基础工程浅基础PPT课件.ppt

基础工程FoundationEngineering 大连大学建筑工程学院主讲教师 肖丽萍 1 第2章浅基础 TheShallowfoundation 2 1概述2 2浅基础的类型2 3基础埋置深度的选择2 4浅基础的地基承载力2 5基础底面尺寸的确定2 6扩展基础设计2 7联合基础设计2 8防止不均匀沉降损害的措施 2 2 1概述 进行地基基础设计时 必须根据建筑物的用途和设计等级 建筑布置和上部结构类型 充分考虑建筑场地和地基岩土条件 结合施工条件以及工期 造价等各方面的要求 合理选择地基基础方案 天然地基人工地基 浅基础深基础 刚性的有限刚性的柔性的 3 a 天然地基 b 人工地基图2 1天然地基和人工地基 a 浅基础示意图 b 深基础示意图图2 2浅基础与深基础示意图 4 2 1 1浅基础设计内容 一 基础设计时要考虑的因素 1 建筑基础所用的材料及基础的结构型式 2 基础的埋置深度 3 地基土的承载力 4 基础的形状和布置 以及与相邻基础 地下构筑物和地下管道的关系 5 上部结构的类型 使用要求及其对不均匀沉降的敏感性 6 施工期限 施工方法及所需的施工设备等 5 二 天然浅基的设计内容与步骤 1 初步设计基础的结构型式 材料与平面布置 2 确定地基持力层和基础的埋置深度 3 确定地基承载力 4 计算基础底面积 必要时进行地基变形与稳定性验算 5 设计基础高度 剖面形状 6 验算软弱下卧层 7 计算地基的变形 8 构造设计 9 绘施工图 提出施工说明 6 三 设计所需资料 1 建筑场地地形图 2 岩土工程勘察成果报告 3 建筑物平面图 立面图 荷载 特殊结构物布置与标高 4 建筑场地环境 邻近建筑物基础类型与埋深 地下管线分布 5 工程总投资与当地建筑材料供应情况 6 施工队伍技术力量与工期的要求 7 2 1 2浅基础设计方法 常规设计方法 将上部结构 基础和地基三者分离开来 分别对三者进行计算 其缺点是 虽然满足了静力平衡条件 但却忽略了地基 基础和上部结构三者之间受荷前后的变形连续性 合理的分析方法 原则上应该以地基 基础和上部结构三者之间必须同时满足静力平衡条件和变形协调两个条件为前提 常规设计方法在下列条件可行 1 沉降较小或较均匀 2 基础刚度较大 8 2 1 3地基基础设计原则 据GB50068 2001 建筑结构可靠度设计统一标准 结构在规定的设计使用年限内应满足 1在正常施工和正常使用时 能承受可能出现的各种作用 2在正常使用时具有良好的工作性能 3在正常维护下具有足够的耐久性能 4在设计规定的偶然事件发生时及发生后 仍能保持必需的整体稳定性 9 据GB50007 2011 建筑地基基础设计规范 将地基基础分为三个设计等级 10 地基基础设计应符合下列规定 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 乙级的建筑物 均应按地基变形设计 3 表2 2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算 如有下页情况之一时 仍应作变形验算 4 对经常受水平荷载作用的高层建筑 高耸结构和挡土墙等 以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构造物 尚应验算其稳定性 5 基坑工程应进行稳定性计算 6 当地下水埋藏较浅 建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时 尚应进行抗浮验算 11 12 应作变形验算的丙级建筑物 地基承载力特征值小于130kPa 且体型复杂的建筑 在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大 引起地基产生过大的不均匀沉降时 软弱地基上的相邻建筑存在偏心荷载时 相邻建筑距离过近 可能发生倾斜 地基内有厚度较大或厚薄不均的填土 其自重固结未完成时 13 练习一 选择 下列说法中 不正确的是 A 每项工程都必须进行地基承载力计算 B 所有的工程都必须进行稳定性验算 C 经常受水平荷载的高层建筑和高耸结构要验算建筑物的稳定性 D 建造在斜坡上的建筑物和构筑物要进行稳定性验算 2 下列建筑物哪几类需要进行地基变形验算 地基承载力为100kPa A 6层砌体承重结构 B 6层的框架结构 C 35m高的烟囱 D 22层高层建筑 14 练习二 判断 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 乙级的建筑物 均应按地基变形设计 3 地基承载力特征值为120kPa且体型复杂的建筑不必作地基变形验算 4 基坑工程不必进行稳定性验算 5 大连大学建筑工程学院的教学楼属于乙级建筑物 6 面积很大的二层地下停车场 要计算地基承载力但不必计算地基变形 15 练习三 简答 1 在软土地区 持力层的地基承载力特征值为90kPa 在一个小区中拟建造5幢6层住宅 3幢12层的小高层 在绿化区拟建造2层地下车库 要求 确定地基基础的设计等级并判断6层住宅是否要做地基变形验算 16 练习四 简答 2 下表给出了四种类型建筑物的条件 指出哪种建筑物需做沉降计算 17 关于荷载取值的规定 一 地基基础设计时 所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定采用 按地基承载力确定基础底面积及埋深时 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标准组合 相应的抗力应采用地基承载力特征值 18 关于荷载取值的规定 二 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 地基和斜坡的稳定及滑坡推力时 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 19 关于荷载取值的规定 三 在确定基础高度 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 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荷载效应标准组合 20 5 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 结构重要性系数 0不应小于1 0 正常使用极限状态下 荷载效应的标准组合值Sk应用下式表示 Sk SGk SQ1k c2SQ2k cnSQnk荷载效应的准永久组合值Sk应用下式表示 Sk SGk q1SQ1k q2SQ2k qnSQnk对由永久荷载效应控制的基本组合 也可采用简化规则 荷载效应基本组合的设计值S按下式确定 S 1 35Sk R 关于荷载取值的规定 四 21 练习五 简答 3 在各种荷载条件下 建筑物上部结构的荷载传至基础底面的压力及土和基础的自重压力分别见下表 基础埋置深度为3m 基础底面以上土的平均重度为12kN m3 要求 1 确定基底尺寸所需的荷载计算 2 计算地基变形所需的荷载计算 3 验算地基稳定所需的荷载计算 4 计算基础结构所需的荷载计算 5 验算基础裂缝所需的荷载计算 22 2 2浅基础的类型 据结构形式分为 扩展基础联合基础柱下条形基础柱下交叉基础筏形基础箱形基础壳体基础 据材料性能分为 无筋基础 刚性基础 钢筋混凝土基础 23 2 2 1扩展基础 1 无筋扩展基础 刚性基础 刚性基础是指用抗压性能较好 而抗拉 抗剪性能较差的材料建造的基础 a 砖基础 b 毛石基础 c 混凝土基础或毛石混凝土基础 d 灰土基础或三合土基础刚性基础的基础高度应符合宽高比的要求 24 25 采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱 其柱脚高度h1不得小于b1 如图 b 并不应小于300mm且不小于20d d为柱中的纵向受力钢筋的最大直径 刚性基础和柔性基础 26 柱下独立基础 2 钢筋混凝土扩展基础 27 墙下钢筋混凝土条形基础 墙下钢筋砼条形基础 28 2 2 2联合基础 典型的双柱联合基础 a 矩形联合基础 b 梯形联合基础 c 连梁式联合基础 29 2 2 3柱下条形基础 柱下钢筋混凝土条形基础 30 当荷载很大 采用柱下条形基础不能满足地基基础设计要求时 可采用双向的柱下钢筋混凝土条形基础形成的十字交叉条形基础 又称交叉梁基础 2 2 4十字交叉基础 31 当地基软弱而荷载很大 采用十字交叉基础也不能满足地基基础设计要求时 可采用筏板基础 即用钢筋混凝土做成连续整片基础 俗称 满堂红 2 2 5筏形基础 32 筏板基础 a b 平板式 c d 肋梁式 33 2 2 6箱形基础高层建筑由于建筑功能与结构受力等要求 可以采用箱形基础 34 箱形基础 35 2 2 7壳体基础由正圆锥形及其组合形式的壳体基础 用于一般工业与民用建筑柱基和筒形的构筑物 如烟囱 水塔 料仓 中小型高炉等 基础 a 正圆锥壳 b M型组合壳 c 内球外锥组合壳壳体基础的结构形式 36 2 3基础埋置深度的选择 基础埋置深度是指基础底面至地面 一般指室外设计地坪 的距离 选择基础埋深的原则是 在保证建筑物基础安全稳定 耐久使用的前提下 应尽量浅埋 以便节省投资 方便施工 37 基础埋深的选择主要考虑以下几个方面 一 建筑结构条件建筑物用途 类型 规模与性质二 工程地质条件持力层 下卧层三 水文地质条件地下水四 地基冻融条件冻深与是否冻胀土五 场地环境条件相邻建筑物 地下管线 38 39 2 4浅基础的地基承载力 2 4 1地基承载力概念地基承载力 地基承受荷载的能力 地基承载力特征值fa 在保证地基稳定的条件下 使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力 fa必须满足的条件 一 要有一定的强度安全储备 二 地基变形不应大于相应的允许值 40 地基承载力特征值可表达为 式中 为地基极限承载力 安全系数 由地基允许变形值控制的系数 41 2 4 2地基承载力特征值的确定方法有四类 根据土的抗剪强度指标以理论公式计算 由现场载荷试验的 曲线确定 按规范提供的承载力表确定 在土质基本相同的情况下 参照邻近建筑物的工程经验确定 42 根据土的抗剪强度指标以理论公式计算 地基极限承载力理论公式式中pu 地基极限承载力 K 安全系数 对长期承载力 一般K 2 3 Pu可由斯凯普顿公式 太沙基公式 魏锡克公式 汉森公式等确定 规范推荐的理论公式 返回 43 2 按荷载试验确定地基承载力特征值荷载试验分为浅层平板和深层平板试验 利用载荷试验记录而成的p s曲线来确定地基承载力特征值 按下述方法之一确定地基承载力特征值fak 当载荷试验p s曲线上有明显的比例极限时 取该比例极限所对应的荷载值p1 a 当极限荷载pu能确定 且pu 1 5p1时 取荷载极限值pu的一半 44 p s曲线 不能按上述两种方法确定时 b 如压板面积为0 25 0 50m2 对低压缩性土和砂土 可取s b 0 01 0 015所对应的荷载值 但其值不应大于最大加载量的一半 同一土层参加统计的试验点数不应少于3个 且基本值的极差 即最大值与最小值 不超过平均值的30 取此平均值作为地基承载力特征值fak 返回 45 3 按规范提供的承载力表确定我国各地区规范将荷载试验资料经回归分析并结合经验编制 给出地基承载力特征值fak的表格 地基承载力特征值的修正注意式中各符号的含义 4 按建筑经验确定 返回 46 2 4 3地基变形验算地基变形验算的要求是 建筑物的地基变形计算值 应不大于地基变形允许值 即 地基的变形按特征分 沉降量 独立基础中心点的沉降值或整幢建筑物基础的平均沉降值 沉降差 相邻两个柱基的沉降量之差 倾斜 基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值 局部倾斜 砌体承重结构沿纵向6 10米内基础两点的沉降差与其距离的比值 47 地基特征变形 48 2 5基础底面尺寸的确定 在初步选择基础类型和埋置深度后 就可以根据持力层的承载力特征计算基础底面尺寸 如果地基受力层范围内存在软弱下卧层 则所选择的基底尺寸尚须满足对软弱下卧层验算的要求 49 2 5 1按持力层承载力计算基底尺寸 1 轴心荷载作用独立基础 条形基础 50 2 偏心荷载作用 51 练习题1某黏性土重度为18 2 孔隙比e 0 7 液性指数0 75 地基承载力特征值fak 220kPa 52 2 5 2地基软弱下卧层承载力验算 条形基础矩形基础 53 练习题2 柱下矩形基础底面尺寸为5 4m 2 7m 请根据图中各项资料验算持力层和软弱下卧层的承载力是否满足要求 54 练习题3 55 2 5 4地基稳定性验算 对于经常承受水平荷载作用的高层建筑 高耸结构 以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物 应对地基进行稳定性验算 用圆弧滑动面法验算 应 K Mr Ms 1 2对于建在稳定土坡坡顶的基础 应b 3m a 2 5m且基础底面外缘至坡顶的水平距离示意图 56 2 6扩展基础设计 2 6 1无筋扩展基础基础高度应满足 式中 为基础的刚性角 57 无筋扩展基础经验做法 砖基础 两皮一收 或 二一间隔收 毛石基础 每阶伸出宽度不宜大于200 每阶高度常取400 600 错缝砌筑 58 砖基础剖面图 59 毛石基础剖面图 60 素混凝土基础 灰土基础 61 2 6 2墙下钢筋混凝土条形基础设计 墙下钢筋混凝土条形基础的截面设计包括确定基础高度基础底板配筋沿墙长方向取1m作为计算单元 用地基净反力计算 仅由基础顶面的荷载所产生的地基反力为地基净反力 62 墙下钢筋混凝土条形基础设计 构造要求 1 构造要求 梯形截面基础的边缘高度 一般不小于200mm 基础高度小于等于250mm时 可做成等厚度板 基础下的垫层厚度一般为100mm 每边伸出基础50 100mm 垫层混凝土强度等级应为C10 底板受力钢筋的最小直径不宜小于10 间距不宜大于200mm和小于100mm 当有垫层时 混凝土的保护层净厚度不应小于40mm 无垫层时不应小于70mm 纵向分布钢筋直径不小于8mm 间距不大于300mm 每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1 10 63 墙下钢筋混凝土条形基础设计 构造要求 混凝土强度等级不应低于C20 当基础宽度大于或等于2 5m时 底板受力钢筋的长度可取基础宽度的0 9倍 并交错布置 基础底板在 形及十字形交接处 底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通常布置 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1 4处 在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置 当地基软弱时 为了减少不均匀沉降的影响 基础截面可采用带肋的板 肋的纵向钢筋按经验确定 64 基础底板受力钢筋布置示意 65 墙下钢筋混凝土条形基础设计 2 轴心荷载作用 1 基础高度基础内不配箍筋和弯起筋 故基础高度由混凝土的受剪承载力确定 于是 66 2 基础底板配筋悬臂根部的最大弯矩设计值M为 基础每米长的受力钢筋截面面积 67 偏心荷载作用在偏心荷载作用下 基础边缘处的最大净反力设计值为 或式中 荷载的净偏心距 基础的高度 基础的配筋 式中 剪力弯矩 68 例 69 扩展基础的破坏形式 2 6 3柱下钢筋混凝土独立基础设计 70 柱下钢筋混凝土独立基础设计 构造要求 1 构造要求除应满足墙下钢筋混凝土条形基础的要求外 尚应满足 阶梯形基础每阶高度一般为300 500mm 当基础高度大于等于600mm而小于900mm时 阶梯形基础分二级 当基础高度大于等于900mm时 则分三级 当采用锥形基础时 其边缘高度不宜小于200mm 顶部每边应沿柱边放出50mm 钢筋混凝土基础钢筋配置应按混凝土结构设计规范规定执行 有关杯口基础的构造应按建筑地基基础设计规范执行 71 柱下钢筋混凝土独立基础构造 72 扩展基础的构造要求 73 现浇柱的基础中插筋的构造示意 74 预制钢筋混凝土柱独立基础示意 75 柱下钢筋混凝土独立基础设计 2 轴心荷载作用 1 基础高度基础高度由混凝土受冲切承载力确定 由冲切破坏锥体以外的地基净反力所产生的冲切力小于冲切面处混凝土的抗冲切能力 即 式中 相应于荷载效应基本组合的地基净反力 冲切力的作用面积 受冲切承载力截面高度影响系数 当基础高度h 800mm时 取1 0 当h 2000mm时 取0 9 其间按线性内插法取用 混凝土轴心抗拉强度设计值 冲切破坏锥体斜裂面上下边长的平均值 基础有效高度 76 77 2 底板配筋在地基净反力的作用下 基础沿柱的周边向上弯曲 当弯曲应力超过了基础的抗弯强度时 就发生弯曲破坏 破坏特征 裂缝沿柱角至基础角将基础底面分裂成四块梯形面积 将基础板看成四块固定在柱边的梯形悬臂板 计算出地基净反力对柱边截面产生的弯距以及阶梯形基础在变阶处的弯距 当基底和柱截面均为正方形时 只需计算一个方向的弯距即可 78 3 偏心荷载作用 1 基础高度基础高度由混凝土受冲切承载力确定 由冲切破坏锥体以外的地基净反力所产生的冲切力小于冲切面处混凝土的抗冲切能力 即 79 b bt 2h0 80 b bt 2h0 81 计算阶形基础的受冲切承载力截面位置1 冲切破坏锥体最不利一侧的斜截面 2 冲切破坏锥体的底面线 82 2 底板配筋 83 阶梯形基础尚应计算变阶处 及 的相应弯矩并求算所需钢筋面积 即 84 偏心受压时 截面取 截面取 和 截面取 85 和 截面取 某钢筋混凝土独立基础配筋图 86 87 2 7联合基础设计 分三种类型 矩形联合基础 梯形联合基础和连梁式联合基础 应使基础底面形心尽可能接近柱主要荷载的合力作用点 联合基础的设计通常作如下规定或假定 基础是刚性的 一般认为 当基础高度不小于柱距的 时 基础可视为是刚性的 基底压力为线性 平面 分布 地基主要受力层范围内土质均匀 不考虑上部结构刚度的影响 88 典型的双柱联合基础 a 矩形联合基础 b 梯形联合基础 c 连梁式联合基础等效梁宽度 b1 a1 h0 b2 a2 2h0 89 2 7 2矩形联合基础 设计步骤 计算柱荷载的合力作用点 荷载重心 位置 确定基础长度 使基础底面形心尽可能与柱荷载重心重合 按地基承载力确定基础底面宽度 按反力线性分布假定计算基底净反力设计值 并用静定分析法计算基础内力 画出弯距图和剪力图 根据受冲切和受剪承载力确定基础高度 一般可先假设基础高度 再进行验算 按弯距图中的最大正负弯距进行纵向配筋计算 按等效梁概念进行横向配筋计算 90 例 91 2 7 3梯形联合基础 当建筑界限靠近荷载较小的柱一侧时 采用矩形联合基础是合适 对于荷载较大的柱一侧的空间受到约束的情况 如仍采用矩形基础 则基底形心无法与荷载重心重合 采用梯形基础可使基底压力均匀分布 梯形基础的适用范围是l 3 l 2 l为梯形基础的长 特点 施工较为不便 但其基底面积较小 造价低 且沉降更为均匀 92 梯形基础 根据梯形面积形心与荷载重心重合的条件 可得 又由地基承载力条件 有 其中联立求解上述三式 即可得a和b 梯形基础的适用范围是l 3 x l 2 93 例 94 2 7 4连梁式联合