《建筑构造 上册》 课件 第8、9章 地基与基础、太阳能采暖技术与建筑一体化设计

第8章

地基与基础

8.1地基与基础的基本概念8.2地基的相关问题8.3基础的相关问题8.4基础中遇到的特殊问题8.1地基与基础的基本概念1、基础：——建筑物地面以下的承重结构。——它承受建筑物上部结构传下来的荷载，并把这些荷载连同本身的自重一起传给地基。1.基础的构成图8-1地基与基础的构成2、地基：——承受由基础传下来荷载的土层或岩体。——地基承受建筑物荷载而产生的应力和应变是随着土层的深度的增加而减少，——在达到一定的深度以后就可以忽略不计。3、持力层：——直接承受建筑荷载的土层或岩体。——持力层以下的土层为下卧层。4、基础的埋深：——由室外地坪至基础底皮的高度尺寸。——由勘测部门根据地基情况决定。5、基础宽度:——又称为基槽宽度——即基础底面的宽度。——基础宽度由计算决定。6、大放脚：——基础墙加大加厚的部分——用砖、混凝土、灰土等材料制作的基础均应作大放脚。7、灰土垫层：——采用3：7灰土（消石灰3份与优质素土7份拌合而成）制作的基础底层。——是基础的一部分。8.2地基的相关问题1、土层的分类：——岩石：——碎石土：——砂石——粉土——粘性土——人工填土岩石——花岗岩、页岩等碎石土：——粒径>2mm的颗粒含量〉50%的土。——块石、卵石、圆砾等砂土：——粒径>2mm的颗粒含量<50%的土或

粒径>0.075mm的颗粒>50%的土。——砾砂、粗砂、中砂、细砂人工填土：——素填土：碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成的填土。——杂填土：建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土——冲填土：水力冲填泥砂形成的填土。2、地基应满足的几点要求：1）强度方面的要求2）变形方面的要求3）稳定方面的影响3、天然地基与人工地基：（1）天然地基：——凡天然土层具有足够的承载能力，不需经过人工加固，可直接在其上部建筑房屋的土层。（2）人工地基：——当土层的承载能力较差或虽然土层质地较好，但上部荷载过大时，为使地基具有足够的承载能力，应对土层进行加固。人工地基的加固处理方法有以下的方法：换土垫层、重锤夯实、机械碾压、振动压实、灰土密桩、砂桩、灰土井桩、振动冲水等

8.3基础的相关问题一、基础埋置深度深基础：当基础埋深>=5m;或基础埋深>=基础宽度的4倍时.浅基础：基础埋深<5m;或基础埋深<基础宽度的4倍时。不得浅于500mm。1）基础的埋深的确定原则—影响因素：与地基的关系；建筑物自身构造；与地下水位的关系；与冰冻线的关系。2）基础埋深与地基的关系3）基础埋深的影响因素二、基础的构造类型：1、从基础的材料及受力来划分：

刚性基础

柔性基础凡受刚性角限制的基础为刚性基础。刚性角是基础放宽的引线与墙体垂直线之间的夹角。如砖、石、混凝土、灰土等抗压强度好而抗弯、抗剪等强度很低的材料做基础。用钢筋混凝土建造的基础，能承受拉应力和压应力，不受材料刚性角的限制，故称为柔性基础。基础的类型——当采用砖、石、混凝土、灰土等抗压强度很低的材料作基础，基础底宽应根据材料的刚性角来决定.刚性角：基础放宽的引线与墙体垂直线之间的夹角。1）刚性基础的特性刚性基础的几种类型

灰土基础砖基础毛石基础三合土基础混凝土基础毛石混凝土基础三合土基础：石灰、砂、碎砖适于：3层以下普通砖房的基础垫层。锥形基础用于：地下水位较高或有冰冻的情况图8-12混凝土基础锥型：斜面支模板较困难，浇筑时极易拱起。毛石混凝土基础图8-9毛石混凝土基础为了节省混凝土用量和减缓大体积混凝土在凝固过程中产生大量热量不易散发而引起开裂，加入毛石，称为毛石混凝土基础。加入的石块尺寸不大于基础宽度的1/3，同时石块任一边不大于300mm，填入石块的总体积不大于30%砖基础砖基础：用于地质条件好、地下水位低的五层以下砖混结构建筑图8-10砖基础毛石基础图8-11毛石基础用于地下水位较高，冻结深度较深的单层民用建筑。灰土基础——所采用的材料是：石灰：粘性土=3：7俗称“三七”灰土——夯实后的灰土厚度每150mm称“一步”，300mm可称为“两步”灰土——优点：该基础在夯实、碳化后坚硬如石，强度高，故广泛采用——缺点：抗冻性差，不宜做到地面——适用于:5层和5层以下、地下水位较低的砌体结构房屋和墙体承重的工业厂房。2）柔性基础——钢筋混凝土基础——做法是：在基础底板下均匀浇注一层素混凝土垫层。——防止长锈垫层一般采用C7.5或C10素混凝土，厚度为100mm。——钢筋混凝土基础由底板及基础

墙组成基础底板——类型：

锥形和阶梯形——两种基础底板的优缺点：锥形基础可节约混凝土，但浇注时不如阶梯形方便。2、从基础的构造形式来分为：条形基础独立基础筏形基础箱形基础桩基础（1）条形（带形）基础——位置：在连续的墙下或密集的柱下。——优点：纵向整体性好，可减缓局部不均匀沉降。——缺点：土方量大——适应于：砖混结构——分墙下条形基础与柱下条形基础a)平面b)1-1剖面（2）独立基础——位置：建筑物为柱承重且柱间距较大柱之间的墙支撑在基础梁上——优点：土方量少，施工简单。——适用于：地质均匀、荷载均匀和装配式框架结构。各类独立基础图8-15杯形基础图8-14独立基础（3）井格基础——定义：柱下基础纵横相连组成井字格状——优点：可克服独立基础下沉不均——缺点：造价高、施工复杂——适用于：荷载较复杂、地质情况较差的情况高层建筑井格基础（4）筏片基础当建筑物上部荷载大，而地基又较弱，这时采用简单的条形基础或井格基础已不能适应地基变形的需要，通常将墙或柱下基础连成一片钢筋混凝土板，使建筑物的荷载承受在一块整板上称为片筏基础。片筏基础的整体性好，常用于地基软弱的多层砌体结构、框架结构、剪力墙结构等，以及上部结构荷载较大且不均匀的情况。片筏基础有平板式和梁板式两种筏片基础（5）箱式基础——定义：将筏片基础的四周和顶部用钢筋混凝土浇筑成盒状的整体基础——优点：既可提高建筑物和基础的刚度，又可利用基础的空间用作地下室，并避免了大体积土方的回填。——适用于：总荷载很大，浅层地质情况较差需要大幅度的深埋，并需设一层或多层地下室的高层或超高层建筑。——构成：底板、壁板和顶板的结构形式可分为板式和梁板式图8-18箱式基础及剖面图6）桩基：——在建筑物荷载大、层数多、高度高、地基土又较松时，采用。——以下几种：<1>支承桩<2>钻孔桩<3>振动桩<4>爆扩桩采用桩基时，应在桩顶加作承台梁或承台板，以承托基础和墙柱。a、支承桩（柱桩、预制桩）：——钢筋混凝土制作——借助打桩机打入土中——桩的断面尺寸为300*300~~600*600mm——长度一般在6~~12M之间——桩端应有桩靴，以保证桩能顺利地打入土层中。b钻孔桩：——先利用钻孔机钻孔放入钢筋骨架浇注混凝土而成。——钻孔直径一般为300～500mm——桩长<12m——钻孔桩内可采用填灰土、砂石、砂子、碎石等做法。c振动桩：——先利用打桩机把钢管打入地下

然后将钢管取出

最后放入钢管骨架

并浇注混凝土而成——直径、桩长与钻孔桩相同d爆扩桩：——这种桩由钻孔、引爆、浇注混凝土而成。——引爆的作用是:将桩端扩大，以提高承载力。爆扩桩引爆过程钻成约直径50mm得导孔。放下炸药管爆扩成孔清除松土放下炸药包填入50%桩头混凝土爆成桩头放钢筋骨架浇注混凝土8.4基础中遇到的特殊问题一、相邻建筑基础处理：1、同时新建房屋的相邻基础宜埋置在同一深度上，并设置沉降缝。2、新、旧建筑相邻时，新基础应浅于原基础或持平。3、新、旧建筑相邻时，新基础必须深于原基础时，必须使新基础离开旧基础二、不同埋深的基础处理连续的基础出现不同的埋深情况。高差要做称踏步形逐台下跌，每踏步高≤500mm，踏步长≥1000mm，以防止在陡然高差处墙体断裂或发生不均匀下沉。基础沉降缝通常采用双墙式、交叉式、悬挑式处理方法。本章小结1.地基与基础的概念。基础是建筑物的墙或柱等承重构件向地面以下的延伸扩大部分。在建筑工程中支承建筑物重量的土层叫地基。地基是承受建筑物荷载的土壤层。基础宽度，即基础底面的宽度，基础宽度由计算决定。2.地基可分为天然地基和人工地基。人工地基的加固方法通常采用压实法、换土法、桩基等。天然地基包括未经分化的岩石、微风化岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。3.基础的埋深。基础的埋置深度与地基状况、地下水位及冻土深度、相邻基础的位置以及设备布置等各方面因素有关。4.基础的分类。基础按形式可分为条形基础、独立式基础和联合基础；按材料和传力情况可分为刚性基础和柔性基础，受刚性角限制的基础为刚性基础，如砖基础、灰土基础、毛石混凝土基础、混凝土基础等，柔性基础一般是钢筋混凝土基础。5.不同基础埋深的处理方法,连续的基础出现不同的埋深时，高差要做成踏步形逐台下跌的形式。6.基础沉降缝通常采用双墙式、交叉式、悬挑式等处理方法。第9章太阳能采暖技术与建筑一体化设计9.1我国太阳能技术的发展现状9.2适用于屋面的被动式太阳能采暖技术9.3适用于屋面的主动式太阳能采暖技术9.4太阳墙技术9.5太阳能采暖技术应用案例分析9.1我国太阳能技术的发展现状我国太阳能建筑的应用研究始于20世纪70年代末。20世纪80年代，被动式太阳能采暖技术取得重大发展，建成数百座太阳能采暖示范建筑。20世纪90年代，太阳能热水器得到大力推广和全社会的普遍认可。如今，我国在太阳能技术综合应用上有了长足发展，建成了多座包含太阳能光热、光电转换技术的建筑。太阳能建筑的发展大体可分为三个阶段：第一阶段为被动式太阳房。通过建筑朝向和周围环境的合理布置，建筑材料和结构、构造的恰当选择，使其在冬季能集取、保特、贮存、分布太阳热能，从而解决建筑物的采暖问题；同时在夏季又能遮蔽太阳辐射。被动式太阳房的主要形式是：太阳窗式、集热蓄热墙式、附加温室式、屋顶池式和对流回路式。第二阶段为主动式太阳房。以太阳能集热器、管道、散热器、风机或泵以及贮热装置等组成的强制循环太阳能采暖系统，或与吸收式制冷机组成的空调和太阳能结合的供暖系统。供暖系统主要有：热风集热式供热系统、热水集热式地板辐射采暖系统、太阳能空调系统、地下蓄热式供冷暖系统等。使用外部能源（通常是电）启动水泵或风机。为五种基本形式：液体平板型集热器式、空气平板型集热器式、集聚型集热器式、热泵式和太阳能热泵式。第三阶段则发展利用光伏板等光电转换方式为建筑物提供所需的全部能源，完全利用太阳能就能满足建筑供暖、空调、照明、用电等一系列功能要求的所谓“零能房屋”。9.2适用于屋面的被动式太阳能采暖技术9.2.1直接受益式

阳光直接加热采暖房间，房间本身当作一个包括有太阳能集热器、储热器和分配器的集合体。9.2.2

附加阳光间式阳光间是直接受益式和集热蓄热式的组合。注意处理好以下问题：①阳光间朝向以东南、南、西南向为宜；②阳光间的玻璃应选择热光比大的玻璃，并应有较大的面积；③墙面应采用对太阳辐射热吸收系数大的材料；④阳光间上下通风口尺寸应适当；⑤夜晚或无太阳辐射时，应关闭上下通风口，避免室内热量的损失。9.2.3屋顶池式所谓屋顶池式，就是在屋顶上放置有吸热和储热功能的贮水塑料袋或相变材料，其上设置可开闭的盖板，冬夏兼顾。冬季白天打开盖板，水袋吸热，夜晚盖上盖板，水袋释放的热量以辐射和对流的形式传到室内。夏季工作情况与冬季相反。该形式适合冬季不太寒冷且纬度低的地区。因为纬度高的地区冬季太阳高度角太低，水平面上集热效率也低，而且严寒地区冬季水易冻结。另外系统中的盖板热阻要大，贮水容器密闭性要好。如果使用相变材料，热效率可提高一些。9.3适用于屋面的主动式太阳能采暖技术9.3.1空气集热式

空气作为媒介，是被动式太阳能采暖技术的基本思路，增加了需要动力的风机和引导气流的风管，有的还包括了储热部分，所以将其归为主动式设计手法。9.3.2液体集热式一般用水做介质，也可以使用高沸点油或防冻剂。9.4太阳墙技术太阳墙系统（又称太阳能全新风供暖系统）属于主动式太阳能采暖系统。太阳能全新风供暖系统就是加热室外新鲜空气后由风机输入室内，置换室内污浊的空气，起到供暖和换气的双重功效。它分为两种类型：墙面型太阳能全新风供暖系统和屋顶型太阳能全新风供暖系统。图9-6使用太阳墙的住宅9.4.1太阳墙系统的特点特点：

热效率高；良好的新风系统；不受房间朝向与时间的约束；经济效益好；应用范围广。突出优点：

低能耗高舒适度；有除尘功能；无需维护（面材由钢板或铝板制成，使用寿命在30年以上）；热效率高（可将50%～80%的太阳辐射能量转化为可用的热能）；适合各种建筑。9.4.2太阳墙系统的性能、材料、构造和工作原理屋顶型太阳能全新风供暖系统示意图9.4.3系统运行与控制在太阳墙顶部和典型房间各装一个温度传感器。冬季工况以太阳墙顶部传感器的设定温度为风机启动温度﹙即送风温度﹚，房间设定温度为风机关闭温度。当太阳墙内空气温度达到设定送风温度且室内温度低于设定室温时，风机启动向室内送风；当室内温度达到设定室温或太阳墙内空气温度低于设定送风温度时，风机关闭停止送风。夏季工况，当太阳墙中的空气温度低于传感器设定温度且室温高于设定室温时，风机启动向室内送风；当室温低于设定室温或室外温度高于设定送风温度时，风机停止工作。当太阳墙系统与其他采暖系统结合同时为房间供热时，除在太阳墙顶部和典型房间中安装温度传感器外，在其他采暖系统（如热水散热器上）安装温控阀。太阳墙提供热量不够的部分由其他采暖系统补足。常规能源系统在温控阀的控制下根据室内温度变换供热量的大小，达到节能效果。9.4.4屋顶型太阳能全新风供暖系统和建筑一体化设计安装在屋顶上，并与屋顶坡面一体化设计。应用于旧建筑的改造。AIA绿色建筑奖的美国某住宅研究中心9.4.5太阳墙的设计应用1.设计思路2.太阳墙板的安装位置3.太阳墙面积的确定4.模拟计算软件1.设计思路（1）区域划分（2）南向房间与太阳墙的连接（3）北向房间与太阳墙的连接（4）大面积房间与太阳墙的连接（5）走廊、卫生间等小面积空间的采暖2.太阳墙板的安装位置当太阳墙板面向南向20度方向时可以获得最多的太阳辐射热。安装在屋顶上的坡度应在20度以上；经常下雪的地区，安装坡度应不小于45度以便于积雪滑落。3.太阳墙面积的确定具体步骤如下：（1）确定需要加热的空气量。就是所需供暖建筑物的空间体积。一般为1～2小时换一次空气。按每2小时换一次空气：面积×高/2。例如：使用面积100m2、净高3m的建筑，它需要加工的空气量为：100m2×3m/2h=150m3/h（2）选择单位面积太阳墙板通过的空气量，确定温度升高的范围，一般取30～50m3/h·m2。（3）根据以上数据确定太阳墙板的使用面积。需要加工的空气量/单位面积太阳墙板通过的空气量=所需太阳墙板使用面积。如上例：需要加工的空气量为150m3/h，单位面积太阳墙板通过的空气量30～50m3/h.m2，由此得出：150/30=5(m2),150/50=3(m2)，即：太阳墙板的选择范围在3～5m2之间。4.模拟计算软件可以利用SWIFT99和RETScreen两个节能模拟软件对太阳墙空气集热系统进行模拟分析。SWIFT99是太阳墙国际应用分析工具，主要用来模拟使用太阳墙系统后的节