1第二章浅基础设计1.ppt

第二章 天然地基上的 浅基础设计,2.1 概述,2.2 浅基础类型,2.3 基础埋置深度的选择,2.4 地基承载力的确定,2.5 基础底面尺寸的确定,2.8 墙下钢筋混凝土条形基础设计,2.9 减轻建筑物不均匀沉降的措施,2.6 地基特征变形验算和基础底面尺寸调整,2.7 地基与基础设计的基本规定,2.1 概 述,地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、平面布置和上部结构类型，充分考虑建筑场地和地基岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面要求，合理选择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建筑物的安全和正常使用。,一、选择地基基础类型，主要考虑两方面因素： 1、建筑物的性质；2、地基的地质情况。,二、天然地基上的浅基础：,做在天然地基上，埋置深度小于5米的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5米，但小于基础宽度的大尺寸基础（如箱形基础），在计算中基础的侧面摩擦力不必考虑，统称为天然地基上的浅基础。,地基基础设计的基本原则 1.防止地基土发生剪切破坏和丧失稳定性，应具有足够的安全度； 2.控制地基的变形量，使之不超过建筑物的地基特征变形允许值； 3.基础本身应具有足够的强度、刚度和耐久性。 三、地基基础方案 1.天然地基上的浅基础； 2.人工地基上的浅基础； 3.天然地基上的深基础、桩基础。,2.1 概 述,2.1 概 述,人工地基：加固上部土层，提高土层的承载力，再把基础做在这种经过人工加固后的土层上。这种地基叫做人工地基。,桩基础：在地基中打桩，把建筑物支撑在桩台上，建筑物的荷载由桩传到地基深处较为坚实的土层。这种基础叫做桩基础。,深基础：把基础做在地基深处承载力较高的土层上。埋置深度大于5m或大于基础宽度。在计算基础时应该考虑基础侧壁摩擦力的影响。这类基础叫做深基础。,四、常规设计： 常用浅基础体型不大、结构简单，在计算单个基础时，一般既不遵循上部结构与基础的变形协调条件，也不考虑地基与基础的相互作用。这种简化法也经常用于其它复杂基础的初步设计，称为常规设计。,五、浅基础设计内容及步骤 1.了解拟建场地工程地质条件的基础上，合理选择基础类型、平面布置及埋深； 2.按地基承载力确定基础底面尺寸； 3.进行必要的地基稳定性和变形验算； 4.基础结构的内力分析和截面设计，并绘制施工图。,2.1 概 述,六. 地基、基础与上部结构相互作用的概念,(一)、基本概念 常规设计法是把上部结构、基础与地基三者作为彼此离散的独立结构单元进行力学分析（如图6-1）。 不难看出常规设计法有不合理之处，因为地基、,基础和上部结构沿接触面分离后，虽然满足静力平衡 但却完全忽略了三者之间受荷前后的变形连续性。,其实，地基、基础和上部结构三者是相互联系成整体来承担荷载而发生变形的。这时，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用，从而使整个体系的内力（包括柱脚和基底的反力）和变形（包括基础沉降）发生变化。显然，当地基软弱、结构物对不均匀沉降敏感时，上述常规分析结果与实际情况的差别就愈大。 由此可见，合理的分析方法，原则上应该以地基、基础、上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前提。只有这样，才能揭示它们在外荷作作用下相互制约、彼此影响的内在联系，从而达到安全、经济的设计目的。,六. 地基、基础与上部结构相互作用的概念,(二)、地基和基础的相互作用 （1）基础刚度对基底压力的影响 1.柔性基础 柔性基础的抗弯刚度很小。它好比放在地上的柔软薄膜，可以随着地基的变形而任意弯曲。基础上任意一点的荷载传递到基底时不可能向旁边扩散分布，象直接作用在地基上一样。基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致，均布荷载下柔性基础的基底沉降是中部大、边沿小。,六. 地基、基础与上部结构相互作用的概念,6-3,2.刚性基础,刚性基础具有非常大的抗弯刚度，受荷后基础不挠曲，因此，原来是平面的基底，沉降后仍然保持平面（如图6-3）。此处把刚性基础能跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中地传至基底边缘的现象叫做基础的“架越作用”。,六. 地基、基础与上部结构相互作用的概念,六. 地基、基础与上部结构相互作用的概念,六. 地基、基础与上部结构相互作用的概念,2.不均匀地基上荷载分布不同的影响,六. 地基、基础与上部结构相互作用的概念,(三)、上部结构刚度的影响 上部结构刚度：整个上部结构对基础不均匀沉降或挠曲的抵抗能力，或称整体刚度。,（1）柔性结构 如排架结构等，由于屋架铰接于柱顶，整个承重体系对基础的不均匀沉降有很大的顺从性，故基础的沉降差不会引起主体结构的附加应力，传给基础的柱荷载也不因此而有所变动。结构与地基变形之间并不存在彼此制约、相互作用的关系。这类结构最适合按常规方法设计。,六. 地基、基础与上部结构相互作用的概念,（2）敏感性结构 最常见的砖石砌体承重结构和钢筋混凝土框架结构，对基础不均匀沉降的反应都很灵敏，故称之为敏感性结构。此类结构应考虑相互作用的影响。 （3）刚性结构 烟囱、水塔、高炉、筒仓这类的高耸结构物之下整体配置的独立基础与上部结构浑然一体，使整个体系具有很大的刚度，当地基不均匀时，基础转动倾斜，但几乎不会发生相对挠曲。这类结构也可采用常规设计。,六. 地基、基础与上部结构相互作用的概念,2.2 浅基础的类型,2.2 浅基础的类型,优点：施工简便，造价便宜，可节约水泥、砖石材料。 缺点：在水中硬化慢，早期强度低，抗水性差，抗冻性差。一般只用于冰冻线以下，地下水位以上。,4、灰浆碎砖三合土基础。 石灰、砂、骨料体积比为1：2：41：3：6。,5、混凝土和毛石混凝土基础。,6、钢筋混凝土基础。,二、按构造类型分：,1、条形基础：长度远大于宽度的基础。,2、独立基础。,3、联合基础： 4. 柱下条形基础，柱下十字交叉条形基础，筏板基础，箱形基础。,2.2 浅基础的类型,扩展基础：配筋或不配筋的墙下条形基础和单独柱基础。,（一）无筋扩展基础（刚性基础） 1、材料：砖、毛石、灰土或三合土。 2、构造要求（保证抗拉、剪强度）：,2.2 浅基础的类型,（二）钢筋混凝土扩展基础 1、特点：抗弯、剪性能好。 2、形式：墙下和柱下钢筋混凝土扩展基础。,2.2 浅基础的类型,联合基础 1、型式,2.2 浅基础的类型,2.2 浅基础的类型,三、按受力性能分：,1、刚性基础：,指受压极限强度较大，而受弯、受拉极限强度较小的材料所建造的基础。,2、柔性基础：,指钢筋混凝土基础。利用其抗弯、抗拉性能。不受台阶宽高比限制，可宽基浅埋。,3、内力计算 （1）按直线分布假定计算基底静反力 （2）按混凝土规范对基础高度和变阶处进行受冲切和受剪切承载力验算； （3）锥形基础的边缘高度不小于200mm，阶梯形基础的阶高宜为300500mm； （4）确定底板受力钢筋时，任意截面的弯矩计算：,2.3 基础埋置深度的选择,一、概念：,1、基础埋置深度： 是指基础底面至地面（一般指设计地面）的距离。,2、基础埋深选择的意义：,影响：建筑物的安全和正常使用；基础施工技术措施；施工工期；工程造价。 安全方面：对高层稳定、滑移的影响；地基强度、变形的影响；基础由于冻胀或水影响下的耐久性。,3、基础埋深选择的原则：,在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。除基岩外，一般不宜小于0.5米。另外，基础顶面应底于设计外地面100mm以上，以避免基础外露。,2.3 基础埋置深度的选择,二、影响基础埋深的因素：,1、建筑物类型及基础构造：,A、类型主要指高层与非高层之分。 B、基础构造，针对基础类别、用途等。,2、基础上荷载大小及性质：,A、荷载大小与地基承载力间的关系导致持力层选择发生变化。 B、建筑物类型不同，其所受荷载性质发生变化，从而对基础埋深产生影响。eg,高层建筑：水平力作用；输电塔：上拔力作用；砖窑：高温作用；冷库：低温作用；受动力荷载基础：对持力层土要求，不宜为饱和疏松的粉细砂（振动液化）。,2.3 基础埋置深度的选择,3、工程地质条件 A、工程地质条件不同，基础的埋深有较大差别，要合理选择持力层以保证建筑物的安全和经济性。 B、土层不均匀时可分段采用不同埋深。对建于边坡上的基础（如上图），其埋深应满足下式：,X取3.5m（条形基础)或2.5m（距形或圆形基础）,4、水文地质条件 1、尽量将基础置于地下水位以上。 2、防止流砂； 3、防止地基因挖土 减压而隆起开裂； 应控制承压含水层顶面的有效应力大于0。,2.3 基础埋置深度的选择,5、地基土冻胀和融陷条件 对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深应由下式确定：,标准冻深； 采暖对冻深的影响系数 基底下允许残留冻土层的厚度。,2.3 基础埋置深度的选择,z,(GB50007-2002）,(GBJ7-89）,设计冻深； 基底下允许残留冻土层的最大厚度。,2.3 基础埋置深度的选择,6、场地环境条件 最小埋深不小于0.5米，且不超过相邻建筑基础的底面，否则，与相邻基础的净距应大于该相邻基础底面高差的12倍。,经验公式:,相邻建筑物基础埋深的影响,2.4 地基承载力的确定,1、地基承载力：,地基在保证其稳定的前提下，满足建筑物各类变形要求时的承载能力。,2、地基承载力的确定方法： a、根据规范表格确定；b、按静载荷试验方法确定； c、根据土的强度理论计算确定； d、根据相邻条件相似的建筑物经验确定。,2.4 地基承载力的确定,2.4 地基承载力的确定,二、按地基载荷试验确定 承载力实测值：,对低压缩性土：,或,（当,对高压缩性土：,承载力标准值： 对同一层土，选取三个以上的试验点，如所得的实测值的极差不超过平均值的30%，则取平均值作为地基承载力特征值 。,2.4 地基承载力的确定,(0.02),(1.5),三、按规范承载力表确定（已取消） 1、查表（6-3）（6-13）得到 或,2、如按土的物理、力学性质指标确定的基本值，应按下式折算为标准值：,回归修正系数。,承载力特征值的修正：,2.4 地基承载力的确定,2.4 地基承载力的确定,2.5 基础底面尺寸的确定,一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸 设计时，先选定埋深d并初步选择基底尺寸，求得持力层承载力设计值fa ，在按下列条件验算并调整尺寸直至满足设计要求。,Pk fa,1、对于中心受压基础：,Pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值。,fa修正后的地基承载力特征值。,2.5 基础底面尺寸的确定,d,fa,Fk,A,G,g,-,d,fa,Fk,b,G,g,-,（矩形）,（条形）,Fk相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值。,Gk基础自重和基础上的土重。,A,Gk,Fk,pk,+,=,A基础底面面积。,注意： d为基础平均埋深。,算法：涉及到fa的宽度修正。,1、先假定B3m，不做宽度修正。,2、如果B3m，则再考虑宽度修正。,2、对于偏心受压基础：,同时满足：,2.5 基础底面尺寸的确定,Pk fa,Mk相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值。,由上式得：,即：,2.5 基础底面尺寸的确定,折减系数（0.61）；,算法：,1、按中心受压计算，求出A0。,2、令A=（1.11.4）A0。,3、验证Pkmax1.2fa,或：,1、令,2、验证Pkmax1.2fa ，,求出A0。,若不满足，适当调整，再验算，直到适合为止。,2.5 基础底面尺寸的确定,【解】地基承载力设计值,先按轴心受压基础估算面积,二 地基软弱下卧层承载力验算,2.5 基础底面尺寸的确定,条形基础：,独立基础：,例题 一轴心受压基础,上部结构传来轴向力设计值N=780kN,地质资料如图所示，试设计基底面积及验算下卧层。,【解】 地基承载力特征值,基底面积,取,可以,基底附加压力:,查表7-18，,下卧层顶面处的附加压力标准设计值,下卧层顶面处土的自重压力标准值,下卧层顶面以上土的加权平均重度,下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值为,验算：,下卧层强度也满足要求.,2.5 基础底面尺寸的确定,作业： 某砖混房屋外纵墙，中心受压，室内外高差0.3m，作用在室内地平处的竖向荷载值为Fk=120kN/m,由天然地面起算的基础埋深为0.7m，采用灰土基础， Mu10砖，M7.5水泥砂浆，地基承载力特征值fa=110kpa,b=0.3, d=1.6。试确定基础宽度，并进行剖面设计。,2.5 基础底面尺寸的确定,2.5 基础底面尺寸的确定,2.5 基础底面尺寸的确定,2.5 基础底面尺寸的确定,2.5 基础底面尺寸的确定,2.5 基础底面尺寸的确定,2.6 地基特征变形验算和基础底面尺寸调整,一、地基特征变形验算 （一）地基变形特征 1、沉降量：基础某点的沉降值； 2、沉降差：基础两点或相邻柱基中点的沉降量之差； 3、倾斜：基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值； 4、局部倾斜：砌体结构沿纵向610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。,（二）地基变形的控制,1、砖混结构：应控制局部倾斜值小于0.0020.003； 2、排架结构：应控制柱基的沉降量和沉降差； 3、框架结构：应控制相邻柱基的沉降差； 4、多高层建筑：应控制倾斜值； 5、高耸结构物：应控制倾斜和沉降量；,2.6 地基特征变形验算和基础底面尺寸调整,（三）地基变形验算范围 凡属下列情况之一者，尚需验算地基特征变形是否超过允许值： （1）安全等级为一级的建筑物； （2）表3.0.2所列范围以外的二级建筑物； （3）表3.0.2所列范围以内有下列情况的二级建筑物： 1）地基承载力标准值小于130，且体型复杂的建筑； 2）附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大； 3）软弱地基上的相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； 4）地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时；,2.6 地基特征变形验算和基础底面尺寸调整,2.6 地基特征变形验算和基础底面尺寸调整,2.6 地基特征变形验算和基础底面尺寸调整,2.6 地基特征变形验算和基础底面尺寸调整,表示k基础承受单位荷载 时，在j基础中心引起的沉降。,沉降量表达式：,j,k,设k基础的沉降较大，K、j两基础的沉降差为：,2.6 地基特征变形验算和基础底面尺寸调整,2.6 地基特征变形验算和基础底面尺寸调整,2.6 地基特征变形验算和基础底面尺寸调整,对地基与基础设计的要求： 1、基础设计应进行基础强度计算，以保证基础在足够的强度、刚度和耐久性。 2、各级建筑物的地基均应进行地基承载力计算，Pfa。 3、下列建筑物的地基还应进行地基变形计算； 1）一级建筑物； 2)表7-3范围以外的二级建筑物。 4、对经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构，以及建造在斜坡上的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性。,2.7 地基与基础设计的基本规定,地基与基础设计时，应使变形不超过房屋和构筑物的容许允许值。SS,计算地基变形时，传到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，不计入风荷载和地震作用。相应的限值为地基变形允许值。,在工业与民用建筑工程中，地基的强度问题一般不大，常常以变形作为控制条件。而对受有很大水平荷载或建在斜坡上的建筑物（构筑物）；地基稳定将成为主要问题。要求具有足够的抗倾覆及抗滑的能力。,2.8 墙下钢筋混凝土条形基础设计,一、构造要求：,二、底板厚度和配筋计算：,（一）中心受压：,1、底板厚度：按混凝土受剪承载力确定。 V0.07fch0 ,即h0v/0.07fc 或 V0.7fth0即h0v/0.7f,2、底板配筋： As=M/(0.9fyh0 ),ft混凝土轴心抗拉强度设计值。,2.8墙下钢筋混凝土条形基础设计,（一）偏心受压：,净反力偏心距：,en0=M/F （b/6）,Pnmax=F/b×(1+6en0/b),Pnmin=F/b×(1-6en0/b),Pnmin=F/b×(1-6en0/b),支座1-1处：,Pn1= Pnmin+(b+a)/2b ×(Pnmax- Pnmin),求解M，V时，可令Pn=0.5(Pnmax+Pn1 ),2.9 减轻建筑物不均匀沉降的措施,一、不均匀沉降的危害 1、墙体裂缝； 2、梁板拉裂； 3、构配件损坏； 4、影响正常使用。 二、防止的方法 1、采用筏基或箱基； 2、采用深基础； 3、地基处理； 4、在建筑、结构和施工方面采取措施。,前三种方法造价较高，同时需要具备一定的施工条件。如能在建筑、结构和施工方面采取一些措施，可减少对地基的处理，收到经济、技术效果。 三、建筑措施 （一）建筑物的体型应力求简单； （二）控制长高比及合理布置墙体； （三）设置沉降缝； （四）控制相邻建筑物之间的距离； （五）调整某些设计标高。,2.9 减轻建筑物不均匀沉降的措施,四、结构措施 （一）减轻建筑物的自重； （二）增强建筑物的整体刚度和强度。 （三）减小或调整基底附加压力； （四）采用非敏感性结构（上部结构采用静定结构） 五、施工措施 在开挖基坑时，避免扰动基底土的结构；在施工顺序上，应先重后轻、先高后低；施工时需特别注意，减少基础开挖时，由于井点降水、施工堆载等可能对相邻建筑物造成的附加沉降。,2.9 减轻建筑物不均匀沉降的措施,