浅基础设计教学课件PPT的基本内容 131页

'第2章浅基础 本章主要内容浅基础类型、基础埋深的确定、地基承载力确定、基底尺寸确定、减轻不均匀沉降的措施要求1、掌握基础设计原则2、基础埋深及地基承载力确定3、无筋扩展基础设计及扩展基础设计方法4、减轻不均匀沉降危害的措施 2.1.1浅基础设计的基本内容地基基础设计地基计算基础设计控制地基的变形：正常使用极限状态地基的稳定性验算：斜坡，高耸结构基础结构的强度刚度耐久性防止地基强度破坏：承载力极限状态2.1概述 建筑物的型式与功能上部结构荷载资料场地勘察与室内试验资料场地施工技术条件基础型式方案比较拟定基础型式及平面布置确定基础埋深必要时的验算（软弱下卧层强度、变形稳定、抗滑验算等）确定地基承载力确定基底平面尺寸计算地基承受荷载基础结构设计（基础剖面尺寸、配筋）编制施工说明、绘施工图计算地基净反力不满足设计步骤 1.地基基础设计等级设计等级分为甲、乙、丙三个等级；设计等级划分原则：1）地基复杂程度2）建筑物规模和功能特征3）由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响建筑物正常使用的程度。2.1.2地基基础设计原则 地基基础设计等级《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 2.地基计算的要求地基计算内容建筑物类型地基承载力计算所有建筑物（甲、乙、丙级）地基变形计算设计等级为甲、乙及部分丙级建筑物地基稳定性计算经常受水平荷载的高层建筑物；高耸结构、挡土墙；建造在斜坡上或边坡附近的建筑物或构筑物；基坑工程抗浮验算当地下水埋藏较浅，建筑物地下室或地下构筑物存在上浮问题 2.2.1扩展基础1.无筋扩展基础(刚性基础）特点：（1）砖、石、灰土、素混凝土等材料抗拉强度很低（2）有基础台阶宽高比(刚性角)要求适用条件：多层民用建筑和轻型厂房按基础结构和受力特点分类（规范分类法）2.2浅基础的类型 柱下单独基础墙下条形基础2.钢筋混凝土扩展基础(柔性基础)特点（1）钢筋混凝土材料（2）要满足抗弯、抗剪和抗冲切等结构要求适用条件：宽基浅埋 如果柱子的荷载较大而土层的承载能力又较低，做单独基础需要很大的面积，在这种情况也可采用柱下条形基础，甚至柱下的交叉梁基础。相反．当建筑物较轻，作用于墙上的荷载不大，基础又需要做在较深处的好土层上时，做条形基础可能不经济，这时可以在墙下加一根过梁，将过梁支在单独基础上，称为墙下单独基础。 3.柱下条形基础（1）单向条形基础：在同一轴线（或同一方向）上若干个单独基础联合组成的长条形连续基础。（2）十字交叉条形基础：在柱网下纵横两个方向用条形基础连接组合而成。特点：抗弯刚度大，具有调整不均匀沉降的能力。适用条件：地基较软，分布不均；基底面积受相邻建筑物或设备基础的限制无法扩展时；柱荷载差异大，以致基底面积扩大使其彼此接近或相碰时。 4.筏形基础筏形基础是指在建筑物的所有柱墙下面用钢筋混凝土做一块连续的整片基础，也称筏板基础，俗称“满堂红基础”。特点：基底面积大。整体性好，调整不均匀沉降能力强，抗震性好适用条件：“硬壳层持力层，较均匀软弱地基上6层及其以下承重横墙密集的民用建筑。 筏板基础(a)、(b)平板式；(c)、(d)梁板式 5.箱形基础箱形基础是筏形基础的进一步发展，它是由顶板、若干纵横墙和底板所组成的整体结构，如同一只埋在土中的刚性密闭的箱子。特点：显著减少基底压力，降低基础沉降，抗震性能好钢筋水泥用量较大，工期长，造价高适用条件：高层建筑 6.特种基础(1)壳体基础由正圆锥形及其组织形式构成的壳体基础，一般用于筒形的独立构筑物（如烟囱、水塔、料仓、中小型高炉等）的基础。(2)岩层锚杆基础岩层锚杆基础适用于直接建在基岩上的柱基，以及承受拉力或水平力较大的建筑物、构筑物基础。壳体基础岩层锚杆基础 常见浅基础特点总结单独基础柱下条形基础筏形和箱形基础基底面积越来越大、对上部结构荷载的扩散作用越来越强在相同的上部结构荷载作用下，基底压力和基底附加压力越来越小，刚度越来越大，可以适应更软弱的地基，可以减小地基的沉降变形在相同的地基条件下，可以承受更大的上部结构荷载作用设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高 2.3基础埋置深度的选择——持力层选择1.基础埋深的概念基础埋置深度是指基础底面至设计地面的距离。2.确定基础埋深的意义：选择了基础埋置深度就选择了地基持力层。3.确定基础埋深的原则：1)在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础尽量浅埋2)当上层土强度大于下层土时，宜采用上层为持力层。3)高层建筑应有足够的埋深来保持其稳定性。4)除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。 基础埋深和尺寸4.基础埋深基本要求：1)d大于50cm：表土扰动，植物，冻融，冲蚀2)基础顶面距离表土大于10cm：保护作用3)桥基要求在冲刷深度以下d大于10cm 2.3.1建筑结构条件与场地环境条件(一)考虑建筑物地下空间的使用功能要求基础埋深的影响因素2、电梯缓冲坑：自地面向下至少1.4m1、有地下室或半地下室的建筑，其埋深必须结合地下部分设计标高选定。地下管道应在基底以上，便于维修。 (二)考虑建筑物的高度和荷载大小的影响承载力变形高层建筑基础筏形基础和箱形基础埋深不小于1/15建筑高度1/18～1/20桩箱或桩筏基础（不计桩长）输电塔基础要求较大的埋深提供足够的抗拔阻力以上规定不包括岩石地基，岩石地基上的高层主要考虑抗滑要求 (三)考虑相邻建筑物的影响如果与邻近建筑物的距离很近时，为保证相邻原有建筑物的安全和正常使用。基础理设深度宜浅于或等于相邻建筑物的埋置深度。如果基础深于原有建筑物基础时，要使二基础之间保持一定距离，其净距L一般为相邻两基础底面高差H的1-2倍。以免开挖基坑时，坑壁塌落，影响原有建筑物地基的稳定。如不能满足这一要求时，应采取施工措施，如分段施工、设临时加固支撑或板桩支撑等。 只有低层房屋可用,否则处理尽量浅埋若h1太小就为IIh1<2m基底在好土h1=2m~4m高楼好土,低楼软土h1>4m桩基或处理好土软土(很深)好土软土软土好土IIIIIIIVh1h1基础条件由其它条件确定时，尽可能浅埋2.3.2工程地质条件1)根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层 2.3.2工程地质条件2)置于边坡上的基础=3.5条形基础=2.5矩形基础 2.3.3水文地质条件地下水的埋藏条件1)尽量考虑将基础置于地下水位以上。2)埋在地下水位以下时，考虑:基坑排水、坑壁围护、保护地基土不受扰动出现涌土、流砂的可能性；地下室防渗；轻型结构物上浮托力；地下水浮托力基础底板的内力3)承压含水层的地基，控制基坑开挖深度，防止基坑隆起开裂向下的土压力向上的承压水压力一般取0.7~0.9。 2.3.4地基冻融条件季节性冻土：是冬季冻结、天暖解冻，每年冻融交替一次的土层，在我国北方地区分布广泛。多年性冻土：指连续保持冻结状态三年以上的土层，其性质较复杂，属特殊土地基，另见专著。1.冻土分类冻胀：冻胀力，地面隆起融陷：强度降低，建筑物下陷建筑物开裂损坏不均匀沉降 粗粒土：无冻胀坚硬粘性土：冻胀微弱细粒土，如果w高、地下水位低于冻结深度不足1.5-2m，则可能发生冻胀3.影响冻胀的因素：土性(土的粒径大小)，含水量的多少，地下水位高低4.冻胀性划分：《建筑地基规范》根据冻土层的平均冻胀率的大小，将地基土划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。注：冻胀区的基础，应保证有足够的埋深，使基底达到或基本达到冻胀影响深度以下，从而避免冻害。 冻胀土中基础埋深的要求dmin＝zd–hmaxzd设计冻深；zd＝z0t；z0标准冻深；t采暖对冻深的影响系数hmax允许残留冻土最大厚度zdz0dmin室内地面hmax 2.4地基承载力在保证地基稳定的条件要求下，使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力称为地基承载力特征值。2.4.1地基承载力的概念及设计理论1.地基承载力的概念地基承受荷载的能力 1）理论公式fa=Mbb+Mdmd+Mcck注：以p1/4=NB/2+Nqd+Ncc为理论依据1、按土的抗剪强度指标确定2）规范推荐的公式≥24°时，Mb实际比理论大2.4.2地基承载力特征值确定的方法讨论：（1）增大b?（2）增大d?（3）地下水对承载力的影响 2.载荷试验法载荷板的测试范围：在现场通过0.25～0.50m2的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的成果一般能反映相当于1～2倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。规范要求:对地基基础设计等级为甲级的建筑物采用载荷试验、理论公式计算及其他原位试验等方法综合确定。千斤顶荷载板 载荷板试验的主要优缺点：载荷试验可靠性高；费时、耗资；试验只能反映浅层地基的承载力。图载荷板与实际基础对地基的影响深度比较(a)载荷试验(b)实际基础 确定地基承载力特征值(一)p-s曲线“陡降型”——取值主要由地基强度控制（二）p-s曲线“缓变型”——取值主要由地基允许变形控制常出现于低压缩性土常出现于中、高压缩性土 (一)p-s曲线“陡降型”取图中的比例界限荷载作为承载力特征值对于少数呈“脆性”破坏的土，Pb与极限载荷很接近，当Pu<2Pb时，取Pu/2作为承载力特征值。 （二）p-s曲线“缓变型”当压板面积为0.25～0.50m2时，规定取s/b=0.01～0.015所对应的荷载作为承载力特征值，但其值不应大于最大加载量的一半。 确定地基承载力特征值同一层土，应选择三个以上试验点，得到则取 静力触探；动力触探；标准贯入试验等当地基基础设计等级为甲级和乙级时，应结合室内试验成果综合分析，不宜单独应用。 地基承载力的修正计算考虑增加基础宽度和埋置深度时，地基承载力也将随之提高，所以，应将地基承载力对不同的基础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。修正原因:修正公式b——基础底面宽度（m）；b取值范围3~6md——基础埋置深度（m）； 2.4.3地基变形验算地基变形验算目的——保证建筑物安全、正常使用和外观。变形验算的要求：建筑物的地基特征变形计算值，不应大于地基特征变形允许值，即Δ——地基特征变形计算值[Δ]——变形特征允许值。注：传至基础上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合（不应计入风荷载和地震作用）。Δ≤[Δ] 沉降量沉降差倾斜局部倾斜地基变形特征：对各种建筑物产生危害的不利沉降形式。地基变形特征的四种类型 (1)沉降量——指基础某点的沉降值。控制对象：对于单层排架结构，体型简单的高层建筑基础，高耸结构基础的沉降量应注意验算。 (2)沉降差——一般指相邻柱基中点的沉降量之差。控制对象：是不均匀沉降的一种，框架结构容易出现这种情况的破坏。 （3）倾斜——指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。控制对象：高耸结构、长高比很小的高层建筑 （4）局部倾斜——指砌体承重结构沿纵向6～10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。控制对象：一般砌体承重结构房屋的长高比不太大，易出现这种不均匀沉降。它是砌体承重结构的主要变形特征。 变形验算的规定1、根据建筑物的情况，按表2-6进行相应的验算。2、对于重要的或体型复杂的、或对不均匀沉降有严格要求的建筑物，应作变形观测。3、必要时，需预估建筑物施工期间和使用期间地基的变形值，以便预留建筑物有关部位之间的净空，选择连接方法和施工顺序。 2.5基础底面尺寸的确定基本原则:所有建筑物的地基计算均应满足承载力要求基本条件：基底平均压力p不大于持力层承载力的特征值fa轴心荷载pkfa偏心荷载pkfapmax≤1.2fa1)确定基础尺寸2)验算持力层承载力 2.5.1按地基持力层的承载力计算基底尺寸1、中心荷载作用下的基础中心荷载作用下的基础GF柱下单独基础底面积A的确定荷载F+GG=AGd,G是基础加土的容重=20kN/m3承载力特征值fa(暂不做宽度修正) 中心荷载作用下基础面积的确定步骤2、计算A0，确定b、l3、重新计算fa4、验算1、先进行承载力深度修正确定fa 例1例图7.2 解:1.确定基础埋深:为了便于施工，基础宜建在地下水位以上，故选择粘土层作为持力层，初步选择基础埋深d=1m。2.对持力层土进行深度修正: 埋深范围内土的加权平均重度：持力层土的承载力特征值3.取1m长的条基作计算单元基础宽度 取该承重墙下条形基础宽度b＝1.25m。4.验算:满足要求。 2、偏心荷载作用下的基础单向偏心荷载作用下的基础要求pkfa ae3ae不对称布置由于基底与土之间不能传递拉应力，基底压力重新分布如图。要求3a0.75l即脱开面积小于25%四基础的验算不满足时：1）增加A2）增加l,减少b,A不变3）基础不对称布置抗震设计:高宽比大于4的高层建筑,不宜有拉应力;其它建筑脱开面积不应超过15%。 计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸——逐次渐近试算法（1）先仅考虑中心荷载，对地基承载力仅进行深度修正，并按中心荷载作用下的公式（2-18），计算基础底面积A0;（2）考虑偏心影响，加大A0。一般按经验可根据偏心距的大小增大10%～40%，使A＝（1.1～1.4）A0。对矩形底面的基础，按A初步选择相应的基础底面长度l和宽度b，一般：l/b＝1.2～2.0；（3）计算偏心荷载作用下的pkmax、pkmin，并对地基承载力进行深宽修正，再验算是否满足公式（2.16）和（2.21）的要求；如果不适合（太小或过大），可调整基础底面长度l和宽度b，再验算；如此反复一、二次，便能定出合适的基础底面尺寸。 注意：基底压力pkmax、pkmin相差过大则容易引起基础倾斜，高、中压缩性地基土上的基础低压缩性地基土上的基础(短暂作用） 2.5.2地基软弱下卧层承载力验算要求：σz+σcz≤faz标准值仅作深度修正 矩形基础：条形基础：地基压力扩散角θ值表2-7Es1/Es2z=0.25bz≥0.50b36°23°510°25°1020°30°注：z＜0.25b时取θ=0°，必要时，宜由试验确定；z≥0.50b时θ值不变。 例图2-5中的柱下矩形基础底面尺寸为5.4m×2.7m，试根据图中各项资料验算持力层和软弱下卧层的承载力是否满足要求。例题2﹣5 [解]⑴持力层承载力验算ηb=0，ηd=1.0,fa=209+1.0×18.0×(1.8-0.5)=232.4kPaFk+Gk+Fk1=1800+220+20×2.7×5.4×1.8=2545kNMk=950+180×1.2+220×0.62=13302kN·m ⑵软弱下卧层承载力验算由Es1/Es2=7.5/2.5=3,z/b=2.5/2.7＞0.50,查表2-7得θ=23°，tanθ=0.424。 σcz=18.0×1.8+(18.7-10)×2.5=54.2kPafaz=75+1.0×12.6×(4.3-0.5)=122.9kPaσcz+σz=54.2+57.2=111.4kPaFl=94.5KN满足要求3.基础底板配筋 2.8减轻不均匀沉降危害的措施概念：均匀沉降对结构本身无危害；不均匀沉降危害大。 如何防止或减轻不均匀沉降造成的损害，是设计中必须认真考虑的问题。解决这一问题的途径有二：一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。 具体的措施不外有：①采用柱下条形基础、筏基和箱基等，以减少地基的不均匀沉降；②采用桩基或其他深基础，以减少总沉降量（不均匀沉降相应减少）；③对地基某一深度范围或局部进行人工处理；④从地基、基础、上部结构相互作用的观点出发，在建筑、结构和施工方面采取本节介绍的某些措施，以增强上部结构对不均匀沉降的适应能力。 2.8.1建筑措施1.建筑物的体型力求简单体型简单：平面　　　　　　　　立面体型复杂： 2.控制建筑物的长高建筑物在平面上的长度和从基础底面起算的高度之比，称为建筑物的长高比。当预估的最大沉降量超过120mm时，对三层和三层以上的房屋，长高比不宜大于2.5；对于平面简单，内、外墙贯通，横墙间隔较小的房屋，长高比的控制可适当放宽，但一般不大于3.0。 3.设置沉降缝为了使各沉降单元的沉降均匀，宜在建筑物的下列部位设置沉降缝：⑴建筑物平面的转折处；⑵建筑物高度或荷载有很大差别处；⑶长高比不合要求的砌体承重结构以及钢筋混凝土框架结构的适当部位；⑷地基土的压缩性有显著变化处；⑸建筑结构或基础类型不同处；⑹分期建造房屋的交界处；⑺拟设置伸缩缝处（沉降缝可兼作伸缩缝）。 沉降缝的构造参见图2-35。 有防渗要求的地下室一般不宜设置沉降缝。因此，对于具有地下室和裙房的高层建筑，为减少高层部分与裙房间的不均匀沉降，常在施工时采用后浇带将两者断开，待两者间的后期沉降差能满足设计要求时再连接成整体。 4.邻近建筑物基础间应有一定的净距浙江永嘉县两栋居民楼由于相距甚近，造成相互倾斜各达38~39cm，后侧楼顶已相接触 这种相邻影响主要表现为：⑴同期建造的两相邻建筑物之间会彼此影响，特别是当两建筑物轻（低）重（高）差别较大时，轻者受重者的影响较大；⑵原有建筑物受邻近新建重型或高层建筑物的影响。决定基础间净距的主要指标是受影响建筑（被影响者）的刚度（用长高比来衡量）和影响建筑（产生影响者）的预估平均沉降量（见表2-11）。 5.调整某些设计标高沉降改变了建筑物原有的标高，严重时将影响建筑物的使用功能，这时可采取下列措施进行调整：⑴根据预估的沉降量，适当提高室内地坪或地下设施的标高；⑵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适当提高；⑶在建筑物与设备之间，应留有足够的净空；⑷有管道穿过建筑物时，应预留足够尺寸的孔洞，或采用柔性管道接头等。 2.8.2结构措施1.减轻建筑物的自重⑴减少墙体的重量。如采用空心砌块、多孔砖或其他轻质墙。⑵选用轻型结构。如采用预应力混凝土结构、轻钢结构及各种轻型空间结构。⑶减少基础及其上回填土的重量。可以选用覆土少、自重轻的基础形式，如壳体基础、空心基础等。如室内地坪较高，可以采用架空地板代替室内厚填土。 2.设置圈梁圈梁的作用在于提高砌体结构抵抗弯曲的能力。当建筑物产生碟形沉降时，墙体产生正向挠曲，下层的圈梁将起作用；反之，墙体产生反向挠曲时，上层的圈梁则起作用。由于不容易正确估计墙体的挠曲方向，故通常在房屋的上、下方都设置圈梁。圈梁的布置，多层房屋宜在基础面附近和顶层门窗顶处各设置一道，其他各层可隔层设置（必要时也可层层设置），位置在窗顶或楼板下面。对于单层工业厂房及仓库，可结合基础梁、连梁、过梁等酌情设置。 3.设置基础梁（地梁）在广东，地梁特指框架结构中的基础梁。地梁的作用：(1)承墙；(2)调整不均匀沉降。 基础梁的设置常带有一定的经验性（仅起承墙作用时例外），其底面一般置于基础表面（或略高些），过高则作用下降，过低则施工不便。基础梁的截面高度可取柱距的1/14~1/8，上下均匀通长配筋，每侧配筋率为0.4%~1.0%。 4.减小或调整基底附加压力⑴设置地下室（或半地下室）。其作用之一是以挖除的土重去抵消（补偿）一部分甚至全部的建筑物重量，从而达到减小基底附加压力和沉降的目的，这一概念在3.8.3节中还将作进一步的阐明。地下室（或半地下室）还可只设置于建筑物荷载特别大的部位，通过这种方法可以使建筑物各部分的沉降趋于均匀。 ⑵调整基底尺寸 5.采用对不均匀沉降欠敏感的结构型式排架、三铰拱（架）等铰接结构油罐、水池等的基础底板常采用柔性底板，以便更好地顺从、适应不均匀沉降。 2.8.3施工措施1.遵照先重（高）后轻（低）的施工程序2.注意堆载、沉桩和降水等对邻近建筑物的影响3.注意保护坑底土体'