柱下条形基础设计.ppt

7.8.1 地基、基础与上部结构相互作用的概念,1 基本概念,上部结构,基础,地基,较简单的基础型式,较复杂的基础型式,7.8柱下钢筋混凝土条形基础设计,建筑结构常规设计方法结构体系的力学模型 上部结构设计：用固定支座代替基础，假设支座没有任何变形，求的结构的内力和支座反力。 基础设计：把支座反力作用于基础，用材料力学的方法求得地基反力，再进行基础得内力和变形验算。 地基验算：把基础反力作用于地基，验算地基的承载力和沉降。,常规设计得结果：上部底层和边跨的实际内力大于计算值，而基础的实际内力要比计算值小很多。,2 相对刚度影响,（上部结构+基础）与地基之间的刚度比,结构绝对柔性：,结构绝对刚性：,结构相对刚性：,相对刚度为0，产生整体弯曲， 排架结构,相对刚度为无穷大，产生局部弯曲， 剪力墙、筒体结构,相对刚度为有限值，既产生整体弯曲，又产生局部弯曲 砌体结构、钢筋混凝土框架结构 (敏感性结构 ),3 工程处理中的规定,按照具体条件不考虑或计算整体弯距时，必须采取措施同时满足整体弯曲的受力要求。 从结构布置上，限制梁板基础（或称连续基础）在边柱或边墙以外的挑出尺寸，以减轻整体弯曲效应。 在确定地基反力图形时，除箱形基础按实测以外，柱下条形基础和筏形基础纵向两端起向内一定范围，如1-2开间，将平均反力加大10%20%设计。 基础梁板的受力钢筋至少应部分通长配置（具体数量见有关规范），在合理的条件下，通长钢筋以多为好，尤其是顶面抵抗跨中弯曲的受拉钢筋，对筏板基础，这种钢筋应全部通长配置为宜。,7.8.2 柱下钢筋混凝土条形基础的设计,地基模型：用以描述地基的数学模型。,下面介绍的地基模型应注意其适用条件。,7.8.2.1 地基模型,k地基基床系数，表示产生单位变形所需的压力强度(kNm3)； p地基上任点所受的压力强度(kPa)； s p作用位置上的地基变形(m)。 注：基床系数k可根据不同地基分别采用现场荷载试验、室内三轴试验或室内固结试验成果获得。见下表。,1 文克尔地基模型 基本假定：地基上任一点所受的压力强度与该点的地基沉陷s成正比，关系式如下: P=ks,适用条件：抗剪强度很低的半液态土(如淤泥、软粘土等)地基或塑性区相对较大土层上的柔性基础;厚度度不超过梁或板的短边宽度之半的薄压缩层地基(如薄的破碎岩层)上的柔性基础.,地基基床系数表,这个假定是文克勒于1867年提出的故称文克勒地基模型。该模型计算简便，只要k值选择得当，可获得较为满意的结果。地基土越软弱，土的抗剪强度越低，该模型就越接近实际情况。 缺点：文克勒地基模型忽略了地基中的剪应力，按这一模型，地基变形只发生在基底范围内，而基底范围外没有地基变形，这与实际情况是不符的，使用不当会造成不良后果。,2半无限弹性体法 基本假定：假定地基土半无限弹性体，柱下条形基础看作时放在半无限弹性体上的梁，当荷载作用与半无限弹性体上时，某点的沉降不但和该点上的压力有关，和该点附近作用的荷载也有关。 特点：考虑了应力扩散，但扩散范围超出实际，未考虑地基的非均匀性。 适用条件：压缩层深度较大的一般土层的柔性基础。要求土的弹性模量和泊松比角准确。,7.8.2.2 柱下条形基础设计,1 构造要求,两端宜伸出边柱0.25L1,宜为柱距的1/4-1/8,2 内力计算方法,方法种类：倒梁法、剪力平衡法 （1）倒梁法 1）基本假定：a、刚度较大，基础的弯曲挠度不致改变地基反力； b、地基反力分布呈直线，其重心与作用于板上的荷载合力作用线重合。,简化的内力计算方法 （按线形分布的基底净反力）,2）适用条件：地基较均匀，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度大于1/6柱距（设计时尽可能按此设计），地基反力按直线分布，条形基础梁的内力可按连续梁计算，此时边跨跨中弯距及第一支座的弯距值乘以1.2系数。,补充：倒梁法计算假定,1.将地基净反力作为基础梁的荷载，柱子看成铰支座，基础梁看成倒置的连续梁； 2.作用在基础梁上的荷载为直线分布； 3.竖向荷载合力作用点必须与基础梁形心相重合，若不能满足，两者偏心距以不超过基础梁长的3%为宜； 4.结构和荷载对称时，或合力作用点与基础形心相重合时，地基反力为均匀分布；,3）计算步骤：,绘出条形基础的计算草图，包括荷载、尺寸等；,求合力作用点的位置 (目的是尽可能的将偏心地基净反力化成均匀的地基反力，然后确定基础梁的长度)。,设合力作用点离边柱的距离为Xc ，用合力矩定理，以A点为参考点，则有：,确定基础梁的底面尺寸L,B,当Xc确定后，按合力作用点与底面心形相重合的原则，可定出基础的长度L。,确定后，宽度B按地基承载力fa确定,中心受荷 ：,偏心受荷 ：,作用在基础梁上墙梁自重及墙体重量之和,基础底板净反力计算,确定基础梁的底板厚度h及配筋,先求出靠近pnmax的柱边净反力pn1，在柱边M、V值有：,则有：,求基础梁纵向正截面强度计算斜截面强度计算,对连续梁可用弯矩分配法或连续梁系数法求解。由于柱下条基一般两端都有外伸部分，因此，若用连续梁系数法，要对悬臂端进行处理，现有两种方法： 1）悬臂端在净反力作用下的弯矩全部由悬臂端承担，不再传给其他支座，其他跨按连续梁系数法计算； 2）悬臂端弯矩对其他跨有影响，此弯矩要传给其他支座，因此，悬臂端用弯矩分配法求出各支座及跨中弯矩，其他跨用连续梁系数法求出各支座及跨中弯矩，然后将所得结果叠加，或全梁用弯矩分配法求出各支座及跨中弯矩。,注意：,按倒梁法求得的梁的支座反力，往往会不等于柱传来的竖向荷载（轴力）。此时，可采用所谓“基底反力局部调整法”，即：将支座处的不平衡力均匀分布在本支座两侧各1/3跨度范围内，从而将地基反力调整为台阶状，再按倒梁法计算出内力后与原算得的内力叠加。经调整后的不平衡力将明显减少，一般调整12次即可。 据基础梁的M图，对各支座、跨中分别按矩形、T形截面进行强度计算；据V图，进行斜截面抗剪强度计算，并应满足构造要求。,（2）剪力平衡法（静定分析法）,适用范围：上部结构为柔性结构，且自身刚度较大的条形基础以及联合基础。 计算方法：静力平衡条件（剪力平衡）计算出任意截面上的弯距 M 和剪力 V。,【例】试确定如下图所示条形基础的底面尺寸，并用简化计算方法分析内力。已知：基础埋深d=1.5m,地基承载力特征值fa=120Kpa,其余数据见图示。,如果要求竖向合力与基底形心重合，则基础必须伸出图中D点之外 x2：x2= 2(7.85+0.5)-(14.7+0.5)=1.5m (等于边距的1/3) 基础总长度： L= 14.7+0.5+1.5=16.7m 基础底板宽度:,【解】1、确定基础底面尺寸 各柱竖向力的合力，距图中A点的距离x为,考虑构造需要，基础伸出A点外,取b=2.5m。,2、内力分析： （1）倒梁法 因荷载的合力通过基底形心，故地基反力是均布的，沿基础每米长度上的净反力值 以柱底A、B、C、D为支座，按弯距分配法分析三跨连续梁，其弯距M和剪力V见图7-43b。,（2）剪力平衡法 按静力平衡条件计算内力：,AB跨内最大负弯距的截面至A点的距离:,则：,其余各截面的M、V均仿此计算，结果见图7-43c。 比较两种方法的计算结果，按剪力平衡法算出的支座弯距较大；按倒梁法算得的跨中弯距较大。,倒梁法,剪力平衡法,【书例7-12】如图7-44为某柱网布置图。已知B轴线上边柱荷载设计值中柱初选基础埋深为1.5m，地基承载力特征值fa=120Kpa ，试设计B轴线上条形基础。,2、梁的弯矩计算 在对称荷载作用下，由于基础底面反力为均匀分布，因此单位长度地基的净反力为：,【解】1、确定基底面积,基础底宽度（综合荷载分项系数取1.35）：,基础两边各放出：,取b=2.50m设计。,基础梁可看成在均布线荷载 qn 作用下以柱为支座的五跨等跨度连续梁。为了计算方便，可将图7-45a分解为图7-45b和图7-45c两部分。图7-45b用力矩分配法计算，A截面处的固端弯矩为：,在图7-45c的荷载作用下，利用五跨等跨度连续梁的相应弯矩系数m，可得有关截面的弯矩：支座B（和B）：,其余同（略）。 将图7-45b与c的弯矩叠加，即为按倒梁法计算所得的JL2梁的弯矩图见图7-45d.,3、梁的剪力计算,基础梁TL2的剪力图绘于图7-45e。,基底宽2500，主助宽500（400+250），翼板外挑长度 1/2 （2500-500）=1000，翼板外边缘厚度200，梁助处（相当于翼板固定端）翼板厚度300（见图7-46）。翼板采用C20混凝土，HPB235钢筋。,基底净反力设计值：,4、梁板部分计算,（2）翼板受力筋计算,配 12120 (实际AS =942mm)。,(1)斜截面抗剪强度验算（按每米长计）,实际,113.2，可以。,5、肋梁部分计算 肋梁高取 宽500。主筋用HRB335钢筋，C20混凝土。 （1）正截面强度计算 根据图7-45d的JL-2梁M图，对各支座、跨中分别按矩形、T形截面进行正截面强度计算。 轴支座处（M=700KNm） 由 查混凝土设计手册可知,（2）斜截面强度计算 轴左边截面（V=698KN）： 配 10 250箍筋（四肢箍）。 Vcs =702kN 350KN，可以 各部分的正、斜截面配筋均可列表计算，此略。 统一调整后，JL-2梁的配筋见图7-46。,7.10.1建筑措施 1.建筑物的体型力求简单 （1）平面形状简单 （2）立面体形变化不宜过大，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,7.10 减轻不均