《基础工程》 课件 第2章 天然地基上浅基础的常规设计

基础工程第二章天然地基上浅基础的常规设计知识要点基础结构构造要求基础埋置深度选择地基承载力的确定方法浅基础的设计计算第二章浅基础阶形独立基础浅基础设计步骤第二章浅基础—概述No建筑物的型式、功能与上部结构荷载资料地基基础方案比较地基强度验算、变形验算与稳定性验算编制施工说明、绘制施工图拟定基础型式及平面布置现场勘察与室内试验资料场地施工技术条件确定基础埋深确定地基承载力确定基础底面尺寸计算上部结构传递荷载基础结构设计（剖面尺寸及配筋）计算地基净反力第二章浅基础—2.地基、基础与上部结构的相互作用共同工作的概念常规分析方法：常规的建筑结构设计总是把上部结构、基础与地基三者作为彼此离散独立结构单元进行力学分析的。

上部结构基础地基

1.

分析时把框架分离出来后将底层柱脚固定(或铰接于不沉降的基础)，如图(b)，从而计算在荷载作用下的框架内力。2.

把与求得柱脚反力相等但方向相反的力系作为基础荷载(如图(c))，从而按直线分布假设计算基底反力，这样就不难求得基础截面内力了。3.

进行地基计算时，则将基底反力反向施加于地基(如图(d))，并作为柔性基础(不考虑基础刚度)来验算地基承载力和基础沉降。常规分析方法Fb上部结构柱脚反力c-FP基础基础荷载基底反力d-P第二章浅基础—2.地基、基础与上部结构的相互作用

常规分析方法的缺点

地基、基础和上部结构沿接触点(面)分离后，虽然要求满足静力平衡条件，但却完全忽略了三者之间受荷前后的变形连续性。其实，地基、基础和上部结构三者是相互联系成整体来承担荷载而发生变形的。这时，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用，从而使整个体系的内力(包括柱脚和基底的反力)和变形(包括基础沉降)发生变化。显然，当地基软弱、结构物对不均匀沉降敏感时，上述常规分析结果与实际情况的差别就愈大。第二章浅基础—2.地基、基础与上部结构的相互作用

共同工作概念第二章浅基础—2.地基、基础与上部结构的相互作用地基基础上部结构

是指地基、基础和上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前提。但“合理设计”还处于研究阶段。合理分析第二章浅基础—2.地基、基础与上部结构的相互作用第二章浅基础—3.基础设计的基本规定地基基础设计等级划分设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑30层以上的高层建筑体型复杂，层数相差超过10层的高低层相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、运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件的坡上建筑物（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开挖深度大于15m的基坑工程周边环境条件复杂，环境保护要求高的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物除甲级、丙级意外的基坑工程丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物非软土地区且场地地质条件简单、基坑周边环境条件简单、环境保护要求不高且开挖深度小于5.0m的基坑工程地基基础设计规定—一般规定变形控制地基的特征变形量不超过规范允许值。强度防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应有足够的安全度。其他满足基础结构的强度、刚度和耐久性。（上部结构的其他要求）第二章浅基础—3.基础设计的基本规定第二章浅基础—3.基础设计的基本规定可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围地基主要受力层情况地基承载力特征值fak(kPa)80≤fak<100100≤fak<130130≤fak<160160≤fak<200200≤fak<300各土层坡度(%)≤5≤10≤10≤10≤10建筑类型砌体承重结构、框架结构(层数)≤5≤5≤6≤6≤7单层排架结构(6m柱距)单跨吊车额定起重量(t)10-1515-2020-3030-5050-100厂房跨度(m)≤18≤24≤30≤30≤30多跨吊车额定起重量(t)5-1010-1515-2020-3030-75厂房跨度(m)≤18≤24≤30≤30≤30烟囱高度(m)≤40≤50≤75≤100水塔高度(m)≤20≤30≤30≤30容积(m3)50-100100-200200-300300-500500-1000第二章浅基础—4.浅基础的类型及其适应条件刚性基础：由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土（石灰、砂和骨料）和灰土等材料建造的墙下条形基础或柱下独立基础。这些材料虽有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度不高。结构设计时通过控制材料强度等级和台阶宽高比来确定基础的截面尺寸。每一台阶均应满足宽高比允许值要求刚性基础的构造要求当基础宽度确定时，基础高度满足下式要求当基础高度确定时，基础宽度满足下式要求第二章浅基础—4.浅基础的类型及其适应条件刚性基础的构造要求基础材料质量要求台阶宽高比的允许值pk≤100100<pk≤200200<pk≤300混凝土基础C15混凝土1:1.001:1.001:1.25毛石混凝土基础C15混凝土1:1.001:1.251:1.50砖基础砖不低于MU10、砂浆不低于M51:1.501:1.501:1.50毛石基础砂浆不低于M51:1.251:1.50—灰土基础体积比为3:7或2:8的灰土，其最小干密度：粉土1.55t/m3粉质粘土1.50t/m3粘土1.45t/m31:1.251:1.50—三合土基础体积比1:2:4～1:3:6(石灰：砂：骨料)，每层约虚铺220mm，夯至150mm1:1.501:2.00—无筋扩展基础台阶宽高比的允许值第二章浅基础—4.浅基础的类型及其适应条件刚性基础的构造要求安全不安全安全浪费第二章浅基础—4.浅基础的类型及其适应条件独立基础:柱下或墙下,土质较好独立基础的主要受力层深度

1.5bspreadfoundation第二章浅基础—4.浅基础的类型及其适应条件阶形独立基础第二章浅基础—4.浅基础的类型及其适应条件锥形独立基础墙下或柱下条形基础柱下:一般是土质差,将两侧单独基础相连Stripfoundation条形基础的主要受力层深度

3.0b第二章浅基础—4.浅基础的类型及其适应条件十字交叉基础柱下:土质更差,或荷载很大,四面基础相连纵向条形基础横向条形基础CrossStripfooting第二章浅基础—4.浅基础的类型及其适应条件筏形基础土质更差，单独基础联成整体用于游泳馆、地下室、大型储液结构（如油库）Matfoundation第二章浅基础—4.浅基础的类型及其适应条件筏形基础第二章浅基础—4.浅基础的类型及其适应条件箱形基础由底板、墙和顶板形成的空间整体结构，整体性更好。

用于荷载大、地基较弱的情况，地震区高层建筑宜优先考虑采用底板外墙内墙柱顶板第二章浅基础—4.浅基础的类型及其适应条件第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择d持力层下卧层基础F上部荷载选择基础的埋置深度也就是选择合适的地基持力层原则地基的可靠性（强度、变形要求）基础的稳定性（抗倾覆、滑动和侵蚀要求）施工的难易性（埋深大施工难，反之则易）造价的经济性（埋深大造价高，反之则低）选择埋深的意义第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择基础埋深确定需考虑建筑物用途、结构类型、荷载性质和大小；工程地质条件；水文地质条件；地基冻融条件场地环境条件。第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择与建筑物有关的条件1考虑建筑物结构类型、使用功能和用途3岩石地基上的高层建筑应满足抗滑要求4受上拔力作用的基础需满足抗拔要求2土质地基上的高层建筑应满足稳定性要求5高耸建筑物，需满足抗倾覆稳定性要求第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择与建筑物有关的条件地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修。在设置电梯处，需有至少1.4m的电梯缓冲坑，该处基础埋深需要局部加大。管道基础第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择与建筑物有关的条件持力层倾斜建筑物使用上的要求基础可以做成台阶形逐步过渡，台阶高宽比例为1:2，每阶高度不超过500mm。第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择工程地质条件地基由多层土组成，上好下软，基础应尽量浅埋地基上软下好，应具体分析，进行方案比较第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择工程地质条件若满足图示（b≤3m，

a≥2.5m）条形基础矩形基础不满足要求时，应进行地基稳定性验算第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择水文地质条件遇水时，基底应尽量放在地下水位以上基底位于潜水面时，要考虑基坑排水、支护和地下水质问题若遇承压水时，应验算基坑的稳定性基坑下埋藏有承压含水层的情况第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择地基冻融条件冻胀融陷第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择地基冻融条件考虑冻胀性，基础最小埋置深度

—残留冻土层厚度；—设计冻深zdz0dmin室内地面hmax第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择地基冻融条件设计冻深冻胀后地面原地面hzdh’实测冻土厚度—土的类别对冻深的影响系数—土的冻胀性对冻深的影响系数—环境对冻深的影响系数—标准冻深第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择地基冻融条件土的类别影响系数ψzs土的类别影响系数ψzs粘性土1.00中、粗、砾砂1.30细砂、粉砂、粉土1.20碎石土1.40冻胀性影响系数ψzw不冻胀1.00弱冻胀0.95冻胀0.90强冻胀0.85特强冻胀0.80周围环境影响系数ψze村、镇、旷野1.00城市近郊0.95城市市区0.90第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择地基冻融条件第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择地基冻融条件第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择基底平均压力(kPa)110130150170190210冻胀性基础形式采暖情况弱冻胀土方形基础采暖0.900.951.001.101.151.20不采暖0.700.800.951.001.051.10条形基础采暖>2.50>2.50>2.50>2.50>2.50>2.50不采暖2.202.50>2.50>2.50>2.50>2.50冻胀土方形基础采暖0.650.700.750.800.85—不采暖0.550.600.650.700.75—条形基础采暖1.551.802.002.202.50—不采暖1.151.351.551.751.95—建筑基础底面下允许冻土层最大厚度地基冻融条件第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择发生冻胀的条件土的条件：包括土体的颗粒组成，矿物成分等。温度条件：低于冻结温度水力条件：含水量，土中存在自由水，并且有通畅的补给通道。思考第二章浅基础—5.基础埋置深度的选择场地环境条件FF△HL新旧相邻建筑物有一定距离，L/ΔH=1~2否则要求支护并且要严格限制支护的水平位移新基础旧基础第二章浅基础—6.地基承载力的确定确定承载力的方法理论分析法临塑荷载临界荷载极限荷载原位试验法当地经验法第二章浅基础—6.地基承载力的确定甲级建筑物，必须提供静载荷试验结果，并结合其他方法综合确定；乙级建筑物，可根据除静载荷试验以外的各种方法综合确定，必要时也应进行静载荷试验；丙级建筑物可根据原位测试等方法综合确定，必要时也应进行静载荷试验，或通过抗剪强度确定承载力。基本规定标准贯入静力触探载荷试验第二章浅基础—6.地基承载力的确定优点：成果可靠缺点：费时、耗资载荷试验示意图载荷试验第二章浅基础—6.地基承载力的确定p-s曲线确定地基承载力特征值p-s曲线有明确的比例界限时，取比例界限所对应的荷载值；极限荷载能确定，且值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；不能按上述两点确定时，取s/b=0.01～0.015对应荷载值；但值不应大于最大加载量的一半。sppcrpup-s曲线载荷试验第二章浅基础—6.地基承载力的确定同一土层参加统计的试验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超过其平均值的30%时，取其平均值作为该土层的地基承载力特征值fak

。载荷试验第二章浅基础—6.地基承载力的确定理论公式(°)(°)00.001.003.14220.613.446.0420.031.123.32240.803.876.4540.061.253.51261.104.376.9060.101.393.71281.404.937.4080.141.553.93301.905.597.95100.181.734.17322.606.358.55120.231.944.42343.407.219.22140.292.174.69364.208.259.97160.362.435.00385.009.4410.80180.432.725.31405.8010.8411.73200.513.065.66

第二章浅基础—6.地基承载力的确定修正公式：《规范》规定：当b＞3m或d＞0.5m，地基承载力特征值应该进行修正土的类别淤泥和淤泥质土01.0人工填土与e或IL大于等于0.85的粘性土01.0红粘土含水比αw>0.8含水比αw≤0.800.151.21.4大面积压实填土压实系数大于0.95,粘粒含量ρc≥10%的粉土最大干密度大于2.1t/m3的级配砂石001.52.0粉土粘粒含量ρc≥10%的粉土粘粒含量ρc<10%的粉土0.30.51.52.0e及IL均小于0.85的粘性土粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态)中砂、粗砂、砾砂和碎石土0.32.03.01.63.04.4第二章浅基础—6.地基承载力的确定基础埋置深度(m)，一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。室内地面室内地面室内地面室内地面室外地面室外地面室外地面室外地面第二章浅基础基础底面尺寸确定软弱下卧层验算基础结构设计地基变形验算稳定性验算基本内容第二章浅基础—7.基础底面尺寸的确定d持力层下卧层基础Fk上部荷载中心荷载确定基础底面尺寸确定基础底面尺寸d持力层下卧层基础Fk上部荷载偏心荷载

一般状况Mk偏心荷载

高层建筑组合偶然荷载e采用不对称柱要求脱开面积小于15%；不满足时：增加A；增加l,减少b,A不变；采用

不对称柱。第二章浅基础—7.基础底面尺寸的确定偏心荷载—底面尺寸确定d持力层下卧层基础Fk上部荷载按中心荷载作用的公式估算基础底面积A0；因偏心荷载下应力分布不均匀，按偏心程度将计算的基础底面积增加10～40％，即偏心荷载：根据A的大小初步确定b、l验算地基承载力，如不符合条件则调整参数重新设计尺寸并验算。Mk需先宽度修正承载力特征值第二章浅基础—7.基础底面尺寸的确定Fpk-pc0dz

pc0pcz软土Es1Es2存在软弱下卧层时需要进行验算，判别标准为（），验算标准为：软弱下卧层验算第二章浅基础—7.基础底面尺寸的确定按照中心荷载确定基底压力pk

=(Fk+Gk)/A计算基底原自重应力pc0计算基底附加应力p0=pk-pc0扩散角

（Es1/Es2及z/b）持力层太薄不起作用计算软弱下卧层顶部附加应力软弱下卧层承载力做深度修正，不做宽度修正软弱下卧层验算步骤0.250.5035106°10°20°23°25°30°第二章浅基础—7.基础底面尺寸的确定第二章浅基础—8.扩展基础结构设计对比图平面尺寸与刚性基础相同；钢筋混凝土基础高度较小。F

bth0F钢筋混凝土基础的构造要求混凝土强度等级不应低于C20；梯形基础的边缘高度，不宜小于200mm；垫层的厚度一般为100mm；每边伸出基础50-100mm，垫层混凝土强度等级应为C10；扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm；间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不小于8mm；间距不大于300mm；每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10。当有垫层时钢筋保护层的厚度不小于40mm；无垫层时不小于70mm。第二章浅基础—8.扩展基础结构设计当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5m时，底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9倍，并宜交错布置；梯形基础的边缘高度，不宜小于200mm。钢筋混凝土基础的构造要求第二章浅基础—8.扩展基础结构设计钢筋混凝土条形基础底板在T形及十字形交接处，底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置，另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度1/4处。在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置。钢筋混凝土基础的构造要求第二章浅基础—8.扩展基础结构设计墙下条形基础结构设计—轴心荷载b1hbFh0aPj地基净反力计算基础高度确定b1为验算截面距基础边缘的距离，当墙体为混凝土时，其值等于基础边缘至墙脚的距离a；墙体如果为砖墙，且大放脚不大于1/4砖长时，

b1=a+1/4砖长。第二章浅基础—8.扩展基础结构设计墙下条形基础结构设计—轴心荷载b1hbFh0aPj地基净反力计算基础底板配筋第二章浅基础—8.扩展基础结构设计墙下条形基础结构设计—偏心荷载b1hbFh0aPjmax地基净反力计算基础高度确定b1为验算截面距基础边缘的距离，当墙体为混凝土时，其值等于基础边缘至墙脚的距离a；墙体如果为砖墙，且大放脚不大于1/4砖长时，

b1=a+1/4砖长。PjminPj1第二章浅基础—8.扩展基础结构设计墙下条形基础结构设计—偏心荷载b1hbFh0aPjmax地基净反力计算基础底板配筋PjminPj1第二章浅基础—8.扩展基础结构设计柱下独立基础设计冲切破坏剪切破坏弯曲破坏第二章浅基础—8.扩展基础结构设计柱下独立基础设计柱下独立基础，对冲切破坏锥体落在基础底面以内时，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力；对基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度的柱下独立基础，应验算柱与基础交接处的受剪切承载力；基础底板的配筋，应按抗弯计算确定；当基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下基础顶面的局部受压承载力。规范强制性条文第二章浅基础—8.扩展基础结构设计柱下独立基础冲切验算45oamh0h0l0lFl=A1•pjFl≤0.7

hpftamh0A1—为阴影面积am—冲切锥体破坏面上下边的平均值ft

—混凝土抗拉强度pj—取地基净反力最大值

hp

—冲切截面高度影响系数

h≤800mm，取1.0

h≥2000mm，取0.9，中间插值Pj为基底净反力，如果为偏心荷载，取净反力最大值b≥b0+2h0b第二章浅基础—8.扩展基础结构设计柱下独立基础冲切验算柱边冲切下阶冲切第二章浅基础—8.扩展基础结构设计柱下独立基础剪切验算45oh0h0l0lb≤b0+2h0bh0h0b0第二章浅基础—8.扩展基础结构设计柱下独立基础剪切验算45oh0h0l0lA0—验算截面处基础的有效截面面积Vs—柱与基础交接处的剪力设计值，

图中阴影面积乘以平均净反力。ft

—混凝土抗拉强度pj—取地基净反力最大值

hs—受剪切截面高度影响系数b≤b0+2h0b第二章浅基础—8.扩展基础结构设计柱下独立基础剪切验算b≤b0+2h0A0—验算截面处基础的有效截面面积Vs—柱与基础交接处的剪力设计值，

图中阴影面积乘以平均净反力。ft

—混凝土抗拉强度pj—取地基净反力最大值

hs—受剪切截面高度影响系数当验算截面为阶形或锥形时，可将其截面折算成矩形截面，截面的折算宽度和截面的有效高度按《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2011）附录U第二章浅基础—8.扩展基础结构设计在扩展基础的冲切验算中，发现45冲切线落到了基础底面以外，是否需要进行冲切验算？这说明该设计有什么问题？思考45o第二章浅基础—8.扩展基础结构设计柱下独立基础配筋计算ⅠⅠPjmaxPjminPj1ⅡⅡlbM

Ⅰ

、M

Ⅱ—相应于荷载效应基本组合时，

任意截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ处的弯

矩设计值；a1—任意截面Ⅰ-Ⅰ至基底边缘最大反力处的

距离。第二章浅基础—8.扩展基础结构设计★注意区别Pjmax

Pmax柱下独立基础配筋计算ⅠⅠPjmaxPjminPj1ⅡⅡlbⅢⅢPjmaxPjminPj1ⅣⅣlb第二章浅基础—8.扩展基础结构设计比较两组配筋面积，取大值选配钢筋。柱下独立基础配筋φ16@180φ16@200φ16@180φ16@200C20混凝土C10混凝土基础剖面图基础平面图现场施工图第二章浅基础—8.扩展基础结构设计第二章浅基础—9.地基变形验算变形验算倾斜局部倾斜沉降量基础中心点的沉降值沉降差相邻独立基础沉降量之差变形验算变形特征地基土类别中、低压缩性土高压缩性土砌体承重结构基础的局部倾斜0.0020.003工业与民用建筑相邻柱基的沉降差框架结构0.002l0.003l砌体墙填充的边排柱0.0007l0.001l当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构0.005l0.005l单层排架结构(柱距为6m)柱基的沉降量(mm)(120)200桥式吊车轨面的倾斜(按不调整轨道考虑)横向0.004纵向0.003第二章浅基础—9.地基变形验算变形验算变形特征地基土类别中、低压缩性