《箱形基础》PPT课件.ppt

第六章 箱形基础,本章标题,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 第三节 箱形基础的内力分析和强度计算,第一节 概述,第一节 概述,第一节 概述,箱基组成 箱形空格结构：顶板、底板纵墙、横墙,6000,56000, 0.00, 0.03,900,1800, 0.20,2600,外横墙,内横墙,外纵墙,内纵墙,顶板,底板,第一节 概述,箱基特点 空间刚度很大，整体性好 顶、底板和墙体组成盒状结构 传力均匀，能适应局部软硬不均地基，有效调整基底反力和不均匀沉降 是补偿性基础 基底面积和埋深大，基础的重量比挖去的土方重量小很多，减小了地基负荷和沉降,第一节 概述,箱基特点,抗震性能好 埋深大，箱基外墙与土摩擦力大，阻尼大 内隔墙较多，支模和绑扎钢筋耗时，施工周期较长，隔墙多也不便使用,第一节 概述,适用范围 高层框架、剪力墙和框剪结构,室外地坪,裙房,0.15B,B,箱基挑出部分示意图,箱基,室外地坪,箱基,地下一层顶板,地下一层,地下二层,箱基多层地下室,0.00,第一节 概述,框架核心筒结构箱基,0.00, ,内筒,箱基,适用范围 高层框架、剪力墙和框剪结构,第六章 箱形基础,第一节 概述,第二节 箱形基础构造要求 一、箱基底面尺寸 二、基础高度 三、墙体厚度和数量、墙体开洞 四、底、顶板厚度 五、箱基配筋 六、箱基混凝土,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求,一、箱基底面尺寸,第二节 箱形基础构造要求,初设基底平面尺寸 根据上部结构底层平面或地下室平面尺寸初设基底平面尺寸 根据箱基墙体布置 外墙沿建筑物四周布置 内墙沿上部结构的柱网和剪力墙布置,第二节 箱形基础构造要求,验算地基承载力、沉降量和倾斜值 承载力验算,采用刚性基础和反力直线分布假定时,第二节 箱形基础构造要求,e0.1 WA,荷载偏心距要求,矩形基底 eB/60（B是偏心方向边长）,验算地基承载力、沉降量和倾斜值,第二节 箱形基础构造要求,沉降量验算 地基的最终沉降量用分层总和法计算，详见规范 容许沉降量无统一规定，可取 中、低压缩性土 200mm 高压缩性土 350mm,验算地基承载力、沉降量和倾斜值,第二节 箱形基础构造要求,验算地基承载力、沉降量和倾斜值,抗震时无明确规定,整体稳定性验算 包括抗滑和抗倾覆验算，详见规范,横向整体倾斜验算 按分层总和法计算倾斜 横向容许倾斜，非抗震,B,第二节 箱形基础构造要求,若不满足上述要求需作如下处理 调整基底面积，将底板一侧或全部适当挑出 将箱基整体扩大，内外墙和顶底板整体挑出 增加埋深，提高抗倾覆和抗滑移的能力 埋深基本要求：抗震设防区的箱基和筏基，埋深不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱（桩筏）基础埋深不宜小于1/18（不计桩长）,箱基内墙,箱基原外墙,扩大部分墙体,整体扩大箱基平面示意图,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 一、箱基底面尺寸,二、基础高度,第二节 箱形基础构造要求,箱基高度的构造要求 箱基在楼身施工的早期产生较大整体挠曲，箱基高度应满足整体刚度要求，保证上部结构和箱基在施工和使用荷载下不出现裂缝 整体高度的构造要求：不宜小于箱基纵向长度的1/20，且不应小于3m 箱基的高度还应满足承载力的要求,B,b1,b2,b3,b4,h1,h2,h,h2,h,B,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 一、箱基底面尺寸 二、基础高度,三、墙体厚度和数量、墙体开洞,第二节 箱形基础构造要求,墙体应满足箱基整体刚度的要求 墙体数量 墙体水平截面总面积不宜小于箱基外墙外包尺寸的水平投影面积的1/10，其中纵向墙体水平截面积不得小于1/18 墙体厚度 外墙250mm，内墙200mm,B,b1,b2,b3,b4,h1,h2,h,h2,h,B,第二节 箱形基础构造要求,墙体开洞,洞口应设在墙体剪力较小的部位，宜设在柱间居中部位 洞边至上层柱中心的水平距离不宜小于1.2m，洞口上过梁的高度不宜小于层高的1/5，以免洞口上过梁的剪力过大而破坏,a=ml,h(净高),b,nh,墙体开洞示意图,l (净跨),上层柱中心线,第二节 箱形基础构造要求,墙体开洞 洞口应设在墙体剪力较小的部位，宜设在柱间居中部位,a=ml,b,nh,墙体开洞示意图,l (净跨),上层柱中心线,例：l3m，h2.40m a1.10m，b2.00m C0.522，0.113,洞口面积与开间面积（柱距与箱基净高乘积）的比值宜小于1/6（0.1667），以免洞口使墙体刚度削弱过大 每开间洞口对墙体刚度的折减系数为,h(净高),第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 一、箱基底面尺寸 二、基础高度 三、墙体厚度和数量、墙体开洞,四、底、顶板厚度,第二节 箱形基础构造要求,应根据荷载大小、跨度、整体刚度等确定 底板厚度 不应小于300mm，且板厚与最大双向板区格的短边尺寸比不小于1/14 顶板厚度 不应小于100mm，且应能承受整体弯曲产生的压力,当考虑上部结构嵌固在箱基顶板时，不宜小于200mm,上部结构嵌固,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 一、箱基底面尺寸 二、基础高度 三、墙体厚度和数量、墙体开洞 四、底、顶板厚度,五、箱基配筋,第二节 箱形基础构造要求,顶、底板及内外墙的钢筋按计算确定 顶、底板配筋不宜小于14200 墙体一般采用双面配筋，横、竖向钢筋不宜小于10200 除上部结构为剪力墙外，内、外墙的墙顶宜配置两根不小于20的通长钢筋，作为考虑箱基整体弯曲的构造措施,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 一、箱基底面尺寸 二、基础高度 三、墙体厚度和数量、墙体开洞 四、底、顶板厚度 五、箱基配筋,六、箱基混凝土,第二节 箱形基础构造要求,箱基混凝土构造要求 强度等级不应低于C20，并应采用密实混凝土刚性防水,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 一、箱基底面尺寸 二、基础高度 三、墙体厚度和数量、墙体开洞 四、底、顶板厚度 五、箱基配筋 六、箱基混凝土,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求,第三节 箱形基础的内力分析和强度计算 一、箱形基础的变形和受力特性 二、构件强度计算 三、箱形基础的设计步骤,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 第三节 箱形基础的内力分析和强度计算 一、箱形基础的变形和受力特性,1. 箱基荷载作用 2. 整体弯曲与局部弯曲,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 第三节 箱形基础的内力分析和强度计算 一、箱形基础的变形和受力特性,1. 箱基荷载作用,一、箱形基础的变形和受力特性,箱基荷载作用,qx,q,q,q,qx,H1,H,N1,N2,N3,N4,地面堆载产生的侧压力,地下水位以上土的侧压力,一、箱形基础的变形和受力特性,箱基荷载作用,浸于地下水位中土(HH1)高度土的侧压力,qx,q,q,q,qx,H1,H,N1,N2,N3,N4,一、箱形基础的变形和受力特性,箱基荷载作用,地下水产生的侧压力,地基静反力,顶板荷载q及上部结构传来的集中力Ni等,qx,q,q,q,qx,H1,H,N1,N2,N3,N4,一、箱形基础的变形和受力特性,确定地基反力分布的方法 刚性法 上部结构刚度大（如现浇剪力墙体系），地基土较软、土层均匀时，按直线分布确定 地基、基础和上部结构共同作用方法 上部结构刚度不对称（如框剪体系）、地基土层分布不均匀时采用 地基反力系数法 地基土均匀，基底板悬挑不超过0.8m，上部结构及其荷载均匀对称的框架结构,一、箱形基础的变形和受力特性,地基反力系数法 实测地基反力分布特点 纵向、横向具有对称性,0,50,100,150,200,（kPa）,箱基纵向基底反力实测分布曲线,软土地区（马鞍型）,第四纪粘性土地区（抛物线型）,67.4m,0,200,400,36m,一、箱形基础的变形和受力特性,地基反力系数法,B5B/5,平均基底反力,反力系数,由反力系数求基底反力,地基反力系数法要点 把基底划分为若干区格，如纵向8个，横向5个，假定每一小区格中的地基反力相同 根据实测结果确定各区格的反力系数，编制箱基地基反力系数表,由各区格的反力系数计算各区格的基底反力,一、箱形基础的变形和受力特性,纵向,横向,一般第四纪粘性土,一、箱形基础的变形和受力特性,一、箱形基础的变形和受力特性,一般第四纪粘性土,纵向,横向,一、箱形基础的变形和受力特性,软土地基,纵向,横向,一、箱形基础的变形和受力特性,地基反力系数法,B5B/5,第 j 列区格对应平均反力系数,地基平均反力系数法 在把箱基视作静定梁求内力时，需要确定平均反力系数 纵向平均反力系数求法 把基底横向同列区格的反力系数平均,横向平均反力系数求法类似,一、箱形基础的变形和受力特性,纵向平均反力系数,横向平均反力系数,一、箱形基础的变形和受力特性,上部结构荷载不均匀对称的处理方法 按直线分布求出偏心产生的纵横弯矩引起的不均匀反力,把不均匀反力与反力系数法求得的反力叠加,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 第三节 箱形基础的内力分析和强度计算 一、箱形基础的变形和受力特性 1. 箱基荷载作用,2. 整体弯曲与局部弯曲,一、箱形基础的变形和受力特性,整体弯曲 箱基作为弹性地基上的梁或板，在上部结构荷载、地基反力及箱基四周土侧压力共同作用下产生的弯曲 整体弯曲发生在施工早期上部结构刚度较小时,qx,q,q,q,qx,H1,H,N1,N2,N3,N4,一、箱形基础的变形和受力特性,局部弯曲 箱基顶板在楼面活荷载和自重作用下，以纵横墙体作为支座产生的弯曲 箱基底板在地基净反力作用下(不计自重)，以纵横墙体作为支座产生的弯曲,qx,q,q,q,qx,H1,H,N1,N2,N3,N4,一、箱形基础的变形和受力特性,局部弯曲,局部弯曲发生在施工中、后期上部结构刚度较大时,qx,q,q,q,qx,H1,H,N1,N2,N3,N4,一、箱形基础的变形和受力特性,整体弯曲与局部弯曲变形、内力 顶板、底板的弯曲内力由整体弯曲内力与局部弯曲内力叠加得到,qx,q,q,q,qx,H1,H,N1,N2,N3,N4,一、箱形基础的变形和受力特性,上部结构刚度对整体弯曲和局部弯曲影响 第一阶段：上部结构刚度还未形成，或基底压力不超过原生土压力时，整体弯曲达最大,1：四层，76.1.23,2：八层，76.4.1,3：主体完工，76.6.23,4：装修，76.9.23,5：装修，77.2.7,北京中医院病房楼箱基纵向沉降图,10层框架结构，建筑长86.8m，宽12.6m 地基持力层为粘砂、轻粘砂 四层时基础纵向挠曲曲率达到最大0.47104，基底平均反力85MPa，小于挖方的重量,一、箱形基础的变形和受力特性,上部结构刚度对整体弯曲和局部弯曲影响 第一阶段：上部结构刚度还未形成，或基底压力不超过原生土压力时，整体弯曲达最大,北京中医院病房楼箱基整体弯矩图，kNm,不考虑上部结构,考虑上部结构,五层,六层,八层,一、箱形基础的变形和受力特性,上部结构刚度对整体弯曲和局部弯曲影响,第二阶段：上部结构参与工作，及地基出现塑性变形，整体弯曲曲率及弯曲应力减小，但局部弯曲应力因地基反力增大而达到最大,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 第三节 箱形基础的内力分析和强度计算 一、箱形基础的变形和受力特性,二、构件强度计算 1. 考虑框架结构刚度影响的整体弯曲内力计算 2. 顶、底板的抗弯计算 3. 底板抗剪、抗冲切计算 4. 墙体斜截面抗剪、外墙抗弯、墙体过梁计算,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 第三节 箱形基础的内力分析和强度计算 一、箱形基础的变形和受力特性 二、构件强度计算,1. 考虑框架结构刚度影响的整体弯曲内力计算,二、构件强度计算,计算思路 把上部框架化为等代梁，将其折算刚度EBIB叠加到箱基刚度的EFIF，得总刚度,箱形基础,混凝土连续墙,第i层,Kui,Kli,Kbi,hui,hli,l,L=ml,h,双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,箱基截面弯矩再按刚度进行分配,二、构件强度计算,框架结构折算刚度计算简图 等跨框架 不计柱的轴向变形 柱反弯点在层高的中点，梁反弯点在跨中,箱形基础,混凝土连续墙,第i层,Kui,Kli,Kbi,hui,hli,l,L=ml,h,双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,二、构件强度计算,框架结构总抗弯刚度,Ebi第i层框架梁、柱混凝土弹性模量 Ibi第i层梁截面惯性矩，当梁板为现浇时，中间梁、边梁分别乘以2、1.5,箱形基础,混凝土连续墙,第i层,Kui,Kli,Kbi,hui,hli,l,L=ml,h,双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,二、构件强度计算,框架结构总抗弯刚度,Kui 、Kli 、Kbi第i层上柱、下柱和梁的线刚度Iui /hui、Ili /hli 、Ibi /l，I为截面惯性矩， hui、hli 、l为上柱高度、下柱高度、梁跨度,箱形基础,混凝土连续墙,第i层,Kui,Kli,Kbi,hui,hli,l,L=ml,h,双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,二、构件强度计算,框架结构总抗弯刚度,L上部结构弯曲方向的总长，Lm l m、l上部结构弯曲方向的开间数、跨度,箱形基础,混凝土连续墙,第i层,Kui,Kli,Kbi,hui,hli,l,L=ml,h,双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,二、构件强度计算,框架结构总抗弯刚度,Ew钢筋混凝土连续墙的弹性模量,箱形基础,混凝土连续墙,第i层,Kui,Kli,Kbi,hui,hli,l,L=ml,h,双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,二、构件强度计算,框架结构总抗弯刚度,Iw钢筋混凝土连续墙截面刚惯性矩， Iw th3/12，t为弯曲方向墙体厚度的总和，h为墙体高度,箱形基础,混凝土连续墙,第i层,Kui,Kli,Kbi,hui,hli,l,L=ml,h,双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,二、构件强度计算,框架结构总抗弯刚度,n楼层数，上部结构的刚度贡献是有限的，实际层数8时，n取实际层数，否则，n取8,箱形基础,混凝土连续墙,第i层,Kui,Kli,Kbi,hui,hli,l,L=ml,h,双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,二、构件强度计算,框架结构总抗弯刚度适用条件 框架结构柱距相等 框架柱距相差不超过20%，此时梁跨度l取平均跨度,箱形基础,混凝土连续墙,第i层,Kui,Kli,Kbi,hui,hli,l,L=ml,h,双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,二、构件强度计算,箱基刚度EF IF的计算简图 箱基截面抗弯刚度可按工字梁等效计算 工字形截面上、下翼缘宽度分别为箱基顶板、底板的全宽 腹板厚度为弯曲方向墙体厚度的总和,B,b1,b2,b3,b4,h1,h2,h,h2,h,B,h1,二、构件强度计算,箱基承受的整体弯矩MF按刚度分配,M考虑箱基与上部结构共同作用时，整个结构体系承受的整体弯矩，纵向和横向都可按静定梁法计算,纵向双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,N1,N2,N3,N4,N5,q,二、构件强度计算,箱基承受的整体弯矩MF按刚度分配,计算M时，基底反力按各区格的平均静反力系数计算,纵向双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,N1,N2,N3,N4,N5,q,i为平均静反力系数,二、构件强度计算,箱基承受的整体弯矩MF按刚度分配,箱基刚度分配系数,纵向双梁模型,箱基,混凝土连续墙,框架结构,N1,N2,N3,N4,N5,q,i为平均静反力系数,第六章 箱形基础,第一节 概述 第二节 箱形基础构造要求 第三节 箱形基础的内力分析和强度计算 一、箱形基础的变形和受力特性 二、构件强度计算 1. 整体弯曲内力计算,2. 顶、底板的抗弯计算,二、构件强度计算,弯曲内力计算方案 仅考虑顶、底板的局部弯曲，整体弯曲按构造考虑 适用条件：土层较均匀、上部结构平、立面布置较规则的高层剪力墙、框剪结构 构造要求 顶、底板纵横方向的支座钢筋的1/31/2贯通全跨，且贯通的配筋率分别不小于0.15、0.10；跨中钢筋全部贯通,二、构件强度计算,弯曲内力计算方案 同时考虑整体弯曲和局部弯曲 适用条件：不符合方案条件时，如上部结构为框架结构 底板总弯矩计算 底板的局部弯矩应乘以0.8的折减系数叠加到整体弯曲的弯矩中得到总弯矩 原因：墙体的刚度远大于底板的刚度，使底板跨中基底反力小于墙下基底反力(约84.5) 考虑上部结构刚度的影响，按双梁模型求箱基整体弯矩,二、构件强度计算,局部弯曲计算 顶板按支承在箱基内外纵、横墙上的单向板或双向板计算 底板按支承在箱基内外纵、横墙上倒置的单向板或双向板计算,qx,q,q,q,qx,H1,H,N1,N2,N3,N4,二、构件强度计算,整体弯曲计算（考虑上部结构刚度）,箱基整体弯曲,MFx、 MFy纵向x、横向y的整体弯矩， kNm，可按双梁模型确定 Tx、 Ty底板每米宽度上的拉力，kN/m Tx、 Ty底板每米宽度上的压力，kN/m,整体弯矩简化为作用在顶、底板的力偶,二、构件强度计算,整体弯曲计算（考虑上部结构刚度）,箱基整体弯曲,L、B箱基底板的长度、宽度，m h弯曲计算高度，取顶、底板中距，m,整体弯矩简化为作用在顶、底板的力偶,二、构件强度计算,箱基整体弯曲,Asx、 Asy整体弯曲时x、y方向单位长度钢筋面积 fy钢筋受拉强度设计值,整体弯曲计算（考虑上部结构刚度） 按轴拉、轴压构件进行配筋计算,二、构件强度计算,顶板配筋 顶板整体弯曲配筋 顶板整体弯曲时主要受压，可以不配受压钢筋，而由混凝土承压。但必须按最小配筋率配制构造钢筋，最小配筋率取0.15 顶板局部弯曲配筋 板区格跨中部位的截面下部受拉，需配制跨中受拉钢筋 板区格支座部位的截面上部受拉，需配制支座受拉钢筋,二、构件强度计算,底板配筋 底板整体弯曲配筋 底板整体弯曲时主要受拉，需配制整体弯曲的受拉钢筋Asx、 Asy 底板局部弯曲配筋 板区格跨中部位的截面上部受拉，需配制跨中受拉钢筋Asx1、Asy1 板区格支座部位的截面下部受拉，需配制支座受拉钢筋As2、Asy2,二、构件强度计算,底板配筋 组合配筋方法 假定底板在整体弯曲中受拉时（x向为例）,板跨中,上层钢筋,下层钢筋,板支座,