔体的不均匀沉降。1957年，塔顶位移为1.7m，到1978年发展到2.3m，重心偏离基础轴线0.924m，砌体多处出现纵向裂缝，部分砖墩应力已接近极限状态。 后在塔周建造一圈桩排式地下连续墙，并采用注浆法和树根桩加固塔基，基本遏制了塔的继续沉降和倾斜。基础工程失败的例子 3第8页/共51页这两个筒仓是农场用来储存饲料的，建于加拿大红河谷的Lake Agassiz粘土层上，由于两筒之间的距离过近，在地基中产生的应力发生叠加，使得两筒之间地基土层的应力水平较高，从而导致内侧沉降大于外侧沉降，仓筒向内倾斜基础工程失败的例子 4第9页/共51页基础工程失败的例子 5第10页/共51页土的成因土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积一、土体的生成 风化岩石地球土地球第11页/共51页气相固相液相+构成土骨架，起主体作用重要影响土体次要作用土体三相组成示意图土的组成第12页/共51页土的三相图 水气 土 粒VaVwVsVvVWa=0WwWsW质量体积第13页/共51页土的物理性质指标确定WaterAirSoilVaVwVsVvVWa=0WwWsW质量体积土的重度 awswsVVVWWVW+=土的密度=g单位: kN/m3 或 g/cm3单位: kN/m3 一般范围: 16 22 kN/m3定义: 土单位体积的质量有时也称土的天然密度表达式:相关指标:第14页/共51页 假设地表面是无限延伸的水平面，在深度z水平面上各点的自重应力相等且均匀地无限分布，任何竖直面和水平面上均无剪力存在，故地基中任意深度z处的竖向自重应力就等于单位面积上的土柱重量。土自重应力的计算竖向自重应力竖向自重应力： sz = z自重应力数值大小与土层厚度成正比当地基有多个不同重度的土层组成时，则任意深度处的竖向自重应力可按应力叠加的方法求得：第15页/共51页天然地面cz cx cy 11zzcz zcz cz= z 土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱的有效重量第16页/共51页天然地面z1z2z33 2 1 水位面1 z1 1 z1 + 2z2 1 z1 + 2z2 + 3z3 说明：1.地下水位以上土层采用天然重度，地下水位以下土层考虑浮力作用采用浮重度2.非均质土中自重应力沿深度呈折线分布 ninncizizzz12211.土当地基由多个不同重度的土层（成层土）时：第17页/共51页（1 1）柔性基础，基础刚度较小，对地基变形没有抵抗能力。地基与基础二者变形协调一致，因此基底压力分布均匀，按平均压力考虑。(柔性基础基底压力分布) 例如：油罐 土坝荷载 反力变形地面基底压力分布形式第18页/共51页荷载 反力变形地面(刚性基础基底压力分布)例如：箱形基础 混凝土坝（2）刚性基础刚度较大， 具有抵抗变形的能力，所以变形不均匀，出现马鞍形、抛物线形、钟形等。第19页/共51页AG+F=PkkkAL b式中 Fk 作用任基础上的竖向力设计值(kN)； Gk 基础自重设计值及其上回填土重标准值的总重(kN)； Gk=GAd ,G 其中为基础及回填土之平均重度，一般取20kN/m3， 但在地下水位以下部分应扣去浮力，即取10kN/m3； d 基础埋深，必须从设计地 面或室内外平均设计地面算起(m)； A 基底面积(m 2)，对矩形基础Alb，l和b分别为其的长 和宽 。对于荷载沿长度方向均匀分布的条形基础，取单位长度进行基底平均压力设计值p(kPa)计算，A改为b(m)，而F及G则为基础截面内的相应值(kN/m)。1. 轴心荷载下的基底压力基底压力的简化计算第20页/共51页minmin0Pczk0P=P一般情况下，建筑物建造前天然土层在自重作用下的变形早已结束。因此，只有基底附加压力才能引起地基的附加应力和变形。maxmax0PmaxmaxkPminminkP=cz-轴心荷载时：偏心荷载时：基底附加压力基底附加压力是考虑基础有一定埋置深度，对天然地基而言开挖基槽相当于卸去一部分自重应力，即： cz= d第21页/共51页土具有压缩性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的压缩特性地基厚度均匀沉降（沉降量）不均匀沉降（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率第22页/共51页土的压缩性土压缩的原因固体土颗粒本身被压缩土空隙中水及封闭气体被压缩水和气体从孔隙中被挤出土体在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性第23页/共51页浅基础的类型扩展基础刚性基础柔性基础联合基础条形基础箱形基础独立基础筏板基础十字交叉梁基础壳体基础按构造类型第24页/共51页适用于多层民用建筑和轻型厂房(一)无筋扩展基础(刚性基础）1） 砌筑材料：2）受力特点：3）结构特点：4）构造：第25页/共51页地基反力刚性基础受力破坏简图第26页/共51页第27页/共51页 用途：多用于低层建筑的墙下基础；用途：多用于低层建筑的墙下基础； 在寒冷而又潮湿的地区采用不理在寒冷而又潮湿的地区采用不理想。想。 优点：可就地取材，建筑方便；优点：可就地取材，建筑方便； 缺点：强度低且抗冻性差。缺点：强度低且抗冻性差。 要求：砖强度要求：砖强度MU10MU10，砂浆强度，砂浆强度M5M5； 大放脚：砖基础剖面一般砌成阶梯形，大放脚：砖基础剖面一般砌成阶梯形， 通常称为大放脚。通常称为大放脚。1、砖基础2、毛石基础要求：强度等级MU20的毛石，砂浆强 度 M5砌筑而成。优点：抗冻性比较好，在寒冷地区可用于 6层以上的建筑；第28页/共51页(二)扩展基础(柔性基础）定义： 当上部结构荷载较大而地基土较软弱时受力性能： 抗弯和抗剪性能良好 ，耐久性和抗冻性都较理想 墙下钢筋混凝土条形基础(a) 无肋式 (b) 有肋式(a)(b)1、墙下钢筋混凝土条形基础第29页/共51页2 2、柱下独立基础柱下独立基础(a)阶梯形基础； (b)锥形基础； (c)杯形基础定 义： 独立基础是柱下基础的的基本形式受力性能： 抗弯和抗剪性能良好 ，耐久性和抗冻性 都较理想(a)(b)(c)第30页/共51页（三）柱下钢筋混凝土条形基础柱子基础顶下部受力钢筋翼板上部受力钢筋梁肋腰筋50ldldld应用条件：当柱承受荷载较大而地基土软弱，采用柱下独立基础，基础低面积大的几乎昏相连接。在框架结构中采用。联合基础 当为了满足地基土的强度要求，必须扩大基础平面尺寸，与相邻的单个基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。第31页/共51页（四）柱下十字交叉基础应用条件：对于荷载较大的高层建筑，如果地基软弱土且在两个方向分布不均，需要基础纵横两向都有一定的抗弯刚度来调整基础的不均匀沉降。第32页/共51页第33页/共51页第34页/共51页（五）筏形基础 平板式 梁板式 应用条件：对于地基很软弱，荷载很大，采用十字交叉基础仍不能满足要求；或相邻基础距离很小，或设置地下室时，可把基础底板做成一个整体的等厚度的钢筋混凝土板，形成无梁式筏形基础。第35页/共51页（六）箱型基础外墙内墙底板顶板柱概念：当柱荷载很大，地基又特软弱，基础可作成由钢筋混凝土底板、顶板、侧墙及纵横墙组成箱形基础。优点：整体性好，抗弯刚度大且空腹埋深等特点。第36页/共51页2、基础埋深选择的意义是确定对建筑物的安全和正常使用以及对施工工期、造价影响较大。基础的埋置深度的确定第37页/共51页一、工程地质和水文地质条件应该从两方面进行考虑：1、 合理选择持力层；2、考虑地下水的水位和水质。 二、建筑物用途及基础构造1、当有地下室、设备基础和地下设施时，往往要求加大基础埋深；2、基础的形式和构造有时也对基础埋深起决定作用。 基础埋置地表以下的最小埋深为0.5m,且基础顶面至少应低于室外地面0.1m。 三、作用在地基上的荷载大小和性质1、对于同一土层而言，荷载小的基础可能是良好的持力层；2、承受较大水平荷载（如输电塔）需要较大的基础埋深；3、对于饱和的细粉沙土层，不宜作为承受振动荷载用的基础持力层。 第38页/共51页 相邻建筑物间的基础埋深 1-原有基础 ； 2-新基础1HL(12) H2 四、相邻建筑物的基础埋深1、一般新建筑物基础埋深不宜大于相邻原基础的基础。2、当必须深于原基础时，两基础之间应有一定净距，数值根据原有建筑荷载大小和土质情况确定。一般取两相邻地面高差的12倍。3、当墙下条形基础有不同埋深时，应沿基础纵向做成台阶形，并由深到浅过渡。第39页/共51页基础底面尺寸的确定一、作用在基础上的荷载计算作用在基础底面的总荷载时，应从建筑物的檐口（屋顶）开始计算计算屋面恒载和活载由上至下房屋各层结构（梁、板）自重及楼面活载墙和柱的自重最后加上基础自重和基础上的土重Gk在墙或柱的承载面以内的总和就是上部结构传至基础底面的竖向力值Fk+=+(a)外墙或外柱 室外设计地面室内设计地面室内外平均标高HFK(b)内墙或内柱 天然地面室内设计地面HFK第40页/共51页二、中心荷载作用下的基础 1 1、柱下独立基础 在中心荷载作用下，基础底面上的平均压力应小于或等于修正后的地基承载力特征值，即 由此可得基础底面积为： 矩形基础kKaFAdpfA KaGFAlbfd 第41页/共51页2 2、墙下条形基础 墙下条形基础通常沿墙纵向单位长度（l=1ml=1m）为计算单元，Fk Fk 为每延长米的荷载，则条形基础宽度为： 如果计算带有窗口的墙下基础时，应取一个开间为荷载计算单元。 KaGFbfd 第42页/共51页（二）偏心荷载作用 基础在偏心荷载作用下，基底净反力一般呈梯形分布，如图： 计算基底偏心距 基底边缘处的最大和最小净反力jmax0jminp6eF1pbb0MeF 第43页/共51页桩基础桩体桩体桩基础（桩基）连接桩顶的承台低桩承台高桩承台当承台底面低于地下地面以下时低承台桩基础高承台桩基础当承台底面高于地面时相应基础相应基础低承台桩基础高承台桩基础第44页/共51页第45页/共51页桩基础的类型按承载性状分类摩擦型桩端承型桩桩侧和桩端阻力的大小以及它们分担荷载的比例有很大差异原由按照不同的标准对建筑桩基础分类，是为了全面地认识桩基础，以便在桩基础的设计与施工中根据不同的条件和要求，选择不同的桩型和成桩工艺。第46页/共51页按桩身材料分类（1）混凝土桩预制桩灌注桩（2）钢桩（3）组合材料桩现场采用机械或人工挖掘成孔，就地浇灌混凝土成桩。工厂或现场预制成型的混凝土桩主要有钢管桩和H型钢桩借用两种材料组合成的桩（四）按成桩方法分类 根据成桩方法和挤土效应非挤土桩部分挤土桩挤土桩第47页/共51页按桩径大小分类 （1 1）小桩：d250mmd250mm； （2 2）中等直径桩：250mm250mmd d800mm800mm （3 3）大直径桩： d d800mm800mm第48页/共51页桩的施工工艺简介（一）预制桩1、预制桩种类（1）钢筋混凝土桩（2）预应力钢筋混凝土桩（3）钢桩2、预制桩的施工工艺（1）锤击式（2）静压式（3）振动式在工厂（或者现场）预制成桩以后再运至现场，在设计桩位处以沉桩机械沉至地基土中设计深度的施工方法的桩 第49页/共51页第50页/共51页感谢您的观看！第51页/共51页