土力学与地基基础 教学配套课件 陈晋中 第6章 天然地基上浅基础设计.pdf

土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础 陈晋中陈晋中陈晋中 陈晋中 主主主 主 编编编编 陈晋中陈晋中陈晋中陈晋中 刘燕宁刘燕宁刘燕宁刘燕宁 魏党生魏党生魏党生魏党生 陈剑波陈剑波陈剑波陈剑波 邵明波邵明波邵明波邵明波 蔡蔡蔡 蔡 宁宁宁宁 康会宾康会宾康会宾康会宾 朱艳丽朱艳丽朱艳丽朱艳丽 吴卫祥吴卫祥吴卫祥吴卫祥 何东秋何东秋何东秋何东秋 编编编 编 写写写写 恒山悬空寺恒山悬空寺恒山悬空寺恒山悬空寺 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 本章学习要求：本章学习要求： 本章是本课程的重点，主要研究浅基础的设计计算方法； 了解浅基础的设计要求、步骤及浅基础的设计类型； 了解基础埋置深度的确定条件； 掌握基础底面尺寸的确定方法及软弱下卧层的计算； 掌握无筋扩展基础及筋扩展基础的设计与计算； 本章难点是配筋扩展基础的设计。 第第6章 天然地基上浅基础设计章 天然地基上浅基础设计 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 6.1.1 基础设计的要求与步骤基础设计的要求与步骤 1一般设计要求一般设计要求： （1）地基承载力设计要求 （2）地基变形设计要求 （3）基础本身强度、刚度和耐久性的要求 6.1 概述概述 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 2天然地基上浅基础设计内容与步骤天然地基上浅基础设计内容与步骤 (1)根据上部结构形式、荷载大小、工程地质及水文地质条件等 选择基础的结构形式、材料并进行平面布置。 (2)确定基础的埋置深度。 (3)确定地基承载力。 (4)根据基础顶面荷载值及持力层的地基承载力，初步计算基础 底面尺寸。 (5)若地基持力层下部存在软弱土层时，需验算软弱下卧层的承 载力。 (6)甲级、乙级建筑物及部分丙级建筑物，尚应在承载力计算的 基础上进行变形验算。 (7)基础剖面及结构设计。 (8)绘制施工图，编制施工技术说明书。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 6.1.2 浅基础的类型浅基础的类型 按材料分类如下： 砖基础 取材容易 价格便宜 毛石基础 取材容易 价格便宜 设混凝土垫 层，防潮作用 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 灰土基础 造价低廉 强度较低 混凝土基础 强度、耐久 性、抗冻性 都较好 6.1.2 浅基础的类型浅基础的类型 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 按结构分类如下： 1.独立基础 墙下独立基础 柱下基础的主要类型 6.1.2 浅基础的类型浅基础的类型 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 按结构分类如下： 2.条形基础 墙下条形基础 6.1.2 浅基础的类型浅基础的类型 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 按结构分类如下： 独立基础 柱下钢筋混凝土条形基础 6.1.2 浅基础的类型浅基础的类型 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 按结构分类如下： 3.柱下十字形基础 增加基础的 整体刚度， 减少 不均匀沉降 6.1.2 浅基础的类型浅基础的类型 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 按结构分类如下： 4.片筏基础 当地基软弱而上部结构的荷载又很大时， 采用十字形基础仍不能满足要求或 相邻基槽距离很小时，可采用钢筋混凝土 做成整块的片筏基础，以扩大基底面积， 增强基础的整体刚度。 6.1.2 浅基础的类型浅基础的类型 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 按结构分类如下： 5.箱形基础 箱形基础由片筏基 础演变而成，它是 由钢筋混凝土顶 板、底板和纵横交 叉的隔墙组成的空 间整体结构 6.1.2 浅基础的类型浅基础的类型 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 6.2 基础埋置深度的确定的相关因素基础埋置深度的确定的相关因素 1. 与建筑物有关的条件与建筑物有关的条件 2. 工程地质条件工程地质条件 3. 水文地质条件水文地质条件 4. 地基冻融条件地基冻融条件 5. 场地环境条件场地环境条件 基础 埋置示意图 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 6.3 基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定 6.3.2 偏心荷载作用下基础底面积的确定偏心荷载作用下基础底面积的确定 (1)先按中心荷载作用条件，利用相应公式初步估算基础底面寸； (2)根据偏心程度，将基础底面积扩大1040，并以适当的比例确 定矩形基础的长和宽b，一般取lb=12； (3)计算基底平均压力和基底最大压力，并使其满足式相应公式。 这一计算过程可能要经过几次试算方能确定合适的基础底面尺 寸。另外为避免基础底面由于偏心过大而与地基土翘离，箱形基础 还要求基底边缘最小压力值或偏心距满足。 kkk kg fgf pd aa 6.3.1 中心荷载作用下基础底面积的确定中心荷载作用下基础底面积的确定 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 6.3.3 软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算 当持力层下地基受力范围内存在承载 力明显低于持力层承载力的高压缩 性土层(如沿海沿江一些地区，地表 存在一层“硬壳层”，其下一般为很厚 的软土层，其承载力明显低于上部 “硬壳层”承载力)时，还必须对软弱下 卧层的承载力进行验算。要求作用 在软弱下卧层顶面处的附加应力和自 重应力之和不超过下卧层顶面处经 深度修正后的地基承载力特征值 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 6.3.4 地基变形验算地基变形验算 按地基承载力选择了基础底面尺寸之后，一般情况下已保证建筑物 防止地基剪切破坏方面具有足够的安全度。但为了防止建筑物因地 基变形或不均匀沉降过大造成建筑物的开裂与损坏，保证建筑物正 常使用还应对地基变形，特别是不均匀变形加以控制。 在常规设计中，一般都针对各类建筑物的结构特点、整体刚度和使 用要求的不同，计算地基沉降的某一特征值，验算其是否小于允许 值，即要求满足下列条件； 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 6.3.5 地基稳定性验算地基稳定性验算 (1)承受很大的水平力或倾覆力矩的建(构)筑物，如受风力或地震力 作用的高层建筑或高耸构筑物；承受拉力的高压线塔架基础及锚拉 基础等；承受水压力或土压力的挡土墙、水坝、堤坝和桥台等。 (2)位于斜坡顶上的建(构)筑物，由于在荷载作用和环境因素的影响 下，造成部分或整个边坡失稳。 (3)地基中存在软弱土(或夹)层；土层下面有倾斜的岩层面；隐伏的 破碎或断裂带；有地下水渗流的影响等。 满足 稳定 要求 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 6.4 无筋扩展基础设计无筋扩展基础设计 无筋扩展基础的设计主要是确定基础的截面尺寸。确定 截面尺寸时，最主要的一点是要满足刚性角(构造)要求， 即基础的外伸宽度与基础高度的比值小于基础的允许宽高 比(见表)。此外，在确定无筋扩展基础尺寸时，除应满足 地基容许承载力外，基础宽度b(或长度)还应满足： 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 无筋扩展基础设计无筋扩展基础设计 若不满足式(6-21)时，可增加基础高度，或选择强度 较大的材料。加仍不满足，则需改用钢筋混凝土扩展基 础。在同样荷载和基础尺寸的条件下，钢筋混凝土基础 埋置深度较浅，适宜宽基浅埋的情况。 对于混凝土基础，当基础底面处的平均压力值超过 300kpa时，应按式(6-22)验算墙(柱)边缘或变阶处的受 剪承载力 无筋 扩展基础 示意图 无筋 扩展基础 示意图 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 (1)墙下条形基础的设计原则： 墙下钢筋混凝土条形基础的内力计算一般可按平面应 变问题处理，在长度方向可取单位长度计算面柱下钢筋 混凝土条形基础则必须按连续梁来进行计算。墙下钢筋 混凝土条形基础宽度由承载力确定，基础高度由混凝土 抗剪条件确定，基础底板配筋则由验算截面的抗弯能力 确定。在进行截面计算时，不计基础及其上覆土的重力 作用所产生的部分地基反力，而只计算外荷载产生的地 基净反力。 (2)地基净反力计算： 墙下 条形基础 计算简图 6.5.1 墙下钢筋混凝土条形基础墙下钢筋混凝土条形基础 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 6.5.2 柱下独立扩展基础柱下独立扩展基础 当基础承受柱子传来的荷载时，若柱子周边处基础的高度不够，就 会发生如图所示的冲切破坏，即从柱子周边起，沿45o斜面拉裂，形成 冲切角锥体。在基础变阶处也可以发生同样的破坏。产生破坏的原因是 由于冲切破坏面上的主拉应力超过了基础混凝土的抗拉强度。因此，钢 筋混凝土柱下独立基础的高度由抗冲切验算确定。 基础底板在地基净反力作用下还会产生向上的弯曲。当弯曲应力超 过基础抗弯强度时，基础底板将发生弯曲破坏，如图所示。因此，基础 底板应配置足够的钢筋以抵抗基础的弯曲变形。