《地基与基础工程》课件第3章BW

1、2022/9/27地基与基础工程第1页第3章 柱下条形基础、筏形基础和箱形基础本章学习要求： 理解：上部结构、基础与地基的相互作用的概念;地基变形分析的常用模型；基础分析的三种方法。掌握:柱下条形基础内力计算的三种方法的原理、适用条件；筏基与箱基的设计计算内容与方法。2022/9/26地基与基础工程第1页第3章 柱下条2022/9/27地基与基础工程第2页3.1 概述基础形式柱下条形基础筏形、箱形基础：柱距的1/6)时。2022/9/26地基与基础工程第22页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第23页3.3 柱下条形基础计算模型示意图倒梁法的计算技能（结构力学方法）参考教材P106

2、-108，以及例题3-1自学！2022/9/26地基与基础工程第23页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第24页3.3 柱下条形基础静定分析法补充介绍基底压力: 假定为线性分布,根据柱端荷载,按静力平衡条件求出;柱端处理: 由上部结构传递下的已知荷载代替;适用条件:上部结构柔性, 且基础刚度较大的条形基础或联合基础.注意:倒梁法与静定分析法的区别(柱端处理方式)!2022/9/26地基与基础工程第24页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第25页3.3 柱下条形基础3.3.2.2文克尔地基上梁的计算考虑地基基础相互作用原理：V+dVVq梁顶线荷载；kN/m ;p基底面荷载

3、；kN/m；b基础梁的底面宽度2022/9/26地基与基础工程第25页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第26页利用材料力学公式：3.3 柱下条形基础2022/9/26地基与基础工程第26页利用材料力学公式2022/9/27地基与基础工程第27页由变形协调条件s=，可得：文克尔地基上梁的挠曲微分方程为：3.3 柱下条形基础假定q=0，则上式变为：2022/9/26地基与基础工程第27页由变形协调条件s2022/9/27地基与基础工程第28页3.3 柱下条形基础winkler地基上梁的微分方程解答：弹性地基梁的特征系数；反映了梁的挠曲刚度与地基刚度之比，单位: m-1; 1/称为特征

4、长度(单位: m)。通解为： 2022/9/26地基与基础工程第28页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第29页winkler地基上梁的微分方程应用：基于边界、荷载条件，求解微分方程；导出：挠度、转角、弯矩、剪力等的计算式。3.3 柱下条形基础2022/9/26地基与基础工程第29页winkler地2022/9/27地基与基础工程第30页3.3 柱下条形基础Winkler弹性地基上的无限长梁受竖向集中力作用边界条件：x时,0 x=0时,d/dx=0 x=0时,V+=-P0/2。2022/9/26地基与基础工程第30页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第31页3.3 柱下

5、条形基础梁上不同位置的挠度：2022/9/26地基与基础工程第31页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第32页3.3 柱下条形基础梁的划分注意：根据荷载作用点到梁段距离划分无限长梁：荷载作用点距梁的两端均大于/；半无限长梁：荷载作用点距梁一端小于/，距另一端大于/ ；有限长梁：荷载作用点距梁两端都小于/，梁的长度大于/(4) ；刚性梁：梁的长度小于/(4) 。注 意：刚性梁（亦称短梁）按一般独立基础，假定基底反力为直线分布，基础的内力按倒梁法或静定分析法计算。2022/9/26地基与基础工程第32页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第33页集中力作用下的无限长梁的内力：

6、挠度、转角、弯矩M、剪力V的分布图见教材P113.3.3 柱下条形基础2022/9/26地基与基础工程第33页集中力作用下的无2022/9/27地基与基础工程第34页3.3 柱下条形基础Winkler弹性地基上的无限长梁受集中力偶作用时的内力计算自学Winkler弹性地基上的半无限长梁受集中力作用时的内力计算自学受集中力偶作用时的内力计算自学自学提示：主要了解边界条件、特解形式，以及挠度、转角、弯矩和剪力的分布特征。2022/9/26地基与基础工程第34页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第35页3.3 柱下条形基础Winkler弹性地基上的有限长梁基于叠加原理，利用已有的无限长梁

7、的解, 完成求解2022/9/26地基与基础工程第35页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第36页3.3 柱下条形基础 基本步骤:梁I视为无限长,计算已知荷载F作用下A、B点 的内力(Ma,Va,Mb,Vb)；梁I视为无限长,在A、B点施加外载(FA,MA,FB,MB) ，求其在梁的A、B点诱发的内力 ；据下式，求解FA,MA,FB,MB ,该组荷载实质是使受F作用的无限长梁III变成有限长梁I ： 在F与FA,MA,FB,MB共同作用下，求无限长梁III上AB段内力及变形，即为有限长梁I受F作用的解。2022/9/26地基与基础工程第36页3.3 柱下条2022/9/27地基与基

8、础工程第37页3.3 柱下条形基础Winkler弹性地基梁的内力计算步骤：确定地基的抗力系数；计算梁的值；根据荷载作用点到梁端的距离,判断梁的性质（无限长？半无限长？有限长？) ；计算该荷载作用下, 基础梁的挠度、弯距、剪力、基底反力（和挠度有关）。Winkler弹性地基梁内力的计算技能 参考教材P118例3-2自学！2022/9/26地基与基础工程第37页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第38页3.3 柱下条形基础3.3.2.3弹性半空间地基上梁的简化计算链杆法原理：连续支撑的地基梁 有限个链杆支撑的梁；无限个支点的超静定 有限个支点的超静定；链杆传递竖向力，保证地基、基础位移

9、连续；按结构力学法求解。2022/9/26地基与基础工程第38页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第39页3.3 柱下条形基础示意图：2022/9/26地基与基础工程第39页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第40页3.3 柱下条形基础链杆法的计算步骤见下页示意图：基础梁设n个竖向链杆，绘制计算简图；基础梁力学模型，未知量n+2个：任意一个链杆处：梁的挠度=地基变形； 见教材P120-121静力平衡条件（2个方程）：联立n+2个方程，求解将链杆内力作用于相应地基区段，求地基反力；根据静力平衡，求地基梁轴向任意位置内力。2022/9/26地基与基础工程第40页3.3 柱下

10、条2022/9/27地基与基础工程第41页3.3 柱下条形基础计算步骤示意图：2022/9/26地基与基础工程第41页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第42页3.3 柱下条形基础链杆法的计算技能（结构力学方法） 参考教材P123例3-3自学！2022/9/26地基与基础工程第42页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第43页3.3 柱下条形基础3.3.3柱下十字交叉基础荷载传递特点：上部结构荷载通过柱网作用在条形基础的交叉点上，进而传递给两个方向的条基。计算原理：先分配交叉点荷载：仅需分配竖向力F；弯矩不分配，作用于相应方向的梁上，不考虑正交方向梁的扭转。再进行单向地基

11、梁的内力计算(3.2)。2022/9/26地基与基础工程第43页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第44页3.3 柱下条形基础交叉点荷载的分配，满足以下条件：静力平衡：变形协调：如考虑节点荷载对其它节点的影响,计算极复杂！2022/9/26地基与基础工程第44页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第45页3.3 柱下条形基础交叉点荷载分配的简化算法：思路：梁视为“winkler地基梁”，忽略某节点荷载对其它节点挠度的影响。具体方法：节点分为“L、 T、 十”字型三种节点；假定将节点荷载分为：利用无限长、半无限长梁的已有解，分别计算荷载作用下，诱发的交叉点挠度：由 ，求分配

12、后的力。注意：纵横梁相交部分的基底面积被重复计算，将影响计算结果，需做调整！(教材P132)2022/9/26地基与基础工程第45页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第46页3.3 柱下条形基础交叉面积计算简图2022/9/26地基与基础工程第46页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第47页3.3 柱下条形基础基底面积重复计算之修正：基底计算面积大于实际，导致基底反力小于实际！处理方法：面积重复时基底平均压力：实际基底平均压力：需补偿的基底压力差值：补偿方式：增加节点竖向荷载：2022/9/26地基与基础工程第47页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第48页

13、3.3 柱下条形基础3.3.4柱下条形基础的构造参考规范自学建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）柱下条形基础的构造，除满足扩展基础的构造（规范第8.2.2条)要求外，尚应符合以下规定:条形基础梁的高度宜为柱距的1/41/8。翼板厚度hf不应小于200mm，当hf=200250mm时，翼板宜取等厚度；当hf250mm时，可做成坡度i1:3的变厚翼板。条形基础的端部宜向外伸出，其长度宜为第一跨距的0.25倍；2022/9/26地基与基础工程第48页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第49页3.3 柱下条形基础现浇柱与条形基础梁的交接处，其平面尺寸不应小于图要求。条形基础梁顶

14、部和底部的纵向受力钢筋除满足计算要求外，顶部钢筋按计算配筋全部贯通，底部通长钢筋不应少于底部受力钢筋截面总面积的1/3柱下条形基础的混凝土强度等级不应低于C20。2022/9/26地基与基础工程第49页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第50页3.3 柱下条形基础2022/9/26地基与基础工程第50页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第51页3.3 柱下条形基础2022/9/26地基与基础工程第51页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第52页3.3 柱下条形基础2022/9/26地基与基础工程第52页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第53页3

15、.3 柱下条形基础2022/9/26地基与基础工程第53页3.3 柱下条2022/9/27地基与基础工程第54页3.4 筏形基础与箱形基础3.4.1类型与特点筏形基础：置于地基上，具有一定厚度的，整体连续的钢筋混凝土基础板，简称筏基。桩筏基础：筏基桩基；箱形基础：置于地基上，由顶板、底板、外墙、内隔墙构成的单层或多层钢筋混凝土箱形结构，作为建筑物的基础，简称箱基。箱桩基础：箱基桩基。2022/9/26地基与基础工程第54页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第55页3.4 筏形基础与箱形基础2022/9/26地基与基础工程第55页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第56页

16、3.4 筏形基础与箱形基础2022/9/26地基与基础工程第56页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第57页3.4 筏形基础与箱形基础筏基与箱基的特点：基础面积大；基础埋深大；刚度大，整体性好；便于和地下室结合，利用地下空间；可与桩基联合使用，用于软土地基上高层建筑；基坑开挖基降水问题是关键；造价高，技术难度大。2022/9/26地基与基础工程第57页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第58页3.4 筏形基础与箱形基础3.4.2地基验算1.持力层承载力验算荷载组合：正常使用极限状态下的标准组合验算公式：同一般浅基础；2022/9/26地基与基础工程第58页3.4 筏形基

17、2022/9/27地基与基础工程第59页3.4 筏形基础与箱形基础尽量使基础形心与建筑物荷载重心相重合；如不能重合，荷载偏心矩应满足以下要求：1）按荷载效应准永久组合：2）考虑地震作用，对高宽比大于4的建筑：3）其它建筑，允许基底出现小范围零应力区，一般不超过基底面积的15%25%。参见“高层建筑箱形与筏形基础技术规范”2.软弱下卧层承载力验算2022/9/26地基与基础工程第59页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第60页3.4 筏形基础与箱形基础3.地基变形验算补偿基础的概念；深开挖基础的地基变形特点：当基底压力原存自重应力时：基底附加压力（基底压力超过原存自重应力的部分）诱发

18、土体产生固结沉降，采用对应压力段的“压缩模量”计算。2022/9/26地基与基础工程第60页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第61页3.4 筏形基础与箱形基础箱形与筏形基础规范推荐公式：2022/9/26地基与基础工程第61页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第62页3.4 筏形基础与箱形基础筏形与箱形基础的允许变形量：重点控制：横向倾斜；非地震区：地震区：2022/9/26地基与基础工程第62页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第63页3.4 筏形基础与箱形基础3.4.3筏形基础的布置、结构与构造1.筏基埋深满足一般浅基础的埋深要求；满足持力层、下卧层承

19、载力要求；满足地下室高度与结构要求；满足相邻建筑、地下管线与设施的安全要求；满足高层建筑及地基的稳定性要求(H/15)。2022/9/26地基与基础工程第63页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第64页3.4 筏形基础与箱形基础2.筏基平面形状与面积平面形状:主要取决于建筑平面；形心与建筑重心尽量重合；尽量对称、规整，便于设计。基底面积：满足承载力验算要求；基础形心建筑重心关系。2022/9/26地基与基础工程第64页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第65页3.4 筏形基础与箱形基础3.筏基厚度一般按每层楼需50mm设计；梁板式：板厚/板跨1/20，且板厚 300；验

20、算要求：抗弯；抗冲切；抗剪。2022/9/26地基与基础工程第65页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第66页3.4 筏形基础与箱形基础梁板式筏基抗冲切验算：冲切锥形状：参见下页图验算公式：2022/9/26地基与基础工程第66页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第67页3.4 筏形基础与箱形基础筏基底板冲切破坏形态2022/9/26地基与基础工程第67页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第68页3.4 筏形基础与箱形基础4.筏基与结构的连接与上部结构的连接：满足：抗冲切、抗剪切要求；与地下室外墙的连接：外部水土压力的承载力要求；变形、抗裂、防渗要求。与地基

21、土体的连接：通常铺设约100mm的垫层；需基底排水时，采用砂砾石垫层。2022/9/26地基与基础工程第68页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第69页3.4 筏形基础与箱形基础筏基与柱或墙的连接2022/9/26地基与基础工程第69页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第70页3.4 筏形基础与箱形基础5.筏基配筋构造要求参考“高层建筑箱形与筏形基础技术规范(JGJ 6-99)”自学！配筋依据：筏板条带的内力；2022/9/26地基与基础工程第70页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第71页3.4 筏形基础与箱形基础3.4.4筏形基础的基底反力和基础内力计算

22、3.4.4.1 基底反力计算方法选择：柱距相同、相邻柱荷载差异不超过20，地基土质均匀且压缩性大，建筑结构及基础总体刚度足够大时，可不考虑基础地基的共同作用，基底压力按线性分布计算(采用条带法或倒楼盖法)；如不满足上述条件，需考虑基础与地基的相互作用，按弹性地基上的梁板计算。2022/9/26地基与基础工程第71页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第72页3.4 筏形基础与箱形基础3.4.4.1.1 按线性分布计算方法条带法假定:筏板刚性,基底始终保持平面;基底反力计算式:计算要点:(i) 内力计算时,F、M采用承载能力极限状态下荷载效应的基本组合；（和承载力验算不同！）(ii)采

23、用基底净反力计算，基础及土重不计入;(iii)纵或横条带荷载，均采用全部柱荷载；(iv)板条按静定结构分析(柱荷载、地基反力)。2022/9/26地基与基础工程第72页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第73页3.4 筏形基础与箱形基础筏基基底反力及内力计算的条带法示意图2022/9/26地基与基础工程第73页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第74页3.4 筏形基础与箱形基础倒楼盖法原理：筏基视为以顶部柱或墙底端为支座的多跨连续板（单向或双向板），基底压力为外荷载，按超静定结构进行力学分析。计算步骤：(i) 计算基底净反力；(ii) 计算筏板内力；(iii)计算梁的荷

24、载（板荷载的分区计算/转移）;(iv)计算梁的内力。(v) 筏基的梁板配筋设计。2022/9/26地基与基础工程第74页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第75页3.4 筏形基础与箱形基础筏基基底反力及内力计算的倒楼盖法示意图2022/9/26地基与基础工程第75页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第76页3.4 筏形基础与箱形基础3.4.4.1.1 考虑基础地基共同作用的计算法计算步骤：(i) 选择地基的力学模型；(ii)按弹性地基上的梁板计算基底反力(非线性分布) ；详细的简化计算方法介绍见教材P143!(iii)按结构力学方法，计算筏板内力;(vi)筏板配筋设计.

25、2022/9/26地基与基础工程第76页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第77页3.4 筏形基础与箱形基础筏基基底反力及内力计算的基础地基共同作用法示意图2022/9/26地基与基础工程第77页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第78页3.4 筏形基础与箱形基础3.4.5箱形基础的布置、结构与构造1.基础高度：箱基底板底面顶板顶面距离一般为建筑高度的1/81/12;不宜小于基础长度(不含外挑部分)的1/20，且不小于3m（净高不宜小于2.2m）；满足地下空间使用的需要。2.基础埋深地震设防区，不小于建筑高度的1/15。2022/9/26地基与基础工程第78页3.4 筏

26、形基2022/9/27地基与基础工程第79页3.4 筏形基础与箱形基础3.基础平面布置与面积平面形状简单、对称，便于计算；形心与建筑重心尽量重合；面积满足持力层、软弱下卧层承载力要求。4.箱基顶、底板设计满足整体、局部抗弯刚度要求；一般需开展正截面抗弯、斜界截面抗剪、抗冲切验算；底板需具有较大刚度及良好的防水性能。5.其余构造要求：参看规范自学！2022/9/26地基与基础工程第79页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第80页3.4 筏形基础与箱形基础3.4.6箱形基础的基底反力计算基底反力分布特点箱基刚度大，挠度小；基底反力分布介于文克尔地基模型、弹性半无限空间地基模型之间（多属马鞍形分布）；基底反力计算方法高层建筑箱型与筏形基础技术规范中箱基底面反力分布图表；首先计算平均基底反力；查表得到箱基底面不同区域的基底反力系数；该区域基底反力平均基底反力基底反力系数2022/9/26地基与基础工程第80页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第81页3.4 筏形基础与箱形基础箱基基底反力的分布图2022/9/26地基与基础工程第81页3.4 筏形基2022/9/27地基与基础工程第82页3.4 筏形基础与箱形基