浅基础结构设计第1、2节stw.pptx

第三章浅基础结构设计,第一节概述第二节无筋扩展基础第三节钢筋混凝土扩展基础第四节地基模型第五节柱下条形基础及十字交叉条形基础第六节筏形基础第七节箱形基础,本章教学目的和基本要求,1、掌握刚性基础的构造要求及设计方法，明确刚性角的概念；2、掌握柱下钢筋混凝土单独基础的设计内容、步骤及构造要求；3、掌握墙下钢筋混凝土条形基础的设计内容、步骤及构造要求；4、掌握柱下钢筋混凝土条形基础的设计内容、步骤及构造要求；5、了解交叉条形基础与联梁式条形基础的构造要求和简化计算方法。6、了解筏形基础和箱形基础的类型、特点与构造要求，及箱形基础的施工要求。,第一节概述,进行地基基础设计需要同学明白6大主要问题：1、应明确浅基础的“受力特点”，浅基础在建筑物的三大组成部分之间是承上启下（两头受气“力”）的作用，既承受来自上部结构的各种力的作用，又承受来自地基的反力的作用。2、应明确由于设计人员选择的浅基础的材料不同，材料的性质也不同，导致基础受力的能力也不同，各种基础特点和实用性必将不同。总之设计应满足因地制宜、说地取材、保护环境和节约资源的原则，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境，并根据岩土工程勘察资料，综合考虑结构类型、材料情况与施工条件、经济等因素，精心设计。,3、应明确进行刚性基础设计和柔性扩展基础设计的区别（1）刚性基础设计的核心技术要求-通过控制基础宽高比的方法达到保证使基础内产生的拉应力和剪应力小于所选用材料强度的设计值，从而满足安全的原则。（2）柔性扩展基础设计的特点-布置形式灵活、自由、不受宽高比的限制（当然从经济的角度通常会按刚性角进行处理多余材料），主要受“力”的控制，根据两头受气“力”的情况确定相应的基底面积（尺寸）、基础截面的高度，以及截面的配筋等。其中：基底面积（尺寸）按地基承载力和变形的要求进行确定；基础高度由混凝土的抗剪切（或抗冲切）条件确定（墙下钢筋混凝土条基按抗剪切条件确定、柱下钢筋混凝土独立基础按抗冲切条件确定）；基础受力钢筋配筋量则由基础相应验算截面的抗弯能力确定。,4、应明确地基土压力或地基反力在用于不同的计算目的时对其的取值相应各不相同。在确定基底尺寸和计算基础沉降时，必须考虑建筑物设计地面以下基础和其上回填土的重力作用。其中：a、在确定基底尺寸时，传至基础底面上的荷载应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合值；b、在计算基础沉降时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合值。而在进行基础截面设计（高度和底板配筋）时则应按地基净反力进行计算，即不考虑建筑物设计地面以下基础和其上回填土的重力作用。传至基础上的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能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。,5、应明确基底反力分布假设是基础内力计算的前提，应根据基础形式和地基条件正确确定。三大条件：教材P64页4段对墙下条形基础和柱下独立基础-地基反力按直线分布考虑；对柱下条形基础和筏板基础等，当地基条件好、上部结构刚度好、各柱距较均匀并柱荷载分布较均匀时-地基反力也可认为按直线分布考虑；故相应基础梁的内力可按简化的直线分布考虑；当相关条件不满足上述条件时-宜按弹性地基梁法进行计算。,6、应明确目前现行两大基础设计方法的区别、联系与现状。（1）常规设计方法（是同学需重点掌握的设计方法）也是目前一般工程基础设计的主要方法，设计时把建筑物三大部分分离开来，考虑互为支座，不考虑三者之间的相对位移影响（即变形协调条件）。特点分析：设计计算方法简单，设计结果与实际有一定偏差（但在满足地基沉降较小或较均匀以及基础刚度较大时常规设计方法可认为是可行的）。（2）共同作用设计方法是今后基础设计的主要发展方向设计时考虑建筑物三大部分的相互作用影响（变形协调条件），即墙、柱底端发生的位移与该处基础的变位同地基表明的沉降三者一致。特点分析：设计计算方法复杂，但设计结果与实际较接近。由于目前共同作业设计理论不够成熟，现主用于指导对重要、大型工程的概念设计。,第二节无筋扩展基础,在本节学习之前需要弄清楚的几个基本问题：1、什么是无筋扩展基础（刚性基础）？无筋扩展基础有哪些种类？各有何特点？适用条件有哪些？2、进行刚性基础设计的核心技术要求是什么？,无筋扩展基础也叫刚性基础，系指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。主要优点是：材料具有较好的抗压性能，稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只需地基承载力能满足要求，适用于多层民用建筑和轻型厂房。当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，以减少基础自重，节省材料。主要缺点是：自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基承载力而影响结构物的正常使用。所以对于荷载大或上部结构对差异沉降较敏感的结构物，当持力层土质较差又较厚时，无筋扩展基础作为浅基础是不适宜的。,1、什么是无筋扩展基础（刚性基础）？无筋扩展基础有哪些种类？各有何特点？适用条件有哪些？,2、进行刚性基础设计的核心技术要求是什么？,无筋扩展基础的材料虽具有较好的抗压性能，但其抗拉、抗剪强度却不高。故设计时必须保证发生在基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度值。这种保证通常是通过对基础构造的限制来实现的，即基础每个台阶的宽度与其高度之比（宽高比）都不得超过规范规定的台阶宽高比的允许值。,基础在基底反力作用下，在a-a断面产生的弯曲拉应力和剪应力若超过了基础建材的强度值，为防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，必须在基础中配置足够数量的钢筋。,在本节中需要同学掌握主要内容,1、刚性基础设计的程序、依据和原则；2、刚性基础设计的原理；对基础用砖、石料、混凝土砌块及水泥砂浆最低标号的要求；对刚性基础的构造要求；刚性基础设计的主要内容和设计深度要求；刚性基础设计的方法和步骤。3、条形基础05SG811设计图集的使用方法,一、刚性基础设计的程序、依据和原则1、地基基础设计的程序（设计的步骤和内容）（1）根据上部结构形式，荷载大小选择基础的结构类型、材料和平面布置；（2）选择基础的埋置深度；（3）确定地基承载力特征值；（4）根据基础顶面荷载值及持力层的地基承载力，初步确定基础底面尺寸；（5）若地基持力层下部存在软弱土层，则需验算软弱下卧土层承载力。（6）设计等级为甲级、乙级的建筑物及部分丙级的建筑物应进行地基变形验算；（7）进行基础剖面及结构设计；（8）绘制基础施工图，提出施工说明。,2、设计的依据地基基础设计规范、规程以及建设部建质216号文建筑工程设计文件编制深度要求等的有关要求（即在计算方法、构造以及制图等方面的要求）；建设场地岩土工程勘察资料（场地条件、地下水、持力层和承载力等的要求）；建筑物上部结构重要性（类型）布置及荷载要求；材料情况与施工条件、经济指标等的要求。,3、设计的原则地基基础设计应满足因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源的原则，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境的要求。必须保证刚性基础主要承受压应力，并保证基础内产生的拉应力和剪应力均不超过相应材料强度的设计值；-保证措施：将基础的外伸宽度与基础高度的比值（宽高比）控制在规范要求的范围之内。基础的宽度必须满足地基承载力条件的最小值要求（公式2-11，在上部外力和地基承载力已确定的条件下，基础底面上的压应力的大小由基础的宽度或基底面积的大小决定，保证pkfa即可），同时应满足刚性基础台阶宽高比允许值的最大值要求（公式3-1要求）。,公式3-1,公式2-11,二、刚性基础设计方法,（一）对基础用砖、石料、混凝土砌块及水泥砂浆最低标号的要求刚性基础的特点是抗压性能好，而抗弯和抗剪性能差。为保证基础材料有足够的强度和耐久性，根据地基的潮湿程度和气候环境等条件不同，基础用砖、石料、混凝土砌块和水泥砂浆允许的最低标号如下表所示。,（二）对刚性基础的构造要求刚性角：由基础台阶宽高比的允许比值确定的角度角。根据理论计算分析，刚性基础沿墙柱边挑出部分的最大拉应力与基础台阶的宽高比有关，而由于这类基础的抗拉和抗剪性能差，因此，可通过限制材料等级和台阶宽高比来避免刚性基础高度突变截面处的底面产生弯曲和拉裂破坏。宽高比的允许值是根据基础材料和地基反力而定。在进行刚性基础截面设计时应严格按规范要求对基础台阶宽高比允许值表进行控制，即教材表3-1,表3-1无筋扩展基础台阶宽高比的允许值,图31刚性基础构造图,（3-1）,根据规范对刚性基础台阶的允许宽高比，在按地基承载力确定了基础底面尺寸后，应使其满足下式的要求：,（3-1）,（3-1）,由式（31）可知基础底面的最大允许宽度为（32）若基础满足刚性角要求，各级台阶的内缘与允许刚性角应的斜线相交，如下图（b）所示，是安全的。若台阶拐点位于斜线之外，如下图（a）所示，则不安全。图（C）虚线以上部分是多余的，不经济。,如教材P65图3-1b图：当采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱，其柱脚高度h1不得小于b1，并不应小于300mm且不小于20d(d为柱中的纵向受力钢筋的最大直径)。当柱纵向钢筋在柱脚内的竖向锚固长度不满足锚固要求时，可沿水平方向弯折，弯折后的水平锚固长度不应小于10d也不应大于20d。设计时，若基础宽度b不满足上式的要求，则可增加基础高度，或选择允许宽高比值较大的材料，若仍不能满足，则需改用钢筋混凝土扩展基础，在同样的荷载条件和基础尺寸的条件下，钢筋混凝土扩展基础造价较高，更适宜与宽基浅埋的情况。,根据不同的材料无筋扩展基础有如下构造要求：1.砖基础砌基础所用砖强度等级不低于U10，砂浆不低于M5。在砌筑基础前，一般应先做100mm厚的C10的素混凝土垫层。,砖基础构造形式,两皮一收,二一间收,2.石料基础料石(经过加工，形状规定的石块)，毛石和大漂石有相当高的强度和抗冻性，是基础的良好材料。石块的厚度不宜小15cm。石料基础一般不宜用于地下水位以下。,毛石基础,砖基础,3.混凝土基础不设钢筋的混凝土基础常称为素混凝土基础。混凝土的耐久性，抗冻性都比较好，强度较高，因此，同样的基础宽度，用混凝土时，基础高度可以小一些。但混凝土造价稍高，耗水泥量较大，较多用于地下水位以下的基础或垫层。,（三）刚性基础设计的主要内容和设计深度要求,根据建筑工程设计文件编制深度规定2008年版对基础的具体要求P40，按（4.4.4）条完成基础平面图和按(4.4.5)条基础详图的设计，（并结合现行国标SG相关图集要求）。4.4.4基础平面图1绘出定位轴线、基础构件（包括承台，基础梁等）的位置、尺寸、底标高、构件编号，基础底标高不同时，应绘出放坡示意。2标明结构承重墙与墙垛、柱的位置与尺寸、编号，当为混凝土结构时，此项可另绘平面图，并注明断面变化关系尺寸。3标明地沟，地坑和已定设备基础的平面位置、尺寸、标高，无地下室时0.000标高以下的预留孔与埋件的位置、尺寸、标高。4提出沉降观测要求及测点布置（宜附测点构造详图）。,5说明中应包括基础持力层及基础进入持力层的深度，地基的承载能力特征值，基底及基槽回填土的处理措施与要求，以及对施工的有关要求等。6桩基应绘出桩位平面位置及定位尺寸，说明桩的类型和桩顶标高、入土深度、桩端持力层及进入持力层的深度，成桩的施工要求、试桩要求和桩基的检测要求（若先做试桩时，应单独先绘制试桩定位平面图），注明单桩的允许极限承载力值。7当采用人工复合地基时，应绘出复合地基的处理范围和深度，置换桩的平面布置及其材料和性能要求、构造祥图；注明复合地基的承载能力特征值及压缩模量等有关参数和检测要求。当复合地基另由有设计资质的单位设计时，主体设计方应明确提出对地基承载力特征值和变形值的控制要求。,4.4.5基础详图1无筋扩展基础应绘出剖面、基础圈梁、防潮层位置，并标注总尺寸、分尺寸、标高及定位尺寸。2扩展基础应绘出平、剖面及配筋、基础垫层，标注总尺寸、分尺寸、标高及定位尺寸等。3桩基应绘出承台梁剖面或承台板平面、剖面、垫层、配筋，标注总尺寸、分尺寸、标高及定位尺寸，桩构造详图（可另图绘制）及桩与承台的连接构造详图。,4筏基、箱基可参照现浇楼面梁、板详图的方法表示，但应绘出承重墙、柱的位置。当要求设后浇带时应表示其平面位置并绘制构造详图。对箱基和地下室基础，应绘出钢筋混凝土墙的平面、剖面及其配筋，当预留孔洞、预埋件较多或复杂时，可另绘墙的模板图。5基础梁可参照现浇楼面梁详图方法表示。6附加说明基础材料的品种、规格、性能、抗渗等级、垫层材料、杯口填充材料。钢筋保护层厚度及其他对施工的要求。注：对形状简单、规则的无筋扩展基础、扩展基础、基础粱和承台板，也可用列表方法表示。,（四）刚性基础设计的方法和步骤,设计前提：在确定基础材料、类型、布置、基础埋置深度d、底层墙厚或柱截面尺寸、地基承载力特征值fa后可按以下方法和步骤进行设计。对轴心受压的柱下刚性独立基础底面一般取正方形，设计时考虑两个方向；而对墙下条形刚性基础，一般认为其纵向刚度很大，故可取纵向长度l1m计算，可只进行条基宽度方向的设计即可。1、按强度条件确定基底宽度（最小值要求）；2、按相关条件进行基础剖面设计3、按规范对宽高比的要求进一步验算基底宽度，使其满足宽度条件要求（最大值要求）4、按建质216号建筑工程设计文件编制深度规定2008年版4.4.4和4.4.5相关要求绘制基础施工图,1、按强度条件确定基础底面宽度b注意：先明确建筑上部结构的荷载作用情况，再根据基础埋深d，以及地基承载力特征值的已知条件确定地基修正后的承载力特征值fa，代入教材P49页相关公式确定基础满足承载力条件的最小宽度b（一般将b的计算值作稍微放大并取整处理）。2、按相关条件进行基础剖面设计相关条件是指：根据建筑上部结构荷载作用及底层墙厚或柱截面尺寸要求、对技术和经济条件要求、基础埋置深度d等要求综合确定基础的材料、类型、布置、基础最小高度H0、以及符合规范对刚性基础宽高比要求的大放脚尺寸。,在先选基础材料类型后初步选定基础的高度H0对砼基础的高度要求：一般H0200mm，通常取300350mm，总高度在350mm以内可做成一层台阶，总高度为350mmH900mm时，做成二层台阶；总高度900mm时，做成三层台阶，并且每层台阶的高度不宜大于500mm对标准砖基础的要求：各部分的尺寸应符合砖的模数，砖基础一般做成台阶式（大放脚），有两种砌筑方式有两种：“两皮一收”和“二一间收”，台阶宽高比分别为：1/2和1/1.5，均满足要求，如教材图3-2。对毛石和毛石砼基础的高度要求：石块的厚度应150mm，并每个台阶一般至少有两层砌石，所以每个台阶的高度要求300mm，并要求每个台阶伸出的长度应150mm。确定砖墙下大放脚的尺寸（包括：底面宽度b0、阶数或皮数、阶宽或皮宽、阶高或皮高）b0=墙厚+2皮数皮宽阶数或皮数、阶宽或皮宽、阶高或皮高按相应材料构造要求,3、按规范对宽高比的要求进一步验算基底宽度，使其满足宽度条件要求（最大值要求）先求出现状上部结构作用力条件下基底的平均压力pkpk=(Fk+Gk)/A再根据所求pk的值按教材表3-1无筋扩展基础台阶宽高比的允许值表查取对应台阶的允许宽高比tg=b2/H0=表中对应数值，将数值代入按教材P65页bb0+2b2=b0+2H0tg公式（3-1）进行验算。式中b-基础底面宽度；b0-基础顶面的墙体宽度或柱脚宽度；H0-基础高度；b2-基础台阶宽度；tan-基础台阶宽高比b2/H0，其允许值可按教材表3-1选用。,注意：1、只要初选的b值满足公式3-1：bb0+2b2=b0+2H0tg的计算值即可，原则是最接近为宜。2、只要验算符合要求，则可采用初选的基础剖面尺寸，否则应调整基础高度重新验算，直至满足要求为止。3、若刚性基础由不同材料叠合组成时，须对叠合部分进行抗压验算。4、对砼基础，当基底的平均压力Pk300kPa时，还应对台阶高度变化处的断面进行抗剪验算，按公式：Vs0.366ftA思考：b最小值不得小于，b最大值不得超过！为什么？例题讲解：1、P66页例3-12、补充例题作业1：某承重砖墙混凝土条形基础设计（见下页）,作业1：某承重砖墙拟采用混凝土基础，底层砖墙墙厚为240mm，基础埋深为1.5m，如图所示，上部结构传来的轴向压力Fk200kN/m,持力层为粉质粘土，其天然重度17.5kN/m3，修正后的承载力特征值fa178kPa，地下水位在基础底面以下。试设计此基础。,