建筑构造基础.ppt

第八章基础第一节地基 基础与荷载的关系 一 基础与地基的概念 在建筑工程中 建筑物与土层直接接触的部分称为基础 支承建筑物重量的土层叫地基 基础是建筑物的组成部分 它承受着建筑物的全部荷载 并将其传给地基 而地基则不是建筑物的组成部分 它只是承受建筑物荷载的土壤层 其中 具有一定的地耐力 直接支承基础 持有一定承载能力的土层称为持力层 持力层以下的土层称为下卧层 地基土层在荷载作用下产生的变形 随着土层深度的增加而减少 到了一定深度则可忽略不计 如图 二 地基状况对建筑物的影响 二 持力层和地耐力 地基承载力 持力层 直接放置基础底面的土层 持力层的位置决定基础的埋深 地耐力 持力层每平方米能承受的最大压力 地耐力的大小影响基础的选材及形式 一 土层的分布和特性 土层的构成 固体颗粒 空气 水 其物质特性及配比决定土层的物理性质 土层的物理性质影响建筑物的沉降及变形情况 土层的自然分布情况影响建筑的沉降是否均匀 地耐力也称为 地基承载力 当基础对地基的压力超过地基承载力时地基将出现不允许的沉降变形 或者地基滑动 失去稳定 为了房屋的稳定和安全 必须保证基础底面积的平均压力不超过地基承载力 房屋的全部荷载是通过基础底面积传给地基的 当荷载一定时 加大基础底面积可以减少单位面积地基上所受到的压力 比如 以 表示地基承载力 代表房屋的总荷载 代表基础底面积 则可列出如下关系式 即 表示地基承载力 代表房屋的总荷载 代表基础底面积 从上式可以看出 当地基承载力不变时 房屋总荷载愈大 基础底面积也随着增加 或者说 当房屋的总荷载不变时 地基承载力愈小基底面积也随着增大 在房屋设计中 要根据总荷载和建造地点的地基承载力确定基础底面积 三 对地基和基础的要求 地基应具有良好的稳定性地基在荷载作用下沉降均匀 才保证房屋的沉降均匀 如果地基土质分布不均匀 处理不好就会产生不均匀沉降 此极易产生墙身开裂 房屋倾斜 甚至破坏的情况 基础应有足够的强度基础具有足够的强度 才能稳定地把荷载传给基础 如何基础在承受荷载后受到破坏 必然会使房屋出现裂缝 甚至坍塌 所以房屋基础所用材料应符合基础强度要求 基础应满足耐久性的要求基础所用材料和构造的选择应与上部建筑等级适应 符合耐久性要求 基础是建筑物的主要承重构件 处在建筑物地面以下 属于隐蔽工程 如果基础先于上部结构破坏 检查和加固都十分困难 将严重影响房屋寿命 基础工程应注意经济效果基础工程造价 按结构类型不同约占房屋总造价的 甚至更高 所以应尽量选择土质优良的地段建造房屋 以降低基础工程的造价 当地段不能选择时 应采用恰当的基础形式及构造方案 尽量节省工程费用 除了上述措施之外 就近采用地方材料 减少运输费用 同样可以减少基础工程的开支 从而降低整个房屋的造价 四 地基的分类 地基分为天然地基和人工地基两大类 天然地基指天然土层具有足够的地基承载力 不需要经人工改良或加固可以直接在上面建造房屋的地基 岩石 碎石 粉土 和粘性土等 一般均可作为天然地基 人工地基指土层的承载力差 如淤泥 人工填土等 直接在上面建造房屋时 缺乏足够的坚固性和稳定性 必须对土层进行人工加固后 才能在上面建造房屋的地基 五 加固地基的方法P164 加固地基有多种方法 如压实法 换土法 挤密法 排水固结法 化学加固法 加筋法等 其中常用压实法 换土法和挤密法 压实法 机械法压实 夯实 例如 用 以上的重锤夯打土层 加固地基 地基土是由土的颗粒 空隙中的空气和水三部分组成的 受力后空气将被挤出 地基被压缩 对承载土 可以采用预先人工压缩的方法 排除土中空气 提高土的密实程度 以提高地基承载力 这种方法就是压实法 换土法 将较弱的土层挖去 换成较坚硬的材料 称为换土法或换土垫层法 换土常用材料为灰土 粗砂或中砂 挤密法 是采用砂桩 碎石桩 灰土桩和水泥桩等把土挤实 由桩与桩间土一起组成复合地基 从而提高地基承载力减少沉降量 排水法 加载排水使土质紧密 第二节影响基础埋深的因素一 基础埋置深度 基础的埋深 基础的埋深 由室外设计地面到基础底面的距离 称为基础的埋置深度 基础埋深不超过 的称为浅基础 大于 的属于深基础 在一般情况下 基础的埋深应不小于 在确定基础埋深时 应优先选择浅基础 它的优点是不需要特殊施工设备 施工技术也较简单 基础埋深愈小 工程造价愈低 但当基础埋深过小时 地基受到压力后有可能把四周的土挤走 使基础失去稳定 基础埋得过浅 还易受各种侵蚀和影响 从而造成基础破坏 二 影响基础埋深的因素P166 1 建筑物上部荷载的大小和性质 2 工程地质条件 3 水文地质条件 4 冻结深度 5 其他因素 二 影响基础埋深的因素 1 建筑物上部荷载的大小和性质 多层建筑一般根据地下水位及冻土深度等来确定埋深尺寸 一般高层建筑的基础埋置深度为地面以上建筑物总高度的1 10 1 15 2 工程地质条件 地基土层构造及土质的好坏基础底面应尽量选在常年未经扰动而且坚实平坦的土层或岩石上 俗称 老土层 3 水文地质条件 地下水位的影响P166 地下水位 常年地下水位 丰水期水位 枯水期水位 地下水可能对基础产生浮力或腐蚀 地下水可能对地基土承载力产生影响 确定地下水的常年水位和最高水位 以便选择基础的埋深 一般宜将基础落在常年地下水位和设计最高地下水位之上 这样可避免地下水的变化影响地基承载力 还可防止地下水对基础施工带来的麻烦 当地下水位较高 基础不能埋在设计最高水位之上时 宜将基础埋在设计最低地下水位以下200mm 4 冻土深度 冻土线 冰冻线 的影响 冻土线 寒冷地区地表冰冻深度的临界线 应根据当地的气候条件了解土层的冻结深度 一般将基础的垫层部分做在土层冻结深度以下 否则 冬天土层的冻胀力会把房屋拱起 产生变形 天气转暖 冻土解冻时又会产生陷落 冻胀融陷可能造成基础破坏 建筑物基础埋深宜在冻土线以下200mm 5 其他因素 1 相邻建筑物基础的影响 新建建筑物的基础埋深不宜深于相邻的原有建筑物的基础 当新建基础深于原有基础时 则要采取一定的措施加以处理 以保证原有建筑的安全和正常使用 2 建筑物有无地下室 设备基础等 二 影响基础埋深的因素P166 1 建筑物上部荷载的大小和性质 2 工程地质条件 地基土层构造及土质的好坏3 水文地质条件 地下水位的高低4 冻结深度 土的冰冻深度5 其他因素 相邻建筑物基础的影响 建筑物有无地下室 设备基础等 第三节基础的分类与构造一 按基础的材料和传力情况分类 一 按基础的传力情况分为 刚性基础和柔性基础 刚性基础 用刚性材料制作的基础刚性材料 一般指抗压强度高 而抗拉 抗剪强度较低的材料 常用的有砖 灰土 混凝土 三合土 毛石等 基础底面的扩大受材料刚性角的影响见图8 11P169 刚性基础多用于地基承载力高的地基上建造的低层和多层房屋 刚性基础台阶宽高比的允许值见P169表8 刚性角 通常按刚性材料的受力状况 基础在传力时只能在材料的允许范围内控制 这个控制范围的夹角称为刚性角 用 表示 砖 石基础的刚性角控制在 1 1 25 1 1 50 26 33 以内 混凝土基础刚性角控制在1 1 45 以内 非刚性基础 当建筑物的荷载较大而地基承载能力较小时 基础底面B必须加宽 如果仍采用混凝土材料做基础 势必加大基础的深度 这样很不经济 如果在混凝土基础的底部配以钢筋 利用钢筋来承受拉应力 使基础底部能够承受较大的弯矩 这时 基础宽度不受刚性角的限制 故称钢筋混凝土基础为非刚性基础或柔性基础 非刚性基础基础底面的扩大不受材料刚性角影响 二 按基础的材料分为 砖基础 石基础 混凝土基础钢筋混凝土基础等 砖基础 P171 砖基础所用的砖是一种取材容易价格低廉的材料 由于砖的强度 耐久性均较差 故砖基础多用于地基土质好 地下水位低 五层以下的砖木结构或砖混结构建筑 砖基础采用台阶式向下逐级放大 称大放脚 为了满足刚性角的限制 大放脚的宽高比应 表8 大放脚的作法 一般采用每两皮砖挑 砖与一皮砖挑出 砖相间砌筑 砌筑前基槽底面要铺30 50 厚水泥砂浆垫层 或灰土 三合土垫层 砖基础的构造见图8 13P171 灰土基础 P171 在地下水位比较低的地区 可以在砖基础下作灰土垫层 由于灰土垫层按基础计算 所以叫灰土基础 灰土基础是由石灰与粘土加适量水拌和夯实而成 石灰与粘土的体积比为 或 灰土每层均虚铺 夯实后厚度为 左右 称为第一步 三层及三层以下房屋用二步 三层以上建筑用三步 由于灰土的抗冻 耐水性能差 灰土基础只能埋在地下水位以上 且顶面应在冻结深度以下 图8 13 P171 虚线部分为灰土基础 三合土基础 P171 三合土基础是由石灰 砂 骨料 碎砖或石子 按体积比 或 加水拌合夯实而成 其计算方法与灰土基础相同 三合土每层夯实后 左右 通常三合土基础的总厚度 宽度 三合土基础适用于四层及四层以下的建筑 与灰土基础一样 应埋在地下水位以上 顶面应在冻结深度以下 图8 3 P171 虚线部分为三合土基础 毛石基础 毛石基础是由中部厚度不小于 的末经加工的块石和砂浆砌筑而成 通常采用水泥砂浆砌筑 由于石材强度高 抗冻 耐水性能好 水泥砂浆同样是耐水材料 所以毛石基础可以用于地下水位较高 冻结深度较深的的地区 由于我国各地石材产量丰富 故被广泛用于低层及多层民用建筑 当工程所在地距离石材产地较近时 则毛石基础的造价较低 约为砖基础造价的 左右 毛石基础的剖面形式多为阶梯 图8 4 基础顶面要比墙或柱每边宽出 基础的宽度 每台阶的高度 均不小于 每个台阶挑出的宽度 不应大于 以确保符合宽高比不大于 或 表8 的限制 当基础底面宽度 时 毛石基础应做成矩形截面 混凝土基础 混凝土基础具有坚固 耐久 耐水 刚性角大的特点 常用于有地下水和冰冻作用的地方 由于混凝土是可塑的 基础断面不仅可以做成矩形和阶梯形 当底面宽度 时还可以做成锥形 锥形断面能节约混凝土 从而减轻基础自重 混凝土基础 混凝土的刚性角 阶梯形断面台阶的宽高比 表8 锥形断面的斜面与水平面夹角 应 混凝土基础的构造见图8 5 为了节约混凝土从而节约水泥 可以在混凝土中加入粒径不超过 的毛石 这种混凝土称为毛石混凝土 毛石混凝土基础所用毛石的尺寸 不得大于基础宽度的 毛石的体积一般为总体积的 毛石在混凝土中应均匀分布 6 钢筋混凝土基础 采用刚性材料的基础 因受刚性角限制 基础底面宽度 很大时 必须增加基础的高度 使基础体积很大 这样 不仅使开挖土方的工程量增加 还将使基础材料用量增加 对工期和造价都不利 特别是有软弱下卧层的地基 不宜将基础埋置过深 以充分利用持力层好土的承载力 如在混凝土基础中配置钢筋 利用钢筋承受拉力 基础就能承受弯矩 钢筋混凝土基础的构造见图8 2 6 钢筋混凝土基础 钢筋混凝土基础相当于一个受均布荷载的悬臂梁 所以它的截面高度向外逐渐变小 但最薄处的厚度不应小于 截面如做成梯形 每步高度为 基础中受力钢筋的数量应通过计算确定 但钢筋直径不宜小于 间距不宜大于 基础混凝土的强度等级不宜低于 为了使基础底面均匀传递压力 常在基础下用强度等级为 或 的混凝土做一个垫层 其厚度宜为 有垫层时 钢筋距基础底面的保护层厚度不宜小于 不设垫层 钢筋距基础底面不宜小于 以保护钢筋免遭锈蚀 二 按基础的构造形式分类基础形式主要是由上部承重结构和地基承载力决定的 如墙的基础一般应为连续的 柱下基础可为独立的 当荷载大而地基承载力小时 则应做桩基础或整片基础 按基础的构造型式分类 条形基础 独立基础 井格式基础 筏形基础 箱形基础 一 条形基础条形基础呈连续的带状 故也称带条形基础 条形基础一般用于墙下 亦可用于柱下 其构造形式见图8 8 当房屋为墙承重结构时 承重墙下一般采用通长的条形基础 中小型建筑常采用的刚性条形基础当荷载较大 地基软弱 也可采用钢筋混凝土条形基础 柱下条形基础当房屋为骨架承重或内骨架承重结构时 在荷载较大且地基为软土时 常采用钢筋混凝土条形基础将各柱下的基础连接在一起 使整个房屋的基础具有良好的整体性 柱下条形基础可以有效地防止不均匀沉降 3 井格形基础 柱下条基纵横连接更有利于基础的整体性 条基 墙下条基 承重墙的基础 柱下条基 减少不均匀沉降 二 独立基础独立基础呈柱墩形 也叫单独基础 其构造形式见图8 9 柱下独立基础当房屋为骨架承重结构或内骨架承重结构时 承重柱下扩大形成独立基础常用断面形式有阶梯形 锥形 杯形等 三 整片基础 整片基础包括筏式基础和箱形基础当上部荷载较大 地基承载力较低 柱下交叉条形基础或墙下条形基础的底面积占建筑物平面面积较大比例时 可以考虑选用整片筏式基础具有减少基底压力 提高地基承载力和调整地基不均匀沉降的能力 筏式基础一般分柱下筏基和墙下筏基二类 前者系框架结构上的筏基 后者系承重墙结构下的筏基 筏式基础 片筏基础 分板式和梁板式 墙下筏基也称墙下筏板基础 广泛应用于量大面广的多层或高层住宅 办公楼等民用建筑 整片筏式基础按结构形式分为板式结构和梁板式结构两类 其构造形式见图8 0 c d 箱形基础 当钢筋混凝土基础埋深很大 为了增加建筑物的刚度 可用钢筋混凝土筑成有底板顶板和四壁的箱形基础 箱形基础内部空间可用作地下室 这样基础可用荷载很大的高层建筑 其构造形式见图8 0e 四 桩基础 当建筑物荷载较大 地基的软弱土层厚度在 以上 基础不能埋在软弱土层内或对软弱土层进行人工处理困难或不经济时 常采用桩基础 采用桩基础能节省基础材料 减少挖填土方量 改善工人的劳动条件 缩短工期 在严寒地区进行基础施工时 要开挖冻土 耗费人工 进度迟缓 采用桩基础能避开挖掘冻土这一繁重劳动 因此近年来桩基础采用量逐年增加 桩的种类 桩的种类很多 按桩的材料可以分为木桩 钢筋混凝土桩 钢桩等 按桩的受力性能又可以分为端承桩与摩擦桩 桩基础把建筑的荷载通过桩端传给深处坚硬土层 或通过桩侧表面与周围土的摩擦力传给地基 前者是端承桩 后者称为摩擦桩 端承桩适用于表面软土层不太厚 而下部为坚硬土层的地基情况 摩擦桩适用于软土层较厚 而坚硬土层距地表很深的地基情况 桩上的荷载由桩侧