基础工程第2章-天然地基上浅基础的设计921课件

基础工程SchoolofCivilEngineering第2章天然地基上浅基础设计2.7扩展基础设计扩展基础包括柱下钢筋混凝土单独基础和墙下钢筋混凝土条形基础，这种基础的埋置深度和平面尺寸的确定方法与刚性基础相同，由于采用钢筋承担弯曲所产生的拉应力，基础不需要满足刚性角的要求，高度可以较小，但需要满足抗弯，抗剪，抗冲切破坏以及局部抗压的要求。扩展基础可视为联结上部结构与地基的一个钢筋混凝土构件，在对其进行强度验算时，应采用承载能力极限状态下作用的基本组合，即按公式（2-21）作用组合的效应。本节主要内容：基础的破坏方式单独基础冲切破坏验算单独基础剪切破坏验算墙下条形扩展基础验算扩展基础的构造要求2.7扩展基础设计单独基础弯曲破坏验算一、基础的破坏形式2.7扩展基础设计扩展基础是一种受弯和受剪的钢筋混凝土构件，在荷载作用下，可能发生如下几种破坏形式。（1）冲切破坏钢筋混凝土学科研究表明，构件在弯剪荷载共同作用下，主要的破坏形式是先在弯剪区域出现斜裂缝，随着荷载增加，裂缝向上扩展，未开裂部分的正应力和剪应力迅速增加。当正应力和剪应力组合后的主应力出现拉应力，且大于混凝土的抗拉强度时，斜裂缝被拉断，出现斜拉破坏，在扩展基础上也称冲切破坏。一般情况冲切破坏控制扩展基础的高度。一、基础的破坏形式2.7扩展基础设计（2）剪切破坏在单独基础的宽度较小，冲切破坏锥体可能落在基础以外时，可能在柱与基础交接出或台阶的变阶处沿着铅直面发生剪切破坏。一、基础的破坏形式2.7扩展基础设计（3）弯曲破坏基底压力在基础截面产生弯矩，过大弯矩将引起基础弯曲破坏。这种破坏沿着墙边，柱边或台阶边发生，裂缝平行于墙或柱边。为了防止这种破坏，要求基础各竖直截面上由于基底反力产生的弯矩M小于或等于该截面的抗弯强度Mu，设计时根据这个条件，决定基础的配筋。一、基础的破坏形式2.7扩展基础设计（4）局部受压破坏当基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，基础顶面可能发生局部受压破坏。二、单独基础冲切破坏验算2.7扩展基础设计45o轴心荷载Fbch0h0bh0h0aca基底的净反力为pn或pj，（为不考虑基础自重及基础上覆土重时的压力）。地基净反力Pn为相应于荷载效应基本组合时的地基净反力设计值kPa；F上部结构传至地面标高处的荷载设计值，kN；a、b分别为基础底面的长和宽。在中心荷载F作用下，如果基础高度（或阶梯高度）不足，则将沿着柱周边（或阶梯高度变化处）产生冲切破坏，形成45°斜裂纹的角锥体。因此，由冲切破坏锥体以为（Ac）的地基反力所产生的冲切力（Fl）应小于冲切锥的斜截面受剪承载力[V]。Fl

[V]pj为地基净反力；Ac为冲切验算时取用的部分基底面积；bp基础冲切锥体破坏面上下边周长的平均值，m。Fl

=pjAc[V]=0.7hpftbph0其中：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，h≥2000时，取0.9，期间按线性内插。混凝土轴心抗拉强度设计值hh045°h0AmAch0h0bcbh0h0acl(b)AcAmh0h0aclh0h0bcb(a)(a)当b≥bc+2h0时(b)当b＜bc+2h0时2.7扩展基础设计二、单独基础冲切破坏验算(a)当b

≥bc+2h0时:Alh0h0acah0h0bcbFl

=pj

AlAl---冲切验算时取用的部分基底面积。Pj---对偏心受压基础可取基础边缘处地基土最大净反力Pjmax。[V]=0.7hpftbph02.7扩展基础设计(b)当b

＜bc+2h0时:提示：!!!计算方法：试算法即假定高度，验算；有变阶时，将上阶视为下阶的柱子。Alh0h0bcbh0h0aca二、单独基础冲切破坏验算（二）中心受压基础底板配筋计算双向配筋，危险截面在柱边处；简化计算：基础底板视为嵌固在柱子周边的四块梯形悬臂板组成。有变阶时，将上阶视为下阶的柱子，计算变阶处的弯矩与配筋量。hh045°acabcbⅡⅠⅠⅡⅠ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ截面弯矩设计值：Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ截面配筋面积：（三）偏心受压基础高度与配筋计算hh045°acabcbⅡⅠⅠⅡpeminpemaxpeⅠ偏心距：e0=M/F基底最大、最小净反力基础高度计算：pjmaxpj上述公式中以代四、单独基础弯曲破坏验算2.7扩展基础设计基础底板配筋计算：Ⅰ-Ⅰ截面：将公式中的pe用pemax与peI平均值代替。Ⅱ—Ⅱ截面：将公式中的pe用pemax与p=peII平均值代替。【例题】设计框架柱下单独基础。柱截面300mmx400mm，作用在柱底的荷载效应基本组合设计值：F=950KN，M=108KN•m，V=18KN（距离基底0.6m），基底面积2.4mx1.6m。（材料选用：C20混凝土，HPB235钢筋）【解】（1）计算基底净反力偏心距基础边缘的最大和最小净反力

（2）基础高度（采用阶梯形基础）（a）柱边基础截面（I-I截面）抗冲切验算初步选择基础高度h=600mm，从下至上分350mm、250mm两个台阶。h0=550mm（有垫层）因偏心受压,取atacbcII冲切力：抗冲切力：(b)变阶处（III-III截面）抗冲切验算：ata1b1IIIIII冲切力：

抗冲切力：(3)配筋计算选用HPB235钢筋,(a)基础长边方向

Ⅰ-Ⅰ截面(柱边)

柱边净反力

=260.3kPa

悬臂部分净反力平均值：

弯距：Ⅲ-Ⅲ截面(变阶处)（b）基础短边方向因该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算。取与长边方向的配筋计算方法相同，可得Ⅱ-Ⅱ截面（柱边）的计算配筋值；Ⅳ-Ⅳ截面（变阶处）的计算配筋值，因此按在短边方向（2.4m宽内）配筋。但是，不能符合构造要求。例题：在例题2-5中若基础该用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算。（1）荷载组合本题进行扩展基础是计算应采用作用的基本组合、作用的基本组合效应可采用标准组合效应系数乘以1.35分项系数。因此作用在基础上的外荷载F=1.35x800=1080kN，M=1.35x220=297kNm，H=1.35x50=67.5kN。例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算。（2）基础底面净反力计算荷载偏心距例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算。（2）基础底面净反力计算求基底净反力例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算。（3）基础冲剪验算A.Al面积上地基净反力Fl计算例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算。（3）基础冲剪验算Al面积上地基净反力Fl计算按Al面积上作用着pjmax计算，则例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算。（3）基础冲剪验算B.验算冲切破坏面的抗剪承载力按下式计算，则满足Fl<[V]，基础不会发生冲切破坏例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算。（4）柱边基础弯矩计算例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算。（4）柱边基础弯矩计算例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算。（4）柱边基础弯矩计算如何配筋？38基础底板厚度和配筋计算墙下条型基础受中心荷载作用（1）中心荷载作用地基净反力I－I截面V、M最大底板厚度抗剪条件底板配筋净反力:不包括基础自重和基础台阶上回填土中所引起的反力。五、墙下条形扩展基础验算2.7扩展基础设计基础底板厚度和配筋计算（2）偏心荷载作用偏心距基础边缘处净反力I-I截面处净反力底板厚度和配筋五、墙下条形扩展基础验算2.7扩展基础设计404142五、墙下条形扩展基础验算2.7扩展基础设计43(1)锥形截面基础，边缘高度≥200mm，基础高度≤250mm时，可做成等厚度板。阶梯型基础的每阶高度宜为300-500mm。(2)基础垫层厚一般取100mm，每边伸出基础100mm,混凝土垫层应为C15。(3)底板受力钢筋≥Ø10mm，100mm≤间距≤200mm；分布钢筋≥Ø8mm，间距≤300mm;

每延米分布钢筋的面积应≥受力钢筋面积的1/10。(4)混凝土保护层厚度：有垫层时≥40mm；无垫层≥70mm；(5)混凝土强度≥C30；(6)当基础宽度b≥2.5m时,底板受力钢筋的长度可取0.9b，并交错布置。一般构造要求六、扩展基础的构造2.7扩展基础设计44阶梯基础，每阶高度300-500mm

基础高度500mm～900mm为二阶；＞900mm为三阶锥形基础边缘高度h≥200mm；顶部每边放出50mm。坡面角度i≤1:3构造要求六、扩展基础的构造2.7扩展基础设计45六、扩展基础的构造2.7扩展基础设计46六、扩展基础的构造2.7扩展基础设计47六、扩展基础的构造2.7扩展基础设计48六、扩展基础的构造2.7扩展基础设计浅基础的设计浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工浅基础的施工一般地说，地基发生变形即建筑物出现沉降是难以避免的，但是，过量的地基变形将使建筑物损坏或影响其使用功能；2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施虎丘塔建于五代，砖木塔身，由于多次遭遇火灾，现存已只是砖砌塔身，虎丘塔造型优美，质朴素雅，据文献资料记载，从明朝起，虎丘塔即已开始倾斜，至今，塔身已倾斜2.34米，由于倾斜，更增添了它的魅力和神秘感，称为古城苏州又一道与众不同的风景线。2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施

防止或减轻不均匀沉降造成损害的途径有两个：一是设法增强上部结构对不均匀沉降的适应能力；二是设法减少不均匀沉降或总沉降量2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施从地基角度处理沉降方法(1)采用柱下条形基础、筏基和箱基等；(2)采用桩基或其它深基础；(3)采用各种地基处理方法。一、

建筑措施1.建筑物体型力求简单

平面形状复杂(如L、T、E、Z、Π形等)的建筑物，单元交又处基础密集，附加应力互相重叠，使局部沉降量增加；同时，此类建筑物整体刚度差，不对称，不均匀沉降时，易产生扭曲应力，更易使建筑物开裂。造价偏高，需要具备一定的施工条件2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施

建筑物高低(或轻重)变化太大，地基各部分所受的荷载轻重不同，自然也容易出现过量的不均匀沉降。因此，遇软弱地基时，要力求(1)平面形状简单，如用“一”字形建筑物；(2)立面体型变化不宜过大，砌体承重结构房屋高差不直超过l-2层。

据调查，软土地基上紧接高差超过一层的砌体承重结构房屋，低者很容易开裂。2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施

纵横墙的连结和房屋的楼(屋)面共同形成砌体承重结构的空间刚度，当砌体承重房屋长高比较小时，建筑物的整体刚度好，能较好地防止不均匀沉降的危害。2.控制建筑物长高比

相反，长高比大的建筑物整体刚度小，纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂。

根据调查认为，二层以上的砌体承重房屋，当预估的最大沉降量超过120mm时，长高比不宜大干2.5；平面简单，内外墙贯通，横墙间隔较小的房屋，长高比的限制可放宽至不大于3.0。不符合上述条件时，可考虑设置沉降缝。2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施内、外纵墙的中断、转折，都会削弱建筑物的纵向刚度。当遇地基不良时，应尽量使内、外纵墙都贯通，另外，缩小横墙的间距，也可有效地改善房屋的整体性，从而增强调整不均匀沉降的能力。

合理布置纵横墙，是增强砌体承重结构房屋整体刚度的重要措施之一。一般地说，房屋的纵向刚度较弱，故地基不均匀沉降的损害主要表现为纵墙的挠曲破坏。裂缝中断、转折3.合理布置纵横墙2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施4．控制相邻建筑物基础的间距由于地基附加应力的扩散作用，使相邻建筑物产生附加不均匀沉降，可能导致建筑物的开裂或互倾。①同期建造的两相邻建筑物之间的影响，特别是当两建筑物轻(低)重(高)差别太大时，轻者受重者的影响更甚。②原有建筑物受邻近新建重型或高层建筑物的影响2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施

为了避免相邻建筑物影响的损害，建造在软弱地基上的建筑物基础之间要有一定的净距2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施5.设置沉降缝

沉降缝是从屋面到基础把建筑物断开，将建筑物划分成若干个长高比较小、体型简单、整体刚度较好、结构类型相同、自成沉降体系的独立单元。①平面形状复杂的建筑物的转折部位；②建筑物的高度或荷载突变处；③长高比较大的建筑物适当部位；④地基土压缩性显著变化处；⑤建筑结构（包括基础）类型不同处；⑥分期建造房屋的分界处。砌体结构沉降缝2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施注意沉降缝的造价颇高，且要增加建筑及结构处理上的困难，所以不宜轻率使用。沉降缝可结合伸缩缝设置，在抗震区，最好与抗震缝共用。2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施6.调整建筑物的局部标高①根据预估沉降，适当提高室内地坪和地下设施的标高；②将相互有联系的建筑物各部分（包括设备）中预估沉降较大者的标高适当提高；③建筑物与设备之间应留有足够的净空；④有管道穿过建筑物时，应留有足够尺寸的孔洞，或采用柔性管道接头。2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施二、

结构措施1．减轻建筑物自重

基底压力中，建筑物自重(包括基础及回填土重），所占的比例很大，据统计，一般工业建筑约占40％-50%一般民用建筑可高达60%-80%。措施如下：①减轻墙体重量：

例如：砌体承重结构，墙体占总重量50%以上。②选用轻型结构：

预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构及各种轻型空间结构。③减少基础和回填土重量：

首先是尽可能考虑采用浅埋基础，如果要求大量抬高室内地坪时，采用架空层。2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施2．设置圈梁

砌体承重房屋，不均匀沉降的损害突出地表现为墙体的开裂。因此，实践中常在基础顶面附近(俗称“地圈粱”)、门窗顶部楼(屋)面处设置圈梁。每道圈梁应尽量贯通外墙，承重内纵墙及主要内横墙，