地基第5章箱形基础

第五章箱形基础,箱形基础：由顶板、底板、外墙和内墙组成的空间整体结构。,具有以下特点(1)有很大的刚度和整体性；(2)有较好的抗震效果；(3)有较好的补偿性。,箱形基础,第一节概述,第二节箱形基础构造要求,一、箱形基础的平面尺寸,1.基底平面形心应尽可能与上部结构竖向静荷载重心相重合；,2.当偏心较大时，可使箱基底板四周伸出悬臂以调整底面形心位置。如不可避免偏心，偏心距宜符合下式要求e0.1W/A式中W偏心方向的基础底面抵抗矩；A基础底面积。另外：根据设计经验，也可控制偏心距不大于偏心方向基础边长的1/60。,二、箱形基础的高度,指底板底面到顶板顶面的外包尺寸。,一般取建筑物高度1/81/12，也不宜小于箱形基础长度的1/20，并不宜小于3m。,三、箱形基础的埋置深度,箱形基础的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；,桩箱基础的埋置深度(不计桩长)不宜小于建筑物高度的1/18。,四、箱形基础的顶、底板,1.厚度：顶板200mm，底板300mm。,2.配筋：不宜小于14200。支座钢筋：纵、横方向应有1/21/3贯通全跨，且应分别有0.15%、0.10%配筋率的钢筋连通；跨中钢筋：按实际配筋全部连通。,五、箱形基础的墙体,1.墙体布置：外墙沿建筑物四周布置;内墙沿上部结构柱网和剪力墙均匀布置。,2.墙体要有足够的密度要求平均每平方米基础面积上墙体长度不得小于400mm或墙体水平截面积不得小于基础面积的1/10;纵墙配置不得小于墙体总配置量的3/5，且有不少于三道纵墙贯通全长。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。,3.墙的间距：不宜大于l0m。,4.墙体的厚度：外墙厚度不宜小于250mm；内墙厚度不宜小于200mm。,5.墙体配筋：应设置双面钢筋，竖向和水平钢筋的直径不应小于l0mm，间距不应大于200mm。另外，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。,六、墙体开洞的限制,1.尽量不开洞、少开洞。必要时，宜开小洞、圆洞或切角洞，避免开偏洞和边洞。,2.洞口面积不宜大于柱距与箱形基础全高乘积的1/6，即bh/BH1/6,3.墙体洞口周围应设置加强钢筋。（1）每侧附加钢筋面积As1不应小于洞口宽度内被切断钢筋面积的一半，且不小于216，该加强钢筋应从洞口边缘处延长40d。（2）洞口每个角部各加212斜筋，长度不小于1m。,洞口两侧及四角加强钢筋示意,第三节箱形基础地基计算,一、地基强度验算,在非地震区pkfapkmax1.2fapkmin0在地震区，除应符合pk和pkmax要求外，还应满足pEfSEpEmax1.2fSEfSE=sfa当基础底面地震作用效应组合的最小压力出现零应力时，零应力区的面积不应超过基底面积的15%。,二、地基变形验算,随着施工的进展，地基受力状态和变形十分复杂。基坑开挖前大多用井点降水，使地基压缩；基坑开挖阶段，由于卸去土重引起地基回弹；基础施工时，逐步加载，地基产生再压缩变形；基础施工完后停止降水，地基又回弹；上部结构施工和使用阶段，由于继续加载，地基继续产生压缩变形。,地基变形计算：规范推荐分层总和法。,三、整体倾斜,在非地震区TB/（100H）式中B基础宽度；H建筑物高度，指室外地坪至屋面(不包括突出屋面的局部附属建筑)的高度。,横向整体倾斜值T：分层总和法计算的基础纵向边缘中点沉降值的差值除以基础的宽度。,对于地震区，目前还没有明确的横向整体倾斜允许值，可按地区经验和参考一些工程的实测值确定。,四、稳定性验算,1、抗滑移稳定性：应满足下式要求：KsQF1+F2+(Ep-Ea)l式中：F1基底摩擦力合力，kN；F2平行于剪力方向的侧壁摩擦力合力，kN；Ea、Ep垂直于剪力方向的地下结构外墙面单位长度上主动土压力合力、被动土压力合力，kNm；l垂直于剪力方向的基础边长，m；Q作用在基础顶面的风荷载、水平地震作用或其他水平荷载，kN；Ks抗滑移稳定性安全系数，取1.3。,第四节箱基结构设计,一、箱形基础荷载,箱形基础荷载图,1地面堆载qx产生的侧压力,2地下水位以上土的侧压力,3浸于地下水位中（HH1）高度土的侧压力,6顶板荷载q以及上部结构传来的集中力等,4地下水产生的侧压力,5地基净反力,箱形基础埋于地下，承受如下的荷载,二、基底反力计算,实测结果表明：（1）对软土地区，纵向基底反力一般呈马鞍形；（2）对第四纪粘性土地区，纵向基底反力分布曲线一般呈抛物线形,（a）软土地区（b）第四纪粘性土地区箱形基础纵向基底反力实测分布曲线,实用计算方法,1基底反力系数法,将基础底面划分成40个区格(纵向8格、横向5格)，某i区格的基底反力按下式确定,式中i相应于i区格的基底反力系数，查表确定。,箱形基础纵向平均反力系数,2基底平均反力系数法,箱形基础横向平均反力系数,用平均反力系数求各段的平均净反力,（2）沿宽度方向各段的平均净反力只需把以上各式的L用B代换即可。,式中相应于i区段的基底平均反力系数，查表确定。,（1）沿长度方向,三、箱基内力计算,1当上部结构为现浇剪力墙体系时,2当上部结构为框架剪力墙体系时,箱基的顶、底板内力仅按局部弯曲计算。考虑到整体弯曲的影响，纵横方向支座钢筋尚应分别有0.15%、0.10%配筋率连通配置，跨中钢筋按实际配筋率全部连通。,一般可只按局部弯曲计算箱基内力。,3当上部结构为框架体系时,箱基的内力应同时考虑整体弯曲和局部弯曲作用。,（1）上部结构等效抗弯刚度,公式中的符号示意,（2）箱形基础的整体弯曲弯矩计算,式中Mg箱形基础承担的整体弯曲弯矩；M由整体弯曲产生的弯矩。,（3）箱形基础的局部弯曲的弯矩计算,顶板按实际承受荷载，底板按扣除底板自重后的基底净反力作为局部弯曲计算的荷载，并将顶、底板视作周边固定的双向连续板计算局部弯曲弯矩。顶、底板的总弯矩为局部弯矩乘以0.8折减系数后与整体弯曲弯矩叠加。,四、基础的截面设计与强度验算,（一）顶板与底板,2正截面抗弯计算,（1）箱基整体弯曲拉力及压力计算Tx=Tx=Mgx/zBTy=Ty=Mgy/zL式中Mgx、Mgy整体弯曲时箱基x、y方向的弯矩；Tx、Ty底板x、y方向每米的拉力；Tx、Ty顶板x、y方向每米的压力；L、B箱基底板的长度、宽度；z箱基计算高度，取顶、底板中距。,整体弯矩配筋计算,1底板的抗冲切与抗剪切验算同筏基,底板同时考虑局部弯曲和整体弯曲的计算钢筋用量板跨中：上层钢筋As上=As1/2+As2下层钢筋As下=As1/2板支座：上层钢筋As上=As1/2下层钢筋As下=As1/2+As2式中As2、As2局部弯曲计算的底板跨中、支座的单位长度钢筋面积。,整体弯曲时，底板受拉钢筋面积可按下式计算As1x=Mgx/fyzBAs1y=Mgy/fyzL式中As1x、As1y整体弯曲时x、y方向单位长度钢筋面积。,（二）内墙与外墙,1箱形基础墙体截面剪力计算,（1）横墙截面剪力计算,第i道纵墙和第j道横墙相交的节点（i，j）的上、下截面上的剪力,（2）纵墙截面剪力计算,将箱形基础视为总荷载和基底反力作用下的静定梁，可求出任一横墙支座j截面左侧或右侧的总剪力Vjl或Vjr。,式中bi第i道纵墙的宽度；bi纵墙宽度总和；Nij第i道纵墙和第j道横墙交叉处柱子的竖向荷载；Nij第j列上各柱荷载总和。,j截面左侧总剪力Vjl分配到第i道纵墙的剪力为,纵墙截面剪力计算,修正后的剪力分布图,尚应扣除横墙剪力Vijt和Vijb在左侧已经承担的部分才是纵墙左截面实际承受的剪力Vijl。,纵墙截面剪力计算,修正：,2箱形基础墙身强度计算,（1）墙身抗剪强度计算,墙身的受剪截面应符合下式要求Vw0.25cfcAw式中Vw各片墙承担的竖向剪力设计值；Aw墙身竖向有效截面积。c混凝土强度影响系数，不大于C50取1.0，大于C80取0.8，介于C50C80之间按线性内插取用。,（2）墙体洞口计算,1）洞口过梁截面抗剪强度验算,洞口上、下过梁的受剪截面应分别符合下列公式要求,式中V1、V2上、下过梁的剪力设计值；V洞口中点处的剪力设计值；剪力分配系数；q1、q2作用在上、下过梁上均布荷载设计值；l洞口的净宽；,V10.25cfcA1V20.25cfcA2V1=V+q1l/2V2=(1)V+q2l/2,A1、A2上、下过梁的有效截面积；可取图（a）及图（b）阴影部分计算的较大值。,洞口上下过梁的有效面积计算,2）洞口过梁截面的抗弯承载力计算,上、下过梁截面的顶部和底部纵向钢筋，应分别按下式求得的弯矩设计值配置,M1=Vl/2+q1l2/12M2=(1)Vl/2+q2l2/12式中M1、M2上、下过梁的弯矩设计值。,洞口两侧及四角应设加强钢筋，按下式验算,M1fyh1(As1+1.4As2)M2fyh2(As1+1.4As2),每侧附加钢筋面积不应小于洞口宽度内被切断钢筋面积的一半，且不小于216，该加强钢筋应从洞口边缘处延长40d。洞口每个角部各加212斜筋，长度不小于1m。,3）洞口加强钢筋,洞口两侧及四角加强钢筋示意,式中M1、M2上、下过梁的弯矩设计值；,h1、h2上、下过梁截面高度；,箱形基础的外墙和承受水平荷载的内墙应进行受弯计算。此时墙身视为顶、底部固定的多跨连续板。,1）当地面无荷载时,在地下水位以上p=Kz,外墙面z深度处单位面积上的压力,在地下水位以下p=KH+（zH）+w（zH）,箱基外墙侧压力示意,2）当地面有荷载q时深度z处的侧压力应在以上式中增加p：p=0.5q,（3）墙身抗弯计算,作业题：某框架结构地基土为粘土，采用箱形基础，上部结构传来荷载及箱基自重（不包括底板自重）总设计值为F=147000kN，M=24010kNm，结构平面图与受荷载作用简图如下，试用基底平均反力系数法求基底横向平均反力，并绘图。,400012=48000,49000