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风景建筑结构与构造 3 地基与基础 任何建筑物都是由上部结构 下部结构 基础 和地基3部分组成 把建筑物上的各种荷载传递并扩散到地层的结构叫基础 受影响的那部分地层称为地基 地基承受了建筑物的全部荷载 在上部结构和地基之间 基础起着承上启下的作用 由于土的荷载能力要比一般建筑材料如砖 混凝土等小得多 因而上部结构的墙和柱就不能直接坐在地基土上 必需在接触处适当扩大尺寸 一边把上部结构的荷载经扩散后传给地基 这个扩大的部分叫做基础 章节主要内容 掌握浅基础的设计计算了解挡土墙设计完成书p156 3 6 8 13 14 15 章节重点及作业 设计建筑物的基础要确实掌握建筑物的地基土层变化情况后 进行地基基础设计应满足下列要求 必须满足地基土的强度要求 必须满足地基变形条件 风景建筑地基基础基本内容 了解土的基本特性了解确定地基承载力的方法掌握天然地基上浅基础中刚性基础的设计方法 对风景建筑中一二层混合结构能够进行基础设计 土的成因土是岩石风化后的产物 经过物理风化的土颗粒之间没有粘结作用 呈现松散状态 称为无粘性土 经过化学风化产生很细的粘土颗粒 颗粒之间有粘结力而相互粘结 含有粘土颗粒的土 干时结成硬块 湿时有粘性 称为粘性土 风化作用生成的土 如果没有经过搬运 堆积在原来的地方 叫做残积土 残积土一般分布在山坡或山顶 土受到各种自然力如重力 水流 风力 冰川等的作用 搬运到别的地方再沉积下来 叫做沉积土 这是一种最常碰到的土 土在沉积过程中 会形成大小不同的颗粒 沉积的环境也不同 沉积后受到的重力也不同 形成的土松密程度和软硬程度也必然很不同 土与一般建筑材料最根本的区别就是一般建筑材料是连续的固体 而土则是散碎颗粒的集合体 土的受力变形比一般建筑材料大很多 土是透水性的而一般的材料则是不透水的 土的三相组成土是由固体的矿物颗粒 液体和气体三部分组成 在一个单位体积的土中 这三部分所占的分量不是固定不变的 而是随着四周的环境的变化而变化着 土中的固体颗粒土中水 吸着水 薄膜水 自由水土中的气体 土的物理性质指标土的三项比例指标重度 土在天然状态时的单位体积重力称为土的重度 即 天然重量密度的变化范围较大 与土的矿物成分 空隙大小 含水多少等有关 一般土的重度为16 20饱和土重力密度 就是单位体积饱和土所受到的重力有效重力密度 就是在地下水位以下 土受到水浮力的作用 单位体积中 土颗粒所受的重力扣除浮力后的重力密度 也叫浮重力密度 即 其中 水的重力密度 孔隙比 即土体中孔隙与颗粒体积之比 孔隙比一般的 孔隙比值越小的土 较为密实 地基土承载力高 孔隙比值越大的土较为疏散 地基土承载力低 孔隙度 即土中孔隙体积与总体积之比 用百分数表示 孔隙率其中 表示孔隙体积 表示固体体积 表示土体总体积含水量 即土中水重与固体颗粒重量的比值 含水量其中 表示水的重量 表示固体颗粒的重量变化范围较大 与土的类别 天然的埋葬条件 水的补给环境等有关 一般为10 60 同一类土含水量越大 强度越低 反之越高 饱和度 土中水的体积与孔隙体积之比 土的饱和度对于完全干的土对于完全饱和的土本指标反映的是土潮湿状态的指标 当时为稍湿状态 当 0 8时为饱和状态 处于两个数值之间为很湿状态 其中 表示孔隙体积 表示土中水的体积 土的状态指标无粘性土 无粘性土颗粒比较粗 土粒之间没有粘结力呈现出散粒状态 密实状态的砂土强度高 是良好的建筑地基 无粘性土的密实状态用孔隙比来衡量 当孔隙比小于0 6 属于密实砂土 强度高 压缩性小 孔隙比大于0 95 属于松散砂土 粘性土 粘性土是地基土中的一类 黏性土的状态时用界限含水量来划分 包括朔限 液限 相关产生朔限指数 和液限指数 随着含水量的增大 黏性土地基的承载力相应逐步降低 而液性指数也是确定黏性土承载力的重要指标 所谓塑限 黏性土由可塑状态进入半固体状态时的界限含水量 也称为塑性下限含水量 所谓液限 黏性土由流动状态进入可塑状态时的界限含水量 也称为塑性上限含水量 塑性指数 黏性土液限与塑限的差值 去掉百分数 即塑性指数就是黏性土处于可塑状态时含水量变化的最大范围 其值越大 土的颗粒越细 固体颗粒的吸水能力较强 液性指数 相对稠度 用公式表达为含水量大于塑限 土进入塑性状态 含水量达到液限 土进入流动状态 坚硬状态 硬塑状态 可塑状态 软塑状态 流塑状态 地基岩石的工程分类建筑物地基岩石的分类方法很多 按照 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 划分为岩石 碎石土 砂土 粉土 黏性土和人工填土六类 岩石 分为地质分类和工程分类 是良好的地基 但其性能不均匀 且岩石表面气氛不平 若采用桩基 要特别注意 碎石土 粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50 的土 可分为漂石和块石 卵石和碎石 圆砾和角砾三类 同时按其密实程度分为松散 稍密 中密和密实四种 砂土 粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50 粒径大于0 075mm的颗粒重要超过全重50 的土 通过标准筛分为砾砂 粗砂 中砂 细砂和粉砂 颗粒级配良好的砂石较好的地基土 在荷载的作用下变形很快就稳定 但在水下的砂类土不稳定 粉土 塑性指数小于等于10且粒径大于0 075mm的颗粒含量不超过全重50 的土 由粉粒 粉土和黏质粉土 黏质粉土性质接近黏性土 不会发生液化 黏性土 塑性指数大于10的土 其值在10与17之间 称为粉质黏土 容易夯实 是常用的填土材料 其值大于17 性质变复杂 吸水后呈流塑态 强度低 含水量在塑限作用强度高 但强度低 难于夯实 干燥后又易开裂 按黏性土的状态分为坚硬 硬塑 可塑 软塑和流塑 淤泥和淤泥质土是在净水或缓慢的流水环境中沉积 并经生物化学作用生产的天然含水量大 处于流动状态的黏性土 当天然孔隙比大于等于1 5称为淤泥 其值在1 0与1 5之间 称为淤泥质土 特点强度低 压缩性高 透水性差 压实需要长时间 另一种是红黏土 特点是天然孔隙比较大 含水量高 强度高 压缩性较低 人工填土 可分为素填土 杂填土 冲填土和压实填土 地基基础的方案总的来说有三种 天然地基上的浅基础 人工地基上的浅基础和天然地基上的深基础 天然地基上的基础 根据埋设深度和施工方法不同 分为浅基础和深基础两类 一般埋置深度小于5m 用于一般施工方法借口施工的基础为浅基础 埋设深度大于5m 需用特殊方法施工的基础为深基础 设计地基基础时 应当首先考虑采用天然地基上浅基础的设计方案 设计天然地基上的浅基础 一般包括下列几个步骤 确定浅基础的结构型式 材料和平面布置 确定基础的埋置深度 必要时进行地基变形计算 根据结构传来的荷载设计值和地基承载力设计值 计算确定基础的底面尺寸 若地基持力层以下存在软弱土层 需验算软弱下卧层的承载力 基础结构计算和构造设计 绘制基础施工图 浅基础的类型按基础材料分类 刚性基础 柔性基础 按结构型式分类 单独基础 条形基础 柱下十字交叉基础 筏板基础 箱形基础 以上几种是常用的基础类型 还有壳体基础 圆板基础 不埋式薄板基础等 刚性基础是指由砖 三合土 灰土 混凝土 毛石基础或毛石混凝土等材料组成的无筋扩展基础 抗压强度大 抗拉 抗弯强度小 设计时 要求基础的外伸宽度和基础高度的比值即刚性角在一定限度内 刚性基础油墙下条形基础和柱下独立基础两种形式 砖基础 剖面形式一般为阶梯状 俗称大放脚 其下一般需设垫层 大放脚从垫层上开始砌筑 要满足其允许宽高比的要求 采取等高式 两皮一收与砌两皮砖收进1 4皮砖 和间隔式 两皮一收和一皮一收相间隔 三合土基础 三合土是由石灰 砂和骨料按体积比1 2 7或1 3 6配成 加适量水拌合后 均匀铺入基槽 每层虚铺220mm 夯至150mm 该基础一般用于地下水位较低的四层和四层以下的民用建筑工程中 灰土基础 常用三七灰土 石灰与黏性土体积比为三七比 土料宜就地取材 粉质黏土为好 使用前过10 20mm筛 每层虚铺200 250mm 夯实至150mm 为一步灰土 常用厚度为300mm或450mm 缺点是早期强度低 抗水性差 抗冻性差 在水中硬化慢 故灰土基础一般使用地下水位较低 五层及五层以下的民用建筑 毛石基础 毛石是未经加工凿平的石材 是一种良好的天然建筑材料 为保证锁结作用 每一级阶梯宜用3排或3排以上的毛石 每一级台阶的外伸宽度不宜大于200mm 毛石间隙很大 若砂浆粘结强度不够 不能用于多层的建筑物 而且不宜用于地下水位以下 混凝土和毛石混凝土基础 混凝土基础的强度 抗冻性和耐久性较好 便于机械化施工 但造价高 毛石混凝土是在浇灌混凝土是 掺入少于基础体积30 的毛石 即成 毛石不宜大于基础最小尺寸的1 3 也不能大于300mm 当刚性基础的尺寸无法同时满足地基承载力和基础的埋设深度时 可采用钢筋混凝土扩展基础 也称为柔性基础 不受刚性角的限制 基础高度较小 当建筑物的荷载较大或土质较软时 常用柔性基础 单独基础 可分为柱下单独基础和墙下单独基础 柱下单独基础是最常用 最经济的一种类型 适用于柱距4 12m 荷载不大且场地均匀 对不均匀沉降有一定适应能力的结构的柱作基础 常采用砖石 混凝土和钢筋混凝土等 其截面可做成矩形 阶梯形或锥形 预制柱下基础一般为杯形基础 墙下单独基础 当地基承载力较大 上部结构传给基础的荷载较小 或当浅层基础土质较差 在不深处有较好土层时 为节约基础材料和减少开挖土方量可采用这种形式 经济跨度为3 5m 砖墙砌在单独基础上边的钢筋混凝土梁上 条形基础 基础长度远大于宽度的一种基础形式 断面形式有矩形 矩形 阶梯形三种 墙下条形基础 常用砖 石等材料建筑 要满足刚性基础允许的宽高比要求 而当上部荷载较大而同时土质较差时 其基础高度较大 可采用柔性基础 基础高度只需300mm 宽度可加大到2m以上 柱下钢筋混凝土条形基础 当地基软弱而荷载又较大时 可将同一排的柱基础连通做成钢筋混凝土条形基础 柱下条形基础一般设在房屋的纵向 可增设房屋的纵向基础刚度 柱下十字交叉基础 当上部荷载较大 土质较弱 采用条形基础不能满足地基承载力的要求 或是需要增加基础的整体刚度 减少不均匀沉降 可在网柱下纵横两方向设置钢筋混凝土条形基础 筏板基础 当上部荷载大 地基特别软弱或有地下室时 可采用钢筋混凝土做成整片的片筏基础 像一个倒置的无梁楼盖 整体刚度大 能很好地适应上部结构荷载的变化及调整地基的不均匀沉降 梁板式按梁板的位置不同可分为上梁式和下梁式 箱形基础 为使基础具有更大刚度 基础可以做成由钢筋混凝土整片底板 顶板和若干钢筋混凝土纵横墙组成的箱形基础 其优点是整体抗弯刚度想当大 基础的空心部分可以作地下室 补偿基础 这种基础在高层建筑及重要的构筑物中常采用 基础埋置深度定义 基础底面至地面 一般指室外地面 的距离 选择基础埋深的原则是在保证安全可靠的前提下 尽量浅埋 但考虑到基础的稳定性 建筑物构造的影响等因素 除岩石地基外 基础的最小埋深不应小于0 5m 基础顶面应低于设计地面0 1m以上 影响埋深的因素有 建筑物的用途和结构类型 建筑物的结构类型不同 对不均匀沉降的敏感程度不同 敏感结构如框架结构 应将基础埋于较坚实 较均匀的突出 其埋深较深 不敏感的结构如简支结构 基础可以置于软弱土层 其埋深就可能较浅 作用在地基上的荷载大小和性质 荷载大小不同 对持力层的要求也不同 建筑物荷载的性质也影响基础埋深的选择 承受轴向压力为主的基础 其埋深只需要满足地基的强度和变形要求 对于承受水平荷载的基础 还需要足够的埋深以满足稳定性要求 高层建筑为满足稳定性要求 减少建筑物的整体倾斜 基础埋深一般不应少于1 12 1 8的地面以上建筑物的高度 工程地质和水文地质条件 这对基础埋深的选择有很重要的影响 土层的软硬对基础的影响表现明显 当地下水存在时 为避免施工排水麻烦 基础底面置于地下水位以上 相邻建筑物和构筑物的影响 如果拟建建筑物临近有其他建筑物或构筑物 除考虑以上条件决定基础埋深外 为保证原有建筑物的安全和正常使用 宜使拟建的建筑物基础不低于已有建筑物或构筑物的基础 若必须深于原有建筑物基础时 应使两基础间净距不少于它们底面高差的1 2倍 书139图10 17 地基土冻胀和融陷的影响 温度下降至0 以下 当地表中自由水开始冻结成冰形成冻土 当温度升高时 冻土融化 一年内冻结和融化交替一次 因此称为季节性冻土 某些细粒土冻结时 水分向冻结区聚集 致使冻结区土体积膨胀 在基础周围和基础地表产生冻胀力 使基础和墙体上抬 当冻土融化后 土含量增加 地基土强度降低并引起沉陷 称为融陷 因此 设计时 基础应当埋在当地冻深线以下 地基承载力特征值的确定地基承载力特征值是在保证地基强度和稳定的前提下 建筑物不产生过大沉降和不均匀的沉降时地基所能承受的最大荷载 地基承载力特征值用表示 目前确定地基承载力特征值的方法有 原位测试确定地基承载力特征值按地基的强度理论确定基底承载力特征值经验方法确定地基承载力特征值地基承载力特征值的修正 在保持地基土天然结构 天然含水量及天然应力状态下进行的测试 其中载荷试验是最直接可信的方法 其包括浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验 浅层平板试验适用于浅层基础 深层平板试验适用于深层基础 当地基出现部分塑性区时 只要塑性区发展不超过某一限度 仍可保证建筑物的安全 当偏心距小于或等于0 033倍基础底面宽度时 据土的抗剪强度指标确定地基承载力值可按公式计算 并满足变形要求由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值 kpa承载力系数 按书140 141页表10 3确定 基础底面宽度 大于6m时按6m计算 对于砂土 小于3m时按3m取值基底下1倍短边宽度内土的黏聚力标准值基础埋置深度 具体要求见书 基底以上土的加权平均重度 人们在大量工程实践的基础上 总结一些实用的确定地基承载力的方法 如间接原位测试的方法 其中包括动力触探试验和静力触探试验 根据地基承载力特征值表来确定地基承载力 地基承载力特征值除了与土的性质有关外 还与基础底面与基础埋深等因素有关 但基础宽度大于3m或埋深大于0 5m时 从荷载试验或其他原位测试 经验值等方法确定的地基承载力特征值还需要经过修正 公式如下 修正后的地基承载力特征值 kpa 地基承载力特征值 kpa基础宽度和埋深的地基承载力修正系数 按书142页表10 3确定基础底面以下土的重力密度 地下水位以下取浮重力密度 基底面宽 当基宽小于3m时 按3m取值 大于6m时按6m取值 基础底面以上土的加权平均重力密度 地下水位以下取浮重力密度基础埋深 m 详见书141 基础的底面尺寸中心荷载作用下的基础中心荷载作用下的基础 基底压力按直线分布简化计算 根据地基承载力的要求 作用在基底上的平均压力应小于或等于地基承载力即 偏心荷载作用下基础偏心荷载作用下 基础底面受力不均匀 因此需要加大基础面积 一般采用试算法进行计算 1 柱下单独基础基底平均压应力为 相应于荷载效应标准组合时 上部结构传到基础顶面的竖向力标准值 KN基础自重和基础上的土重 KN 基底以上与基础的平均重力密度 一般取整理后得 计算好A后 先确定一边长b或l 再计算另一边长 一般取2 条形基础对于条形基础 沿基础长度方向 取1m为计算单元 故基底宽度为相应于荷载效应标准组合时 沿长度方向1m范围内上部结构传来的竖向荷载标准值 软弱下卧层验算 自学 程度 了解 刚性基础的结构计算和构造设计刚性基础的结构计算刚性基础的设计步骤根据材料选择基础台阶高度基础宽度的确定 先根据基底承载力要求初步确定基础宽度 再根据允许宽高比 刚性基础结构计算 验算 直到满足要求为止局部抗压强度验算混凝土基础 对混凝土基础 当基础底面平均压力超过300kpa时 还应对台阶高度变化处的断面进行抗剪强度验算 混凝土基础 混凝土阶梯形基础的每阶高度宜为300 500mm 锥形断面应按刚性角放坡 为使其基底不出现锐角而发生破坏 基底应放一台阶 其高度不小于200mm 刚性基础的材料具有抗压性能较好而抗剪性能很差的特点 在进行基础设计时时用增加基础高度控制基础外伸宽度和基础高度的比值来提高基础的抗弯能力 防止基础发生破坏 刚性基础底面的宽度 除应满足地基承载力要求外 还受允许宽高比限制 应满足 基础底面宽度基础顶面的墙体宽度或柱脚宽度基础高度基础台阶宽高比 允许值可按书147表10 6选用基础台阶宽度 砖基础 为施工方便及减少砍砖损耗 基础台阶的高度及宽度应符合砖的模数 这种基础又称大放脚基础 一般采用等高式或间接式砌法 相较而言 后者可减少基础高度 也较节省材料 砖基础下一般应先做100mm厚C10的混凝土垫层 毛石基础 毛石基础建筑的台阶高一般不小于200mm 三合土和灰土基础 基础高度应是150mm的倍数 定义 广义上说 园林挡墙应该包括园林内所有能够起阻挡作用的 以砖石 混凝土等实体性材料修筑的竖向工程构筑物 分类 根据其所处的位置和功能 挡土墙 驳岸和景墙等 作用 固土护坡 阻挡土层塌落 节省占地 扩大用地面积 削弱台地高差 制约空间和空间边界 造景作用 等等 构造类型 重力式挡土墙 悬臂式挡土墙 扶垛式挡土墙 桩板式挡土墙 砌块式挡土墙 自学内容 园林重力式挡土墙的横断面确定方法重力式挡土墙的结构计算方法