《土力学与地基基础》-第8章

第8章天然地基上浅基础设计8.7

钢筋混凝土扩展基础设计8.8

柱下钢筋混凝土条形基础设计8.9

筏形基础设计8.10

箱形基础设计8.11

控制地基不均匀沉降的措施返回上一页8.1浅基础的类型８.１.１按基础刚度分类建筑物的基础按使用材料的受力特点,可分为刚性基础和柔性基础.当基础底部扩展部分不超过基础材料刚性角的基础,称为刚性基础;反之,为柔性基础.刚性角即基础放宽的引线与墙体垂直线之间的夹角.(１)刚性基础.刚性基础一般使用刚性材料作为基础材料(基础宽度受刚性角的限制).用于地基承载力较好、压缩性较小的中小型民用建筑.刚性材料的抗压强度高,而抗拉、抗剪强度较低,如砖、灰土、混凝土、三合土、毛石等.刚性基础在构造上一般通过限制宽高比来满足刚性角的要求.下一页返回8.1浅基础的类型(２)柔性基础.柔性基础常用钢筋混凝土作为基础材料(基础宽度不受刚性角的限制).用于地基承载力较差、上部荷载较大、设有地下室且基础埋深较大的建筑.钢筋混凝土的抗拉、抗压、抗弯、抗剪均较好,在基础底部设置受力钢筋,利用钢筋受拉,这样基础可以承受弯矩,也就不受刚性角的限制.在同样条件下,采用钢筋混凝土基础比素混凝土基础可节省大量的混凝土材料和挖土工程量.８.１.２按基础材料分类常用的基础材料包括砖、石、灰土、三合土、混凝土、毛石混凝土和钢筋混凝土等.砖基础具有成本较低、施工方便的特点,在我国应用非常广泛.上一页下一页返回8.1浅基础的类型砖砌体具有一定的抗压强度,但抗拉强度和抗剪强度较低.基础剖面一般为阶梯形,底面以下设垫层.为便于施工,砖基础底面宽度通常符合砖的模数,如２４０mm、３７０mm、４９０mm、６２０mm等.为保证基础材料有足够的强度和耐久性,对于地面以下或防潮层以下的砖砌体材料的最低强度等级应符合表８—１的要求.８.１.３按基础形式分类１.独立基础按支撑的上部结构形式,可分为柱下独立基础和墙下独立基础.２.条形基础条形基础是指基础长度远大于其宽度的一种基础形式,可分为墙下条形基础和柱下条形基础.上一页下一页返回8.1浅基础的类型３.十字交叉基础如果地基软弱,柱荷载或地基压缩性在两个方向分布不均匀,需要基础在两个方向都具有一定的刚度来调整不均匀沉降,则可在柱网下沿纵、横双向分别设置条形基础,从而形成柱下交叉条形基础,如图８—４所示.如果单向条形基础的底面积已能满足地基承载力要求,为了减少差异沉降,可在另一方向加设连梁,形成连梁式交叉条形基础.４.筏形基础当柱下交叉条形基础底面积占建筑物平面面积的比例较大,或者建筑物在使用上有要求时,可以在建筑物的柱、墙下做成一块满堂的基础,即筏形基础.上一页下一页返回8.1浅基础的类型筏形基础按所支承的上部结构类型分为墙下筏形基础(用于砌体承重结构)和柱下筏形基础(用于框架、剪力墙结构).柱下筏形基础可以分为平板式和梁板式两类,如图８—５所示.５.箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土的顶板、底板和纵、横墙板组成的整体刚度较大的箱形结构,简称箱基,如图８—６所示.它是在工地现场浇筑的钢筋混凝土大型基础.箱基的尺寸很大,平面尺寸通常与整个建筑平面外形轮廓相同,高度一般超过３m.高层建筑的箱基可能有数层,高度超过１０m.箱基可以开挖后浇筑,也可以采用沉井法施工.上一页返回8.2地基与基础设计的基本规定８.２.１确定地基基础的设计等级根据地基的复杂程度、建筑物形状和功能特征以及地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度,«建筑地基基础设计规范»(GB５０００７—２０１１)将地基基础设计划分为三个设计等级,见表８—２.８.２.２规范中对地基变形验算的基本规定根据建筑物地基基础设计等级和长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度,为保证建筑物的安全与正常使用,«建筑地基基础设计规范»(GB５０００７—２０１１)中规定:下一页返回8.2地基与基础设计的基本规定(１)所有建筑物的地基计算均应满足地基承载力计算的有关规定.(２)设计等级为甲级、乙级的建筑物均应按变形设计.(３)设计等级为丙级的建筑物有下列情况之一时,应作变形验算:１)地基承载力特征值小于１３０kPa,且体型复杂的建筑物.２)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大,可能引起地基产生过大的不均匀沉降时.３)软弱地基上的建筑物,存在偏心荷载时.４)相邻建筑距离过近,可能发生倾斜时.５)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土,其自重固结未完成时.上一页下一页返回8.2地基与基础设计的基本规定６)对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等,应验算其稳定性.７)基坑工程应进行稳定性验算.８)当地下水埋藏较浅,建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时,应进行抗浮验算.(４)可不做变形验算的建筑物见表８—３.８.２.３规范对地基基础设计的规定及设计步骤(１)地基基础设计前应进行岩土工程勘察,并应符合下列规定:上一页下一页返回8.2地基与基础设计的基本规定１)岩土工程勘察报告应提供下列资料:地质、地层、地下水、场地的相关情况,对可供采用的地基基础设计方案进行论证分析,提出经济合理、技术先进的设计方案建议;提供与设计要求相对应的地基承载力及变形计算参数,并对设计与施工应注意的问题提出建议.２)地基评价宜采用钻探取样、室内土工试验、触探、并结合其他原位测试方法进行.设计等级为甲级的建筑物应提供载荷试验指标、抗剪强度指标、变形参数指标和触探资料;设计等级为乙级的建筑物应提供抗剪强度指标、变形参数指标和触探资料;设计等级为丙级的建筑物应提供触探及必要的钻探和土工试验资料.上一页下一页返回8.2地基与基础设计的基本规定３)建筑物地基均应进行施工验槽.当地基条件与原勘察报告不符时,应进行施工勘察.(２)设计地基和基础时,所采用的作用效应与相应的抗力限值应符合下列规定:１)按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时,传至基础或承台底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的标准组合;相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值.２)计算地基变形时,传至基础底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的准永久组合,不应计入风荷载和地震作用;相应的限值应为地基变形允许值.上一页下一页返回8.2地基与基础设计的基本规定３)计算挡土墙、地基或滑坡稳定以及基础抗浮稳定时,作用效应应按承载能力极限状态下作用的基本组合,但其分项系数均为１.０.４)在确定基础或桩基承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时,上部结构传来的作用效应和相应的基底反力、挡土墙土压力以及滑坡推力,应按承载能力极限状态下作用的基本组合,采用相应的分项系数.当需要验算基础裂缝宽度时,应按正常使用极限状态作用的标准组合.５)基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用,但结构重要性系数(γ０)不应小于１.０.(３)地基基础的设计使用年限不应小于建筑结构的设计使用年限.上一页下一页返回8.2地基与基础设计的基本规定(４)地基基础设计的一般步骤:１)从土层资料、上部结构及荷载情况,选择基础的材料和构造形式.２)根据建筑物用途、基础形式、地质条件、相邻建筑物基础埋深,确定基础的埋置深度;在满足地基稳定和变形条件下,基础应尽量浅埋.３)根据静载荷试验、理论公式或其他原位试验等方法,确定地基承载力特征值.４)根据作用在基础上的荷载以及地基承载力特征值,确定基础底板面积.存在软弱下卧层时,要进行下卧层强度验算.上一页下一页返回8.2地基与基础设计的基本规定５)对经常遭遇水平荷载作用的高层建筑物、高耸结构以及建在斜坡上或边坡附近的建筑物,应对地基进行稳定性验算.６)确定基础剖面尺寸,进行配筋计算,保证基础具有足够的强度、刚度和耐久性.７)绘制基础施工图.上一页返回8.3基础埋置深度的确定基础埋置深度(简称埋深),是指基础底面至地面(一般设计地面)的距离.确定基础埋深,即选择理想的土层作为持力层.埋置深度的确定对建筑物的安全和正常使用、施工工期、工程造价影响较大,因此,确定合理的埋置深度是一个十分重要的问题.确定浅基础埋深的基本原则是,在满足地基稳定和变形要求等条件的前提下,基础应尽量浅埋.受自然作用和人类活动影响,浅层土层容易受到扰动,因此,规范规定除了岩石地基外,基础的最小埋深深度不宜小于０.５m.下一页返回8.3基础埋置深度的确定８.３.１与建筑物有关的条件当建筑物设有地下室时,基础埋深主要受地下室底板标高的影响.仅局部有地下室时,基础可按台阶形式变化埋深或整体加深.台阶的高宽比一般为１∶２,每级台阶高度不超过０.５m.对位于土质地基上的竖向荷载大、地震力和风力等水平荷载作用大的高层建筑,为满足承载力、变形和稳定性要求,基础埋深应适当增大.在抗震设防区,除岩石地基外,天然地基上的箱形和筏形基础埋深不宜小于建筑物高度的１/１５;桩筏或桩箱基础的埋深(不计桩长),不宜小于建筑物高度的１/１８.位于岩石地基上的高层建筑,基础埋深应满足抗滑稳定性要求.上一页下一页返回8.3基础埋置深度的确定基础类型也对埋深有影响.刚性基础的高度一般较大,埋深也大.同样荷载作用下,采用扩展基础可以降低基础高度,减小埋深.８.３.２工程地质和水文地质条件基础的埋置深度与场地的工程地质和水文地质条件有密切关系.如果上层土的承载力高于下层土,根据尽量浅埋的原则,应选择上层土作为持力层.若存在软弱下卧层时,则应对该土层进行承载力验算,必要时可考虑采用桩基础或进行地基处理.对于场地埋藏有潜水时,宜将基础埋置于地下水位以上,以减少施工降水的麻烦.如按设计必须基底在地下水位以下时,则应考虑基坑排水、坑壁围护以及保护基土不受扰动等措施.上一页下一页返回8.3基础埋置深度的确定８.３.３场地建设条件一般新建筑物基础埋深不宜大于相邻原建筑物的基础.如果基础深于原有基础时,新旧建筑物基础之间应保持一定净距,数值根据建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定,如图８—７所示.当不能满足要求时,应采取分段施工、设地下连续墙或加固原有建筑物地基等.如果基础邻近有管道或沟、坑等设施时,基础底面一般应低于这些设施的底面.濒临河、湖等水源修建的建筑物基础,若受到水流或波浪冲刷的影响,其基础底面应位于冲刷线以下.上一页下一页返回8.3基础埋置深度的确定８.３.４季节性冻土冻土分为季节性冻土和多年冻土.季节性冻土是指在冬季冻胀,而夏季融化,每年冻融交替一次的土层,在我国分布很广.季节性冻土层厚度在０.５m以上,最厚达３m.冬季土层冻结,土体膨胀和隆起,当冻胀力足够大时,会导致基础与墙体发生不均匀的上抬,门窗不能开启,严重时墙体开裂;当春季解冻时,冰晶体融化,含水量增大,地基土的强度降低,使建筑物产生不均匀的沉陷.由于冻胀和融陷的交替破坏,在季节性冻土地区,应考虑地基土的冻胀性.上一页下一页返回8.3基础埋置深度的确定根据冻土层的平均冻胀率的大小,规范中把地基分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五个等级.８.３.５稳定性要求(１)整体稳定性要求.地基(整体)稳定性可采用圆弧滑动法进行验算.最危险滑动面的各力分量在滑动中心所产生的总抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求:MR/MS

≥１.２(８—２)式中MR———抗滑力矩(kN·m);MS———滑动力矩(kN·m).上一页下一页返回8.3基础埋置深度的确定(２)位于稳定土坡坡顶上的建筑,当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于３m时,其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离(图８—８)应符合下式要求,且不得小于２.５m:条形基础:a≥３.５b－d/tanβ(８—３a)矩形基础:a≥２.５b－d/tanβ(８—３b)式中a———基础底面外边缘线至坡顶的水平距离(m);b———垂直于坡顶边缘线的基础底面边长(m);d———基础埋置深度(m);上一页下一页返回8.3基础埋置深度的确定β———边坡坡角.当基础底面外边缘线至坡顶的水平距离不满足式(８—３)的要求时,可根据基底平均压力,按式(８—２)确定基础距坡顶边缘的距离和基础埋深当边坡坡角大于４５°,坡高大于８m时,还应按式(８—１)验算坡体稳定性.(３)建筑物基础存在浮力作用时,应进行抗浮稳定性验算并应符合以下规定:１)对于简单的浮力作用情况,基础抗浮稳定性应符合下式要求:Gk/Nw,k

≥Kw(８—４)式中Gk———建筑物自重及压重之和(kN);上一页下一页返回8.3基础埋置深度的确定Nw,k———浮力作用值(kN);kw———抗浮稳定安全系数,一般情况下可取１.０５.２)抗浮稳定性不满足设计要求时,可采用增加压重或设置抗浮构件等措施.在整体满足抗浮稳定性要求而局部不满足时,也可采用增加结构刚度的措施.但应注意抗浮构件产生抗拔力时,将伴随位移发生.过大的位移量对基础结构是不允许的.所以,抗拔力取值应满足位移控制条件.例如,采用抗拔桩,按相当于其抗拔承载力特征值进行的设计时大部分工程可以满足要求,对变形要求严格的工程还应该进行变形验算.上一页返回8.4地基承载力的确定地基承载力是指在保证地基稳定且变形不超过允许值时承受荷载的能力.在地基基础设计中,地基承载力特征值的确定是一个非常重要的问题,它与土的物理、力学性质指标有关,还与基础形式、底面尺寸、埋深、建筑类型、结构特点及施工等因素有关.确定地基承载力特征值有下列方法:(１)根据土的强度理论公式确定.(２)根据静载荷试验确定.(３)根据原位测试、室内试验并结合工程实践经验确定.(４)根据邻近工程经验确定.下一页返回8.4地基承载力的确定根据«建筑地基基础设计规范»(GB５０００７—２０１１)的有关规定,不同设计等级的建筑物的承载力确定方法如下:１)对甲级建筑物,必须提供静载荷试验成果,并结合其他各种方法综合确定.２)对乙级建筑物,可根据除静载荷试验之外的各种方法综合确定.必要时,也应进行静载荷试验.３)对丙级建筑物,可根据原位测试等综合确定.必要时,也应进行静载荷试验和通过抗剪强度计算承载力.８.４.１土的地基承载力特征值的确定具体内容详见第５.５节.上一页下一页返回8.4地基承载力的确定８.４.２岩石地基承载力特征值的确定岩石地基承载力的特征值,通常根据平板载荷试验确定.对完整、较完整和较破碎的岩石的地基承载力特征值,也可根据地区经验或者室内饱和单轴抗压强度试验计算:fa

＝ψrfrk(８—５)式中fa———岩石地基承载力特征值(kPa);frk———岩石饱和单轴抗压强度标准值(kPa);上一页下一页返回8.4地基承载力的确定ψr———折减系数.根据岩石完整程度及结构面的间距、宽度、产状和组合,由地区经验确定.无经验时,完整岩石取０.５,较完整岩石取０.２~０.５,较破碎岩石取０.１~０.２.注:１.系数未考虑施工因素及建筑物使用后风化作用影响.２.对于黏土质岩,在确保施工期及使用期不致遭水浸泡时,也可采用天然湿度的试样,不进行饱和处理.上一页返回8.5基础底面尺寸确定浅基础设计前,应先确定地基承载力.在选择基础类型和埋置深度后,根据上部结构传递到基础上的荷载,确定基础底面尺寸,然后进行地基变形及稳定性验算.如果存在软弱下卧层时,应对软弱下卧层进行承载力验算.８.５.１计算基础底面尺寸１.轴心荷载在轴心荷载Fk

、Gk

作用下,基础底面上的平均压力应小于或等于修正后的地基承载力特征值(图８—９),即pk

＝(Fk

＋Gk)/A≤fa(８—６)下一页返回8.5基础底面尺寸确定式中pk———相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压力值(kPa);fa———修正后的地基承载力特征值(kPa);Fk———相应于荷载效应标准组合时,上部结构传至基础顶面的竖向力值(kN);Gk———基础自重和基础上的土重(kN),一般取Gk＝γGdA;γG———基础及回填土的平均重度(kN/m３),一般取γG＝２０kN/m３计算;A———基础底面面积(m２);

上一页下一页返回8.5基础底面尺寸确定d———基础平均埋深(m).２.偏心荷载当传至基础顶面的荷载除了轴心荷载外,还有弯矩M或水平力V作用时,根据基底压力呈直线分布且不小于零的假定,基底反力呈梯形分布,如图８—１０所示.

上一页下一页返回8.5基础底面尺寸确定式中pkmax———相应于荷载效应标准组合时,按直线分布假设计算的基底边缘处的最大压力值;l———垂直于偏心方向的基础边长;b———平行于偏心方向的基础边长;a———合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离;Mk———相应于荷载效应标准组合时,基础所有荷载对基底形心的合力矩;e———偏心距,e＝Mk/(Fk

＋Gk);pkmin———对应于荷载效应标准组合时,基底边缘处的最小压力值.上一页下一页返回8.5基础底面尺寸确定为了保证基础不致过分倾斜,通常要求e≤b/６或pkmin

＞０.在中、高压缩性地基上或有吊车的厂房柱基础,e≤b/６;对低压缩性地基上的基础,当考虑短暂作用的偏心荷载时,可放宽至pkmin≤０,但宜将偏心距控制在b/４内.３.基础高度基础高度为基础埋深和保护层厚度之差,即h＝d－d０.保护层的厚度d０一般不小于１０cm,这是为了防止基础露出地面,遭受人来车往、日晒雨淋的破坏,在基础顶面覆盖一层保护基础的土层.对于刚性基础,基础高度设计应注意使基础台阶宽高比满足刚性角α要求,以避免刚性材料被拉裂,如砖、砌石或素混凝土基础.上一页下一页返回8.5基础底面尺寸确定８.５.２地基软弱下卧层承载力验算承载力显著低于持力层承载力的下卧层称为软弱下卧层.当地基受力层范围内存在软弱下卧层时,在验算持力层承载力后,还必须对软弱下卧层进行承载力验算,要求作用在软弱下卧层顶面处的附加应力与自重应力之和不超过修正后的承载力特征值.即pz

＋pcz

≤faz(８—１４)式中pz———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);pcz———软弱下卧层顶面处土的自重压力值(kPa);上一页下一页返回8.5基础底面尺寸确定faz———软弱下卧层顶面处经深度修正后的承载力特征值(kPa).关于附加压力pz

的计算,通过试验研究并参照双层地基中附加应力分布的理论解答,提出了按扩散角原理的简化计算方法,如图８—１２所示.假设基底处的附加压力(p０＝pk

－pc)往下传递时,按压力扩散角θ向外扩散至软弱下卧层表面,根据基底与软弱下卧层顶面处扩散面积上的附加压力相等的条件,可得到附加压力pz

的计算公式:上一页下一页返回8.5基础底面尺寸确定式中b———条形基础或矩形基础的底面宽度;l———矩形基础的底面长度;z———基底至软弱下卧层顶面的距离;pc———基础底面处土的自重压力值;pz———相对于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压力值;θ———地基压力扩散角,按表８—５采用.８.５.３地基变形验算建筑物的荷载通过基础传给地基,使地基中的原有应力状态发生变化,从而引起地基土变形,其竖向变形即为沉降.如果地基的变形量在建筑物容许范围以内,则不会对建筑物的使用和安全造成危害.上一页下一页返回8.5基础底面尺寸确定当附加荷载产生的应力过大时,过大的地基变形会产生过大的沉降,影响建筑物的结构安全和正常使用,甚至是土体发生整体破坏而失去稳定.«建筑地基基础设计规范»(GB５０００７—２０１１)规定:对设计等级为甲级、乙级以及设计等级为丙级且地基承载力特征值较低、上部荷载差异较大、土层不均匀的建筑物,为了保证工程的安全,除了满足地基承载力计算外,还应进行地基变形验算.验算时,首先应根据建筑物的结构特点、安全使用要求及地基的工程特征确定某一变形特征作为变形验算的控制条件.对于砌体承重结构应由局部倾斜控制,对于框架结构和单层排架结构应由相邻柱基的沉降差控制,对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制;必要时还应控制平均沉降量.上一页下一页返回8.5基础底面尺寸确定地基特征变形验算公式如下:s＜[s](８—１７)式中s———地基特征变形计算值,按规范中建议的分层总和法计算;[s]———地基特征变形允许值.验算地基特征变形时,荷载按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合值计算.当地基特征变形验算不满足允许值要求时,通常先考虑能否适当调整基础底面尺寸予以解决.一般情况下,改变基础的尺寸与布置方式可以有效地调整基底附加应力的分布与大小,从而改变地基变形值.当基底附加应力相同时,地基的变形是随基底尺寸的增大而增加的;上一页下一页返回8.5基础底面尺寸确定而在确定的荷载下,若增大基底尺寸,将会使地基变形量减小,但加大基底面积会增加地基压缩层的厚度,遇到较高压缩性的土层,也会造成地基变形量的增加.因此,要充分考虑到这些因素的影响,在实际设计中,常常会产生仅依靠调整基底尺寸还不能使地基变形满足要求的情况,这时需要采取其他措施,如改变基础埋深、更换基础类型、修改上部结构形式等,以满足地基变形控制的要求.上一页返回8.6无筋基础设计无筋扩展基础一般适用于多层民用建筑和轻型厂房,这类基础的剖面一般设计成台阶形.无筋扩展基础所用材料的抗压强度较高,抗拉、抗剪强度低,如砖、毛石、混凝土、灰土和三合土等.当基础有挠曲变形时,拉应力就会超过材料的抗拉强度而产生裂缝.８.６.１基础高度无筋扩展基础的高度受材料刚性角的限制,应符合式(８—１８)的要求:H０≥(b－b０)２tanα(８—１８)式中H０

———基础高度(m);下一页返回8.6无筋基础设计b———基础底面宽度(m);b０

———基础顶面的墙体宽度或柱脚宽度(m);α———基础的刚性角,tanα即为台阶宽高比b２∶H０的允许值,可按表８—６采用;b２

———基础台阶宽度(m).８.６.２构造要求无筋基础(图８—１３)为刚性基础,为了基础不因受到过大的拉应力或剪应力而破坏,要求基础每一台阶的宽度和高度的比值在一定范围内.台阶宽高比的容许值与基础材料及基底压力有关,见表８—６.上一页下一页返回8.6无筋基础设计b２/H０≤tanα(８—１９)由于台阶宽高比的限制,无筋扩展基础的高度一般都较大,但不应大于基础埋深;否则,应加大基础埋深或选择刚性角较大的基础类型(如混凝土基础);如仍不满足,可采用钢筋混凝土基础.当基础抗压强度低于墙或柱结构强度时,或者基础由不同材料叠合组成时,需进行接触面上的抗压验算.为节约材料和施工方便,基础常做成阶梯形.分阶时,每一台阶除应满足台阶宽高比的要求外,还应符合构造要求.采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱,其柱脚高度h１不得小于b１,并不应小于３００mm且不小于２０d(d为柱中受力钢筋的最大直径).上一页下一页返回8.6无筋基础设计当柱纵向钢筋在柱脚内的竖向锚固长度不满足锚固要求时,可沿水平方向弯折,弯折后的水平锚固长度不应小于１０d,也不应大于２０d.８.６.３无筋扩展基础的设计计算(１)初步选定基础高度.混凝土基础的高度不宜小于２００mm;三合土基础和灰土基础,基础高度应为１５０mm的倍数;砖基础的高度应符合砖的模数,在布置基础剖面时,大放脚的每皮宽度和高度均应满足要求.(２)确定基础宽度.(３)验算台阶宽高比.上一页返回8.7钢筋混凝土扩展基础设计当荷载比较大且基础埋置深度有限时,可以采用扩展基础扩大基础底面积.扩展基础通常使用钢筋混凝土建造,抗剪能力和抗弯能力较好.常见钢筋混凝土扩展基础包括墙下条形基础和柱下独立基础.８.７.１墙下钢筋混凝土条形基础１.构造要求(１)墙下钢筋混凝土条形基础一般采用阶梯形、锥形和矩形断面.锥形基础的边缘高度不宜小于２００mm,且两个方向的坡度不宜大于１∶３;阶梯形基础的每阶高度,宜为３００~５００mm;基础高度小于２５０mm时,也可做矩形的等厚度板.下一页返回8.7钢筋混凝土扩展基础设计(２)通常在底板下宜设素混凝土垫层.垫层厚度不宜小于７０mm,强度等级不宜小于C１０,两边伸出基础底板一般为１００mm.(３)底板受力钢筋直径不宜小于１０mm,间距不宜大于２００mm,也不宜小于１００mm;底板纵向分布钢筋直径不宜小于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１５％;钢筋的保护层,当设垫层时不应小于４０mm;无垫层不应小于７０mm.(４)混凝土强度等级不应低于C２０.(５)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.上一页下一页返回8.7钢筋混凝土扩展基础设计(６)当地基软弱时,为了减少不均匀沉降的影响,基础断面可采用带肋梁的底板,肋梁的纵向钢筋和箍筋按经验确定或按弹性地基梁计算.(７)其他构造要求详见«建筑地基基础设计规范»(GB５０００７—２０１１).２.设计计算基础结构计算内容一般有两方面,其一是按剪切条件确定基础台阶或基础底板的高度,据工程设计经验,基础底板高度一般不小于基础宽度的１/８;其二是受弯计算确定底板横向配筋.在净反力作用下,基础底板受力仍是一块倒悬臂板,剪切和弯矩的控制截面,应符合下列规定:①当墙体材料为混凝土时,取a１＝b１;②当墙体材料为砖砌体且放脚宽度不大于１/４砖长时,取a１＝b１＋０.０６(m).上一页下一页返回8.7钢筋混凝土扩展基础设计８.７.２柱下钢筋混凝土独立基础１.构造要求柱下钢筋混凝土独立基础除了满足墙下条形基础的一般要求外,还要满足如下要求.矩形独立基础底面的长边与短边的比值l/b,一般取１~１.５.阶梯形基础每阶高度一般为３００~５００mm.基础的阶数可根据基础的高度设置,当H＜５００mm时,宜分为一级;当５００mm≤H≤９００mm时,宜分为两级;当H＞９００mm时,宜分为三级.锥形基础的边缘高度,一般不宜小于２００m,也不宜大于５００mm;锥形坡度角一般取２５°;锥形基础的顶部每边宜沿柱边放出５０mm.柱下钢筋混凝土独立基础的受力钢筋应双向配置.上一页下一页返回8.7钢筋混凝土扩展基础设计当基础宽度大于或等于２.５m时,底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的０.９倍,并交错布置.对于现浇柱基础,如基础不与柱同时现浇,则应设置插筋,插筋在柱内的纵向钢筋连接宜优先采用焊接或机械连接的接头,插筋的直径、钢筋的种类、根数及其间距应与柱内的纵向钢筋相同,插筋的下端宜做成直钩,放在基础底板钢筋网上.当符合下列条件之一时,可仅将四角的插筋伸至底板钢筋网上,其余插筋锚固在基础底面以下la

或laE(有抗震设防要求时)处,如图８—１６所示.(１)柱为轴心受压或小偏心受压,基础高度大于或等于１２００mm;(２)柱为大偏心受压,基础高度大于１４００mm.其他构造要求详见«建筑地基基础设计规范»(GB５０００７—２０１１).上一页下一页返回8.7钢筋混凝土扩展基础设计２.设计计算(１)基础高度的确定.基础在柱荷载作用下,如果沿柱周边的基础高度不够,就会发生如图８—１７所示的冲切破坏,即沿柱边４５°方向斜面拉裂.为保证基础不发生冲切破坏,必须使冲切面外的地基净反力产生的冲切力小于或等于冲切面处混凝土的受冲切承载力,即:Fl

≤０.７βhpftamh０(８—２８)Fl

＝pjAl(８—２９)式中Fl———相应于荷载效应基本组合时作用在Al

上的地基土净反力设计值;上一页下一页返回8.7钢筋混凝土扩展基础设计βhp———受冲切承载力截面高度影响系数,当h≤８００mm时,βhp＝１.０;当h≥２０００mm时,βhp＝０.９,其间按线性内插法取用;ft———混凝土轴心抗拉设计强度;am———冲切破坏锥体最不利一侧计算长度,am

＝(at

＋ab)/２;at———冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长,当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时,取柱宽;当计算基础变阶处的受冲切承载力时,取上阶宽;上一页下一页返回8.7钢筋混凝土扩展基础设计ab———冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长,当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内时[图８—１７(a)],计算柱与基础交接处的受冲切承载力时,取柱宽加两倍基础有效高度;计算基础变阶处的受冲切承载力时,取上阶宽加两倍该处的基础有效高度;当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外时[图８—１７(b)],即a＋２h０≥l时,ab

＝l;h０

———冲切破坏锥体的有效高度,有垫层时,h０＝h－４５mm,无垫层时,h０＝h－７５mm;上一页下一页返回8.7钢筋混凝土扩展基础设计pj———扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时地基土单位面积净反力,对偏心受压基础可取基础边缘处用最大地基土单位面积净反力;Al———冲切验算时取用的部分基底面积(图８—１７中的阴影面积).上一页返回8.8柱下钢筋混凝土条形基础设计当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀,以至于采用扩展基础可能产生较大的不均匀沉降时,常将同一方向(或同一轴线)上若干柱子的基础连成一体而形成柱下条形基础.这种基础的抗弯刚度较大,因而具有调整不均匀沉降的能力,并能将所承受的集中柱荷载较均匀地分布到整个基底面积上.柱下条形基础是常用于软弱地基上框架或排架结构的一种基础形式.８.８.１适用范围柱下条形基础主要用于柱距较小的框架结构,也可用于排架结构,它可以是单向的,也可以是十字交叉的.单向条形基础一般沿房屋的纵向布置,这是因为房屋纵向跨数多、跨距小,且沉陷挠曲主要发生在纵向.下一页返回8.8柱下钢筋混凝土条形基础设计当单向条形基础不能满足地基承载力的要求或者需要调整地基变形时,采用十字交叉条形基础.柱下条形基础承受柱子传下的集中荷载,其基底反力的分布受基础和上部结构刚度的影响,呈非线性分布.当条形基础截面高度很大时,例如,达到柱距的１/３~１/２时,具有极大的刚度和调整地基变形的能力.８.８.２构造要求柱下条形基础的截面形状一般为倒T形,由翼板和肋梁组成,如图８—２０所示.柱下条形基础的构造除应满足钢筋混凝土扩展基础的要求外,还应符合下列要求条件:上一页下一页返回8.8柱下钢筋混凝土条形基础设计(１)柱下条形基础梁高度H０宜取１/８~１/４柱距,这样的高度一般能满足截面的抗剪要求.柱荷载较大时,可取１/６~１/４柱距;在建筑物次要部位和柱荷载较小时,可取不小于１/８~１/７柱距.(２)翼板厚度h不宜小于２００mm.当翼板厚度为２００~２５０mm时,宜用等厚度翼板;当翼板厚度大于２５０mm时,宜用变厚度翼板,其顶面坡度宜小于或等于１∶３.(３)端部宜向外伸出悬臂,悬臂长度一般为第一跨距的０.２５倍.悬臂的存在有利于降低第一跨弯矩,减少配筋;也可以用悬臂调整基础形心.上一页下一页返回8.8柱下钢筋混凝土条形基础设计(４)基础梁顶、底部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,底部通长钢筋不少于底部受力钢筋截面总面积的１/３.这是考虑使基础拉、压区的配筋量较为适中,并考虑了基础可能受到的整体弯曲影响.考虑柱下条形基础可能承受扭矩,肋梁内的箍筋应做成封闭式,直径不小于８mm.当梁高大于７００mm时,应在梁的两侧放置不小于ϕ１０的腰筋.(５)现浇柱与条形基础梁的交接处,其平面尺寸不应小于图８—２１的规定.(６)混凝土强度等级不低于C２０.上一页下一页返回8.8柱下钢筋混凝土条形基础设计８.８.３设计计算要点进行柱下条形基础计算时,除按柱下独立基础计算抗冲切、抗弯曲和抗剪切以外,还应遵循下列规定:(１)在比较均匀的地基上,上部结构刚度较好,荷载分布较均匀,且条形基础梁的高度不小于１/６柱距时,地基反力可按直线分布,条形基础梁的内力可按连续梁计算,此时边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值宜乘以１.２的系数;否则,宜按弹性地基梁计算.上一页下一页返回8.8柱下钢筋混凝土条形基础设计(２)对交叉条形基础,交点上的柱荷载,可按静力平衡条件或变形协调条件,进行分配.其内力可按上述规定,分别进行计算.(３)应验算柱边缘处基础梁的受剪承载力.(４)当存在扭矩时,还应作抗扭计算.(５)当条形基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时,还应验算柱下条形基础梁顶面的局部受压承载力.上一页返回8.9筏形基础设计当建筑物上部荷载较大而地基承载能力又比较弱时,用简单的独立基础或条形基础已不能适应地基变形的需要,这时常将墙或柱下基础连成一片,使整个建筑物的荷载承受在一块整板上,这种满堂式的板式基础称为筏形基础.筏形基础由于其底面积大,故可减小基底压力,同时,也可提高地基土的承载力,并能更有效地增强基础的整体性,调整不均匀沉降.８.９.１适用范围筏形基础的基底面积较十字交叉条形基础更大,不仅能承受更大的建筑物荷载,还能减少地基土的单位面积压力,显著提高地基承载力.下一页返回8.9筏形基础设计筏形基础还具有较大的整体刚度,在一定程度上能调整地基的不均匀沉降.筏形基础能跨越地下浅层小洞穴和局部软弱层,提供比较宽敞的地下使用空间,因此,在多、高层建筑中被广泛采用.８.９.２构造与计算要求(１)筏形基础分为梁板式和平板式两种类型,其选型应根据工程地质、上部结构体系、柱距、荷载大小以及施工条件等因素确定.(２)筏形基础的平面尺寸,应根据地基土的承载力、上部结构的布置及荷载分布等因素按规范有关规定确定.对单幢建筑物,在地基土比较均匀的条件下,基底平面形心宜与结构竖向永久荷载重心重合.当不能重合时,在荷载效应准永久组合下,偏心距e宜符合下式要求:e≤０.１W/A(８—４３)上一页下一页返回8.9筏形基础设计式中W———与偏心距方向一致的基础底面边缘抵抗矩;A———基础底面面积.(３)筏形基础的混凝土强度等级应不低于C３０.当有地下室时,应采用防水混凝土,防水混凝土抗渗等级应按表８—７选用.宜采用自排水并设置架空排水层.(４)采用筏形基础的地下室,地下室钢筋混凝土外墙厚度不应小于２５０mm,内墙厚度不应小于２００mm.墙的截面设计除满足承载力要求外,还应考虑变形、抗裂及防渗等要求.墙体内应设置双面钢筋,钢筋不宜采用光面圆钢筋,水平钢筋的直径不应小于１２mm,竖向钢筋的直径不应小于１０mm,间距不应大于２００mm.上一页下一页返回8.9筏形基础设计(５)地下室底层柱或剪力墙与梁板式筏形基础的基础梁连接构造符合下列要求:１)柱、墙的边缘至基础梁边缘的距离不应小于５０mm,如图８—２２所示.２)当交叉基础梁的宽度小于柱截面的边长时,交叉基础梁连接处应设置八字角,柱角与八字角之间的净距不宜小于５０mm[图８—２２(a)].３)单向基础梁与柱的连接,可按图８—２２(b)、(c)采用.４)基础梁与剪力墙的连接,可按图８—２２(d)采用.上一页下一页返回8.9筏形基础设计(６)筏板与地下室外墙的接缝、地下室外墙沿高度外的水平接缝应严格按施工缝要求施工,必要时可设通长止水带.(７)高层建筑筏形基础与裙房基础之间的构造应符合下列要求:１)当高层建筑与相连的裙房之间设置沉降缝时,高层建筑基础的埋深应大于裙房基础的埋深至少２m.当不满足要求时必须采取有效措施.地面以下沉降缝的缝隙应用粗砂填实.２)当高层建筑与相连的裙房之间不设置沉降缝时,宜在裙房一侧设置后浇带,后浇带的位置宜设在距主楼边柱的第二跨内.后浇带混凝土宜根据实测沉降值并计算后期沉降差能满足设计要求后方可进行浇筑.上一页下一页返回8.9筏形基础设计３)当高层建筑与相连的裙房之间不允许设置沉降缝和后浇带时,应进行地基变形验算,验算时需考虑地基与结构变形的相互影响并采取相应的有效措施.(８)筏形基础地下室施工完毕后,应及时进行基坑回填工作.回填基坑时,应先清除基坑中的杂物,并应在相对的两侧或四周同时回填并分层夯实.上一页返回8.10箱形基础设计箱形基础是由钢筋混凝土的顶板、底板和若干纵横墙组成的,形成中空箱体的整体结构,共同来承受上部结构的荷载.箱形基础整体空间刚度大,对抵抗地基的不均匀沉降有利,一般适用于高层建筑或在软弱地基上造的上部荷载较大的建筑物.当基础的中空部分尺寸较大时,可用作地下室.８.１０.１适用范围箱形基础在承受上部结构传来的荷载和不均匀地基反力引起的整体弯曲的同时,其顶板和底板还分别受到顶板荷载与地基反力引起的局部弯曲,能有效地扩散上部结构传递的荷载,调整地基的不均匀沉降.下一页返回8.10箱形基础设计适用于软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物、需要地下室的各类建筑物、上部结构荷载大、地基土较软弱或不均匀的建筑物和地震烈度高的重要建筑物.８.１０.２构造要求采用箱形基础时,上部结构体型应力求简单、规则,平面布局尽量对称,基底平面形心应尽量与上部结构竖向荷载中心重合.当偏心较大时,可使基础底板四周伸出不等长的悬臂以调整底面的形心,偏心距不宜大于０.１W/A,式中,W为基底的抵抗矩,A为基底面积.箱形基础的内、外墙应沿上部结构柱网和剪力墙纵、横均匀布置,墙体水平截面总面积不宜小于箱形基础外墙外包尺寸的水平投影面积的１/１０.上一页下一页返回8.10箱形基础设计对基础平面长宽比大于４的箱形基础,其纵墙水平截面面积不得小于箱基外墙外包尺寸水平投影面积的１/１８.箱形基础的高度一般取建筑物高度的１/１２~１/８或箱形基础长度的１/１８~１/１６,并不小于３m.顶板、底板及墙身的厚度应根据受力情况、整体刚度、施工条件及防水要求等确定.一般底板与外墙厚度不小于２５０mm,内墙厚度不小于２００mm,顶板厚度不小于１５０mm.箱形基础的墙体应尽量不开洞或少开洞,并应尽量避免开偏洞或边洞、高度大于２m的高洞、宽度大于１.２m的宽洞.两相邻洞口最小净距不宜小于１m,否则洞间墙体应按柱子计算,并采取相应构造措施.上一页返回8.11控制地基不均匀沉降的措施地基不均匀或上部结构荷载差异较大时,都会使建筑物产生不均匀沉降.过量的不均匀沉降往往会使建筑物开裂、破坏,影响建筑物的正常使用.一般当沉降特征值控制在规范允许值范围内时,可以满足建筑物的正常使用和结构安全的要求.在设计地基与基础时,需要采用合适的地基处理方案,同时,在建筑、结构设计和施工中采取相应的措施.以减轻不均匀沉降对建筑物的影响.８.１１.１建筑措施１.建筑物体型力求简单建筑物体型指其平面形状与立面轮廓,建筑平面简单.高度一致的建筑物,其基底应力较均匀,整体刚度好.下一页返回8.11控制地基不均匀沉降的措施体型复杂的建筑物,如工字形、T形、L形等,在纵、横单元交叉处基础密集,地基应力叠加,导致该处沉降量较大;同时,此类建筑物整体刚度差,刚度不对称,当地基出现不均匀沉降时,容易产生扭转应力,使建筑物更容易开裂.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.在选择建筑物体型时,力求做到:(１)平面形状简单,如用“一”字形建筑物.(２)立面高差不宜过大,砌体承重结构房屋高差不宜超过１~２层.上一页下一页返回8.11控制地基不均匀沉降的措施２.设置沉降缝当地基不均匀、建筑物平面形状复杂或长度过大、高差悬殊等情况不可避免时,可在建筑物的适当部位设置沉降缝,以有效减小不均匀沉降的危害.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小、体型简单、整体刚度好、结构类型相同、自成沉降体系的独立单元.根据«建筑地基基础设计规范»(GB５０００７—２０１１)的规定,沉降缝的位置应在下列部位设置:(１)建筑物平面的转折部位.(２)高度差异或荷载差异处.上一页下一页返回8.11控制地基不均匀沉降的措施(３)长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架的适当部位.(４)地基土压缩性显著差异处.(５)建筑结构或基础类型不同处.(６)分期建造房屋的交界处.沉降缝要求有一定的宽度,缝内一般不用材料填充,以防止相邻单元内倾造成沉降缝上端挤压破坏.沉降缝的宽度与建筑物的层数有关,２~３层为５０~８０mm;４~５层为８０~１２０mm;５层以上房屋不小于１２０mm.沉降缝应按相应的构造要求处理,沉降缝可结合伸缩缝设置,在抗震区结合抗震缝设置.上一页下一页返回8.11控制地基不均匀沉降的措施３.控制相邻建筑基础的间距建筑物作用于地基的荷载,不仅使建筑物下面的土层受到压缩,而且使周围一定范围内的土层也受到其基底压力扩散的影响而产生压缩变形,这种影响随距离的增加而减小.如两建筑物距离过近,就可能产生附加沉降,使建筑物发生倾斜或开裂.为避免相邻建筑物影响的损害,建筑物基础之间要有一定的净距,其值视地基的压缩性、建筑物规模和重量以及被影响建筑物的刚度等因素而定.当在软弱地基上建造相邻建筑或在已有房屋旁建造房屋或构筑物,相邻建筑物基础间的净距应符合表８—８的规定.上一页下一页返回8.11控制地基不均匀沉降的措施４.控制建筑物的长高比长高比L/H是决定砖石结构房屋刚度的一个主要因素.L/H越小,建筑物的刚度就越好,调整地基不均匀变形的能力就越大.三层和三层以上的房屋,L/H宜小于或等于２.５,当L/H超过２.５时,屋内纵墙应尽量做到不转折或少转折,内横墙间距不要过大,为减少不均匀沉降带来的不利影响,必要时应适当加强基础.当房屋预估沉降量在１２０mm以下时,一般情况下长高比可不受限制.５.合理布置纵横墙纵横墙的连接和房屋的楼(屋)面共同形成了砌体承重结构的空间刚度.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.上一页下一页返回8.11控制地基不均匀沉降的措施一般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.纵横墙的中断、转折或开洞,都会削弱建筑物的整体刚度.当遇到地基不良时,应尽量使内外纵墙都贯通,加强纵横墙间的连接;另外,缩小横墙的间距,也可有效