工程地质与地基基础（蔡燕燕）第7章 天然地基上的浅基础设计.ppt

第7章 天然地基上浅基础设计,Carl Terzaghi,7.1 概述,前面几章为土力学问题，7、8章为基础问题，9章是关于地基处理的。地基基础设计必须结合工程地质条件、建筑材料及施工技术等因素，将上部结构、地基、基础综合考虑，使基础工程安全可靠、经济合理、技术先进、施工方便。目前，大多数基础型式从施工的角度并不存在太大的困难，关键在于安全可靠和经济合理。 本章主要介绍根据基础的受力特性及构造特点划分的浅基础的类型、浅基础的设计计算、浅基础的设计方法及减小地基不均匀沉降危害的主要措施 掌握浅基础设计计算方法； 了解减小地基沉降危害的主要措施。,地基基础设计的原则 安全可靠 经济合理 技术先进 便于施工 地基基础设计的一般要求 基础要有足够的强度、刚度和耐久性 地基要有足够的承载力、不产生过大变形和足够的稳定性 a.承载力： b.变形： c.稳定性：,地基基础设计考虑的主要因素 (1) 建筑基础所用的材料及基础的结构型式； (2) 基础的埋置深度； (3) 地基土的承载力； (4)基础的形状和布置，以及与相邻基础、地下构筑物和地下管道的关系； (5) 上部结构类型、使用要求及对不均匀沉降的敏感性； (6) 施工期限、施工方法及所需的施工设备等。,下卧层,地基与基础,持力层（受力层）,天然地基：地基范围内的土层都是好土层（一般fa150kpa），基础直接埋置在未经加固的天然地层之上。,好土层,人工地基： 若天然的地基很弱，不能满足上部结构荷载的要求，则地基要事先经过人工加固后再修建基础。这样的地基称为人工地基。,深基础： 基础的埋置深度超过5米，要采用特殊的方法、装备施工，或者基础的埋置深度大于基础的宽度，在设计中必须考虑基坑侧壁摩擦力的影响。这样的基础称之为深基础。如桩基、沉井。,浅基础: (1)埋深小于5m的柱基或墙基； (2)埋深小于基础宽度的筏基、箱基； (3)不考虑侧面摩擦力。用一般方法、工艺施工。,桩基础和深基础 新加坡发展银行,四墩, 每墩直径7.3m 将荷载传递到下部好土层,承载力高,大直径钻孔桩,风化砂岩及粉砂岩,部分风化及不风化泥岩,方案组合,原则：造价低 易施工 安全合理 技术先进,基础类型,地基基础类型,浅基础设计步骤,No,结构、地质和环境资料,基础结构类型与布置方案,确定地基承载力特征值及修正值,变形和稳定验算,基础设计图、施工图、预算书,确定持力层、基础埋深,基础的结构和构造设计,根据天然地基上浅基础的受力特点和构造特点可将浅基础分为两大类：,浅基础分类,7.2浅基础的类型,刚性基础:通常由砖、块石、毛石、 素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基础。 设计要求：发生在基础内的拉应力和剪应力不超过其材料强度设计值，可通过限制基础外伸宽度与基础高度的比值来实现。在宽高比的限制下，基础相对高度一般较大，几乎不会发生弯曲变形，此类基础习惯上称之为刚性基础。 应用范围：刚性基础可用于六层和六层以下（三合土基础不宜超过四层 ）,柔性基础:即钢筋混凝土基础。 特点：具有较好的抗剪能力和抗弯能力。 设计要求：采用扩大基础底面积的方法来满足地基承载力的要求，但不必增加基础的埋深；选择合适的基础材料、高度与配筋来满足基础抗剪和抗弯要求。 种类：独立基础、条形基础、筏板基础、箱形基础和壳体基础等。,浅基础分类,1.无筋扩展基础结构分析 材料共同特点 ： 具有较好的抗压性能 抗拉、抗弯、抗剪强度很低 受力与破坏：倒置短悬臂梁弯拉破坏（见图） 强度保证：限制基础台阶宽高比， 增大刚度。 设计要求：基础台阶宽高比小于允许宽高比。,无筋扩展基础的 受力示意图,允许宽高比： b2 / H0=tan,如图，基础高度：,刚性角，与材料和荷载有关，,无筋扩展基础结构分析,宽高比,浅基础分类,刚性基础台阶宽高比允许值：,2 柔性基础的结构形式分类,1) 钢筋混凝土独立基础: 柱下或墙下,土质较好,柱下独立基础最经济，适用于荷载不大，场地均匀的地基土。,独立基础的 主要受力层深度 1.5b,浅基础分类,浅基础分类,2) 钢筋混凝土条型基础,墙下或柱下条形基础, 条型基础是墙基础的主要形式,Strip foundation,条形基础的 主要受力层深度 3.0b,浅基础分类,柱下:土质更较差,浅基础分类,3）十字交叉钢筋混凝土条形基础（双向条形基础）,柱下:土质更差,或荷载很大,四面基础相连,浅基础分类,Cross Strip footing,4) 筏板基础,土质更差,单独基础联成整体,游泳馆,筏下有肋,板下处理,浅基础分类,筏板基础 (a)、(b)平板式；(c)、(d)梁板式,浅基础分类,浅基础分类,5) 箱形基础,有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好,浅基础分类,在实际情况下，一般遵循刚性基础柱下独立基础、墙下条形基础交叉条形基础筏板基础箱形基础的顺序来选择基础形式。当然，在选择过程中应尽量做到经济、合理。只有在上述情况下不行时，才考虑运用桩基等深基础的形式，以避免过多的浪费。 总之，究竟采用何种形式的浅基础，应根据建筑物的工程地质条件、技术经济和施工条件等因素加以综合确定。,浅基础分类,浅基础分类,3 基础材料 1）砖基础：低层建筑墙下基础。砌筑方便，强度低抗冻性差。 2）毛石基础：毛石指未经加工凿平的石材，毛石基础应采用未经风化的硬质岩石砌筑而成 。 要求： 材料：MU20毛石；M5砂浆 台阶高度和基础墙：400mm 台阶宽度：200mm。 错缝搭砌，缝内砂浆应饱满 特点：砌筑较方便，抗冻性好，适于6层及以下墙承重结构。 3）混凝土和毛石混凝土基础 特点：强度、耐久性、抗冻性都较好，适用于荷载较大或位于地下水位以下的基础。掺入毛石要求：占体积30%，尺寸300mm ，应冲洗干净 。材料一般取15。 4）灰土基础 灰土是用石灰和粘性土混合配制而成。 灰土基础的厚度不小于300mm，条形基础宽度不小于600mm，独立砖基础不小于700mm 5）三合土基础 三合土是由石灰、砂和骨料（碎石、碎砖或矿渣等）按体积比1：2：4或1：3：6配合比，加入适量的水配置而成,7.3基础的埋置深度,基础埋置深度（埋深）：是指基础底面到天然地面的垂直距离。 持力层：直接支承基础的土层。 下卧层：持力层下的各土层称为下卧层。选择基础的埋深实际上也就是选择合适的地基持力层。,基础埋置深度确定,基础埋深确定的基本原则： 在满足承载力的条件下尽量浅埋，省工、省时、省料，但是有下基本要求： 1. d大于50cm，不受表土扰动，植物，冻融，冲蚀的影响 2 . 基础顶距离表土大于10cm，保护基础 还应考虑下列影响因素： 建筑物的用途以及基础的型式和构造； 作用在地基上的荷载大小和性质 ； 工程地质和水文地质条件； 相邻建筑物的基础埋深 ； 地基土冻胀和融陷的影响 。,地基土层组成类型,好,软,(A),(B),A:考虑荷载情况，按最小埋深要求确定；,B:考虑人工地基，按最小埋深要求确定；,(C),C:地基土分为两层，上硬下软:,硬土层厚度满足要求时，尽量浅埋；,硬土层厚度很薄时（ 1/4b)， 按B情况考虑；,硬土层厚度较薄时，可提高室外设计地面。,好,软,工程地质和水文地质条件,D: 地基土分为两层，上软下硬:,软土2m,埋于好土上；,软土25m,轻型可浅埋软土上，荷载较大埋于好土层；,软土5m,轻型可浅埋软土上，荷载较大可采用人工地基 浅埋，荷载大应埋于好土层，或选其它基础方案。,(D),(E),地基土层组成类型,E: 地基土由若干软硬交替土层组成，根据减少沉降与工程量原则，按上述方法确定。,好,软,工程地质和水文地质条件,建筑物用途及基础构造,地下室、设施及设备基础,无筋扩展基础构造要求,基础深埋,作用在地基上的荷载大小与性质,水文地质条件,相邻建筑物影响,L(12)H,H,原基础,新基础埋深相邻的,否则：L(12)H,否则：分段施工；加固。,新基础,地基土冻胀和融陷的影响,按冻胀要求确定基础最小埋深,式中,dmin,zd,hmax,zd设计冻深,hmax允许最大残留冻深,Z0 标准冻深（观测平均值）,h、z实测冻土厚度与地表冻胀量,冻深影响系数（土类、冻胀性、环境）,7.4.1 基本规定 1.地基基础设计等级 建筑地基基础设计规范(GB500072011)根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计等级分为甲、乙、丙三个设计等级。,7.4 地基计算,2.地基基础设计和计算应满足的三项基本原则（地基的强度和变形、基础） （1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定 （2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计 （3）建筑地基基础设计规范(GB500072011)P7页表302所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，但果如有下列情况之一时，仍应做变形验算： 1)地基承载力特征值小于130kPa，且体形复杂的建筑； 2)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时； 3)软弱地基上的建筑存在偏心荷载时； 4) 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； 5）地基内有厚度较大或厚薄不均匀的填土，其自重固结未完成时。,3、荷载取值（关于荷载效应最不利组合与相应的抗力限值） （1） 按地基承载力确定基础底面积及埋置深度时，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值 （2） 设计地基变形时，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，不应计入风荷载和地震作用。相应限值应为地基变形允许值 （3） 计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0 （4） 在确定基础高度，配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基地反力，应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数,7.4.2 承载力计算,偏心荷载作用时：,基础底面的承载力，应符合下列要求：,轴心荷载作用时： pkfa 式中 pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面的平均压应力值，kPa； fa修正后的地基承载力特征值。,式中 相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘处的最大、最小的压应力值，kPa。,基础底面压力计算 轴心荷载作用时：,式中 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； Gk基础自重和基础上的土重，Gk=GAd； G基础及回填土的平均重度，G=20kN/m3，地下水位以下扣除浮力10kN/m3； A基础底面积。,偏心荷载作用时：,Mk相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值； W基础底面的抵抗矩，W=bl2/6。,偏心荷载（eb/6）下基底压力计算示意图 b力矩作用方向基础底面边长,当偏心距eb/6时(如图)，pkmax应按下式计算： 式中l垂直于力矩作用方向的 基础底面边长； a合力作用点至基础底面 最大压力边缘的距离。,7.4.3 地基承载力特征值fak,地基承载力特征值含义： 发挥正常使用功能时所允许采用的抗力设计值，因此,地基承载力特征值实质上是地基容许承载力。 地基承载力特征值可由荷载试验或其他原位测试、公式计算并结合工程实践经验定。 确定方法： 1、按静荷载试验方法确定； 2、根据土的强度指标计算； 3、当地经验法； 4、根据规范表格确定。,一、现场载荷试验确定承载力特征值fak,地基承载力计算,一、现场载荷试验ps曲线确定fak,地基承载力计算,（1）当ps曲线上有明显的 比例界限时，取该比例界限 所对应的荷载值； （2）当极限荷载小于对应比 例界限的荷载值的2倍时，取 极限荷载值的一半； (3) 不能按上述两款要求确定时，当压板面积为0.250.5m2，可取s/b=0.010.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。 优缺点: 应力影响深度有限,只为（12）b，只能反映持力层的承载力,间接原位测试的方法,平板载荷试验是直接测定地基承载力的原位测试方法，而其他的原位测试方法，如静力触探、动力触探、标准贯入试验等不能直接测定地基承载力，但是可以将其结果与各地区的载荷实验结果相比较，积累一定数量的数据，间接地确定地基承载力。这种方法在中国已有丰富经验，在工程建设中应用较广泛。但是当地基基础设计等级为甲级和乙级时，应结合室内实验成果综合分析，不宜单独使用。,二、根据土的强度理论计算确定,fa = Mbb + Md md + Mcck fa :承载力特征值修正值 此公式的计算值与以前介绍的p1/4=NB /2+Nq d+Ncc的计算值基本一样，形式变化而已 基础宽度b大于6m按6m计算，砂土小于3m按3m计算， 先初步估计b, b为基础短边,地基承载力计算,b,l,三、根据规范承载力表确定,89年的地基规范： 根据大量试验资料及建筑实践经验综合确定各种土的承载力，制订表格。设计者按土的物理、力学性质指标，依据表格确定地基承载力基本值。 02年的地基规范： 取消了74年和89年的地基承载力表，允许各地根据自己的情况，制定地方性的建筑地基规范，确定地基承载力表等参数。实际上，将全国统一的地基承载力表地域化。,四、地基承载力特征值的修正,(7.11) 修正后的地基承载力特征值； , 从原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值。,例71 某柱基础底面尺寸为3.0m× 4.8m，埋置深度为d=2.0m，场地上土层分布如图6-23所示，持力层地基承载力特征值fk=176kNm2，试确定持力层地基承载力特征值的修正值f 。,解 该持力层为e0.85及IL0.85的黏土层，查表7-10得b =0 .3， d=1.6,基底以上土的加权平均重力密度为：,例7-2 某建筑物为承受中心荷载的柱下独立基础，基础底面尺寸为3.0m×2.0m，埋深d=1.5m，地基土为粉土，土的物理力学性质指标： ， ， ，试确定持力层承载力特征值。,解 根据 查表得：,7.4.5 地基变形验算,1、地基特征变形： 沉降量 基础某点的沉降值 沉降差 相邻柱基中点的沉降量之差 倾斜 础倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比 局部倾斜 砌体承重结构沿纵向610米基础两点的 沉降差与其距离之比 2、地基特征变形的验算：视具体情况（见规范）， 验算地基特征变形 ，使 ss。 甲级和部分乙级建筑，在满足承载力要求外，还要验算沉降 大部分乙级建筑物查表确定承载力，无需验算沉降,地基变形验算,7.4.6 软弱下卧层强度验算,土层一般是成层的，其承载力随深度而增加，而外荷载引起的附加应力则随深度而衰减，因此，只要基底持力层承载力满足设计要求即可以了。但也有不少情况，持力层不厚，在持力层以下受力层范围内存在软弱土层(即软弱下卧层)，软弱下卧层的承载力比持力层小得多。只满足持力层承载力的要求是不够的，还须验算软弱下卧层的承载力。要求传递到软弱下卧层顶面的附加应力和土的自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力设计值，即:,faz-软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基 承载力特征值,pcz-软弱下卧层顶面处的自重应力标准值,pz-软弱下卧层顶面处的附加应力标准值,附加应力Pz的计算：按扩散角原理简化计算。 当持力层与软弱下卧土层的压缩模量比值Es1Es23，假设基底处的附加应力向下传递时按某一角度向外扩散,分布于较大面积上，根据基底与软弱下卧层顶面处扩散面积上的附加应力相等的条件，得,矩形基础： 条形基础：,式中 b条形和矩形基础底面宽度（m）； l一一矩形基础底面长度，（m）； m 基础埋深范围内土加权平均重度(地下水下取浮重度)，(kNm3); d基础埋深(从天然地面算起), （m）； z基础底面至软弱下卧层顶面的距离, （m）; 地表压力扩散角，见表711（p302）； Pk基底平均压力设计值，kPa。,7.5 基础尺寸设计,前两节介绍如何确定基底埋深和地基承载力，本节介绍如何根据承载力确定基底尺寸，以及地基强度和变形的验算，并确定基础的构造尺寸。 一、初步确定基底尺寸 （一）中心荷载作用下,荷载F+G G=AG d, G是基础加土的容重=20kN/m3 承载力特征值 fa (暂不做宽度修正),pk fa,基底面积 F+G Afa,地基强度要求 所以， （7.16） 1、方形基础 2、矩形基础 一般 3、条形基础 N 为长度方向1m范围内传至地面标高的荷载设计值，N单位为（kN/m），由式（7.16）求得的A即为b。 基底宽度b：,中心荷载作用下基础面积的确定步骤,1、先进行承载力深度修正确定fa 2、计算A0，确定b、l 3、重新计算fa 4、验算,以柱下独立基础为例 (1) 按中心荷载确定底面积A1,(2)考虑偏心 A=(1.11.4) A1 根据偏心大小 根据A初步确定b和l 按第3章内容计算Pkmax、Pkmin ， 基底应力应满足。,pk fa pmax1.2 fa,（二）偏心荷载作用下,【例】某柱下单独基础，荷载与地基情况如图示，试确定基础底面尺寸。,【解】 选择持力层，如图示。,求修正后的地基 承载力特征值： 假定b3m，则,初步估算基底面积 首先按轴心受压估算 A0,考虑偏心影响，将A0增大18%，则 A=1.18 A0 =1.18×4.8=5.6 (m2 )，,b=1.7m， l=3.4m。,取l/b=2.0得：,验算地基承载力,M=200+15×0.8=212 (kN·m),pkmax=232.4 kPa1.2fa=234.6 kPa,pk=(pkmax+ pkmin)/2=167.5 kPa fa=195.48 kPa,满足要求，故基底尺寸b=1.7m， l=3.4m合适。,软弱下卧层验算,下卧层地基承载力特征值修正,下卧层埋深：d+z=4.8m,下卧层顶面上土的加权平均重度：,pcz=mzdz=17.82×4.95 =88.2 (kPa),下卧层顶面处自重应力,下卧层顶面处的附加压力,确定压力扩散角,Es1 /Es2=10/2=5，z/b=2.060.5，则=25°,计算基底平均压力和土的自重压力,pk= (Fk +Gk)/A=(800+167.62)/(3.4×1.7)=167.4 (kPa),pcz1 = 1d =16 ×1.45=23.2 (kPa),验算下卧层承载力 pz + pcz =111.1kPafaz=161.6kPa 满足要求。,地基稳定性验算,验算对象,1) 承受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构物 2) 建在斜坡上或边坡附近的建(构)筑物。,验算内容,1) 整体滑动破坏 - 通常采用圆弧滑动面法 要求: K = MrMs 1.2,抗滑力矩,滑动力矩,验算内容,2) 斜坡上建(构)筑物 对稳定土坡(如图)上的基础 当b 3m，a 2.5m，且符合 要求:,对条形基础: 对矩形基础:,变形验算的选择,（1）与柔性结构有关的地基变形特征 通常柔性结构指排架结构，一般在低、中压缩性地基上不会产生沉降破坏，但在高压缩性地基上应注意下列变形特征： 砌体墙填充的边排柱（尤其是端部抗风柱）- 验算沉降差 单层排架柱基（尤其是多跨排架的中排柱基）验算沉降量 对有桥式吊车的厂房，应限制相邻柱基沉降差引起的吊车轨道面的倾斜，以防导致吊车滑行或卡轨。,（2）与敏感性结构有关的地基变形特征 所谓敏感性结构指对不均匀沉降敏感的框架结构和砌体承重结构。由于一般砌体的抗拉、抗剪强度较低，在地基不均匀变形影响下，易沿纵墙开裂破坏；而框架结构则主要是由于相邻柱基的不均匀沉降在上部结构中产生较大次应力，使强度超过安全储备而破坏。因此： 砌体承重结构- 验算局部倾斜 框架结构-验算相邻柱基的沉降差,（3）与刚性结构有关的地基变形特征 所谓刚性结构指高层建筑和高耸结构物。 高耸结构和长高比很小的高层建筑，地基变形的主要特征 是建筑物的整体倾斜； 对地基较均匀、且无相邻荷载影响的高耸结构，则注意控 制沉降量。 高耸及高层建筑容易产生倾斜的主要原因是地基不均匀及相邻建筑影响，此外这类结构受水平荷载大、重心高，容易重心偏移引起偏心力矩而影响倾覆稳定性，故倾斜允许值随高度增加而递减。,沉降观测与地基变形值的预估,沉降观测目的,通过对观测结果的分析 来验证计算方法；,可预测沉降发展的趋势 及时采取处理措施。,预估,施工期间,使用期间,变形值,便于预留 建筑物有关部 分间净空,预估地基 变形值,考虑,土的 压缩性,多层建筑在施工期间完成的沉降量,砂土- 80%以上,低压缩性土 5080%,中压缩性土 2050%,高压缩性土 520%,变形不满足时的措施,1) 适当调整基底尺寸(改变基底附加压力); 2) 适当调整基础埋深; 3) 改用其它基础型式; 4) 采用人工地基处理方案; 5) 从建筑结构及施工等方面采取措施以防止地 基不均匀沉降对上部结构造成的损害。,7.6 无筋扩展基础设计,刚性基础：指用抗压性能好而抗拉、抗剪性能较差的材料建造的基础。 要求：除保证地基承载力和变形满足要求，尚应保证基础本身材料不发生强度破坏。 方法：对于刚性基础，为保证基础不因受过大的冲切应力或剪应力而破坏，把基础的宽高比限制在一定的容许值内（表7.1，P283） 若不能满足宽高比，可调整高度或改用钢筋砼基础。,进行刚性基础设计时先选择合适的基础埋置深度d, 并按构造要求初步选定基础高度H，然后根据地基承载力要求初步确定基础宽度b，再按刚性角的要求进一步验算基础的宽度：,b b0+2h tg,基础高度的确定,单独无筋扩展基础 b b0+2h tg l l 0 +2h tg 满足d h+0.1m,确定h,=45o (1:1) 30o (1:2),7.7 扩展基础设计,一、适用范围：上部结构荷载较大，偏心荷载，承受弯矩，水平荷载的建筑物 二、 扩展基础的构造要求 1、一般要求 （1）基础边缘高度：锥形不小于200mm，台阶形为300500mm （2）基底垫层：100mm厚C10素混凝土垫层 （3）钢筋：10以上，间距100 200mm 混凝土保护层：不小于40mm （无垫层不小于70mm） （4）混凝土等级：不小于C20。 2、柱下独立基础 （1）伸出插筋和柱锚固 （2）插筋下端设置箍筋 3、墙下条形基础 （1）h300mm （2）分布筋8300mm （3）锥形边缘200mm，坡度不大于1：3。,三、扩展基础计算 设计内容： 选择基底埋深： 计算基础底面所需要的面积A，确定底面尺寸； 确定基础高度： 1）对于柱下扩展基础，验算柱与基础和基础变阶处得抗冲切能力； 2）对于墙下条形扩展基础，验算墙与基础和基础变阶处的抗剪切能力。 基础底板的弯矩计算，基础底板配筋； 施工图。 埋置深度和平面尺寸的确定方法刚性基础相同,（1）基础底板厚度,柱下钢筋混凝土单独基础的底板厚度（即基础高度） 主要由受冲切承载力计算决定。,对矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力；,受冲切承载力应按下列公式验算：,基础有效高度,（2）基础底板配筋,基础底板的配筋，应按受弯承载力确定。对于柱下单独内力 采用简化计算方法计算：,即将单独基础的底板视为嵌固在柱子边或基础变阶处（阶梯形基础）,2、偏心荷载作用：,对于偏心荷载，将公式中的Ps以 Ps,max 代替，偏安全。,0.7,0.7,4.45,2.39,7.30,2.39,1.957）,0.378m,378mm,378mm,418mm,7.31,7.41,7.8 & 7.9 柱下钢筋混凝土条形基础 由梁及其伸出的底板组成，如下图。,7.10 筏板基础,筏板基础，用钢筋混凝土做成的连续整片基础，俗称“满堂红”。 应用范围 筏板基础可减小基底压力并能比较有效地增强基础的整体性。 筏板基础在构造上好像例置的钢筋混凝土楼盖，并可分为平板式 图79(a)和梁板式因7.9b)二种。 构造要求,7.11 箱型基础简介,有较大的刚度和整体性， 820层常采用 构造要求 1) 箱基高h=(1/81/12)H 震区不宜小于1/10H 且不宜小于箱长1/8及3.0m 2) 布置: 平面简单对称、平面形心宜与竖向荷载 重心重合（偏心距不宜大于0.1W/A 其中W基底抵抗矩、 A基底面积）， 同一单元内不应局部采用箱基（否则会产生 不均匀沉降）。底板厚不宜小于300mm， 顶板厚不宜小于150mm；外墙厚不宜小于 250mm（挡土、防渗），内墙厚不宜小于200mm。 地基计算（承载力、变形） P、Pmax、Pmin按浅基础的方法计算，但应扣除浮力的作用（地下水位下） 中心荷载下 偏心荷载作用下 第三式若不满足可调整上部结构布置，以改变M,7.12 地基基础与上部结构共同工作的概念,1基本概念 工程中把上部结构、基础与地基作为离散的独立结构进行力学分析。 事实上地基、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，三者都按各自的刚度对变形产生相互制约，从而使整个体系的内力(包括柱脚和基底反力)和变形(包括地基变形)发生变化。 合理的力学分析方法 地基、基础和上部结构之间满足静力平衡和变形协调两个条件。 按三者共同作用的原则进行整体的相互作用分析。 故需要：能反映结构影响的分析理论；便于计算的有效方法；反映土变形特征的地基计算模型及参数。 直至20世纪60年代后期，随电算技术的发展及土应力应变本构关系的深入探讨，相互作用的研究才得以开展并受到重视。,现状 基于相互作用的分析还处于研究阶段，刚性基础、扩展基础仍采用常规简化法设计，弹性地基梁板的分析理论(文克勒模型等)仅考虑地基与基础的相互影响，还未涉及上部结构刚度的影响。 尽管如此，掌握地基、基础和上部结构相互作用的基本概念将有助于了解各类基础的性能、正确选择地基基础方案、评价地基基础常规设计与实际之间的可能差异、理解影响地基特征变形容许值的因素和采取防止不均匀沉降损害的措施等有关问题，因而，在设计实践中，设计者可以运用基于相互作用分析的“概念设计”方法对上部结构、基础的设计结果进行合理调整。,2相对刚度的影响 在上部结构、基础与地基的共同作用中，起重要影响的是：“上部结构十基础”与地基之间的刚度比，称为“相对刚度”。对这一问题的考虑，首先看两种极端情况：一 是相对刚度为零，二是相对刚度趋于无穷大图739(a)。 a、当结构相对刚度为零，即所谓“结构绝对柔性”，上部结构不对地基变形产生影响。实际工程中，没有绝对柔性结构，而以屋架柱基础为承重体系的木结构和排架结构与之接近，故称这两种结构为“柔性结构”。 b、结构相对刚度趋于无穷大，即所谓“结构绝对刚性”，如按上部结构刚度为无穷大时的柱下条形基础，柱底相当于基础梁的不动铰支座，沉降发生时柱底总在一直线上，即柱底处地基变形相等。上部结构和基础总体有弯曲趋势，但在柱间，即力学意义上的支座之间却因地基反力作用产生了类似于连续梁的弯曲，这就是所谓的局部弯曲。实际工程中，体型简单、长高比很小，采用框架剪力墙或筒体结构的高层建筑及烟囱、水塔等高耸结构物基本属此情况，故也称之为“刚性结构”。 c、砌体承重结构和钢筋混凝土框架结构，因有一定的相对刚度，称之为结构相对刚性或弹性结构，这种结构对地基不均匀沉降反应灵敏。例如，有一定相对刚度的框架结构，一方面可调整地基不均匀沉降，但在调整的同时，也引起结构中的附加应力，可能导致结构变形乃至开裂，因此，也有将之称为敏感性结构。在上部结构与地基基础共同作用下，相对刚度有限的结构的变形与内力，可视作整体弯曲与局部弯曲的叠加图7.39(c)。,7.13 地基基础方案比较和改善的措施,地基不均匀沉降产生的原因：,1地质条件：会引起较大的沉降和差异沉降。 2上部结构荷载的不均匀：如相邻部分之间层高相差悬殊等原因，会造成上部结构荷载分布不均匀，引起地基的不均匀沉降。 3邻近建筑物的影响：附近建筑物会在建筑物的一侧引起较大的附加应力，使建筑物地基产生不均匀沉降。 4其他原因：如建筑物一侧大面积堆载、开挖深基坑等也会引起建筑物地基的不均匀沉降。,7.13.2 减轻不均匀沉降危害的措施,一、建筑措施 (1) 建筑物体型力求简单 平面形状简单 , 如用 “ 一 “ 字形建筑物； 立面体型变化不宜过大 , 砌体承重结构房屋高差不宜超过 12 层。 (2) 控制建筑物长高比及合理布置纵横墙 二层以上的砌体承重房屋，当预估的最大沉降量超过 120mm 时 , 长高比不宜大于2.5；对于平面简单、内外墙贯通，横墙间隔较小的房屋，长高比的限制可放宽至不大于3.0 。 尽量使内、外纵墙都贯通，缩小横墙的间距。 (3) 控制相邻建筑物基础的间距 同期建造的两相邻建筑之间的影响，特别是当两建筑物轻 ( 低 ) 重 ( 高 ) 差别太大时，轻者受重者的影响更甚； 原有建筑物受邻近新建重型或高层建筑物的影响。,(4) 设置沉降缝 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； 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。 (5) 调整建筑物的局部标高 根据预估沉降，适当提高室内地坪和地下设施的标高； 将相互有联系的建筑物各部分包括设备中预估沉降较大者的标高适当提高； 建筑物与设备之间应留有足够的净空； 有管道穿过建筑物时，应留有足够尺寸的孔洞，或采用柔性管道接头。,(1)减轻建筑物自重 减轻墙体重量：选择轻型高强墙体材料，如：轻质高强混凝土墙板、各种空心砌块、多孔砖及其他轻质墙等，都能不同程度地达到减少自重的目的。 选用轻型结构：采用预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构及各种轻型空间结构。 减少基础和回填土重量：首先是尽可能考虑采用浅埋基础，例如：钢筋混凝土独立基础、条形基础、壳体基础等；如果要求大量抬高室内地坪时，底层可考虑用架空层代替室内厚墙填土。 (2) 设置圈梁：在基础顶面附近、门窗顶部楼面处设置圈梁，每道圈梁应尽量贯通外墙、承重内纵墙及主要内横墙，并在平面内形成闭合的网状系统。 (3) 减小或调整基底附加压力 设置地下室、或半地下室、架空层，以挖除的土重去补偿 ( 抵消 ) 一部分甚至全部的建筑物重量，达到减小沉降的目的。 改变基底尺寸：按照沉降控制的要求 , 选择和调整基础底面尺寸，针对具体工程的不同情况考虑，尽量做到有效又经济合理。 (4) 增强上部结构刚度或采用非敏感性结构 根据地基、基础与上部结构共同作用的概念，上部结构的整体刚度很大时，能调整和改善地基的不均匀沉降。在设计中合理设计上部结构的刚度和强度 , 地基不均匀沉降 ( 相当于支座位移 ) 所产生的附加应力是完全可以承受的。 因此，上部结构的选型和处理对地基不均匀沉降的影响很大，结构造型一定要明确，各部分要相互统一，刚则刚，柔则柔，切忌 “ 藕断丝连 “ 。,二、结构措施,三、施工措施,（1）合理安排施工程序。当拟建的相邻建筑物之间轻 ( 低 ) 重 ( 高 ) 悬殊时，一般应按先重后轻的程序施工 ; 有时还需要在重建筑物竣工后歇一段时间后再建造轻的邻近建筑物 ( 或建筑物单元 ) 。当高层建筑的主、裙楼下有地下室时 , 可在裙楼相交的裙楼一侧适当位置 ( 一般是跨度处 ) 设置施工后浇带 , 同样以先主楼后裙楼的施工顺序 , 减轻不均匀沉降的影响。 （2）在软弱土地基础上，在已建房屋周围和在建房屋外，都应避免长时间堆放大量集中的地面荷载 , 以免引起新、旧房屋的附加沉降。 （3）细粒土尤其是淤泥及淤泥质土的结构性很强，施工时应尽可能地保持地基土的原状结构。在开挖基坑时，可暂不挖到基底标高，保留约 200mm， 等基坑内基础砌筑或浇筑时再挖，如槽底已扰动 , 可先挖去扰动部分 , 再用砂、碎石等回填处理。,7.13.3 补偿性基础设计,减轻自重，加大埋深。 假使基础有足够埋深，使得基底实际压力（扣除地下水的浮托力）等 于该处原有土体自重压力，亦即开挖基坑移去的土体重量，补偿（替换） 了建筑物（含基础及复土）的全部重量，这样就不会改变地基内原有的应 力状态，无须担心会有沉降和剪切破坏问题。 补偿性基础 欠补偿 P0 0 全补偿 P0 0 超补偿 P0 0 上述设想理论上成立，但须面对2个问题： * 实体基础，挖去土重不够补偿基础及其上之重； * 施工有一个过程，外荷产生的基底压力与原有自重应力不可能直接及时替换产生变形强度问题。,