天然地基上的浅基础8-12节.ppt

基础工程 第7章天然地基上的浅基础 连续基础设计浅基础施工要点减轻地基不均匀沉降的措施 2020年4月1日星期三 7 8地基基础与上部结构相互作用 建筑结构设计通常将上部结构 基础 地基三部分独立进行力学分析 虽然满足静力平衡 但没有考虑三者之间受力前后变形的连续性 事实上 三者按各自的刚度对变形产生相互制约作用 从而使整个结构的内力和变形发生了变化 按地基 基础和上部结构共同作用的分析方法相当复杂 包括 1 全面反应结构影响的分析理论 2 便于借助计算机的有效计算方法 3 合理反映土的变形特征的地基计算模型及参数 2020年4月1日星期三 在上部结构 基础与地基的共同作用中 通常将 上部结构 基础 与地基之间的刚度比称为 相对刚度 7 8 2相对刚度的影响 结构相对刚度为零 即结构绝对柔性时 上部结构不会对地基变形产生影响 地基的变形与弯矩呈同一趋势 即所谓的正向挠曲或整体弯曲 a 结构绝对柔性 b 结构绝对刚性 c 结构相对刚性图7 39相对刚度的影响 2020年4月1日星期三 结构相对刚度趋于无穷大时 即结构绝对刚性 上部结构和基础受力后总体没有弯曲的趋势 但在柱间因的地基反力作用 产生了类似于连续梁的弯曲 即所谓的局部弯曲 建筑中常见的砌体结构和钢筋混凝土框架结构属有限刚度 对地基的不均匀沉降反应敏感 一方面可以调整地基的不均匀沉降 同时在结构内部产生附加应力 并导致结构的变形乃至开裂 称之为敏感性结构 其内力和变形可视为整体弯曲与局部弯曲的叠加 见前页图 7 8 2相对刚度的影响 2020年4月1日星期三 7 8 3工程处理中的规定 2020年4月1日星期三 1 不考虑共同作用分析法 7 8 4基础的分析方法分类 图7 42不考虑共同作用的分析方法示意 2020年4月1日星期三 2 考虑基础 地基共同作用分析法 7 8 4基础的分析方法分类 图7 43考虑共同作用的分析方法示意 2020年4月1日星期三 3 考虑上部结构 基础 地基共同作用分析法 7 8 4基础的分析方法分类 基底任一点的位移wi与该点的地基变形si也相一致 2020年4月1日星期三 7 9 1柱下钢筋混凝土条形基础的构造要求 7 9柱下钢筋混凝土条形基础设计 图7 40柱下条形基础的构造 2020年4月1日星期三 7 9柱下钢筋混凝土条形基础设计 2020年4月1日星期三 1 基础底面尺寸的确定 7 9 2柱下钢筋混凝土条形基础简化计算方法 2020年4月1日星期三 7 9 2柱下钢筋混凝土条形基础简化计算方法 图7 45简化计算法的基底反力分布 如果荷载合力不可能调到与基底形心重合 或者偏心距超过基础长度的3 基底反力按梯形分布 见图7 45 b 并按下式计算 2020年4月1日星期三 7 9 2柱下钢筋混凝土条形基础简化计算方法 2 翼板的计算 基底宽度b方向的净反力为 计算弯矩和剪力 2020年4月1日星期三 7 9 2柱下钢筋混凝土条形基础简化计算方法 3 内力分析方法实用中有两种简化的内力计算方法 倒梁法和静力平衡法 静定分析方法 1 静力平衡法用基础各截面的静力平衡条件求解内力的方法称静力平衡法 图7 47静力平衡法示意 2020年4月1日星期三 7 9 2柱下钢筋混凝土条形基础简化计算方法 2020年4月1日星期三 P60例题 图2 48例2 5图 图2 48例2 5图 2020年4月1日星期三 2 倒梁法 3 内力分析方法 图7 49倒梁法计算简图 2020年4月1日星期三 P62例题 图2 50例2 6图 2020年4月1日星期三 7 9 3弹性地基梁方法基床系数法 又称 文克勒法 E WinKLer 1867年 1 基本假定文克勒地基模型假定地基上任一点所受的压力强度p与该点的地基沉降s成正比 即 2 挠曲微分方程及其通解 2020年4月1日星期三 图2 52文克尔地基模型 2020年4月1日星期三 图2 53弹性地基梁受力计算简图根据文克尔假设 上式可写成 2020年4月1日星期三 3 无限长梁和半无限长梁的解1 无限长梁受集中荷载 a 受集中荷载作用 b 受力偶作用图2 54无限长梁 2020年4月1日星期三 图2 55F1 x F2 x F3 x F4 x 与 x之间关系图 2020年4月1日星期三 2 无限长梁受力偶作用 2020年4月1日星期三 3 无限长梁受均布载荷图2 56无限长梁受均布荷载作用 2020年4月1日星期三 4 半无限长梁受集中力作用 2020年4月1日星期三 图2 57半无限长梁 2020年4月1日星期三 5 半无限长梁受力偶作用图2 58有限长梁 2020年4月1日星期三 6 有限长梁 解析解 叠加法 2020年4月1日星期三 图2 59弹性地基梁 2020年4月1日星期三 2020年4月1日星期三 2 10十字交叉条形基础当上部结构荷载较大而地基承载力又较低时 为了扩大基础的底面积和增强基础的刚性 常采用由纵向 横向条形基础组成的十字交叉条形基础 2 10 1构造要求2 10 2节点荷载分配2 60十字交叉条形基础节点荷载分配 2020年4月1日星期三 1 静力平衡条件分配在x y方向的竖向荷载之和应等于节点处荷载 即 2 节点变形协调条件x和y方向基础在交叉处的沉降相等 即 2020年4月1日星期三 2 10 3节点荷载的简化计算公式节点类型如图2 61所示 图2 61交叉条形基础节点类型 2020年4月1日星期三 1 内柱节点x向基础在Pix作用下i节点产生的沉降为同理可得y向基础在Piy作用下节点I的沉降为 2 边柱节点 2020年4月1日星期三 3 角柱节点2 10 4节点分配荷载的调整设调整前的地基平均反力为 2020年4月1日星期三 调整后地基平均反力为分配荷载增量为 2020年4月1日星期三 图2 62例2 7图 2020年4月1日星期三 于是 调整后节点荷载在x y两向的分配荷载分别为2 11筏板基础设计2 11 1构造要求 筏板基础的底面形状和尺寸应考虑使上部结构荷载的合力点接近基础底面的形心 梁板式筏基底板的板格应满足冲切承载力的要求 筏基础配筋要满足计算和构造要求 地下室底层柱 剪力墙与梁板式筏基的基础梁连接的构造要求 柱 墙的边缘至基础梁边缘的距离不应小于50mm 如图2 64所示 2020年4月1日星期三 图2 63筏基础角部配筋构造 2020年4月1日星期三 图2 64地下室底层柱或剪力墙与基础梁连接的构造要求 2020年4月1日星期三 2 11 2设计原则 1 地基承载力验算则基底反力可按式 2 124 计算 对于矩形筏板基础 基底反力可按下列偏心受压公式进行简化计算 图2 65 2020年4月1日星期三 图2 65矩形筏板基础 2020年4月1日星期三 表2 23地基土抗震承载力调整系数 s注 fak为地基土承载力的特征值 2 地基变形计算最终沉降 2020年4月1日星期三 当采用土的变形模量计算箱形和筏形基础的最终沉降量s时 可按式 2 135 计算沉降计算深度zn 2020年4月1日星期三 3 整体倾斜横向整体倾斜计算值 T 4 筏基抗冲切验算最大剪应力 max 2020年4月1日星期三 图2 66内柱冲切临界截面示意图图2 67刚性板条法 2020年4月1日星期三 2 11 3筏板基础的内力分析 1 倒楼盖法 2 刚性板条法以图2 67 a 中的ABCH板条为例 柱荷载总和为 基底的净平均值为 2020年4月1日星期三 柱荷载的修正系数为 修正的基底平均净反力可按式 2 145 计算 图2 68例2 8图 2020年4月1日星期三 2 12箱形基础设计箱形基础是由顶板 底板 外墙和内墙组成的空间整体结构 一般由钢筋混凝土建造 空间部分可结合建筑使用功能设计成地下室 是多层和高层建筑中广泛采用的一种基础形式 2 12 1构造要求 箱型基础的平面尺寸应根据地基强度 上部结构的布局和荷载分布等条件确定 偏心距e宜符合 2020年4月1日星期三 箱形基础的高度 底板底面到顶面的外包尺寸 应满足结构强度 结构刚度和使用要求 一般取建筑物高度1 8 1 12 也不宜小于箱形基础长度的1 8 开口系数 应符合下式要求 图2 71施工缝构造要求 2020年4月1日星期三 图2 72采用箱形基础时上部结构的嵌固部位 2020年4月1日星期三 非抗震设计抗震设计2 12 2箱基设计原则对于天然地基上的箱形基础 箱基设计包括地基承载力验算 地基变形计算 整体倾斜验算等 验算方法与筏形基础相同 2 12 3基底反力在大量实测资料整理统计的基础上 提出了高层建筑箱形基础底反力实用计算法 2020年4月1日星期三 2020年4月1日星期三 图2 73箱形基础基底反力实测分布曲线 2020年4月1日星期三 2020年4月1日星期三 2 12 4箱形基础的内力分析 1 上部结构为现浇剪力墙体系时 2 当上部结构为框架体系时 上部结构的总折算刚度 2020年4月1日星期三 图2 74公式 2 151 中符号示意 箱形基础的整体弯曲弯矩 2020年4月1日星期三 2 12 5基础强度计算 1 顶板与底板底板受冲切承载力按下式计算 当底板区格为矩形双向板时 底板受冲切所需的厚度h0按下式计算 底板斜截面受剪承载力应符合下式要求 2020年4月1日星期三 2 内墙与外墙箱形基础的内 外墙 除与剪力墙连接外 其墙身截面应按下式验算 3 洞口1 洞口过梁正截面抗弯承载力计算上梁下梁 2020年4月1日星期三 2 洞口过梁截面抗剪强度验算其中 2020年4月1日星期三 3 洞口加强钢筋图2 77洞口上下过梁的有效截面积 2020年4月1日星期三 图2 78例题2 9图 2020年4月1日星期三 图2 79工程地质剖面 2020年4月1日星期三 图2 80荷载计算结果 2020年4月1日星期三 表2 30基础沉降计算 2020年4月1日星期三 图2 81基础横向倾斜计算简图 2020年4月1日星期三 图2 82基底反力 2020年4月1日星期三 图2 83整体弯曲计算简图 2020年4月1日星期三 图2 84箱基横截面惯性矩计算简图图2 85局部弯曲计算简图 2020年4月1日星期三 图2 86底板抗剪强度验算 2020年4月1日星期三 2 13浅基础施工要点本节简要介绍浅基础施工中的主要问题 包括基坑开挖 放坡及支挡 坑内排水与降低地下水位 基础结构制作等 2 13 1基坑开挖1 准备工作2 土方开挖3 验槽4 异常情况的处理 松软土的处理 局部软硬 高差的处理 2020年4月1日星期三 表2 31一般常用土方机械的特性及适用范围 2020年4月1日星期三 空穴处理 流砂处理 橡皮土的处理5 地面排水6 基坑开挖的安全措施2 13 2基坑边坡 1 竖直开挖坑壁的条件粘性土由于具有内聚力 可以保持一定高度的竖直坑壁 其高度可按式 2 170 计算 2020年4月1日星期三 2 基坑边坡的坡度 3 坑壁支护根据支撑的材料可以分为钢 木 支撑 钢 木 板桩 钢筋混凝土护坡桩和地下连续墙 2020年4月1日星期三 2 13 3坑内排水的一般规定浅基坑或排水量不大的基坑可在基坑底做成一定的坡度 并按需要在基坑边设置排水沟 在四角或每隔30 40m设置一个直径为70 80cm的集水井 2 13 4人工降低地下水位人工降低地下水位常用井点降水的方法 2 13 5钢筋混凝土基础的制作 1 柱基础浇筑 2 条形基础浇筑 3 大体积混凝土浇筑1 大体积混凝土基础的整体性要求2 大体积混凝土基础的浇筑方案 分为全面分层 分段分层和斜面分层3种 2020年4月1日星期三 3 浇筑大体积混凝土的防裂措施4 节省混凝土的措施2 14减轻地基不均匀沉降的措施2 14 1建筑措施 1 建筑物体型力求简单建筑物体型是指其平面形状与立面轮廓 2 控制建筑物长高比及合理布置纵横墙长高比大的建筑物整体刚度小 纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂 图2 88 3 设置沉降缝根据经验 沉降缝的位置通常选择在下列部位上 2020年4月1日星期三 平面形状复杂的建筑物的转折部位 建筑物的高度或荷载突变处 图2 89基础沉降缝构造 2020年4月1日星期三 长高比较大的建筑物适当部位 地基土压缩性显著变化处 建筑结构 包括基础 类型不同处 分期建造房屋的交界处 4 控制相邻建筑物基础的间距 2020年4月1日星期三 5 调整建筑物的局部标高2 14 2结构措施 1 减轻建筑物自重 2 设置圈梁 3 减小或调整基底附加压力 4 增强上部结构刚度或采用非敏感性结构2 14 3施工措施施工顺序预压沉降期 2020年4月1日星期三 本章小结 地基基础与上部结构的相互作用的概念柱下钢筋混凝土条形基础设计构造要求简化计算方法弹性地基梁法 了解 十字交叉条形基础设计构造要求节点荷载的分配节点荷载的简化计算伐板基础设计 了解 简化计算方法 倒楼盖法 刚性板条法箱形基础设计 了解 浅基础施工基坑的开挖 放坡及支挡坑内排水与降低地下水位基础结构制作减轻地基不均匀沉降的措施建筑措施结构措施施工措施 作业 阅读教材及参考书 预习下一讲内容桩基础