《基础工程教学课件》基础工程.pptx

2.6 扩展基础设计 一、无筋扩展基础设计 1. 结构设计原则 可以通过控制材料强度等级和台阶宽高比 （台阶的宽度与其高度之比，表2-9）来确 定基础的截面尺寸，而无需进行内力分析 和截面强度计算。 做成阶梯形时，每一台阶除应满足台阶宽 高比的要求外，还需符合有关的构造规 定。 2. 无筋扩展基础构造要求 无筋扩展基础 在施工前常在 基坑底面敷设 强度等级为 C10的混凝土 垫层，其厚度 一般为100mm 。垫层的作用 在于保护坑底 土体不被人为 扰动和雨水浸 泡，同时改善 基础的施工条 件。 a）砖基础 俗称大放脚，其各部分的尺寸应符合砖的模 数。 砌筑方式有两皮一收和二一间隔收（又称两皮 一收与一皮一收相间）两种（图2-20）。 两皮一收是每砌两皮砖，即120mm，收进1/4 砖长，即60mm； 二一间隔收是从低层开始，先砌两皮砖，收进 1/4砖长，再砌一皮砖，收进1/4砖长，如此反 复。 b）毛石、混凝土、毛石混凝土基础 毛石基础的每阶伸出宽度不宜大于200mm，每 阶高度通常取400600mm，并由两层毛石错缝 砌成。 混凝土基础每阶高度不应小于200mm 毛石混凝土基础每阶高度不应小于300mm。 c）灰土基础 灰土基础施工时每层虚铺灰土220250mm，夯 实至150mm，称为“一步灰土”。根据需要可设 计成二步灰土或三步灰土，即厚度为300mm或 450mm，三合土基础厚度不应小于300mm。 无筋扩展基础也可由两种材料叠合组成，例如 ，上层用砖砌体，下层用混凝土。 3. 基础高度 设计时一般先选择适当的基础埋深和基础底面 尺寸，设基底宽度为b，则基础高度应满足下 列条件： h （2-44） 式中b0 为基础顶面处 的墙体宽度或柱脚宽 度；为基础的刚性 角。 无筋扩展基础的高度 h不应大于基础埋深 d，否则，应加大基 础埋深或选择刚性角 较大的基础类型（如 混凝土基础），如仍 不满足，可采用钢筋 混凝土基础。 表2-9 无筋扩展基础台阶宽高比的允许值 【例】某基础埋深d=0.9m，基底宽度b=1.12m，基 础顶面处的墙体宽度b0=240mm，试作出该砖基础 剖面图。 【解】 b=1120 d=0.9m b0=240 120 120 120 120 60 60 60 65 65 65 65 60 6060 二、钢筋混凝土基础设计 结构设计原则 钢筋混凝土基础的截面设计包括确定基础高度和基 础底板配筋。 在这些计算中，可不考虑基础及其上面土的重力， 因为由这些重力所产生的那部分地基反力将与重力 相抵消。 仅由基础顶面的荷载所产生的地基反力，称为地基 净反力，并以pj表示。 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底反力，应按承 载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应 的分项系数。 1. 墙下钢筋混凝土条形基础设计 计算时，沿墙长度方向取1m作为计算单元。 （1）构造要求 a）梯形截面基础的边缘高度，一般不小于 200mm；基础高度小于等于250mm时，可做成 等厚度板。 b）基础下的垫层厚度一般为100mm，每边伸 出基础50100mm，垫层混凝土强度等级应为 C10。 c）底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm ，间距不宜大于200mm和小于100 mm。当有 垫层时，混凝土的保护层净厚度不应小于 40mm，无垫层时不应小于70mm。纵向分布 筋直径不小于8mm ，间距不大于300mm，每 延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的 1/10。 d）混凝土强度等级不应低于C20。 e）当基础宽度大于或等于2.5m时，底板受力 钢筋的长度可取基础宽度的0.9倍，并交错布 置。 f）基础底板在T形及十字形交接处，底板横 向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置， 另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方 向底板宽度1/4处。在拐角处底板横向受力钢 筋应沿两个方向布置（图2-21）。 g）当地基软弱时，为了减少不均匀沉降的影 响基础截面可采用带肋的板，肋的纵向钢筋按 经验确定。 问题基础的最小配筋率是多少 ？ 国标：对截面积较大而弯矩相对较小的板式基础，如扩 展基础、承台板等，未作最小配筋率规定，仅规定了钢 筋的最小直径和间距；对截面积较小或要求整体刚度较 大的基础，如承台梁、筏形基础和箱形基础，有最小配 筋率规定。 桩基规范：柱下独立桩基承台最小配筋率为0.15%。 省标：均有最小配筋率规定，一般为0.15%。 （2）轴心荷载作用 a）基础高度 基础内不配箍筋和弯起筋，故基础高度由混凝 土的受剪承载力确定： V0.7 ft h0 （2-45） 式中V为剪力设计值： V= pjb1 （2-46） 于是 h0 （2-47） b1 1 式中pj相应于荷载效应基本组合时的地基 净反力值，可按下式计算： pj = F / b （2-48） b基础宽度； h0基础有效高度； ft混凝土轴心抗拉强度设计值； b1基础悬臂部分计算截面的挑出长度， 如图2-22： 当墙体材料为混凝土时，b1为基础边缘至墙 脚的距离； 当为砖墙且放脚不大于1/4砖长时，b1为基础 边缘至墙脚距离加上0.06m。 b）基础底板配筋 悬臂根部的最大弯矩设计值M为： （2-49） 基础每米长的受力钢筋截面面积： （2-50） 式中As钢筋面积； fy钢筋抗拉强度设计值； h0基础有效高度，0.9h0为截面内力臂的 近似值。 b1 1 （3）偏心荷载作用 在偏心荷载作用下，基础边缘处的最大和最 小净反力设计值为： （2-51） 或 （2-52） 式中 M相应于荷载效应基本组合时作用 于基础底面的力矩值； e0荷载的净偏心矩，e0= M/F。 基础的高度和配筋仍按式（2-47）和（2-50） 计算，但式中的剪力和弯矩设计值应改按下 列公式计算： （2-53） 式中pjI为计算截面的净反力设计值， （2-54） b1 1 b y 2.柱下钢筋混凝土独立基础设计 （1）构造要求 除应满足上述墙下钢筋混凝土条形基础的要求 外，尚应满足 ： a）阶梯形基础每阶高度一般为300500mm （当基础高度大 于等于600mm而 小于900mm时， 阶梯形基础分二级 ；当基础高度大于 等于900mm时， 则分三级）。 当采用锥形基础时，其边缘高度不宜小于 200mm，顶部每边应沿柱边放出50mm 。 200mm 50mm b）柱下钢筋混凝土基础的受力筋应双向配置。 c）现浇柱的纵向钢筋可通过插筋锚入基础中 ，插筋的数量、直径以及钢筋种类应与柱内纵 向钢筋相同。 插入基础的钢筋，上下至少应有两道箍筋固 定。插筋与柱的纵向受力钢筋的连接方法，应 按现行的混凝土结构设计规范规定执行。 插筋的下端宜做成直钩放在基础底板钢筋网 上。当符合下列条件之一时，可仅将四角的插 筋伸至底板钢筋网上，其余插筋伸入基础的长 度按锚固长度确定： 柱为轴心受压或小偏心受压，基础高度大于等于 1200mm； 柱为大偏心受压，基础高度大于等于1400mm。 （2）轴心荷载作用 a）基础高度 基础高度由混凝土受冲切承载力确定。 在柱荷载作用下，如果基础高度（或阶梯高度 ）不足，则将沿柱周边（或阶梯高度变化处） 产生冲切破坏，形成45斜裂面的角锥体（图2- 24）。 因此，由冲切破坏锥 体以外的地基净反力 所产生的冲切力应小 于冲切面处混凝土的 抗冲切能力。 矩形基础一般沿柱短边一 侧先产生冲切破坏，所以 只需根据短边一侧的冲切 破坏条件确定基础高度， 即要求： Fl 0.7hp ft bmh0 （2-55） 上式右边部分为混凝土抗冲切能力，左边部分 为冲切力： Fl = pj A1 （2-56） 式中pj相应于荷载效应基本组合的地基净 反力，pj = F/bl ； A1冲切力的作用面积（图2-26中的斜线面 积）； hp受冲切承载力截面高度影响系数，当 基础高度h不大于800mm时，hp取1.0；当h大 于等于2000mm时，hp取0.9，其间按线性内插 法取用； ft混凝土轴心抗拉强度设计值； bm冲切破坏锥体斜裂面上、下（顶、底） 边长bt、bb的平均值（图2-25）； h0基础有效高度。 设计时一般先按经验假定基础高度，得出h0， 再代入式（2-55）进行验算，直至抗冲切力（ 该式右边）稍大于冲切力（该式左边）为止。 红色矩形面积： 两个小三角形面积： 故： 冲切破坏锥体以外的地基净反力所产生 的冲切力的作用面积（阴影面积）红 色矩形面积两个小三角形面积： 冲切面处混凝土的抗冲切面积Ac 红色梯形面积两个小三角形面积 两个小三角形面积： 故： 红色梯形面积： 对于阶梯形基础，例如分成二级的阶梯形，除了对 柱边进行冲切验算外，还应对上一阶底边变阶处进 行下阶的冲切验算。 验算方法与上面柱边冲切验算相同，只是在使用式 （2-57）和（2-58）时，ac、bc分别换为上阶的长 边l1和短边b1（参考图2-27），h0换为下阶的有效高 度h01（参考图2-28）便可。 当基础底面全部落在45冲切破坏锥体底边以 内时，则成为刚性基础，无需进行冲切验 算。 b）底板配筋 在地基净反力作用下，基础沿柱的周边向上弯 曲。一般矩形基础的长宽比小于2，故为双向受 弯。 当弯曲应力超过了基础的抗弯强度时，就发生 弯曲破坏。 其破坏特征是裂缝沿柱角至基础角将基础底面 分裂成四块梯形面积。 故，配筋计算时，将 基础板看成四块固定 在柱边的梯形悬臂板 （图2-27）。 当基础台阶宽高比tana2.5时参见图2-26（a ），底板弯矩设计值可按下述方法计算。 地基净反力pj对柱边-截面产生的弯矩为： 式中A1234梯形1234的面积： l0梯形1234的形心O1至 柱边的距离： 于是 （2-59） 平行于l方向（垂直于-截面）的受力筋面 积可按下式计算： （2-60） 同理，由面积1265上的净反力可得柱边- 截面的弯矩为： （2-61） （2-62） 阶梯形基础在变阶处也是抗弯的危险截面， 按式（2-59）（2-62）可以分别计算上阶底 边-和-截面的弯矩M、钢筋面积 AS和M、AS。 只要把各式中的ac、bc换成上阶的长边 l1和 短边b1，把h0换为下阶的有效高度h01便可。 然后按ASI和AS中的大值配置平行于l边方 向的钢筋，并放置在下层； 按AS和AS中的大值配置平行于b边方向的 钢筋，并放置在上排。 问题 台阶宽高比tana2.5的含义？ 简化计算前提 ： 基础刚度较大 基底反力线性分布 结论：悬臂刚性板：板厚悬臂尺寸/2.5 连续刚性板、梁：厚