基础工程浅基础PPT课件.pptx

基础工程Foundationengineering刘海龙大连海事大学 地基及基础的设计要求 对地基的要求 强度 变形以及稳定性各类荷载组合作用下 包括静荷载和动荷载 设计荷载 地基承载力特征值沉降及不均匀沉降不能超过允许值渗透力作用下产生流土 管涌及有效应力降低的影响对基础结构要求 强度 刚度和耐久性 建筑地基基础设计规范 将地基基础分为三个设计等级 地基基础设计等级 概率极限设计方法与极限状态设计原则 概率极限设计方法 以结构可靠度指标来度量结构可靠度 并且建立结构可靠度与结构极限状态方程极限状态 整个结构或结构一部分构件超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求 这一特定状态就是该功能的极限状态承载力极限状态 达到最大承载力或不能继续承受大变形正常使用极限状态 达到正常使用或者耐久性要求的规定限值 所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的规定 注意抗浮验算和稳定性验算条件 甲级 乙级建筑物均应按地基变形设计 某些丙级建筑物 仍应作变形验算 基础结构满足强度 刚度以及耐久性要求 地基基础设计一般规定 按地基承载力确定基础底面面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时 传至基础或承台底面上的作用效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合 相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值 计算地基变形时 传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合 不应计入风荷载和地震作用 相应的限值应为地基变形允许值 计算挡土墙土压力 地基或斜坡稳定及基础抗浮稳定时 荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合 但其分项系数均为1 0 地基基础设计荷载取值及抗力限值 在确定基础或桩台高度 支挡结构截面 计算基础或支挡结构内力 确定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等 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 当需要验算基础裂缝宽度时 应按正常使用极限状态下荷载效应标准组合 基础设计安全等级 结构设计使用年限 结构重要性系数应按有关规范的规定采用 但结构重要性系数 0不应小于1 0 地基基础设计荷载取值及抗力限值 地基基础设计原则 1 地基的计算 1 地基承载力满足要求 2 变形满足使用要求结构使用要求设备工艺要求 电厂设备 油罐 化工储罐等变形不应引起结构过大的附加内力 3 不应引起周边环境过大沉降和变形2 荷载取值的规定 1 地基承载力验算 正常使用极限状态下荷载效应的标准组合 相应的抗力为地基承载力特征值 2 变形计算 正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合 不计入风及地震荷载 3 基础内力验算 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 浅基础 ShallowFoundation 独立基础 条形基础 筏板基础深基础 DeepFoundation 桩基础 沉井 沉箱 地下连续墙 基础的分类 天然地基浅基础 天然地基 天然土层 不对地基土做处理浅基础 1 柱基或墙基 埋深小于5m 2 筏基 箱基 埋深大于5m 但小于基础宽度 3 不考虑基础侧面摩擦力 天然地基浅基础 F d G 主要受力层 持力层 下卧层 条形基础 3b独立基础 1 5b且 5m 二层以下民用建筑除外 主要受力层深度 思考 受力层深度的依据是什么 天然地基浅基础 条形荷载 方形荷载 竖向附加应力等值线 人工地基浅基础 人工地基 加固上部土层 提高承载力 地基处理 深基础 桩基础和深基础将荷载传递到下部好土层例如 新加坡发展银行 四墩 每墩直径7 3m 大直径钻孔桩 风化砂岩及粉砂岩 部分风化及不风化泥岩 基础的分类 基础可分为浅基础和深基础 浅基础埋置深度不大 小于或相当于基宽 小于5m 通常采用普通基坑开挖 敞坑排水施工方法建造施工条件及工艺简单深基础 包括桩 墩 沉井 地下连续墙等 适用于浅层土质不良 需要利用深处良好的地层采用专门施工方法和机具建造施工条件及工艺复杂 浅基础仅考虑基础底面以下土 主要是持力层 承载力不考虑基础底面以上土体抗剪强度对承载力的贡献忽略基础侧面与土体的摩擦力深基础考虑基础侧壁与土体之间摩擦力 桩 摩擦桩 地基承载力确定及基础设计方法与浅基础不同 浅基础与深基础的区别不仅是基础埋深 基础的分类 浅基础 浅基础将上部结构荷载传递到地基浅层持力层 要求地基必须具有较高的地基承载力及较低的压缩性 以满足承载力和变形要求 浅基础特点 施工方便 工期短 造价低 在满足地基强度和变形要求情况下 优先选用 a 无软弱下卧层 b 有软弱下卧层 c 桩基础 浅基础设计步骤 扩展基础 把墙或柱的荷载扩散分布于基础底面 使之满足地基承载力和变形要求1 柱下单独基础 独立基础的主要受力层深度 1 5b 浅基础类型 按基础刚度分类 2 条型基础 墙下条形基础 一般是土质较差 两侧单独基础相连 条形基础的主要受力层深度 3 0b 浅基础分类 按基础的结构形式分类 无筋扩展基础 刚性基础 砖 毛石 混凝土 毛石混凝土 灰土和三合土等材料组成的条形基础或柱下独立基础适用于多层民用建筑和轻型厂房基础内不配筋 浅基础类型 按基础刚度分类 a 砖基础 b 毛石基础 c 毛石或毛石混凝土基础 d 灰土或三合土基础 无筋扩展基础 浅基础类型 按基础刚度分类 抗压性能好 而抗拉抗剪性能较差需要基础具有很大的抗弯刚度 受荷后基础不允许挠曲变形和开裂 因此也称为 刚性基础 设计时必须规定基础材料强度及质量 要求基础台阶宽高比满足一定条件 控制层高一般不需要进行内力分析和截面强度计算 基础高度需满足 刚性基础高度 基础的刚性角 取决于材料的特性 基础底面宽度 柱或者墙的宽度 无筋扩展基础台阶宽高比的允许值 无筋扩展基础 浅基础类型 按基础刚度分类 tan1 1 0 1 2 0 无筋扩展基础 浅基础类型 按基础刚度分类 对基础底面平均压力超过300kPa的混凝土基础 需要验算墙 柱 边缘或变阶处的抗剪承载力 Vs 剪力设计值 基本组合 对应承载力极限状态 下地基土平均净反力产生剪力ft 混净土轴心抗拉强度设计值A 沿墙 柱 边缘或变阶处基础垂直截面积 无筋扩展基础 浅基础类型 按基础刚度分类 对采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱 要求 当柱纵向钢筋在柱脚内竖向锚固长度不满足锚固要求时 可水平弯折 弯折后锚固长度不应小于10d也不应大于20d 常见无筋扩展基础形式 二一间隔收 省材料 毛石基础 灰土基础 浅基础类型 按基础刚度分类 砖基础 两皮一收 无筋扩展基础 浅基础类型 按基础刚度分类 砖基础施工时 常在基础底面以下做垫层垫层材料可选择灰土 三合土和混凝土垫层边缘伸出基础地面50 100mm 厚度一般为100mm作为构造层 不加入基础宽度和埋深计算 钢筋混凝土扩展基础 柔性基础 浅基础类型 按基础刚度分类 刚性角的要求导致荷载越大 土质越差的条件下无筋扩展基础的尺寸越大 施工不便 成本高钢筋混凝土扩展基础 钢筋混凝土独立基础或者墙下钢筋混凝土条形基础 柱下钢筋混凝土独立基础 a 阶梯型基础 b 锥形基础 c 杯口基础 钢筋混凝土扩展基础 浅基础类型 按基础刚度分类 抗弯性能和抗剪性能良好 适用于多种类型的地基及上部结构荷载 与无筋扩展基础相比 埋置深度可以较浅 宽基浅埋 该类型基础应用广泛在考虑地基与土相互作用时 需要考虑基础的挠曲变形 混凝土受压钢筋受拉 柔性基础 钢筋混凝土抗弯 抗剪性能良好适用于荷载大 或偏心荷载 承受弯矩和水平荷载的建筑物基础 无筋扩展基础 刚性基础 钢筋混凝土扩展基础 柔性基础 1 1 0 1 2 0与材料和荷载有关 砖 石 灰土 素混凝土抗拉 抗剪强度低要求基础台阶宽高比 刚性角 符合一定条件多用于6层及以下的民用建筑和轻型厂房 浅基础类型 按基础刚度分类 构造类型 浅基础类型 按基础构造分类 浅基础类型 按基础构造分类 独立基础 单独基础 独立基础的主要受力层深度 1 5b 立柱式结构常采用 柱 烟囱 水塔 高炉 是柱基础中最常用最经济的形式纵剖截面为阶梯形状 浅基础类型 按基础构造分类 柱下条形基础 当地基较为软弱 柱荷载较大或者分布不均匀 基础可能产生较大沉降时 将若干个柱下独立基础连成整体 抗弯性能和抗剪性能良好 具有较大调节不均匀沉降的能力 该类型基础应用广泛 柱下交叉条形基础 两个方向均为条形基础 双向抗弯刚度均较大 抵抗双向不均匀沉降能力强 连梁式交叉条形基础 一个方向为条形基础 另一个方向为联系梁 联系梁用于提高基础的整体刚度 浅基础类型 按基础构造分类 浅基础类型 按基础构造分类 筏板基础 将建筑物的柱子和墙体下方做成满堂的基础 基础底面积大 刚度大 抵抗不均匀沉降能力强 整体性好 地下空间可以充分利用 功能布局容易 作为软弱地基上重要结构物的基础型式 根据基础刚度的要求 可以分为平板式筏板 等厚度 和梁板式筏板 下翻地梁 造价相对较高 多用于框架 框架剪力墙 剪力墙等高层结构 烟囱的圆形变厚度筏板基础 箱形基础 由钢筋混凝土底板 顶板 外墙和内隔墙组成的有一定高度的整体空间结构 基础整体刚度很大 抵抗不均匀沉降能力非常强 一般基础只会发生均匀沉降及倾斜变形 由于众多内墙存在 地下空间功能布局较困难 作为软弱地基上重要结构物的基础型式 造价较高 浅基础类型 按基础构造分类 浅基础类型 按基础构造分类 壳体基础 适用于水塔 烟囱 料仓和中小型高炉等高耸的构筑物的基础 使基础径向内力转变为压应力为主 可以节省用料 岩层锚杆基础 适用于直接建造在基岩上的柱基以及成水拉力和水平力较大的结构物 上部结构 基础 地基之间满足力和变形的协调常规设计方法 将结构分离出上部结构 基础 地基 分别进行计算上部结构 假定上部结构柱 墙 脚为固接 采用结构力学 弹性力学方法计算上部结构内力 以及柱 墙 脚的反力 轴力 剪力 弯矩等 基础 假定基底反力线性分布 直线分布 将柱 墙 脚的反力作为荷载作用于基础上 根据基础上的荷载与基底反力力的平衡条件 合力相同 作用力相同 获得基底反力分布 按照材料力学或者弹性力学方法计算基础的内力及变形 并进行基础的配筋设计 地基 假定基础为柔性 将基底反力作用于地基上 大小相等 方向相反 计算地基沉降 验算地基承载力 柱荷载P M 基底反力p 上部结构荷载 土与结构相互作用理论 简化设计方法 满足了上部结构 基础 地基三者之间力的平衡不满足三者之间变形协调计算方法简单 可以采用手工计算所获得的上部结构 基础和地基的反力及变形与实际情况有差异简化设计方法的适用条件 1 上部结构布置均匀 对沉降要求不敏感 2 基础刚度较大 基础刚度大 基础不均匀沉降小 对上部结构的影响小 3 地基沉降较小或者较均匀 如果地基不均匀沉降较大 就会在上部结构中引起很大附加内力 导致结构设计不安全 土与结构相互作用理论 柔性基础基底反力分布 柔性基础抗弯刚度很小 不能抵抗弯矩 基础不能扩散应力 基础底面的反力分布与荷载分布完全一致 刚性基础基底反力分布 刚性基础抗弯刚度很大 基础不发生出平面变形 挠曲变形 基础具有调节地基反力分布的能力 基础底面反力分布与荷载分布不一致 架越作用 问题 粘性土地基上相对刚度较大的基础条件下 上部荷载小时架越作用显著 还是上部荷载大时显著 基底反力分布 基础刚度对基底反力分布影响 基础相对刚度越大 架越作用越明显 基础边缘反力大 中间反力小 相同基础刚度情况下 荷载水平越大 基础反力分布越接近线性 荷载水平越小 基础边缘反力与中心反力分布越不均匀 基底反力分布与基础刚度 包括上部结构刚度 地基刚度 压缩性 地基土种类 粘土 砂土 埋深 荷载水平有关 地基变形对上部结构内力影响 完全柔性结构 极端情况 相对刚度 0 木结构 土堤 钢筋混凝土排架结构等 地基变形对上部结构不产生附加应力 上部结构没有调整地基不均匀变形的能力 对基础的挠曲没有制约作用 即上部结构不参与地基 基础的共同作用 基础间沉降差不会引起主体结构的次应力敏感性结构砖石砌体承重结构和钢筋混凝土框架结构等 对基础间沉降差较敏感 很小的沉降差足以引起可观的次应力 结构容易出现开裂刚性结构 极端情况 相对刚度无穷大 基础转动倾斜 几乎不会发生相对挠曲 剪力墙 核心筒 烟囱水塔等 基础刚度基础刚度越大 挠曲越小 上部结构的次应力越小对于高压缩性地基上框架结构 基础刚度一般宜刚不宜柔 柔性结构 在满足允许沉降值的前提下 基础刚度宜小不宜大 上部结构 基础 地基之间相互作用分析中构筑物和地基之间相对刚度比是重要影响因素 上部结构刚度对地基内力影响 完全刚性结构对条形基础变形来说 相当于在柱位处提供了不动支座 在地基反力作用下 犹如倒置的连续梁 如剪力墙体系 筒体结构等完全柔性结构对条形基础变形无制约作用 如单层排架 静定结构上部结构刚度增大上部结构刚度 将上部荷载向沉降小的部位传递 减小基础挠曲和内力在地基 基础 上部结构相互作用中起主导作用的是地基 其次是基础 而上部结构在压缩性地基上基础整体刚度有限时起重要作用 在同一整体大面积基础上建有多栋高层和低层建筑 应该考虑上部结构 基础与地基的共同作用 建筑地基基础设计规范 杭州市民中心 大底盘基础 6座高层建筑坐落在同一个筏板基础 上部结构 基础 地基共同作用 浅基础设计内容 设计内容 1 选择基础的材料 类型 进行基础平面布置 2 确定地基持力层和基础埋置深度 3 确定地基承载力 4 确定基础的底面尺寸 必要时进行地基变形与稳定性验算 5 进行基础结构设计 对基础进行内力分析 截面计算并满足构造要求 6 绘制基础施工图 提出施工要求 关键 确定持力层 获得埋深 地基承载力验算 获得底面尺寸 高度 配筋等 根据基础内力 弯矩和剪力 基础埋深选择 确定基础埋深即为选择合适的地基持力层结合建筑自身条件以及所处环境共同确定基础埋深影响建筑物的安全和正常使用 基础施工技术及工期 工程造价 结构荷载 基底压力 直接支撑建筑物基础的土层 持力层下部的土层 基础埋深选择 基础的埋置深度设计原则基础应尽量置于良好的土层 持力层 以减小尺寸 在满足地基稳定和变形要求 保证安全可靠 的前提下 尽量浅埋 影响基础埋置深度的因素建筑物用途作用在地基上的荷载大小和性质工程地质和水文地质条件地基冻融条件相邻建筑物埋深 基础埋深选择 建筑结构条件 建筑物的功能和使用要求 有无地下室 设备基础和地下设施 基础的型式和构造 高层建筑由于竖向荷载大 为满足稳定性要求 基础埋深应随建筑物高度适当增大 对于岩石上的高层建筑 基础埋深还应满足抗滑要求 承受上拔力的建筑 输电塔 要求较大埋深提供抗拔阻力承受动荷载的基础 铁路路基 不宜选择饱和疏松的粉细沙做为持力层 避免震动液化导致的基础失稳 基础埋深选择 建筑结构条件 箱形和筏形基础的埋深不宜小于建筑物高度的1 15 桩箱和桩筏基础的埋深 不计桩长 不宜小于建筑物高度的1 18 1 20 D H 1 15 D H 1 18 1 20 抗震设防区 有效抵抗地震水平力 桩 基础埋深选择 场地环境条件 气候 生物活动等 基础应埋置于地表以下 不应浅于0 5m 且基础顶面宜低于室外设计地面0 1m相邻建筑物存在时 新建筑基础埋深不宜大于原有建筑基础如不能满足上述要求 应采取分段施工 临时加固支撑 打板桩 地下连续墙等施工措施 或加固原有建