第二章 浅基础设计基本原理

1、第二章第二章 浅基础设计的基本原理浅基础设计的基本原理 v 1. 浅基础的定义浅基础的定义v 2. 浅基础的荷载传递浅基础的荷载传递 上部结构基础应力和变形 地基荷载基底压力通常将基础的埋置深度小于5m，或小于基础最小宽度。一般只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可建造的基础称作浅基础。 侧壁的摩阻力忽略不计。侧壁的摩阻力忽略不计。v 浅基础设计时应考虑的主要因素(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) 上部结构类型、使用要求及对不均匀沉降的敏感性；(6) 施工期限、施工

2、方法及所需的施工设备等;(7)在地震区，还应考虑地基和基础的抗震要求。1. 刚性基础(无筋扩展基础无筋扩展基础) )一、按基础材料的性能分类一、按基础材料的性能分类材料：材料：通常由砖，毛石、素混凝土，三合土和灰土等材料建造的基础。 特点：特点：抗压性能较好，但抗拉、抗剪强度不高。 应用范围：刚性基础可用于六层和六层以下（三合土基础不宜超过四层）的民用建筑和砌体承重的厂房。 F0hbtgtF bth0设计要求：设计要求：发生在基础内的拉应力和剪应力不超过其材料强度设计值。可通过限制基础外伸宽度与基础高度的比值(宽高比)来实现。-刚性角刚性角F2. 柔性基础(扩展基础扩展基础) )材料：材料：钢

3、筋混凝土。 设计要求：设计要求：采用扩大基础底面积的方法来满足地基承载力的要求，但不必增加基础的埋深；选择合适的基础材料、高度与配筋来满足基础抗剪和抗弯要求。 特点：特点：具有较好的抗剪能力和抗弯能力。 1. 独立基础 二、按基础形状和大小分类按基础形状和大小分类 主要是柱下基础主要是柱下基础, 需土质较好需土质较好F2. 条形基础(十字交叉条形基础)墙下或柱下条形基础 纵向条形基础纵向条形基础横向条形基础横向条形基础柱下:土质更差或荷载很大时,将纵横向条形基础相连3.十字交叉基础十字交叉条形基础可承担10层以下民用住宅。4 . 片筏基础土质更差,单独基础彼此之间满堂布置，联成整体满堂基础a)

4、、b)平板式c)、d)梁板式6层住宅50层高层建筑都可使用，如美国休斯敦市的52层壳体广场大楼，天然地基上的筏板基础厚度为2.52m。底板底板外墙外墙内墙内墙5. 箱形基础有底板、墙和顶板形成箱，整体性好、空间刚度大箱形基础箱形基础埋深较深，基础空腹，卸除了基底处原有土体的自重应力，因此大大地减小了作用于基础底面的附加应力，减少建筑物的沉降，这种基础又称之为补偿基础。“套箱式”dANppc-00基底附加压力： 0ANd 若基础埋深基地附加压力p0=0 ， 此时称为全补偿基础。 p0 0称为部分补偿基础p050cm10cm一一 、基础埋深确定的基本原则、基础埋深确定的基本原则 二、工程地质和水文

5、地质条件二、工程地质和水文地质条件在满足设计要在满足设计要求下尽量浅埋求下尽量浅埋只有低层房屋只有低层房屋可用可用,否则进行否则进行地基处理地基处理尽量浅埋但尽量浅埋但是如是如h1太小太小就进行地基就进行地基处理处理h14 m 桩基或处桩基或处理理硬土层硬土层软土软土层层硬土层硬土层软土层软土层软土层软土层硬土层硬土层 I II III IVh1h1利用较好的表层土作为地基的持力层。反之，则用下面的土层。基础尽量做在地下水位以上。三、建筑物场地的环境条件三、建筑物场地的环境条件LH新建建筑物的基础埋深不宜深于相邻原有建筑物的基础埋深。地下室的地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上主楼与裙房分

6、期施工设置后浇带F管 道四、地基土冻胀和融陷的影响四、地基土冻胀和融陷的影响基础尽量埋在冰冻线以下。 dmin z0 hmaxz0 标准冻深；标准冻深；冻深影响系数冻深影响系数; ; hmax残留冻土层最大厚度；残留冻土层最大厚度； Z0 Z0dmin室内地面室内地面hmax地基基础作为承重土层和建筑物的下部结构，应满足下列功能要求：（1）在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。 （2）能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种情况；并具有良好的工作性能；（3）在正常维护情况下具有足够的耐久性能；一、地基基础设计原则一、地基基础设计原则二、二、 荷载规定荷载规定作用在基础上的荷载作

7、用在基础上的荷载 F MFF HF MH基本组合：承载能力极限状态设计时，永久作用与可变作用的组合（分项系数）标准组合：正常使用极限状态设计时，采用标准值（或组合值）为荷载代表的组合准永久组合：正常使用极限状态设计时，对于可变荷载采用准永久值为荷载代表的组合荷载效应组合荷载效应组合荷载组合极限状态设计时，荷载组合极限状态设计时，为保证结构可靠性对于同时为保证结构可靠性对于同时出现底各种荷载设计值的规定出现底各种荷载设计值的规定（1）按地基承载力承载力确定基础底面积及埋深，传至基础底面上的荷载应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合 。承载力采用特征值。（2）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载

8、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荷载。相应的限值应为地基变形的允许值。（3）在确定基础或承台高度、支挡结构高度、计算它们的内力、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，采用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； （4）计算挡土墙、地基或斜坡稳定基滑坡推力时，荷载效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。地基基础设计的荷载效应组合地基基础设计的荷载效应组合几种荷载组合的应用总结概括几种荷载组合的应用总结概括q地基承载力标准组合地基承载力标准组合q稳定分析稳定分析基本组合，分项系数基本组合，

9、分项系数1.0即即单一安全系数法单一安全系数法q结构设计基本组合结构设计基本组合q沉降计算准永久组合沉降计算准永久组合1. 按承载力理论计算公式确定三、地基承载力的确定三、地基承载力的确定四、地基承载力特征值修正四、地基承载力特征值修正2. 按现场载荷试验确定五、地基承载力验算五、地基承载力验算（1）地基持力层承载力验算；（2）软弱下卧层承载力的验算（1 1）轴心荷载作用）轴心荷载作用akkkfAGFp pk 相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值。 kF上部结构传至基础顶面的竖向荷载标准组合值 Gk 基础与基础上土的总重量，GkA.D.G(一) 持力层承载力验算G近似按20kN/m

10、3 （2 2）偏心荷载作用）偏心荷载作用 afp2 . 1maxkakfp 同时满足abGFp3)(2kkmaxkyyxxWMWMlbGFpkkkkminkmaxk偏心距el /6时 偏心距el /6时 ( (二二) ) 软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算azczzfzczazf 相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值，kPa软弱下卧层顶面处土的自重应力标准组合值，kPa软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值，kPa。 下卧层顶面的附加应力： tg2tg2ck-zlzblbpztg2ck-zbbpz矩形面积基础 条形面积基础 Es1/Es2 z=0.25b z=0

11、.5b351061020232530压力扩散角注：1. Es1Es2在一般情况下，基础底面尺寸事先并不知道，需根据工程实践，在确定基础类型和埋置深度后，用持力层的承载力来设计基础底面尺寸。akkkfAGFpdfFAGa-kfa为经过深度和宽度初步修正后的地基承载力特征值。条形基础，可沿基础长方向取单位长度1m进行计算，则基础的宽度为 ：dfFbGa-k1. 1. 轴心荷载轴心荷载2. 2. 偏心荷载偏心荷载（1）按轴心荷载作用条件初步估算基础底面积：（2）根据偏心距的大小，将基础的底面积增大（1030）%，并以适当的 比例(宜l/b3,一般取l/b2)确定基础底面的长度（3）由调整后的基础底面

12、尺寸按式dfFAGa-kyyxxWMWMlbGFpkkkkminkmaxk计算过程可能要经过几次试算方能最后确定合适的基础底面尺寸。afp2 . 1maxkakfp 满足对于设计等级为甲级和乙级的建筑物以部分丙级建筑物以外，不但要满足地基承载力要求，还必须进行地基变形验算：地基最终变形量。目前最常用的计算方法就是应力面积法，建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)给出了考虑经验系数修正的计算方法。地基的允许变形值。它是根据建筑物的结构特点、使用条件和地基土的类别而确定的。 根据地基复杂程度，建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度（危及人的生命、造成经

13、济损失、造成社会影响及修复的可能性），可将地基基础设计分为三个设计等级 ： 地基基础设计等级地基基础设计等级设计设计等级等级 建筑和地基类型建筑和地基类型 甲级甲级 重要的工业与民用建筑物；30层以上的高层建筑；体型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物；大面积的多层地下建筑物(如地下车库，商场等)；地基变形有特殊要求的建筑物；复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡)；对原有工程影响较大的新建建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物；位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程。乙级乙级 除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物。丙级丙级 场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及七

14、层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物。 地基的允许变形值按其变形特征可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜 ：沉降量：独立基础或刚性特别大的基础中心的沉降量；沉降差：相邻两个单独基础的沉降量之差；倾斜：独立基础在倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；局部倾斜：指砌体承重结构沿纵向610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。对经常受水平荷载作用的高层建筑物和高耸结构物或建在斜坡上的建筑物，以及地基中存在倾斜或软弱地层时，还应进行地基稳定性验算：2 . 1滑动力矩抗滑力矩K 位于稳定土坡坡顶上的建筑物，在b3m时，可通过增大距离基础到边坡的距离 确保边坡稳定： tg5 . 3dba-tg5

15、 . 2dba-条形基础 矩形基础 2.5m土坡稳定验算！ 45o8m当建筑物的不均匀沉降过大时，将使建筑物开裂损坏并影响其使用，特别对于高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物 。通常防止的办法有： 为了减少总沉降量，采用桩基础或其他深基础； 对地基进行处理，以提高地基承载力和压缩模量； 从地基、基础和上部结构共同作用的观点出发，在建筑、结构和施工中采取措施。一、建筑措施1、建筑物的体型力求简单建筑物体型：指其平面形状和立面高差（包括荷载差）2、增强结构的整体刚度控制长高比，合理布置纵横墙。3、设置沉降缝用沉降缝将建筑物（包括基础）分割为两个或多个独立的沉降单元，分割出

16、的沉降单元应具备体型简单、长高比较小、结构类型单一以及地基比较均匀等条件。4、相邻建筑基础间应有合适的净距拉大相邻建筑物基础间的净距5、调整某些设计标高根据建筑物各部分可能产生的不均匀沉降，采取一些技术措施，控制与调整各部分标高，减轻不均匀沉降对使用上的影响。二、结构措施1、设置圈梁设置圈梁可增强砌体承重墙房屋的整体性，提高墙体的抗挠、抗拉、抗剪的能力，是防止墙体裂缝产生与发展的有效措施，在地震区还起到抗震作用。2、选用合适的结构形式采用静定结构或非敏感性结构，如排架、三铰拱(架)等。3、减轻建筑物和基础的自重采用轻型结构、轻质高强材料等。4、减少或调整基底附加压力 采用补偿基础； 通过改变基

17、础底面尺寸调整基底附加压力，从而调整不均匀沉降。5、加强基础刚度采用筏基、箱基，甚至桩箱，桩筏基础。三、施工措施1、合理安排施工顺序先重后轻，先高后低，先大后小；2、施工前使地基预先沉降3、注意沉桩、降水对邻近建筑物的影响4、基坑开挖时注意对坑底土的保护一、基本概念 ()很小的水平力通常不考虑仅考虑地基竖向变形；不考虑结构内力重分布；结构刚度也不影响地基变形图2.常规设计方案（不考虑相互作用）传统的设计方法：传统的设计方法：前提：满足静力平衡条件，但忽视变形协调条件，后果：底层梁、柱和边跨梁、柱的实际内力大于计算值（偏不安全），而基础的实际内力则比计算值小得多（偏于安全）。二、上部结构刚度的影响 边柱荷载增加，内柱卸载；剪力墙结构底层两端的墙板应力出现集中的现象改善基础的纵向弯曲程度，中和轴上移（箱基顶板应力由压应力转变为拉应力）