混凝土结构设计下框架结构.ppt

第四章 多层框架结构,多层房屋的结构体系； 结构的计算简图及荷载确定； 简单框架的内力计算； 无抗震设防要求时框架结构构件设计； 非抗震设计时框架节点的构造要求； 结构施工图平面整体表示方法。,本章提要,一、多高层建筑的优缺点： 优点：占地面积小，节约用地，节约市政工程费用（小区道路、文化福利设施、水电煤气管网)，减少拆迁费用。 缺点：单位面积造价高（结构体系，垂直运输、供水、供电、空调、防火），日常工作生活不便（人工采光通风、户外活动少）。 二、多层与高层房屋的界限 我国根据当前消防车的供水能力和设置电梯的标准 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002： 10层或 H28m民用建筑为高层建筑。,4-1 概述 （P173）,4-1 概述,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,相适应,相制约,使用要求,建筑方案,结构方案,结构类型 结构体系 结构布置,框架结构 剪力墙结构 框架-剪力墙结构 筒体结构,砌体结构 钢结构 砼结构 钢-砼混合结构,主要承力构件,安全可靠 经济 施工快捷,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,一、多层与高层的结构类型 1砌体结构 优点：易就地取材；造价低；耐火性耐久性好；施工技术易掌握、易普及。 缺点：自重大；强度低；抗震性能差；砌筑工作繁重；工期长； 应用：9层，多层、小跨度、轻荷载民用房屋。 2钢结构 优点：强度高、延性好；施工速度快； 缺点：造价高，耐火、耐腐蚀性能差。 应用：大跨度、重荷载、高层超高层建筑。 3钢筋砼结构 特点：与砌体结构比强度高，结构自重轻，抗震性能好，工业化程度高， 与钢结构比造价低，材料来源广，耐火性好，结构刚度大，但 自重大，抗震性能稍差。 应用：一般工业与民用多高层房屋结构。,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,二、多层与高层房屋的结构体系 1框架结构 在非地震区一般可建至15层，最高可达20层。 优点：平面布置灵活，能提供较大空间，适用于多层和高层办公楼、旅馆、医院、学校、商店、住宅及多层工业厂房。 缺点: 抗侧移刚度小，水平位移大，称为柔性结构体系。 2、框架剪力墙结构 非地震区框剪结构用于1525层房屋中，最高不宜超过35层。 3剪力墙结构 在非地震区一般多用于2530层以上房屋，最高不宜超过40层。 4、筒体结构,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,二、多层与高层房屋的结构体系,框架结构,组成：横梁和立柱组成,特点：平面布局灵活，易于设置大房间的需要，承受竖向荷载很合理。 但框架的抗侧刚度小， 抵抗水平荷载能力较差。,应用： 非地震区，建1520层， 地震区，建10层以下。,剪力墙结构（抗震墙）,组成：由钢筋混凝土的墙体，组成房屋的结构体系。,特点：钢筋混凝土墙体承受竖向荷载和水平荷载，有很大的抗侧刚度。 但房屋被剪力墙分割成较小空间，不适用于需大空间的建筑物。,应用：15-50层，用于高层住宅、旅馆、写字楼等。,框架-剪力墙结构（框剪结构）,组成：由若干框架和局部剪力墙组成。,特点：竖向荷载主要由框架承担，水平荷载主要由剪力墙承担。兼有框架体系和剪力墙体系的优点。,应用：1530层的办公楼、公寓、旅馆等。,北京东华金座项目，位于北京市宣武区牛街，由华尔森集团开发建设，总建筑面积约10万平方米，建筑高度73.84米，地上20层、地下3层。东华金座集商业、娱乐、居住功能为一体，地下室为人防工程及车库，裙房12层为商场、餐厅，裙房3层为会所。4层以上主体建筑分为三部分：18层的北楼为住宅，20层的东西塔楼为酒店式公寓。结构形式为框架剪力墙结构。,筒体结构,组成：由钢筋混凝土墙或框架柱（框筒）组成。,特点：将剪力墙集中到房屋内部或外围，形成空间封闭筒体，使结构既有极大的抗侧刚度，同时又能获得较大的空间。,应用：一般用于45层左右 甚至更高的建筑。,美国西尔斯大厦为成束筒结构。位于芝加哥市。由9个22.9米见方的正方形组成。大厦平面随层数增加而分段收缩，在51层以上切去两个对角正方形，67层以上切去另外两个对角正方形，91层以上又切去三个正方形，只剩下两个正方形到顶。,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,大连友谊广场商住楼,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,三、多层与高层房屋的结构布置原则 1应满足建筑物使用要求、简化设计、方便施工。 2. 应使房屋平面规则整齐，均匀对称，体型力求简单； 减小扭转效应。 3. 应控制房屋的高宽比，使之具有必要的抗侧移刚度。 4房屋总长宜控制在最大伸缩缝间距内，否则设伸缩缝。 5同一幢房屋的基础力求类型、埋深一致，且基础刚度宜大。 当房屋各部分层数、荷载相差悬殊或地基土质异差很大时， 宜设沉降缝分开。 如不便设沉降缝，可用设后浇带，或先施工高层后裙房的方法处理调整沉降差。,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-2 多层与高层房屋的结构方案选择,4-3 多层与高层建筑的荷载 一、楼面活荷载 建筑结构荷载规范GB50009-2001 1、设计多高层民用房屋的楼面梁、墙、柱、基础时，楼面活荷载均应乘以折减系数，以考虑活荷载在各层不可能同时满载的实际情况。 对楼面梁，主要考虑梁的从属面积，从属面积大于25m2时，折减系数为0.9。 对墙、柱、基础，除考虑其从属面积外，还要考虑计算截面以上的楼层数再折减。楼层数愈多，折减系数愈小。,4-3 多层与高层建筑的荷载,二、风荷载 风荷载的大小与建筑物所在的地区地貌、建筑物高度和体型等有关。 设计时风荷载按静荷载计算，采用加大风荷载值的方法考虑动力反应的影响:,其它 脉动增大系数。 可查表 脉动影响系数。=0.480.63,4-3 多层与高层建筑的荷载,Z高度处的风振系数,H30m，或H/B1.5时，z=1.0,可见房屋越细高，结构自振周期越长，风振作用越大。,4-3 多层与高层建筑的荷载,4-3 多层与高层建筑的荷载,4-3 多层与高层建筑的荷载,温度变化引起的结构变形： 柱弯曲变形（室内外温差，柱两侧胀缩不同）。 楼盖结构剪切变形（室内外温差，内柱不变，外柱胀缩）。 墙体剪切变形（季节、日照温差，屋盖结构与下部结构水平构件胀缩不同）,三、温度作用 超静定结构由于温度变化引起的结构变形受到限制和约 束而在结构中引起内力。 1.温度变化：季节温差；室内与室外温差；日照温差（向阳面与背阳面）,4-3 多层与高层建筑的荷载,2当房屋长度不超过最大伸缩缝间距，房屋不超过30层 或高度不超过100m时，可不考虑温度作用。 10层，或L60m，温度作用可忽略； 1030层，温度变形加大，有隔热和配筋构造，可不计算 温度作用； 30层或H100m，宜计算温度作用。 3采取下列措施可减小结构中温度内力： 屋顶分段设小阁楼，L减小。 顶层以框架代替剪力墙。 山墙与内部结构用铰连接。 屋面、外墙采用保温隔热措施。,4-3 多层与高层建筑的荷载,4-4 框架结构的形式和布置,一、框架结构的组成：梁、柱、基础。 二、框架结构分类 (P173) 全现浇：梁、柱、板一次性现浇，整体性好，抗震好， 工作量大，工期长，费模板。 半现浇：梁、柱现浇，板预制，减少现浇混凝土量，节约模板。 装配式：梁、柱、板均预制拼装，速度快，吊装机械费用高； 用钢量多；整体性差。 装配整体式：梁、柱、板均预制，但节点区及梁面、板面再 浇混凝土；现浇混凝土施工难。,4-4 框架结构的形式和布置,三、柱网布置（P174）,4-4 框架结构的形式和布置,1.柱网布置应满足使用要求,4-4 框架结构的形式和布置,2. 柱网布置要使结构受力合理,四、框架的结构布置 P177图13-8 1承重框架沿房屋横向布置 （主梁横向布置） 房屋横向刚度好，纵向连梁截面小，对采光通风有利；横向主梁截面大，对集中通风的通风管布置不利。 2承重框架沿房屋纵向布置 （主梁纵向布置） 平面布置灵活：横向连梁截面小，对通风管布置有利，可降低层高；横向刚度较差，仅适用多层建筑。 3承重框架沿房屋双向布置 （主梁双向布置） 兼有上述两种优点，适合：有大空间大柱网房屋 柱网平面接近方形或荷载较大的房屋 有抗震设防要求房屋。,4-4 框架结构的形式和布置,沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中产生裂缝而设置的，沉降缝必须将房屋连同基础一起分开。,在建筑物的下列部位宜设置沉降缝： 土层变化较大处； 地基基础处理方法不同处； 房屋在高度、重量、刚度有较大变化处； 建筑平面的转折处； 新建部分与原有建筑的交界处。 沉降缝由于是从基础断开，缝两侧相邻框架的距离可能较大，给使用带来不便，此时可利用挑梁或搁置预制梁、板的方法进行建筑上的闭合处理.,图 沉降缝做法,(a) 设挑梁（板）；(b) 设预制板（梁）,4-5 框架结构计算简图 P179,一、 计算单元的选取 P179图1310 框架结构是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。为了简化计算，通常忽略它们之间的空间联系，而将空间结构体系简化为横向和纵向平面框架计算，并取出单独的一榀框架作为计算单元，该单元承受的荷载如图中阴影部分所示。 在计算简图中，框架节点多为刚接，柱子下端在基础顶面，也按刚接考虑。杆件用轴线表示，梁柱的连接区用节点表示。,4-5 框架结构计算简图,4-5 框架结构计算简图,4-5 框架结构计算简图,二、 计算模型的确定 1杆件轴线： 等截面轴线取截面形心位置，当上下柱截面尺寸不同时，则取上层柱形心线作为柱轴线。,4-5 框架结构计算简图,2计算模型的简化 （1）横梁坡度i1/8的折梁，可简化为直杆（单坡斜梁化为水平梁）。 （2）不等跨框架，跨度差10% 时，可简化为等跨框架（取平均跨度）。 （3）有加腋变截面梁 Iend/Imin4或hend/hmin1.6时，忽略加腋的影响。,4-5 框架结构计算简图,3梁、柱截面尺寸： 梁： 梁净跨与截面高度之比不宜小于4。一般不宜小于200mm。 柱: 为了提高框架抗水平力的能力，矩形截面的hc/bc不宜大于3，柱截面的边长不宜小于250mm。,4-6 框架结构的内力计算,4截面惯性矩取值 柱: I=I0 梁：由于楼板参加梁的工作且梁截面刚度是变化的,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,竖向荷载下内力计算的近似法 分层法、弯矩二次分配法、迭代法 水平荷载下内力计算的近似法 反弯点法、D值法、迭代法、无剪力分配法,4-6 框架结构的内力计算,一、竖向荷载下内力的简化计算法分层法,2计算假定：（1）忽略框架在竖向荷载作用下的侧移； （2）忽略本层荷载对其它各层内力的影响。 3计算步骤： （1）框架分为由各层梁及其上下柱组成的开口框架。 （2）底层柱刚度不修正，传递系数C=1/2， 其余各层柱刚度乘以折减系数0.9，传递系数C=1/3； 按力矩分配法求各层框架弯矩图。 （3）迭加上述子结构弯矩图，得框架最终弯矩图。 （4）节点不平衡力矩较大的，可对节点不平衡力矩进行一次弯矩分配。,4-6 框架结构的内力计算,1适用范围：节点梁柱线刚度比 ，结构与荷载沿高度 比较均匀的多层框架。,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,二、水平荷载作用下内力的简化计算法（一）反弯点法 1、框架在水平荷载下的受力和变形特点,一般归结为受节点水平力的作用，各杆的弯矩都是直线形； 每个立柱都有一个反弯点，各柱上、下端既有水平位移、又有角位移。 若忽略轴力引起的各杆变形，则同一层各柱端 相同的水平位移,4-6 框架结构的内力计算,节点角位移很小,2计算假定： （1）除底层以外的各层柱，受力后的上、下两端将产生相同的转角； 除底层柱外，各层柱的反弯点均在柱的中点处。（底层柱在2/3H） （2）在同层各柱间分配楼层剪力时，设横梁刚度无限大，即柱端无转角。 可确定各柱的剪力分配，按各柱的侧移刚度系数 比例分配。,4-6 框架结构的内力计算,3适用范围：,节点梁、柱线刚度比 ，各层结构比较均匀的多层框架。,4计算步骤：,由假设确定反弯点位置，从反弯点处切开代以剪力轴力，总框架分为m个单层开口小框架，层间剪力为:,由假设层间剪力Vj按同层各柱抗侧移刚度比例分配给各柱,计算各开口框架的弯矩、迭加而得总框架弯矩。,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,二、水平荷载作用下内力的简化计算法（二） 修正反弯点法（D值法） （P185） 1反弯点法缺点： （1）各层节点转角不可能相等，故反弯点位置不可能在柱高度中点。 （2）柱的抗侧移刚度不完全取决于柱本身，还与梁的线刚度有关。 2柱的抗侧移刚度D的修正,4-6 框架结构的内力计算,式中：节点转动影响系数，反映节点转动降低了柱的抗侧移能力,（ 1）； 与 有关。,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,3柱的反弯点高度比 y = y0+ y1+ y2+ y3 y0标准反弯点高度比，与框架总层数m、计算层位置及梁柱刚度 比 有关。P354附表4-2 y1考虑上下层梁刚度不同对反弯点高度比的修正，与梁柱线刚度 比及上下层梁刚度比有关。 P358附表4-4 y2、y3考虑上、下层层高变化对反弯点高度比的修正值，与 及上（下）层高度与本层高度比 有关。 P358附表4-5,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4-6 框架结构的内力计算,4计算步骤： （1）计算各柱抗侧移刚度D值： （2）同层各框架柱按其D值比例分配层间剪力。 （3）求各柱反弯点高度yh， y =y0+ y1+ y2+ y3 （4）根据各柱yh和Vji，计算各层开口框架弯矩图。 （5）迭加而得及整体框架的最终弯矩。,4-6 框架结构的内力计算,4-7 框架结构的侧移计算 P189,一、框架在水平荷下变形特点 总变形,总体剪切变形M 由梁柱弯曲变形引起（由层间剪力引起） 侧移曲线与悬臂梁的剪切变形曲线一致。 总体弯曲变形N 由两侧边柱轴向变形引起（由柱轴力引起） 侧移曲线与悬臂梁的弯曲变形规律一致,4-7 框架结构的侧移计算,一般框架结构，取 H50m或H/B4的细高框架，应取 二、 D值法求框架总体剪切变形M 1第j层框架上、下节点相对侧移（层间侧移） 2框架顶点总侧移 三、近似法求框架总体弯曲变形N 设内柱轴力为零，则外柱轴力为： N=M/B；从而： 式中：M- 上部水平荷载在所考虑的高度处引起的弯矩。 B- 外柱轴线间的距离。,4-7 框架结构的侧移计算,四、 框架结构侧移验算要点 1侧移计算时，结构刚度折减： 现浇框架=0.85；装配框架=0.70.8。 2. 房屋顶点侧移和层间侧移均应满足P180表4-2限值。,4-7 框架结构的侧移计算,4-8 框架杆件的设计,一、结构的最不利内力 1控制截面：梁的支座、跨中； 柱的上、下端。 2最不利内力种类 梁：支座Mmax、Vmax，跨中Mmax 柱： +Mmax及相应N、V， -Mmax及相应N、V Nmax及相应M、V， Nmin及相应M、V,4-8 框架杆件的设计,3最不利内力求法： （1）分层分跨计算组合法： 将楼面活荷逐层逐跨（及左来风、右来风）单独作用在框架上， 求出各种荷载情况下框架内力， 再针对各指定截面组合出最不利内力。 特点：各种荷载情况下框架内力计算简单、清楚； 分组荷载情况多，且需组合，计算量大，适合电算。 （2）最不利荷载位置法:与楼盖中梁、板最不利内力求法相同。 对每一个控制截面，按影响线确定其最不利内力的活荷载布置， 然后求框架内力，即可得所求控制截面最大内力。 特点：可直接求得某截面最不利内力； 控制截面多则内力分析次数多，计算量比分跨计算还大。,4-8 框架杆件的设计,4-8 框架杆件的设计,4-8 框架杆件的设计,（3）满布荷载法 活荷载q5kN/m2的一般工民建多层框架，此法精度满足工程要求。 不考虑活荷的不利布置，直接把活荷布满各层各跨。 求得的框架内力在支座处与按最不利荷载位置法求得的内力极为接近，可直接用于构件设计。 但跨中弯矩比最不利荷载位置法的计算结果明显偏低，故跨中弯矩应乘以1.11.2系数予以增大。,4-8 框架杆件的设计,4. 荷载组合,二、 构件设计 1考虑塑性内力重分布方法设计梁配筋，竖向荷下梁端负 弯矩乘调幅系数。 现浇框架：支座弯矩调幅系数0.80.9 装整式框架：支座弯矩调幅系数0.70.8 （节点刚度差，节点变形使M10%） 装配式框架：不予调幅（原支座M较小）。,4-8 框架杆件的设计,2框架柱计算长度取值 （P194表13-2）,4-8 框架杆件的设计,4-9 叠合梁设计,一、叠合梁的工作阶段与受力特点 1二阶段受力 P192图4-29 施工阶段后浇叠合层混凝土达到强度以前 以简支的预制梁bh1工作 承受恒载g1（预制梁、板自重，后浇砼自重） 施工活荷q1（1.01.5kN/m2） 其截面应力、应变状态与一般简支梁完全相同。 使用阶段-后浇叠合层混凝土达到强度以后 结构以框架形式工作，梁截面变为bh 承受g1及后加恒载g2（楼面面层与天花抹灰自重、隔墙自重） 使用活荷q2,4-9 叠合梁设计,4-9 叠合梁设计,2受力特点： 以简支叠合梁与相同条件（bh、As、fc加载方式等）的整浇梁对比试验得出：开裂早，s大，f大，Mu相等。 施工阶段叠合梁高度h1小于整梁的高度h，故跨中挠度的增长比整浇梁快得多，出现裂缝也较早。 使用阶段叠合梁截面高度增至h，刚度增大，其挠度增长减慢，但在同级荷载下，叠合梁的f与Wmax始终大于整浇梁。 从加载到破坏前，叠合梁跨中受力钢筋应力始终大于整浇梁。这一特点称为“钢筋应力超前”。设计中控制钢筋应力成为设计叠合梁的一个主要问题。 叠合梁与整浇梁在即将破坏时具有完全相同的应力状态，故两种梁的极限承载力 Mu 相同。,4-9 叠合梁设计,4-9 叠合梁设计,3截面应力分布： （a）由第一阶段恒载g1产生的弯矩标准值M1gk作用时的截面应力。 （b）第二阶段恒载g2及活载q2产生的弯矩标准值M2k作用时的截面应力 这时截面上有一应力较长的拉应力区，其合力为附加拉力Tc。 由于Tc协助受拉钢筋承担一部拉力，在M2k作用下受拉钢筋的应力 增量s2比一般钢筋混凝土构件应力增量小，其挠度的增量也较小。 （c）由（M1gk+M2k）作用时，其截面应力分布即为前两个阶段应力的叠加面形成锯齿状的应力图形。 （d）当叠合梁达到正截面承载力Mu时的截面应力。,4-9 叠合梁设计,二、 迭合梁的承载力计算 1施工阶段预制梁的承载力计算 施工阶段：预制梁按截面bh1的简支梁 计算内力所需受弯纵筋和受剪箍筋。 M1=M1G+M1Q，V1=V1G+V1Q 式中：M1G、V1G预制梁、板和迭合层自重在计算截面产生的内力设计值。 M1Q、V1Q施工活荷在计算截面产生的内力设计值。 施工阶段计算，结构重要性系数0降一级。,4-9 叠合梁设计,2使用阶段叠合梁承载力计算 使用阶段梁柱已形成整体框架，按框架结构分析内力，梁截面尺寸为bh。 跨中正弯矩 M2=M1G+M2G+ M2Q， 支座负弯矩 M2=M1G+M2G+M2Q 剪力 V=V1G+V2G+V2Q 式中：M2G、M2G、V2G第二阶段面层、吊顶等自重在计算截面产生的 内力设计值。 M2Q、V2Q使用活荷载在计算截面产生的内力设计值。 在正弯矩区段砼强度等级按叠合层取用，在负弯矩区段按计算截面受压区 砼实有强度取用， 受剪承载力计算时，取叠合层和预制梁中较低的砼强度等级进行。 叠合面受剪承载力验算,4-9 叠合梁设计,三、 叠合梁的钢筋应力与裂缝宽度验算 1钢筋应力计算及限值 叠合梁“钢筋应力超前”，在标准荷下s很高，当h1/h较小而M1Gk较大时，s可能接近fy，故“规范”规定：在荷载短期效应组合下，纵筋应力应满足：, 作用下应力，应考虑Tc影响。,式中： 作用下应力，,4-9 叠合梁设计,2. 裂缝宽度验算 考虑分布不均匀性及荷载长期效应影响：,预制砼抗拉强度标准值。,4-9 叠合梁设计,四、迭合梁的变形验算 （P196） 迭合梁使用阶段验算 ff 式中： 迭合梁按荷载效应的准永久组合计算的弯矩值。 迭合梁按荷载效应的标准组合计算的弯矩值。 五、迭合梁的构造规定 （P196）,4-9 叠合梁设计,4-10 框 架 节 点 构 造 （P195）,一、现浇框架节点构造 保证梁、柱纵筋在节点区的锚固长度。 1.中间层节点,计算中不利用其强度0.35la 计算中利用其抗拉强度la 计算中利用其抗压强度0.7la,2.顶层端节点 按eo/h不同采取不同措施。,4-10 框架节点构造,4-10 框架节点构造,4-10 框架节点构造,4-10 框架节点构造,二、装配整体式框架节点 1节点设计要求： 保证结构有足够强度、刚度、整体性、延性。 构造简单、传力明确、安全可靠。 节省材料、方便施工。 2. 节点形式及特点和应用,4-10 框架节点构造,（2）梁与柱,钢筋砼明牛腿刚性连接 齿槽式刚性连接 暗牛腿刚性连接,（3）框架梁与楼板的连接,4-10 框架节点构造,一般要求: （1） 钢筋混凝土框架的混凝土强度等级一般不低于C20，纵向受力钢筋宜采用HRB335和HRB400钢筋。 （2） 框架梁柱截面尺寸除满足承载力要求外，还应保证结构有足够的整体刚性。 （3） 框架梁柱应分别满足受弯构件和受压构件的各种构造要求。 （4） 框架柱一般采用对称配筋，配筋率应满足规范要求。,4-11 基 础 （P199）,一、概述（补） 1基础的作用 通过一定的结构型式，将上部建筑较大的荷载安全可靠地传递于强度较低的地基土上。 2基础的重要性 隐蔽工程，难以发现事故，难以加固维修。 占总造价1025。 3地基设计： 承载力计算 ：Pf，Pmax1.2f 任何建筑物均需进行。,4-11 基 础,4基础的设计要求 （1）地基要求 满足强度和稳定性的要求： Pf，Pmax1.2f 满足变形要求：Sw 沉降量及沉降差、倾斜、局部倾斜均应满足 （2）基础要求 满足强度、耐久性及经济性要求。,4-11 基 础,二、 基础类型及选择 （P200） 1基础的分类 浅基础： 基础埋深小于基础宽度，或小于5m， 用一般施工方法即可修筑。 独立基础、条形基础、 十字形基础、片筏基础、箱形基础。 深基础： 基础埋深较深，需要特殊施工机械或施工方法修筑。 桩基础、沉井基础、沉箱基础、地下连续墙,4-11 基 础,4-11 基 础,4-11 基 础,2基础选型 （1）单独基础 适用：柱距较大，地基土质较好； 优点：结构构造简单，造价低。 （2）条形基础 适用：柱荷载较大而土质较差，用单独基础时基础净距小或不均匀沉降 较大。（柱距35m尤佳） 优点：把各片框架柱连成整体，刚度较大，具有调整不均匀沉降作用。 （3）十字形基础 适用：纵横向框架结构；或条形基础底面积大软弱下卧层应力重叠时。 优点：上部结构纵横向均有联系，有较大空间刚度。,4-11 基 础,（4）片筏基础 适用：十字形基础底面积占建筑平面面积比例大；或上部结构对不均 匀沉降差要求严格的建筑。 优点：基础整体刚度大，调整不均匀沉降能力强。 （5）箱形基础 适用：利用地下室或地下设备层做箱形基础。 优点：基础整体刚度极大；不需回填土，可提高地基有效承载力。 本节主要介绍条形、十字形基础和片筏基础的设计。,4-11 基 础,三、条形基础的内力计算 （P200） 条形基础既承受上部结构所传来的荷载（已知），又承受地基反力 （待定）的作用。其内力取决于地基反力的分布规律及大小， 三种假定：（P200图13-29） 直线分布假定： 地基反力线性分布， 其值由静力平衡条件确定。 文克勒假定： 地基反力与地基沉降成正比。 半无限弹性体假定： 地基上为半无限分布的弹性连续体， 并考虑基础与地基变形协调求地基反力。,4-11 基 础,（一）简化计算方法： （a）适合地基比较均匀，上部结构刚度较好，荷载分布均匀， 基础梁 （b）假定地基反力线性分布，其值由静力平衡条件确定。 1静定分析法 P200 计算结果支座M偏大，跨中M偏小。 本方法适用于上部结构较柔软，基础刚度大，而且地基较弱、压缩 均匀情况，精度较低。 假定地基土反力为线性分布。 式中： 各竖向荷载总和，不含基础及覆土自重。 各竖向荷载对基底形心的偏心力矩及外力矩之和。,按静力平衡条件求截面上内力 、,4-11 基 础,4-11 基 础,2倒梁法计算结果支座M偏小，跨中M偏大。 本方法适用于上部结构及基础刚度较大，地基软弱、压缩均匀的情况，精度可满足设计要求。 假定地基土反力为线性分布，以柱为支座，土反力为荷载，将基础梁视作倒置的多跨连续梁来计算内力。 用倒梁法求得的支座反力与上部柱轴力不平衡，这是未考虑基础梁挠度与地基土变形协调条件而造成，此外，还由于假定土反力为线性分布，忽略土的塑性所致。 可采用“调整倒梁法”：将支座处的不平衡力均匀地分布在相应支座两侧各1/3跨度内，再用倒梁法计算，把其结果与第一次倒梁法结果迭加。,4-11 基 础,4-11 基 础,（二）地基系数法文克勒理论较精确方法 本法适用于抗剪强度低的土层，或地基梁支承在不厚的软土层上、而下面为坚硬土层或岩层时，地基土较接近于弹簧支承的。不考虑土的抗剪作用，忽略荷载相互传递扩散。 假设基础梁底面中任意点的土反力与该点的地基沉降成正比：p=ks（k地基系数，s为地基在该点沉降量）,4-11 基 础,应用上图的坐标系统和内力符号规划，可得基础梁的挠曲线微分方程：（B为基梁底宽度） 有q梁段 无q梁段 以P=ks代入得： 或 记 则： 或 k地基系数（N/mm3）：在单位面积上的地基上引起单位沉降所需加的竖向力；,4-11 基 础,微分方程通解：,式中： 为积分常数，根据不同边界条件确定。 为特解，根据荷载条件确定。 为弹性地基梁的柔度