本科秋六高层建筑基础结构设计箱基PPT课件.ppt

2020 3 21 1 2020 3 21 1 袁聚云教授梁发云副教授赵程讲师同济大学地下建筑与工程系 2011年 高层建筑基础 2020 3 21 2 箱形基础 BoxFoundation 由顶板 底板 外围挡土墙 内隔墙以及一定数量内隔墙所组成的砼结构 优点刚度大 整体性好 传力均匀 能适应局部不均匀地基 有效调整地基反力 具有补偿作用 基础埋深加大 箱壁摩阻增大 缺点隔墙影响使用空间 基础深开挖等施工问题 一 概述 第三节箱形基础 第六章高层建筑基础结构设计 2020 3 21 3 尺寸及埋深箱形基础的内 外墙应沿上部结构柱网和剪力墙纵横均匀布置 墙体水平截面总面积不宜小于箱形基础外墙外包尺寸的水平投影面积的1 10 对基础平面长宽比大于4的箱形基础 其纵墙水平截面面积不得小于箱基外墙外包尺寸水平投影面积的1 18 箱形基础的高度应满足结构承载力和刚度的要求 其值不宜小于箱形基础长度的1 20 并不宜小于3 箱形基础的长度不包括底板悬挑部分 高层建筑同一结构单元内 箱形基础的埋置深度宜一致 且不得局部采用箱形基础 二 构造要求 2020 3 21 4 底板厚度 箱形基础底板厚度应根据实际受力情况 整体刚度及防水要求确定 底板厚度不应小于300 对12层以上建筑的箱形基础 其底板厚度不应小于400mm 且板厚与最大双向板格的短边净跨之比不应小于1 4 底板除计算正截面受弯承载力外 其斜截面受剪承载力应符合下式要求 Vs 0 07fcbh0底板还应满足受冲切的要求 2020 3 21 5 箱形基础的墙体墙身厚度应根据实际受力情况及防水要求确定 外墙厚度不小于250mm 内墙厚度不小于200mm 墙身内配筋要求墙体内应设置双面钢筋 竖向和水平钢筋的直径不应小于10mm 间距不应大于200mm 除上部为剪力墙外 内 外墙的墙顶处宜配置两根直径不小于20mm的通长构造钢筋 以作为考虑箱形基础整体挠曲影响的构造措施 2020 3 21 6 一 箱形基础的地基反力 1 地基反力及其分布形式实验表明 影响地基反力分布形式的因素较多 如基础和上部结构的刚度 建筑物的荷载分布及其大小 基础的埋置深度等 柔性基础地基反力分布形式如图6 20所示 刚性基础地基反力分布形式如图6 21所示 三 箱形基础计算 2020 3 21 7 2020 3 21 8 1 刚性法假定地基反力是按直线变化规律分布的 利用材料力学中有关计算公式即可求得地基反力 假定地基反力按直线分布 其力学概念清楚 计算方法简便 实际工程中只有当基础尺寸较小时 地基反力才近似直线分布 对于高层建筑箱形基础 由于其尺寸很大 地基反力受多种因素的影响而不同 并非简单的直线分布 2 弹性地基梁法若箱基为矩形平面 可把箱基简化为工字等代梁 工字形截面上 下翼缘宽度分别为箱基顶 底板宽 腹板厚度为在弯曲方向墙体厚度之总和 梁高即箱基高度 在上部结构传来的荷载作用下 按弹性地基上的梁计算基底反力 2 地基反力计算方法 2020 3 21 9 3 实测地基反力系数法此法是将箱基底面 包括悬挑部分 但不宜大于0 8m 划分为40区格 图6 22 每区格地基反力p为 式中 箱基各区格反力系数见表6 7 表6 9 2020 3 21 10 2020 3 21 11 2020 3 21 12 2020 3 21 13 2020 3 21 14 2020 3 21 15 地基反力系数表是在一定条件下将工程实测和模型试验数据经整理 统计 分析后获得的 在使用时一定要注意其适用范围和注意事项 基础的刚度是影响地基反力分布的重要因素之一 地基反力系数表适用整体刚度较好的箱基和其他类型的刚度基础 地基反力系数表适用于建筑物基础下主要受力层范围内地层比较均匀 上部结构及其荷载分布比较均匀对称 基础底板悬排不大于0 8m的单幢建筑 基础埋深对地基反力分布有一定影响 基础埋深越大 地基反力越趋向平缓 有相邻建筑的地基反力会比无相邻建筑影响更均匀平缓 即中部地基反力增加 而端部地基反力有所降低 2020 3 21 16 箱基在受力时承受着上部结构传来的荷载与不均匀地基反力引起的整体弯曲 同时 其顶 底板还承受着分别由顶板荷载与地基反力引起的局部弯曲 顶 底板的弯曲应力应按整体和局部弯曲的组合来决定 其内力计算是一个比较复杂的问题 实测结果和计算分析表明 箱基必须考虑上部结构刚度的影响 即应考虑地基基础与上部结构的共同作用 二 箱形基础内力计算 2020 3 21 17 目前的计算方法一般是通过区分上部结构的不同结构体系 分三种情况来考虑 1 上部结构为框架结构时 箱基内力同时考虑整体弯曲和局部弯曲的两种作用 2 上部结构为剪力墙结构时 箱基内力仅考虑局部弯曲的作用 3 上部结构为框架 剪力墙结构时 箱基内力一般可按局部弯曲进行计算 下面主要讨论上部结构为框架结构时的箱基内力计算 2020 3 21 18 1 整体弯曲弯矩计算箱形基础承担的整体弯曲弯矩可以采用将整体弯曲产生的弯矩M按基础刚度占总刚度的比例分配的形式求出 即 分别为上部结构和箱形基础的等效抗弯刚度 对于等柱距或柱距相差不超过20 的框架结构 上部结构等效抗弯刚度可按下式计算 2 上部结构为框架结构时的箱基内力计算 2020 3 21 19 2020 3 21 20 2 局部弯曲弯矩计算计算局部弯曲弯矩时 顶板按室内地面设计荷载计算局部弯曲弯矩 底板局部弯曲弯矩的计算荷载为扣除底板自重后的基底反力 计算局部弯曲弯矩时 可将顶板 底板当作周边固定的双向连续板处理 上述公式主要用于等柱距的框架结构 对柱距相差不超过20 的框架结构也可适用 此时 l取柱距的平均值 2020 3 21 21 2020 3 21 21 例题 设一箱形基础置于一般粘土 f 300kPa 上 其横剖面 上部结构及上部结构荷重如图2 13所示 上部结构总重为48480kN 箱形基础自重为18000kN 箱形基础混凝 土弹性模量Eg 2 6 104MPa 设备层连续钢筋混凝土墙的混凝土弹性模量Eu 2 6 104MPa 梁 柱的混凝土弹性模量Eb 3 0 104MPa 求箱形基础纵向跨中的整体弯矩 2020 3 21 22 2020 3 21 22 1 计算箱形基础刚度箱形基础横截面惯性矩箱形基础刚度 6 4 6 1 0 3 0 2 0 3 0 5 2 75 0 3 空洞宽度 2020 3 21 23 2020 3 21 23 2 计算上部结构刚度纵向连续钢筋混凝土墙的截面惯性矩各层上 下柱的截面惯性矩各层纵梁的截面惯性矩 设备层墙高 墙厚度 2020 3 21 24 2020 3 21 24 各层上 下柱 纵梁的线刚度上部结构总折算刚度 层高 柱距 2020 3 21 25 2020 3 21 25 3 计算地基反力L B 48 0 12 5 3 84 查p78表3 7的地基反力系数由于要计算纵向反力分布 故横向反力系数取平均值 则各区段的反力系数为 2020 3 21 26 2020 3 21 26 各区段的反力为 2020 3 21 27 2020 3 21 27 箱形基础自重作为均布荷载 为计算方便 可在反力中将其均匀扣除 2020 3 21 28 2020 3 21 28 计算弯矩用的反力值示于图2 14 2020 3 21 29 2020 3 21 29 4 计算箱形基础跨中弯矩按图2 14计算跨中总弯矩M 2020 3 21 30 2020 3 21 30 箱形基础承担的跨中整体弯矩 2020 3 21 31 三 箱形基础强度计算 1 顶板与底板箱形基础顶板 底板厚度除根据荷载与跨度大小按正截面抗弯强度决定外 其斜截面抗剪强度应符合以下要求 2020 3 21 32 2 内墙与外墙箱形基础的内 外墙 除与剪力墙连接者外 由柱轴力传给各片墙的竖向剪力设计值 理论上应根据地基刚度 墙的刚度以及上部结构刚度 按变形协调原则进行分配 这些分配虽然可以通过计算机来完成 但目前的计算程序还不能完善地考虑上部结构空间刚度及刚度形成时间的影响 因而所得的结果是近似的 内墙和外墙的墙身截面应按下式验算 2020 3 21 33 3 受水平荷载的墙身受弯计算墙身承受的水平荷载是指作用在外墙墙面上的土压力 水压力以及由室外地面均布荷载转换的当量侧压力 对兼作人防地下室的箱形基础 还应根据人防规范的要求 考虑作用在外墙和楼梯间临空内墙墙面上的冲击波荷载 外墙的受弯计算简图应根据工程的具体情况 按多跨连续板进行计算 当墙板的长短边的比值小于或等于2时 外墙可按连续双向板计算 计算时墙身与顶 底板的连接可分别假定为铰接和固接 2020 3 21 34 静止土压力系数由试验或按地区经验取值 室外地面均布荷载q 一般情况下取4 l0kPa 由于箱形基础在土压力和水压力作用下假定是不出现变位的 计算土压力时一般采用静止土压力 2020 3 21 35 地下水位表面上处 地下水位表面下处 箱形基础底板上处 从图中可看到外墙侧压力分布图形比较复杂 因此 设计中常将此图形按悬臂梁根部弯矩相等原则简化为三角形分布 此外 一些设计单位也有采用k 0 5 或 外墙上单位面积的压力可按下式计算 2020 3