风景建筑结构与构造-3章.ppt

风景建筑结构与构造,3.地基与基础,任何建筑物都是由上部结构、下部结构（基础）和地基3部分组成。把建筑物上的各种荷载传递并扩散到地层的结构叫基础；受影响的那部分地层称为地基，地基承受了建筑物的全部荷载。在上部结构和地基之间，基础起着承上启下的作用。 由于土的荷载能力要比一般建筑材料如砖、混凝土等小得多，因而上部结构的墙和柱就不能直接坐在地基土上，必需在接触处适当扩大尺寸，一边把上部结构的荷载经扩散后传给地基，这个扩大的部分叫做基础。,章节主要内容,掌握浅基础的设计计算 了解挡土墙设计 完成书p156：3、6、8、13、14、15,章节重点及作业,设计建筑物的基础要确实掌握建筑物的地基土层变化情况后，进行地基基础设计应满足下列要求： 必须满足地基土的强度要求。 必须满足地基变形条件。 风景建筑地基基础基本内容： 了解土的基本特性 了解确定地基承载力的方法 掌握天然地基上浅基础中刚性基础的设计方法，对风景建筑中一二层混合结构能够进行基础设计。,土的成因 土是岩石风化后的产物。经过物理风化的土颗粒之间没有粘结作用，呈现松散状态，称为无粘性土；经过化学风化产生很细的粘土颗粒，颗粒之间有粘结力而相互粘结，含有粘土颗粒的土，干时结成硬块，湿时有粘性，称为粘性土。 风化作用生成的土，如果没有经过搬运，堆积在原来的地方，叫做残积土，残积土一般分布在山坡或山顶。土受到各种自然力如重力、水流、风力、冰川等的作用，搬运到别的地方再沉积下来，叫做沉积土。这是一种最常碰到的土。 土在沉积过程中，会形成大小不同的颗粒，沉积的环境也不同，沉积后受到的重力也不同，形成的土松密程度和软硬程度也必然很不同。,土与一般建筑材料最根本的区别就是一般建筑材料是连续的固体，而土则是散碎颗粒的集合体。土的受力变形比一般建筑材料大很多，土是透水性的而一般的材料则是不透水的。 土的三相组成 土是由固体的矿物颗粒、液体和气体三部分组成，在一个单位体积的土中，这三部分所占的分量不是固定不变的，而是随着四周的环境的变化而变化着。 土中的固体颗粒 土中水：吸着水、薄膜水、自由水 土中的气体,土的物理性质指标 土的三项比例指标 重度：土在天然状态时的单位体积重力称为土的重度，即：,天然重量密度的变化范围较大，与土的矿物成分、空隙大小、含水多少等有关。一般土的重度为16-20 饱和土重力密度（ ）就是单位体积饱和土所受到的重力 有效重力密度（ ）就是在地下水位以下，土受到水浮力的作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重力密度。也叫浮重力密度，即： 其中，水的重力密度,孔隙比：即土体中孔隙与颗粒体积之比。 孔隙比 一般的，孔隙比值越小的土，较为密实，地基土承载力高；孔隙比值越大的土较为疏散，地基土承载力低。 孔隙度：即土中孔隙体积与总体积之比（用百分数表示）。 孔隙率 其中： 表示孔隙体积； 表示固体体积； 表示土体总体积 含水量：即土中水重与固体颗粒重量的比值。 含水量 其中： 表示水的重量； 表示固体颗粒的重量 变化范围较大，与土的类别、天然的埋葬条件、水的补给环境等有关。 一般为10%60%。同一类土含水量越大，强度越低；反之越高。,饱和度：土中水的体积与孔隙体积之比。 土的饱和度 对于完全干的土 对于完全饱和的土 本指标反映的是土潮湿状态的指标。当 时为稍湿状态，当 0.8时为饱和状态，处于两个数值之间为很湿状态。 其中： 表示孔隙体积； 表示土中水的体积,土的状态指标 无粘性土：无粘性土颗粒比较粗，土粒之间没有粘结力呈现出散粒状态。密实状态的砂土强度高，是良好的建筑地基。 无粘性土的密实状态用孔隙比来衡量。当孔隙比小于0.6，属于密实砂土，强度高，压缩性小；孔隙比大于0.95，属于松散砂土。,粘性土：粘性土是地基土中的一类，黏性土的状态时用界限含水量来划分。包括朔限（ ）、液限（ ），相关产生朔限指数（ ）和液限指数（ ）。随着含水量的增大，黏性土地基的承载力相应逐步降低。而液性指数也是确定黏性土承载力的重要指标。,所谓塑限：黏性土由可塑状态进入半固体状态时的界限含水量，也称为塑性下限含水量。 所谓液限：黏性土由流动状态进入可塑状态时的界限含水量，也称为塑性上限含水量。,塑性指数：黏性土液限与塑限的差值（去掉百分数），即 塑性指数就是黏性土处于可塑状态时含水量变化的最大范围。其值越大，土的颗粒越细，固体颗粒的吸水能力较强。 液性指数：相对稠度。用公式表达为 含水量大于塑限， 土进入塑性状态。 含水量达到液限， 土进入流动状态。 坚硬状态 ；硬塑状态 ； 可塑状态 ；软塑状态 ； 流塑状态 。,地基岩石的工程分类 建筑物地基岩石的分类方法很多，按照建筑地基基础设计规范（GB50007-2002），划分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土六类。 岩石：分为地质分类和工程分类。是良好的地基，但其性能不均匀，且岩石表面气氛不平，若采用桩基，要特别注意。 碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。可分为漂石和块石、卵石和碎石、圆砾和角砾三类。同时按其密实程度分为松散、稍密、中密和密实四种。 砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%、粒径大于0.075mm的颗粒重要超过全重50%的土。通过标准筛分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。颗粒级配良好的砂石较好的地基土，在荷载的作用下变形很快就稳定。但在水下的砂类土不稳定。,粉土：塑性指数小于等于10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%的土。由粉粒、粉土和黏质粉土。黏质粉土性质接近黏性土，不会发生液化。 黏性土：塑性指数大于10的土。其值在10与17之间，称为粉质黏土，容易夯实，是常用的填土材料。其值大于17，性质变复杂，吸水后呈流塑态，强度低，含水量在塑限作用强度高，但强度低，难于夯实，干燥后又易开裂。按黏性土的状态分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑。淤泥和淤泥质土是在净水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用生产的天然含水量大，处于流动状态的黏性土。当天然孔隙比大于等于1.5称为淤泥；其值在1.0与1.5之间，称为淤泥质土。特点强度低、压缩性高、透水性差，压实需要长时间。另一种是红黏土，特点是天然孔隙比较大、含水量高、强度高、压缩性较低。 人工填土：可分为素填土、杂填土、冲填土和压实填土。,地基基础的方案总的来说有三种：天然地基上的浅基础、人工地基上的浅基础和天然地基上的深基础。 天然地基上的基础，根据埋设深度和施工方法不同，分为浅基础和深基础两类，一般埋置深度小于5m，用于一般施工方法借口施工的基础为浅基础；埋设深度大于5m，需用特殊方法施工的基础为深基础。 设计地基基础时，应当首先考虑采用天然地基上浅基础的设计方案。,设计天然地基上的浅基础，一般包括下列几个步骤： 确定浅基础的结构型式、材料和平面布置。 确定基础的埋置深度。 必要时进行地基变形计算。 根据结构传来的荷载设计值和地基承载力设计值，计算确定基础的底面尺寸。 若地基持力层以下存在软弱土层，需验算软弱下卧层的承载力。 基础结构计算和构造设计。 绘制基础施工图。,浅基础的类型 按基础材料分类：刚性基础、柔性基础。 按结构型式分类：单独基础、条形基础、柱下十字交叉基础、筏板基础、箱形基础。 以上几种是常用的基础类型，还有壳体基础、圆板基础、不埋式薄板基础等。,刚性基础是指由砖、三合土、灰土、混凝土、毛石基础或毛石混凝土等材料组成的无筋扩展基础。抗压强度大，抗拉、抗弯强度小。设计时，要求基础的外伸宽度和基础高度的比值即刚性角在一定限度内。刚性基础油墙下条形基础和柱下独立基础两种形式。,砖基础：剖面形式一般为阶梯状，俗称大放脚。其下一般需设垫层，大放脚从垫层上开始砌筑，要满足其允许宽高比的要求。采取等高式（两皮一收与砌两皮砖收进1/4皮砖）和间隔式（两皮一收和一皮一收相间隔）,三合土基础：三合土是由石灰、砂和骨料按体积比1：2：7或1：3：6配成，加适量水拌合后，均匀铺入基槽，每层虚铺220mm，夯至150mm。该基础一般用于地下水位较低的四层和四层以下的民用建筑工程中。,灰土基础：常用三七灰土（石灰与黏性土体积比为三七比），土料宜就地取材，粉质黏土为好，使用前过10-20mm筛，每层虚铺200-250mm，夯实至150mm，为一步灰土。常用厚度为300mm或450mm。缺点是早期强度低，抗水性差，抗冻性差。在水中硬化慢，故灰土基础一般使用地下水位较低、五层及五层以下的民用建筑。,毛石基础：毛石是未经加工凿平的石材，是一种良好的天然建筑材料。为保证锁结作用，每一级阶梯宜用3排或3排以上的毛石，每一级台阶的外伸宽度不宜大于200mm。毛石间隙很大，若砂浆粘结强度不够，不能用于多层的建筑物，而且不宜用于地下水位以下。,混凝土和毛石混凝土基础：混凝土基础的强度、抗冻性和耐久性较好，便于机械化施工，但造价高，毛石混凝土是在浇灌混凝土是，掺入少于基础体积30%的毛石，即成。毛石不宜大于基础最小尺寸的1/3，也不能大于300mm。,当刚性基础的尺寸无法同时满足地基承载力和基础的埋设深度时，可采用钢筋混凝土扩展基础。也称为柔性基础。不受刚性角的限制，基础高度较小。当建筑物的荷载较大或土质较软时，常用柔性基础。,单独基础：可分为柱下单独基础和墙下单独基础。 柱下单独基础是最常用、最经济的一种类型，适用于柱距4-12m，荷载不大且场地均匀，对不均匀沉降有一定适应能力的结构的柱作基础。常采用砖石、混凝土和钢筋混凝土等。其截面可做成矩形、阶梯形或锥形。预制柱下基础一般为杯形基础。 墙下单独基础：当地基承载力较大，上部结构传给基础的荷载较小，或当浅层基础土质较差，在不深处有较好土层时，为节约基础材料和减少开挖土方量可采用这种形式。经济跨度为3-5m，砖墙砌在单独基础上边的钢筋混凝土梁上。,条形基础：基础长度远大于宽度的一种基础形式。断面形式有矩形、矩形、阶梯形三种。 墙下条形基础：常用砖、石等材料建筑，要满足刚性基础允许的宽高比要求，而当上部荷载较大而同时土质较差时，其基础高度较大，可采用柔性基础（基础高度只需300mm，宽度可加大到2m以上）。 柱下钢筋混凝土条形基础：当地基软弱而荷载又较大时，可将同一排的柱基础连通做成钢筋混凝土条形基础，柱下条形基础一般设在房屋的纵向，可增设房屋的纵向基础刚度。,柱下十字交叉基础：当上部荷载较大，土质较弱，采用条形基础不能满足地基承载力的要求，或是需要增加基础的整体刚度，减少不均匀沉降，可在网柱下纵横两方向设置钢筋混凝土条形基础。,筏板基础：当上部荷载大、地基特别软弱或有地下室时，可采用钢筋混凝土做成整片的片筏基础，像一个倒置的无梁楼盖，整体刚度大，能很好地适应上部结构荷载的变化及调整地基的不均匀沉降。梁板式按梁板的位置不同可分为上梁式和下梁式。,箱形基础：为使基础具有更大刚度，基础可以做成由钢筋混凝土整片底板、顶板和若干钢筋混凝土纵横墙组成的箱形基础。其优点是整体抗弯刚度想当大，基础的空心部分可以作地下室。（补偿基础）这种基础在高层建筑及重要的构筑物中常采用。,基础埋置深度 定义：基础底面至地面（一般指室外地面）的距离。 选择基础埋深的原则是在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋，但考虑到基础的稳定性，建筑物构造的影响等因素，除岩石地基外，基础的最小埋深不应小于0.5m，基础顶面应低于设计地面0.1m以上。 影响埋深的因素有：,建筑物的用途和结构类型：建筑物的结构类型不同，对不均匀沉降的敏感程度不同。敏感结构如框架结构，应将基础埋于较坚实、较均匀的突出。其埋深较深；不敏感的结构如简支结构，基础可以置于软弱土层，其埋深就可能较浅。,作用在地基上的荷载大小和性质：荷载大小不同，对持力层的要求也不同。建筑物荷载的性质也影响基础埋深的选择。承受轴向压力为主的基础，其埋深只需要满足地基的强度和变形要求；对于承受水平荷载的基础，还需要足够的埋深以满足稳定性要求。高层建筑为满足稳定性要求，减少建筑物的整体倾斜，基础埋深一般不应少于1/121/8的地面以上建筑物的高度。,工程地质和水文地质条件：这对基础埋深的选择有很重要的影响。土层的软硬对基础的影响表现明显。当地下水存在时，为避免施工排水麻烦，基础底面置于地下水位以上。,相邻建筑物和构筑物的影响：如果拟建建筑物临近有其他建筑物或构筑物，除考虑以上条件决定基础埋深外，为保证原有建筑物的安全和正常使用，宜使拟建的建筑物基础不低于已有建筑物或构筑物的基础。若必须深于原有建筑物基础时，应使两基础间净距不少于它们底面高差的12倍。（书139 图10-17）,地基土冻胀和融陷的影响：温度下降至0以下，当地表中自由水开始冻结成冰形成冻土，当温度升高时，冻土融化，一年内冻结和融化交替一次，因此称为季节性冻土。某些细粒土冻结时，水分向冻结区聚集，致使冻结区土体积膨胀，在基础周围和基础地表产生冻胀力，使基础和墙体上抬，当冻土融化后，土含量增加，地基土强度降低并引起沉陷，称为融陷。因此，设计时，基础应当埋在当地冻深线以下。,地基承载力特征值的确定 地基承载力特征值是在保证地基强度和稳定的前提下，建筑物不产生过大沉降和不均匀的沉降时地基所能承受的最大荷载。地基承载力特征值用 表示。 目前确定地基承载力特征值的方法有： 原位测试确定地基承载力特征值 按地基的强度理论确定基底承载力特征值 经验方法确定地基承载力特征值 地基承载力特征值的修正,在保持地基土天然结构、天然含水量及天然应力状态下进行的测试。其中载荷试验是最直接可信的方法。其包括浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验。浅层平板试验适用于浅层基础；深层平板试验适用于深层基础。,当地基出现部分塑性区时，只要塑性区发展不超过某一限度，仍可保证建筑物的安全。当偏心距小于或等于0.033倍基础底面宽度时，据土的抗剪强度指标确定地基承载力值可按公式计算，并满足变形要求 由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值，kpa 承载力系数。按书140-141页表10-3确定。 基础底面宽度，大于6m时按6m计算，对于砂土，小于3m时按3m取值 基底下1倍短边宽度内土的黏聚力标准值 基础埋置深度（具体要求见书） 基底以上土的加权平均重度。,人们在大量工程实践的基础上，总结一些实用的确定地基承载力的方法。如间接原位测试的方法（其中包括动力触探试验和静力触探试验）、根据地基承载力特征值表来确定地基承载力。,地基承载力特征值除了与土的性质有关外，还与基础底面与基础埋深等因素有关，但基础宽度大于3m或埋深大于0.5m时，从荷载试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值还需要经过修正，公式如下： 修正后的地基承载力特征值，kpa； 地基承载力特征值，kpa 基础宽度和埋深的地基承载力修正系数。按书142页表10-3确定 基础底面以下土的重力密度，地下水位以下取浮重力密度， 基底面宽，当基宽小于3m时，按3m取值，大于6m时按6m取值。 基础底面以上土的加权平均重力密度，地下水位以下取浮重力密度 基础埋深，m。详见书141,基础的底面尺寸 中心荷载作用下的基础 中心荷载作用下的基础，基底压力按直线分布简化计算，根据地基承载力的要求，作用在基底上的平均压力应小于或等于地基承载力 即： 偏心荷载作用下基础 偏心荷载作用下，基础底面受力不均匀，因此需要加大基础面积，一般采用试算法进行计算。,1、柱下单独基础 基底平均压应力为： 相应于荷载效应标准组合时，上部结构传到基础顶面的竖向力标准值，KN 基础自重和基础上的土重，KN， 基底以上与基础的平均重力密度，一般取 整理后得： 计算好A后，先确定一边长b或l，再计算另一边长，一般取 2、条形基础 对于条形基础，沿基础长度方向，取1m为计算单元，故基底宽度为 相应于荷载效应标准组合时，沿长度方向1m范围内上部结构传来的竖向荷载标准值，,软弱下卧层验算 （自学，程度：了解）,刚性基础的结构计算和构造设计 刚性基础的结构计算 刚性基础的设计步骤 根据材料选择基础台阶高度 基础宽度的确定：先根据基底承载力要求初步