地基与基础--建筑力学与结构.ppt

港岛1972滑坡 (20,000 m3)，(67死、20伤),楼房倒塌,楼房损坏,1954年兴建的上海工业展览馆中央大厅，因地基约有14m厚的淤泥质软粘土，尽管采用了7.27m的箱形基础， 建成后当年下沉0.6m。目前展览馆大厅平均沉降量为1.6m。,1173年9月8日动工，1178年到第4层中部，高度约29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后复工，6年时间建完第7层，高48m，再次停工，于1360年复工至1370年竣工。全塔共8层，高度55m，基础底面平均压力约50kPa。 该塔诞生了物理学中的自由落体定律。成为世界上最珍贵的历史文物。,目前塔向南倾斜，南北两端沉降差1.8m，塔顶离中心线5.27m，倾斜5.5。,意大利比萨斜塔,塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线已达2.31m，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物而封闭。,苏州虎丘塔,墨西哥城的土层为深厚的湖相沉积层，土的天然含水量高达650 % ，液限500%，塑性指数350，孔隙比为15，具有极高的压缩性。,图中可清晰地看见发生的沉降及不均匀沉降。,该工程1911年动工，1913年秋完工。事前不了解基础下埋藏厚达16 m的软粘土层。同年9月开始向谷仓中装谷物，10月17日谷仓1小时内竖向沉降30.5cm，西侧下陷7.32m，东侧抬高1.52m。后用388个50T千斤顶纠正后继续使用，在主体结构下做了70多个支承在基岩上的砼墩但位置较原先下降4m。,加拿大特朗斯康谷仓,日本关西机场,1986年开工，1990年人工岛完成，1994年机场运营。面积43701250m2，平均厚度33m,设计沉降：5.7-7.5 m 完成时(1990年)实际沉降：8.1 m，5cm/月。,沉降大且不均匀,1.6.1 地基基础的设计原则 1.6.2 天然地基上浅基础 1.6.3 桩基础, 1.6 地基与基础,1.地基 1）定义：基底以下的土体中因修建建筑物而引起的应力增加值（变形）所不可忽略的那部分土层。 持力层：直接与基础接触，并承受压力的土层 下卧层：持力层下部的土层 2）分类：天然地基：在天然土层上修建，土层要符合修建建筑物的要求（强度条件、变形条件） 人工地基：经过人工处理或加固过的地基：,2.基础： 1）定义：建筑物的下部结构，将建筑物的荷载传给地基，起着中间的连接作用。 2）分类：,浅基础(5m)：用一般方法、工艺施工。 深基础(桩基、沉井)：特殊工艺施工。,结构荷载,基底压力,1.6.1 地基土的基本知识,土：岩石经风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程形成的堆积物，由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。（形成了土自身固有的特性）,(一)土中固体颗粒： 土颗粒构成土的骨架，其大小、粗细、成分与组成决定土的物理力学性质。,粘粒 粉粒 砂粒 细粒 砾粒 卵石 漂石 （粗粒） （碎石）（块石）,0.005 0.05 2 20 60 200,（二）土中水：分为 固态水（冰） 气态水（孔隙中水气） 液态水（有以下两种 存在方式，影响土性）。,土颗粒,自由水,弱结合水,强结合水,结合水,存于孔隙中,1.结合水,强结合水：紧靠土粒表面（受电场作用力很大）近于固体特征。 弱结合水：强结合水外，受电场作用减小，呈粘滞状态，对粘性土物理力学性质影响大。,2.自由水（不受电场吸引）,重力水：地下水位以下土孔隙中，服从重力规律，传递水压力，对土粒有浮力。,毛细水：存在于地下水位以上土孔隙中（表面张力作用产生，细粒土明显），注意防冻、防潮。,（三）土中气体,与大气相通时可排出， 封闭气泡可使土产生压缩性和弹性。,a.单粒结构,b.蜂窝结构,c.絮状结构,a-气体 s-土粒 w-水 v-孔隙,W重量 V体积,（一）土的三相组成简图：,可用烘干法测定，反应土的干湿程度。同类土，w越大，土越软。,提示：填土施工最优含水量（使土在同样的击实能情况下获得最大密实程度）。,（二）基本指标（可由试验直接测得）,1.土的重度,(kN/m3),一般用环刀法测定，天然土在1622 kN/m3之间。,2.土的含水量,3.土粒相对密度（或称土粒比重）,土粒重量与同体积4时水的重量之比。,一般砂土：2.652.95，粘土：2.72.75。,s土颗粒重度,（二）基本指标（可由试验直接测得）,（三）换算指标 （以下定义指标可由上述三个指标推算得出）,3.土的有效重度（地下水位以下水受浮力作用）,(kN/m3),2.土的饱和重度,(kN/m3),(kN/m3),1.土的干重度,4.土的孔隙比 用于评价天然土层的密实程度， 一般e0.6为低压缩性土， e1为 疏松的高压缩性土。,6.土的饱和度 反映土中孔隙被水 充满的程度。 Sr=0为干土，Sr=1为饱和土。,5.土的孔隙率 亦反映土的密实程度,（三）换算指标,（一）岩石 指尚未变成碎散颗粒集合体的微风化、中等风化或强风化的岩石。,作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、 粉土、黏性土和人工填土。,（二）碎石土 粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土 分为：漂石块石、卵石碎石、圆砾角砾。,（三）砂土 粒径大于2mm的颗粒含量不超过50%、粒径大于0.075mm的颗粒含量超过50%的土。 分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。,（四）黏性土 粘粒（30% ）,（五）人工填土 人工回填土、垃圾、工业废料等。除人工碾压或夯实的压实填土外，均不宜作为建筑物的地基。 地基承载力，指保证地基稳定的条件下，使地基的变形控制在建筑物所容许的范围内时，地基单位面积上所能承受的最大荷载。,包括强度指标、压缩性指标以及静力触探探头阻力，标准贯入试验锤击数、载荷试验承载力等其他特性指标。,1.6.2 地基与基础设计,地基基础设计的内容和要求与建筑物的安全等级有关。 根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计分为三个设计等级： 甲级：重要的、30层以上高层、体型复杂、高低层差超10、对沉降有特殊要求、场地与地质条件复杂等。 乙级：除甲级丙级以外的工业与民用建筑物 丙级：场地和地基条件简单，七层及以下,（一） 地基基础设计等级,（二）地基基础设计一般规定,（1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定； （2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计 （3）设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，但特殊情况下，仍应作变形验算。,1.基础的埋置深度，按下列条件确定： 1)建筑物的用途，有无地下室等，基础的形式和构造； 2)作用在地基上的荷载大小和性质； 3)工程地质和水文地质条件； 4)相邻建筑物的基础埋深； 5)地基土冻胀和融陷的影响,（一）基础的埋置深度,2.基础宜浅埋，除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。 3.高层建筑的埋置深度必需满足地基承载力、变形和稳定的要求。 当采用天然地基时，埋置深度不小于建筑物高度的1/12。 在抗震设防区，埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15。 采用桩基础时，不小于建筑物高度的1/181/20。 4.基础宜埋置在地下水位以上。 5.新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑基础。大于时，两基础间应保持一定净距。 6.确定基础埋深应考虑地基的冻胀性。,地基设计的目的：确保房屋的稳定；不因地基产生过大不均匀变形而影响房屋的安全和正常使用。设计原则： 1)上部结构荷载所产生的压力不大于地基的承载力值； 2)房屋和构筑物的地基变形值不大于其允许值； 3)对经常受水平荷载作用的构筑物（如挡土墙）等，不致使其丧失稳定而破坏。,（二）地基设计的基本原则,地基变形特征分为：沉降量、沉降差、倾斜或局部倾斜。 1)对于砌体承重结构，应由局部倾斜控制； 2)对于框架结构和单层排架结构，由相邻柱基的沉降差控制； 3)对于多层或高层建筑以及高耸结构，应由倾斜控制。,（三）地基变形控制,1 轴心荷载作用时,相应于荷载效应组合时，基础底面处的平均压力值,修正后的地基承载力特征值,独立基础,条形基础,2 偏心荷载作用时 除上式要求外，还应符合下式要求,承载力极限状态 荷载效应标准组合,正常使用极限状态 荷载效应准永久组合,3 地基承载力修正 当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷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，应修正：,式中 修正后的地基承载力特征值 地基承载力特征值； 基础宽度和埋深的地基承载力修正系数； 基础底面以下土的重度； 基础底面宽度（3m6m）； 基础底面以上土的加权平均重度； 基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。,1.6.3 天然地基上浅基础,1.由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础基础或住下独立基础。 适用于多层民用建筑和轻型厂房。,砖基础、毛石基础,钢筋混凝土条形基础,式中 基础底面宽度； 基础顶面的墙体宽度或柱角宽度； 基础高度； 基础台阶宽度； 基础台阶宽高比 ，其允许值按规定选用。 如：砖基础的台阶宽高比允许值为1:1.5。,2.基础高度,墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础。,柱下钢筋混凝土独立基础,分类 平板式：在荷载不太大、柱网较均匀且柱距较小的情况下采用。 梁板式：通常为有纵、横柱列方向的筏形顶面或底面的肋梁。,筏板基础梁,筏板基础示意图,组成 箱形基础是由底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙构成的整体刚度较好的单层或多层钢筋混凝土基础。 箱形基础适用于高层、重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物。,箱形基础示意图,1.6.4 桩基础,深基础主要有桩基础、沉井和地下连续墙等几种类型 桩基础的适用性 对下列情况可考虑选用桩基础方案： 1，不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它重要的建筑物， 2重型工业厂房和荷载过大的建筑物，如仓库、料仓等， 3对烟囱、输电塔等高耸结构物，采用桩基以承受较大的上拔力和水平力，或用以防止结构物的倾斜时，,4对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速率时； 5软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物，或以桩基作为地震区结构抗震措施时。不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它重要的建筑物。,独立柱下桩基 地梁下桩基,1.按桩的传力方式分类 （1）端承桩 其荷载主要依靠桩端处的硬层支承的桩。适用于软弱土层下不深处有坚实土层的情况。 （2）摩擦桩 桩端未达到硬层，其荷载由桩侧摩擦力和桩端土的阻力共同承受的桩。适用于软弱土层较深的情况。,端承桩 摩擦桩,2.按制作工艺和材料分