基础工程学-第3章-浅基础计(2).ppt

1、基础设计的典型步骤：,确定基础 埋 深,求 得 持力层承载力,选 择 基础底面尺寸,验算 持力层承载力 是否满足 pf,验算 软弱下卧层,验算 地基变形,调整基础尺寸,结束,否,是,否,否,是,2/70,中心荷载作用 在基础的设计中，通常假定基础底面压力是直线分布，中心荷载作用时，则为均匀分布，基础采用对称形式，使荷载作用线通过基底形心。 中心荷载作用下的基础，按承载力设计值计算，应满足条件： 初步估算时，可假定基础与土的平均容重 为19.6kN/m3(工程计算中，常简化取为 20 kN/m3) 即GG dA。在实际计算时G则为基础自重的设计值和基础上土重的标准值，地下水位以下部分均用浮容重计

2、算。,地基设计,三.基础底面尺寸的确定,3/70,偏心荷载作用 偏心荷载作用下，基础底面的尺寸一般用逐次渐近法进行计算。计算步骤如下： 1.先不考虑偏心，用条形基础公式或矩形基础公式计算出基础的底面积A1 (对于单独基础)或基础宽度b1(对于条形基础)。 2.根据偏心大小，把底面积A1(或b1)适当提高1040，作为偏心荷载作用下基础底面积(或宽度)的第一次近似值，即： A(1.11.4)A1 3.按假定的基础底面积A，用下式计算基底的最大和最小的边缘压力。 如不满足要求，或应力过小，地基承载力未能充分发挥，应调整基础尺寸，直到既满足要求又能发挥地基承载力为止。 基础高度的确定方法与受中心荷载

3、作用的方法相同。 若地基中有软弱下卧层时，应进行软弱下卧层的承载力验算。若建筑物属于必需进行变形验算的范围，应按要求进行变形验算。必要时还要对尺寸进行调整，并重新进行各项验算。,4/70,（一）、地基承载力验算 1.持力层的承载力验算 对于所有等级的建筑物都必须进行持力层地基承载力验算。当基础只承受轴心荷载时，要求满足式 pk fa 式中 pk 基础底面的压力。基底压力均简化为按直线分布，用材料力学方法求得 式中 Fk 相应荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面竖向力，kN； Gk 基础自重和基础上的土重，kN； A 基础底面积，m2。,地基设计,四.地基变形计算和验算,采用极限状态设计方法

4、，地基计算包括地基承载力验算、地基变形验算、地基稳定验算三个方面内容。,5/70,当基础受偏心荷载作用时，除要求满足上式外，还应满足 式中 pmax 基础底面边缘最大压力值，kPa； pmin 基础底面边缘最小压力值，kPa； M 作用于基础底面的力矩值，kNM； W 基础底面的抵抗矩，m3； e 偏心矩，m。,6/70,当偏心矩eb6时，pmin0，基础底面与地基土脱开。这种情况下，基底压力pmax可表示为： 式中 l 垂直于力矩方向的基础底面边长，m； a 合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离，m。 pmin /pmax 值过小，表示基底压力分布很不均匀，容易引起过大的不均匀沉降，应尽量

5、避免。对高层建筑的箱形和筏形基础，要求pmin 0。若考虑地震组合，则允许基础底面可以局部与地基土脱开，但零应力区的面积不应超过基础底面积的25，即3a 0.75b 。,7/70,2. 软弱下卧层承载力验算 持力层以下存在承载力明显低于持力层的土层，称为软弱下卧层。如果软弱下卧层埋藏不够深，扩散到下卧层的应力大于下卧层的承载力时，地基仍然有失效的可能，因此需要进行软弱下卧层的承载力验算。 当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下式验算： pzpczfaz 式中 pz软弱下卧层顶面处的附加压力设计值； pcz软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值； faz 软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力设计

6、。 当持力层与下卧软弱土层的压缩模量比值大于或等于3时，对条形基础和矩形基础， pz值可按简化公式计算。,8/70,pzpczfaz, 的确定：根据Es1/Es2 和z/b查表,9/70,p43讲解课本例题3-4： 验算地基软弱下卧层承载力,p47讲解课本例题3-6： 验算地基持力层与软弱下卧层承载力,基础设计的典型步骤：,确定基础 埋 深,求 得 持力层承载力,选 择 基础底面尺寸,验算 持力层承载力 是否满足 pf,验算 软弱下卧层,验算 地基变形,调整基础尺寸,结束,否,是,否,否,是,11/70,（二）、地基变形验算 建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。地基变形必须满足 s

7、 s 1.地基变形量计算 采用规范提供的分层总和法。参见土力学中的阐述。 2.地基的允许变形(参见书p50) 3.地基变形特征可分为 沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜,12/70,沉降量指基础某一点的沉降量，通常指基础中点的沉降量。沉降量若过大，将影响建筑物的正常使用，如造成室内外上下水管、煤气管道的断裂等等。 沉降差一般指相邻柱基中点的沉降量之差。相邻柱基沉降差过大，就会导致上部结构产生额外的应力，严重时，建筑物将发生裂缝、倾斜甚至破坏。对于框架结构和排架结构，设计时应由相邻柱基的沉降差控制。 倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。对于高耸结构及长高比很小的高层建筑，其地基的主要特征

8、变形是建筑物的整体倾斜。 局部倾斜指砌体承重结构沿纵墙610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。墙体局部倾斜大时，将会使其挠曲变形、开裂，影响正常使用。,13/70,对于不同建筑物应选用对其影响最大的地基变形特征作为地基允许变形的控制依据; 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。,14/70,（三）、地基稳定性验算 对经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构以及建在斜坡上的建筑物，尚应验算地基的稳定性。 地基稳定性可用圆弧滑动面法进行验算。稳定安全系数为最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与

9、滑动力矩的比值，其值应符合下式要求： 若考虑深层滑动时，滑动面可为软弱土层界面，即为一平面时，稳定安全系数应提高1.3。,15/70,当荷载超过极限荷载后，荷载板急剧下沉，即使不增加荷载，沉降也不能稳定，这表明地基进入了破坏阶段。在这一阶段，由于土中塑性区范围的不断扩展，最后在土中形成连续滑动面，土从载荷板四周挤出隆起，基础急剧下沉或向一侧倾斜，地基发生整体剪切破坏。破坏阶段相当于图中p-s曲线上的bc段。,地基的破坏形式,局部剪切破坏的特征是，随着荷载的增加，基础下塑性区仅仅发展到地基某一范围内，土中滑动面并不延伸到地面，基础两侧地面微微隆起，没有出现明显的裂缝。其p-s曲线如图中的曲线B所

10、示，在p-s曲线上也有一个转折点，但不象整体剪切破坏那么明显，在转折点之后，p-s曲线仍呈线性关系。 冲剪破坏又称刺入剪切破坏，其特征是随着荷载的增加，基础下土层发生压缩变形，基础随之下沉，当荷载继续增加，基础周围附近土体发生竖向剪切破坏，使基础刺入土中，而基础两边的土体并没有移动。刺人破坏的p-s曲线如图中的曲线C，在p-s曲线上没有明显的转折点，也没有明显的比例界限及极限荷载。,16/70,地基的破坏形式,（a）整体剪切破坏 （b）局部剪切破坏 （c）刺人破坏 地基的破坏形式过程演示,17/70,基础的失稳破坏形式,地基土强度不够引起的表层滑动破坏或深层地基的整体滑动破坏 滑坡引起的地基基

11、础失稳破坏 不均匀沉降导致的偏心矩作用下，建筑物由于横向力或者偏心矩作用导致基础发生倾覆失稳 位于地下水位以下的基础受水浮力作用而发生付托失稳破坏,抗浮安全稳定系数,1.05,18/70,基础倾覆稳定性验算,基础倾覆稳定性与合力的偏心距有关。合力偏心距愈大，则基础抗倾覆的安全储备愈小，如下图所示，因此，在设计时，可以用限制合力偏心距来保证基础的倾覆稳定性。,基础滑动稳定性验算,基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可能性即基础抗滑动安全度的大小，可用基底与土之间的摩擦阻力和水平推力的比值（抗滑动稳定系数）来表示。,抗倾覆稳定安全系数,抗滑安全系数,深层抗滑安全系数,1.0,1.21.4,=1.2

12、,基础设计的典型步骤：,确定基础 埋 深,求 得 持力层承载力,选 择 基础底面尺寸,验算 持力层承载力 是否满足 pf,验算 软弱下卧层,验算 地基变形,调整基础尺寸,基础结构 设计计算,否,是,否,否,是,20/70,浅基础结构设计刚性基础,设计原则：刚性基础材料具有抗压强度高而抗拉、抗剪强度低的特点。在进行刚性基础设计时，必须使基础主要承受压应力，并保证基础内的拉应力和剪应力不超过材料强度。,设计步骤： 初步选定基础埋深 根据承载力条件初步确定基础宽度 根据刚性角要求初步确定基础高度 确定基础构造尺寸 当刚性基础由不同材料叠合而成时，应对叠合部分作抗压验算,21/70,浅基础结构设计刚性

13、基础,为保证基础不发生弯曲破坏或剪切破坏，通常都是限制台阶的宽高比以满足一定的刚度和强度要求，即满足如下要求：,式中: 无筋扩展基础的刚性角，而tan即为台阶宽高比的允许值。,基础底面宽度b应符合下式要求：,22/70,浅基础结构设计刚性基础,23/70,浅基础结构设计刚性基础,基础的结构,刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。,砖基础 砖的尺寸规则，容易砌成各种形状的基础。砖基础大放脚的砌法有两种，一种按台阶的宽高比为1/1.5；另一种按台阶的宽高比为l/2。 在槽底可先浇注100200

14、mm厚的素混凝土垫层。对于低层房屋也可在槽底打300mm左右三七灰土，代替混凝土垫层。 为防止土中水分沿砖基础上升、可在砖基础中，在室内地面以下50mm左右处铺设防潮层。防潮层可以是掺有防水剂的 l:3水泥砂浆，厚20-30mm；也可以铺设沥青油毡。,24/70,浅基础结构设计刚性基础,基础的结构,刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。,砌石基础 砌石基础每台阶至少有两层砌石，每个台阶的高度要求不小于 300 mm。为了保证上一层砌石的边能压紧下一层砌石的边块，每个台阶伸出的长度不应大于1

15、50mm，实际的刚性角小于允许的刚性角。因此往往要求基础要有比较大的高度。为了减少基础的高度，可以把断面做成梯形。,25/70,浅基础结构设计刚性基础,基础的结构,刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。,素混凝土 素混凝土基础可以做成台阶形或梯形断面。做成台阶形时，总高度在350 mm 以内作一层台阶；总高度为350mmH900mm时，作成二层台阶；总高度大于 900mm时，作成三层台阶。每个台阶的高度不宜大于500mm。,26/70,浅基础结构设计刚性基础,基础的结构,刚性基础经常做成台

16、阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。,灰土基础 灰土基础一般与砖、砌石、混凝土等材料配合使用，厚度通常用300至450 mm(2步或3步)，台阶宽高比为1/1.5。由于基槽边角处灰土不容易夯实。所以用灰土基础时，实际的施工宽度应该比计算宽度每边各放出50mm以上。,27/70,浅基础结构设计刚性基础,基础的结构,刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。,刚性基础上钢筋混凝土柱的构造要求 采用无筋扩展基础

17、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 为柱中的纵向受力钢筋的最大直径)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。,28/70,【例题3-7】,29/70,扩展基础系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。 特点：不受刚性角的限制，设计上可以做到宽基潜埋，充分利用表层好土层作为持力层。与刚性基础相比，混凝土基础具有较大的抗拉、抗弯能力，能承受较大的竖向荷载和弯矩。广泛使用在单层和多层结构中。,浅基础结构设计扩展基础,30/70,扩展基础的构造要求,锥形基础的边缘

18、高度不宜小于200mm；阶梯形基础的每阶高度宜为300mm。 垫层的厚度不宜小于70mm； 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。 混凝土强度等级不应低于C20。,31/70,扩展基础的构造要求,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

19、宽度的0.9 倍并宜交错布置。,32/70,扩展基础的构造要求,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。,33/70,内容回顾,什么是冲切破坏？ 钢筋混凝土柱下单独基础主要设计步骤是什么？,34/70,内容回顾,什么是冲切破坏？（p57） 基础在柱荷载和基底反力的共同作用下，柱脚四周会形成较大的主拉应力，当主拉应力超过混凝土抗拉强度时，则自柱脚四周沿45方向出现斜裂缝，在基础内形成锥体斜界面破坏。,35/70,内容回顾,钢筋混凝土柱下单独基

20、础主要设计步骤是什么？ 构造设计 基础高度的确定 基础底板的抗弯和配筋计算,36/70,37/70,钢筋混凝土单独基础,单独基础的结构计算主要包括冲切、局部受压计算(当基础混凝土强度小于柱时)和受弯。由冲切强度条件控制柱边处基础高度和变阶处高度；由基础底板弯矩决定配筋量。,38/70,钢筋混凝土单独基础,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荷载应小于或等于冲切面上混凝土的抗冲切强度，即,39/70,Fl相应于荷载效应基本组合时作用在Al上地基土的净反力设计值；

21、 bhp 受冲切承载力截面高度影响系数，当h800mm时，bhp1.0；h2000mm时，bhp0.9，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(atab)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； 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，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

22、的底面在l方向落在基础底面以外时，即a+2h0l时，abl； h0 冲切破坏锥体的有效高度，有垫层时，h0h45mm，无垫层时，h0h75mm； 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的基底净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处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。,40/70,冲切荷载作用面积,41/70,at,冲切荷载作用面积,42/70,钢筋混凝土单独基础,2弯矩计算 基础底板在荷载效应基本组合时的净反力作用下，如同固定于台阶根部或柱边的倒置悬臂板，一般属于双向受弯构件，弯矩控制截面在柱边缘处或变台阶处。,43/70,中心受压基础 将基底分成四块梯形

23、面积，截面-的弯矩：,44/70,偏心受压基础 对偏心受压基础，基底压力呈梯形分布。将(pjmax+pjI)/2代换中心受压基础公式中的pj：,45/70,钢筋混凝土单独基础,3配筋计算 基础底板两个方向上的钢筋面积可近似按下式计算：,其中，d 为b方向上的钢筋直径。,46/70,【例题3-8】,【例题3-9】,例某柱下单独基础，荷载与地基情况如图示，试设计此基础。,解：(1)地基承载力修正值计算。 先假定宽度小于3.0米。,(2)初估底面积A0,考虑偏心影响，将底面积A0增大20%,取l/b2.0，可初定b=1.7m l=3.4m,(3)验算地基承载力,600400,例5某柱下单独基础，荷载

24、与地基情况如图示，试设计此基础。,解：于是，可得基底的最大、最小反力：,可知：,显然，上述截面尺寸是合适的。,600400,3400,（4）底板弯矩计算,例5某柱下单独基础，荷载与地基情况如图示，试设计此基础。,600400,3400,解：长边方向的弯矩值为：,短边方向弯矩值为：,最后，可按上述弯矩进行配筋计算。,50/70,减轻建筑物不均匀沉降危害的措施,一 建筑措施 1.建筑物体型应力求简单 建筑物体型包括其平面与立面形状及尺度。平面形状复杂的建筑物，如“L”、“”、“ ”、“F”、“工”字形等，在纵横单元交接处的基础密集，地基中附加应力相互重叠，导致该部分的沉降往往大于其他部位。,51/

25、70,52/70,建筑措施,2.控制建筑物的长高比及合理布置纵横墙 当建筑物的长度与高度之比越大，整体刚度越差，抵抗弯曲变形的能力弱，容易导致建筑物的开裂。 合理布置纵横墙，使内外墙贯通，减少墙体转折和中断的情况，是增强建筑物刚度的重要措施。另外，门窗洞口或管道洞口如开设过大，就会削弱墙体刚度，可在洞口周圈设置钢筋混凝土边框予以加强。,53/70,54/70,建筑措施,3.设置沉降缝 用沉降缝将建筑物由基础到屋顶分割成若干个独立单元，使分割成的每单元体型简单，长高比减小，从而提高建筑物的抗裂能力。建筑物的下列部位宜设置沉降缝： （1）建筑物平面的转折处； （2）建筑物高度或荷载差异处； （3）

26、长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构适当部位； （4）地基土的压缩性有显著差异处； （5）建筑结构或基础类型不同处； （6）分期建造房屋的交界处。,55/70,56/70,建筑措施,4.控制相邻建筑物基础间的净距 由于地基中附加应力的扩散作用，使距离近的相邻建筑物间的沉降相互影响。一般既有建筑物受相邻新建筑物沉降的影响，对于同时建造的建筑物，则轻（低）建筑物较重(高)的建筑物受影响严重。,5. 调整建筑物的标高 建筑物的沉降过大时，将会引起管道破损、雨水倒漏、设备运行受阻等情况，影响建筑物的正常使用，根据具体情况，可采取如下措施： （1）室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量适当提

27、高；建筑物各部分或设备之间有联系时，可将沉降较大者的标高予以提高。 （2）建筑物与设备之间，应留有足够的净空。当建筑物有管道穿过时，应预留足够尺寸的孔洞，或采用柔性的管道接头等,57/70,结构措施,1.减轻建筑物自重 通常建筑物自重在总荷载中所占比例很大，民用建筑约占60%70%，工业建筑约占40%50%，为减轻建筑物自重，达到减小不均匀沉降的目的，在软弱地基上可采用下列一些措施。 （1）减少墙体重量。大力发展和应用轻质高强的墙体材料，严格控制使用自重大，又耗农田的粘土砖，已是形势所迫。 （2）选用轻型结构。如采用预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构、轻型空间结构等，屋面板可采用具有防水、隔热保温

28、一体的轻质复合板。 （3）减少基础和回填土的重量。如采用补偿性基础、可浅埋的配筋扩展基础，以及架空地板减少室内回填土厚度，都是有效措施。,58/70,结构措施,2.增强建筑物的整体刚度和强度 （1）设置圈梁 当墙体挠曲时，布置在墙体中的圈梁犹如钢筋混凝土梁内的受拉钢筋，它主要承受拉应力，可有效地防止砌体的开裂。 （2）加强基础刚度 对于建筑体形复杂、荷载差异较大的框架结构，可采用加强基础整体刚度的方法，如采用箱基、桩基、厚度较大的筏基等，以抵抗地基的不均匀沉降。,59/70,结构措施,3.减小或调整基底附加压力 （1）设置地下室。采用补偿性基础设计方法，以挖除的土重抵消部分甚至全部的建筑物重量

29、，达到减小沉降的目的。 （2）调整基底尺寸。按地基承载力确定出基础底面尺寸之后，应用沉降理论和必要的计算，并结合设计经验，调整基底尺寸，以控制不同荷载的基础沉降量接近。 4.选用非敏感性结构 排架结构或三铰拱等结构，地基发生一定的不均匀沉降时，不会引起很大的附加应力，因此可减轻不均匀沉降的危害。对于单层工业厂房、仓库和某些公共建筑，在情况许可时，可以选用对地基沉降不敏感的结构。,60/70,施工措施,在工程建设施工中，合理安排施工顺序，注意某些施工方法，可减小或调整部分不均匀沉降。 （1）合理安排施工顺序 当建筑物各部分高度或荷载差异大时，应按先高后低，先重后轻的顺序进行施工；并注意高低部分相连接的合适时间，一般可根据沉降观测资料确定。,（2）注意施工方法 对于高灵敏度的软粘土，基槽开挖施工中，需注意