项目4_天然地基上浅基础设计.ppt

4 天然地基上浅基础设计,学习目标： 通过学习应掌握地基基础的设计原则、了解各类基础特点及埋深选定的原则； 掌握基础底面积的确定方法，地基承载力确定方法； 熟练掌握无筋扩展基础、墙下条形基础与柱下单独基础的设计方法。 了解其它基础的简化设计要点。掌握减轻不均匀沉降的措施。,本 章 内 容,7.1 浅基础的类型及材料,7.2 基础埋置深度的确定,7.3 基础底面尺寸的确定,7.4 刚性基础设计,7.5 钢筋砼条形基础,7.6 钢筋砼独立基础,7.7 其他基础,地基,基础,浅基础 深基础,天然地基 人工地基,天然地基：未经加固处理，能直接支承建筑物的地基； 人工地基：若地基土层较软弱，建筑物的荷重又较大，地基的承载力和变形都不能满足设计要求时，通过人工加固处理的地基。 浅基础：大多数建筑物基础的埋深不会很大（一般不大于5米），可以用普基础通开挖基坑和敞坑排水的方法修建。如条形基础、片筏基础和箱形（埋深小于等于宽度）等。 深基础：如桩基、沉井和地下连续墙等。,浅基础定义: 埋入地层深度较浅，施工一般采用敞开挖基坑修筑的基础。 浅基础在设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响，基础结构形式和施工方法也较简单。深基础埋入地层较深，结构形式和施工方法较浅基础复杂，在设计计算时需考虑基础侧面土体的影响。 浅基础特点:由于埋深浅，结构形式简单，施工方法简便，造价也较低，因此是建筑物最常用的基础类型。,天然地基上浅基础设计的一般步骤为： 选择基础的材料和类型； 选择持力层及基础的埋置深度； 确定地基承载力设计值； 确定基础的底面尺寸； 进行必要的地基验算(如变形，稳定性等)； 进行基础的结构和构造设计； 绘制基础施工图。,4.1 浅基础的类型及材料,4.1.1 无筋扩展基础,(1)砖基础 砖基础具有一定的抗压强度，但抗拉和抗剪强度较低，砖基础所用材料的最低强度等级按砌体结构设计规范规定，不得低于规范的要求。砖基础具有取材容易、价格便宜、施工简单等特点，因此应用广泛。砖基底面以下一般做10cm垫层，其剖面通常做成台阶式，俗称大放脚，常用形式有 “二一间隔收”和“两皮一收”如图 ：,砖基础砌筑工艺标准（601-1996）,(2)毛石基础 毛石是指未经加工凿平的石材，毛石基础应选用未经风化的硬质岩石砌筑而成。毛石和砂浆的强度等级应符合规范的要求。毛石基础剖面形状有阶梯形和梯形。每阶高度一般为300400mm，块石应竖砌、错缝，缝内砂浆应饱满，如图 ：,(3)三合土基础 三合土基础是由石灰、砂和骨料(碎石、碎砖或矿渣等)按体积比1:2:41:3:6配成，加人适量水拌和均匀后铺人槽内，每层虚铺约220mm，夯至150mm，分层夯实而成。三合土基础在我国南方地区常用，一般用于地下水位较低的四层及四层以下民用建筑。其厚度不小于300mm，宽度不小于700mm，如图：,(4)灰土基础 灰土是用石灰和土料配制而成。石灰和土料的体积比一般为3：7或2：8，加适量水拌匀，然后铺人基槽内分层夯实，方法与三合土基本相同。,问题：既然石灰不耐水，为什么由它配置的灰土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位 ？,解答：石灰是氧化钙（生石灰）和氢氧化钙（消石灰）的统称。不论生石灰、消石灰，水化后和土壤中的二氧化硅或三氧化二铝以及三氧化二铁等物质结合，即可生成胶结体的硅酸钙、铝酸钙以及铁酸钙，将土壤胶结起来，使灰土有较高的强度和抗水性。灰土逐渐硬化，增加了土壤颗粒间的附着强度。,(5)混凝土和毛石混凝土基础 混凝土基础的抗压强度、耐久性、抗冻性都较好，当荷载较大或位于地下水位以下时，常采用混凝土基础，混凝土强度等级一般为C15。为了节约水泥用量，降低造价，可在混凝土内渗入2530的毛石，做成毛石混凝土基础。渗入的毛石尺寸不应大于300mm，且应冲洗干净。如下图：,毛石,4.1.2 扩展基础,扩展基础,墙下钢筋混凝土条形基础，墙下钢筋混凝土条形基础一般做成无肋式 ，若地基土质不均匀也可做成有肋式。,柱下钢筋混凝土独立基础，现浇可做成阶梯形或锥形，预制一般做成杯形。,筏形基础可分为平板式和梁板式两类。底面积更大，能满足较软弱地基的承载力要求，不均匀沉降也因而减少。,4.1.3 高层结构筏形基础,平板式,梁板式,梁板式,4.1.4 柱下钢筋混凝土条形基础,柱下钢筋混凝土条形基础可以是单向将同一排的柱基础连通设置成条形，也可在柱网下纵横两方向设置，形成柱下十字交叉基础。基础的整体刚度大，可调整地基变形，减小不均匀沉降，而且施工方便。,柱下钢筋混凝土条形基础,柱下柱下十字交叉基础,4.1.5 其他基础形式,箱形基础，用于高层建筑物,壳体基础，用于高耸建筑物,箱形基础,4.2 基础埋置深度的确定,从室外地面标高到基础底面的距离称为基础的埋置深度。,基本原则： 满足地基稳定和变形要 求的前提下，基础应尽 量浅埋。,基础的最小埋置深度,4.2.1 工程地质条件,尽量在地下水位以上,否则开挖降水,费用大，有承压水时，防止承压水顶破基底。hwhw ; 位于稳定边坡之上的拟建工程，要保证地基有足够的稳定性。对于坡高H8m，坡角45，且b3m，a2.5m时，如果基础埋深符合下列条件，则可以认为已满足稳定要求：,条形基础,矩形基础,4.2.2 建筑物条件,4.2.3 作用在地基上荷载的大小和性质,地震区，除岩石地基外，天然地基的筏形和箱形基础埋深不宜 小于建筑物高度的1/(812)。 地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修。,荷载,承受较大水平荷载的基础 ，必须加大埋深,承受上拔力的基础 ，也要求有较大的埋深,承受振动荷载的基础 ，不选易液化的土层作为持力层,4.2.4 相邻建筑物的基础埋深,如上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固支撑、打板桩、地下连续墙等施工措，必要时应进行专门的基坑开挖设计，或对原有建筑物地基进行加固。,按冻胀要求确定基础最小埋深,4.2.5 地基土冻胀和融陷的影响,z0标准冻深（观测平均值） zd设计冻深 hmax允许最大残留冻深 h、z实测冻土厚度与地表冻胀量 冻深影响系数（土类、冻胀性、环境）,4.3 基础底面尺寸的确定,4.3.1 初步确定基底尺寸,1.轴心荷载作用,矩形基础：取l/b=n(1.52.0),l=nb,方形基础：l=b,条形基础：取 l=1m或一个开间为计算单元,因为a的修正与b有关,所以基础底面尺寸的确定需用试算法。,轴心荷载下基础底面积确定步骤（试算法）：,假定基础底宽b3m进行承载力修正，初步确定承载力特征值；,2. 根据a确定基底面积A；,3. 取l/b=1.52.0,l=nb,A=lb,4.若b3m,则假设成立,若B3m,假设不成立,继续“试算” 将算出的B带入1中，对a进行修正，再根据2求解A1，最终确定基础底面尺寸！,2.偏心荷栽作用,偏心荷载作用下基础底面尺寸的确定同样需用试算法。,偏心荷载下基础底面积确定步骤（试算法）：,假定基础底宽b3m进行承载力修正，初步确定承载力 特征值；,2. 按中心受压估算基底面积A0，考虑偏心影响将A0扩大 10% 40%；,3. 承载力验算：取l/b=n(1.52.0),2012.11.13,如图所示，某柱地基为均质粘性土层，重度=17.5kNm3，孔隙比e=0.75，液性指数IL=0.80，已确定其地基承载力特征值为ak=220kPa。柱截面为300mm400mm，Fk=700kN、Mk=80kNm，水平荷载Vk=13kN。基础埋深从设计地面(0.000)起算为1.3m。试确定柱下独立基础的底面尺寸。,解 ： 1.求修正后的地基承载力特征值a(先假设b3m) 因为粘性土e=0.75，IL=0.80 查P107表2-20可得d=1.6 则持力层承载力a为,2.初步选择基础底面积 计算基础和回填土所受重力Gk的基础埋深采用平均埋深d，即,基础底面积酌按10增大，即,3.验算持力层的地基承载力,基础及回填土所受重力Gk为,偏心距,属于小偏心,该柱下独立基础的尺寸为2.4m 1.6m。,注意： 下卧层承载力 az 只做深度修正,4.3.2 验算地基软弱下卧层承载力,由表4-5查得,例题：某轴心受压柱基础，上部结构传来轴向力标准值Fk=700kN，地基及基础资料见图，试确定基础底面积并验算下卧层承载力。,解 ： 1.持力层的地基承载力修正(先假设b3m) 粉质粘性土，查表P107表2-20可得d=1.0，则持力层承载力a为,2.初步选择基础底面积,3.验算软弱下卧层的地基承载力,属于小偏心,下卧层顶面处自重压力 pcz ： pcz=161.5+182=60 kPa,软弱下卧层地基承载力修正(只进行深度修正)：淤泥质粘土，查P107表2-20可得d=1.0,下卧层顶面处附加压力 pz ：,该柱下独立基础的尺寸为2.2m 2.2m，且软弱下卧层满足承载力的要求。,由表4-5查得=25,下卧层下卧层承载力验算 ：,4.4 刚性基础设计,刚性基础除应满足承载力要求外，基础底面宽度还应符合：,tan基础台阶宽高比 b2：H0,表4-6刚性基础台阶宽高比的允许值,例题：某住宅楼承重墙厚240mm，上部结构传来荷载Fk=190kNm，地基承载力特征值为a=175kPa地下水位在地表下0.8m，试设计此承重墙下无筋扩展基础。,解 ： 1. 确定基底宽度b （为便于施工，基础宜建在地下水位以上，初选基础埋深d=0.8m），则,取b=1.2m=1200mm,2.选择基础材料，并确定基础剖面尺寸,方案I：采用MUl0砖和M5砂浆，砌 “二一间隔收”砖基础。每层台阶宽 度b1=60mm，基础下做100mm厚C15素混 凝土垫层，砖基础所需台阶数为：,基础高度 H0=1204+604=720mm,基坑最小开挖深度=720+100+100=920mm800mm,方案：基础由两种材料叠合而成，下层采用C15素混凝土，厚300mm，其上仍采用“二一间隔收”砖基础。每层台阶宽度b1=60mm，基础下做100mm厚C15素混凝土垫层，查表7.12，C15素混凝土台阶宽高比的允许值b2/H0=1.0，所以混凝土垫层收进宽度b2为300mm砖基础所需台阶数为：,基础高度 H0=1202+601+300=600mm 基础顶面至地表距离假定为200mm，则基础埋深d=0.8m，与初设条件相符，方案比较合理。,(3)绘制基础剖面图 基础剖面形状及尺寸如图所示。,4.5 墙下钢筋混凝土条形基础设计,4.5.1 构造要求,(1) 锥形基础边缘高度200mm，阶梯形基础每阶高度=300500mm； (2) 垫层厚度 70mm，混凝土强度等级C10，两端各宽出基础边缘50mm； (3) 基础底板受力钢筋直径 10mm， 100mm间距200mm，基础纵向分布钢筋直径 8mm，间距 300mm，每延米分布钢筋面积应受力钢筋面积1/10。有垫层时钢筋保护层厚度 40mm，无垫层时 70mm； (4) 混凝土强度等级不应低于C20； (5) 当基础宽度 2.5m时，底板受力钢筋长度取宽度的0.9倍，并宜交错布置； (6) 基础底板在T形及十字形交接处，底板横向受力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的1/4处在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置； (7) 在墙下条形基础相交处，不应重复计入基础面积。,4.5.2 基础底板计算,1. 轴心荷载作用时,(1) 地基净反力计算,(2) 最大内力设计值(取墙边截面),(3) 基础底板厚度,(4) 基础底板配筋,例题：试设计某370mm墙下钢筋混凝土条形基础。上部结构传来轴心荷载效应组合标准值Fk=300kN/m（主要为永久荷载），基础埋置深度d=1.3m（从室外地面算起），室内外高差为0.3m(室内高)，地基承载力特征值ak=150kPa,b=1.0,d=1.1，1=18kN/m3，混凝土强度等级C25，t=1.27N/mm2,采用HPB235级钢筋，y=210N/mm2。（配筋计算时只需要计算出钢筋的总横截面积）,解：(1)确定基底平面尺寸： 基础平均埋深d=0.5(d1+d2)=0.5(1.3+1.3+0.3)=1.45m 假设b3m，对地基承载力进行修正,取b=2.2m=2200mm,(2)确定基础高度，取单位长度计算,地基净反力：,墙脚处截面剪力：,基础有效高度：,方案：取h=250mm，设100mm厚C10素混凝土垫层，h0=250-40=210mm,墙脚处截面弯矩,(3)确定基础底板配筋,基底受力钢筋,方案：取h=240mm，设100mm厚C10素混凝土垫层，h0=240-40=200mm,墙脚处截面弯矩,基底受力钢筋,(3)确定基础底板配筋,方案：取h=230mm，设100mm厚C10素混凝土垫层，h0=230-40=190mm,墙脚处截面弯矩,h=230mm，As2147 mm2； h=240mm，As2039 mm2； h=250mm，As1942 mm2； h=260mm，As1854 mm2； h=270mm，As1773.6 mm2； h=280mm，As1699.7 mm2,(3)确定基础底板配筋,基底受力钢筋,讨论,2.偏心荷载作用时,(1)地基净反力偏心距,(2)地基净反力,(3)最大内力设计值,(4)基础底板厚度及基础配筋计算原理同前,4.6 钢筋混凝土柱下独立基础设计,(1)钢筋混凝土独立基础应符合墙下钢筋混凝土条形基础构造 要求中的(1)(4)条规定。 (2)当柱下钢筋混凝土独立基础的边长大于2.5m时，底板受力 钢筋的长也可取边长的O.9倍，并交错布置。 (3)现浇柱基础：其插筋的数量、直径以及钢筋种类应与柱内 纵向受力钢筋相同。插筋的锚固长度应符合现行钢筋混 凝土结构设计规范要求。 (4)预制钢筋混凝土柱与杯口基础的连接，应符合规范列要求。,4.76.1 构造要求,4.6.2 轴心荷载作用下独立基础设计,基础冲切破坏,t 混凝土抗拉强度设计值，kPa； hp 受冲切承载力截面高度影响系数; bm (btbb) F 基础受冲切承载力设计值， F =pj Al ，kN； pj 地基净反力设计值， kPa ； Al 冲切力