天然地基上的浅基础设计

天然地基上的浅基础设计
天然地基上的浅基础设计

第8章天然地基上浅基础设计

内容提要:地基基础是建筑物的重要根基,若地基基础不稳固,将危及整个建筑物的安全。本章主要介绍根据基础的受力特性及构造特点划分的浅基础的类型、浅基础的设计计算、浅基础设计方法、减小地基不均匀沉降危害的主要措施及地基基础与上部结构共同作用的设计理念。

第一节浅基础的类型

当建筑场地土质均匀、坚实,性质良好,地基承载力特征值f

ak >120kP

a

时,

对于一般多层建筑,可将基础直接做在浅层天然地基上,称为天然地基上浅基础。根据天然地基上浅基础的受力特性及构造特点可将浅基础类型分为两大类:刚性基础和柔性基础。

一、刚性基础

刚性基础的材料都具有较好的抗压性能,但抗拉、抗剪强度却不高。

8.1.2柔性基础

柔性基础的材料为钢筋混凝土,故亦称为钢筋混凝土基础,其抗弯和抗剪性能良好,可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。这类基础的高度不受台阶宽高比的限制。因此,当刚性基础尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的要求时,则需选择柔性基础。柔性基础同样可用

扩大基础底面积的办法来满足地

基承载力的要求,但不必增加基

础的埋深。

1.钢筋混凝土独立基础

这种基础主要是柱下基础,

其构造形式如图8-1所示,轴心受

压柱下基础的底面形状为正方

形。而偏心受压柱下基础的底面图8-1 钢筋混凝土独立基础

形状为矩形。(a)台阶形基础;(b)锥形基础;(c)杯口形基础 2.钢筋混凝土条形基础

(1)墙下钢筋混凝土条形基础

其横截面根据受力条件可以分为不带肋和带肋两种。若地基不均匀,为了加强基础的整体性和抗弯能力,可以采用有肋的墙下钢筋混凝土条形基础,肋部配置足够的纵向钢筋和箍筋。

(2)柱下钢筋混凝土条形基础

当地基承载力较低且柱下钢筋混凝土独立基础的底面积不能承受上部结构荷载的作用,常将若干柱基连成一条构成柱下条形基础(图8-4)。

图8-2不带肋墙下钢筋混凝土条形基础图8 -3 带肋墙下钢筋混凝上条形基础 (3)交叉钢筋混凝土条形基础

当单向条形基础的底面仍不能承受上部结构荷载的作用,可以将纵横柱基础均连在—起,成为十字交叉条形基础(图8-5)。交叉条形基础可承担10层以下

的民用建筑。

图8-4 单向条形基础图8-5 交叉条形基础

3.筏板基础

当地基承载力低,而上部结构的荷重又较大,以致交叉条形基础仍不能提供足够的底面积来满足地基承载力的要求时,可采用钢筋混凝土筏板基础。

筏板基础分为平板式和梁板式两种类型。

4.箱形基础

当地基承载力较低,上部结构荷载较大时采用交叉条形基础无法满足承载力要求,又不宜采用桩基时,可采用箱形基础。

图8-6筏板基础

(a)、(b)平板式; (c)、(d)梁板式

箱形基础通常如图8-7(a)所示。为了加大底板刚度,也可采用“套箱式”箱

础,

如图8-7(b)。箱形基础具有比筏板基础更大的抗弯刚度,可视作绝对刚性基础。

图 8-7箱形基础

(a)常规式; (b)套箱式

在地基中引起的附加应力,故又称之为补偿基础。

在实际工作中,采用何种形式的浅基础,应根据建筑物的工程地质条件、技术经济和施工条件等因素加以综合确定。一般遵循刚性基础→柱下独立基础、柱下条形基础→交叉条形基础→筏板基础→箱形基础的顺序来选择基础形式。当然,在选择过程中应尽量做到经济、合理。

第二节 浅基础的计算

一、地基基础设计等级

建筑物的安全和正常使用,不仅取决于上部结构的安全储备,更重要的是要

求地基基础有一定的安全度。《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)根据地

基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影

响正常使用的程度,将地基基础设计等级分为甲、乙、丙三个设计等级(《建筑

地基基础设计规范》(GB50007—2002)表3.0.1)。

二、对地基基础设计的要求

(1)所有建筑物的地基计算均应满足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地基变形设计;

(3)《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)表3.0.2所列范围内设计

等级为丙级的建筑物可不作变形验算,但果如有下列情况之一时,仍应做变

形验算:

1)地基承载力特征值小于130kPa ,且体形复杂的建筑;

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匀的填土,其自重固结未完成时。

(4)对经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构和挡土墙等,以及建造在

斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物,尚应验算其稳定性;

(5)基坑工程应进行稳定性验算;

(6)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,尚应进

行抗浮验算。

三、地基承载力计算

1.地基承载力的确定方法

地基承载力的计算是地基基础设计计算的关键, 地基承载力的确定方法详

见第7章。

2.承载力计算的有关规定

基础底面的压力,应符合下式要求:

轴心荷载 P ≤a f (8-1)

偏心荷载 P max ≤1.2a f (8-2)

(P max +P min )/2≤a f (8-3)

式中 P —相应于荷载效应标准组合时,地基底面处的平均压力,kPa ;

a f —修正后地基承载力特征值,kPa ;

P max 、P min —相应于荷载效应标准组合时,基础底面边缘的最大值、最小值,kPa 。

四、基础埋置深度及底面尺寸的确定

1. 基础埋置深度

基础的埋置深度一般是指室外设计地面至基础底面的距离。设计浅基础时,

一般先确定基础埋置深度d 。基础埋置深度,应按下列条件确定 :

(1)建筑物的用途,有无地下室、设备基础和地下设施,基础的形式与构造;

(2)作用在地基上的荷载大小和性质;

(3)工程地质和水文地质条件;

(4)相邻建筑物的基础埋深 ;

(5)地基土冻胀和融陷的影响。

为了保护基础不受人类和生物活动的影响,基础的最小埋深为0.5m,基础顶

面至少低于设计地面0.1 m ,还要便于建筑物周围排水沟的布置。

2. 基础底面尺寸的确定

在确定基础埋深后,初步选择底面尺寸,求得基底以下持力层的承载力设计

值a f ,再按式(8-1)验算并调整尺寸直至满足下式要求为止。

基底平均压力设计值按下式计算

A G

F p += (8-4)

式中 F —上部结构传至基础顶面的竖向力设计值,kPa ;

G —基础自重设计值和基础上的土重标准值,kPa ;

对一般实体基础,可近似地取G G Ad γ=(G γ为基础及回填土的平均

重度,可取G γ=20kN/m 3),但在地下水位以下部分应扣去浮力;

A —基础底面面积,m 2。

由于式(8-1)、(8-4)中的P 和a f 都与基底尺寸有关,所以只有预选尺寸

并通过反复试算修改尺寸才能取得满意的结果。以下分两种情况予以说明。

(1)对轴心荷载作用下的基础,将式(8-4)代入式(8-1),可得:

A ≥a G F f h

γ-? (8-5) 对条形基础,F 为基础每米长度上的外荷载(kN/m),此时,沿基础长度方向

取单位长度(1m)计算,故上式可改写为

b ≥a G F f h

γ-? (8-6) (2)对偏心荷载作用下的基础, 基础底面边缘最大压力设计值p max 与最

小压力设计值p min 按偏心受压公式计算有 ()max 6min 1F G

e l b b p p +??=±?? (8-8)

式中 M —作用于基础底面的力矩设计值,kPa ;

A —基础底面面积,一般有A=b ·l ,m 2;

l —垂直于力矩作用方向的基础底面边长,m ;

b —力矩作用方向的基础底面边长,m 。 偏心荷载的偏心距M F G e +=

若荷载偏心,通常要求偏心距e 应满足下式:

6b M

F G e +=≤ (8-9)

偏心荷载作用下,基础底面受力不均匀,需加大基础底面的面积,通常采用

逐次渐近试算法进行计算。先按中心荷载作用下的公式(8-5),初算基础底面积

A 1,再加大基础底面积10%~40%,计算出P max 、P min ,代入(8-2)、(8-3)进行验

算,直到满足要求为止。

五、 软弱下卧层承载力验算

土层一般是成层的,其承载力随深

度而增加,而外荷载引起的附加应力则

随深度而衰减,因此,一般情况下只要

基底持力层承载力满足设计要求即可以

了。但也有不少情况,持力层不厚,在

持力层以下受力层范围内存在软弱土层

(即软弱下卧层),软弱下卧层的承载力

比持力层小得多。如我国沿海地区表层

“硬壳层”下有很厚一层(厚度在20m 左右)软弱的淤泥质土层,这时,只满足持

力层承载力的要求是不够 图 8-8软弱下卧层顶面附加应力计算

的,还须验算软弱下卧层的承载力。要求传递到软弱下卧层顶面的附加应力和土

的自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力设计值,即:

cz z p p +≤az f (8-10)

式中 -z p 软弱下卧层顶面处的附加应力设计值,kPa ;

-cz p 软弱下卧层顶面处的自重应力标准值,kPa ;

-az f 软弱下卧层顶面处经深宽修正后的地基承载力设计值, kPa 。

当上层土与软弱下卧层的压缩模量比值大于或等于3时,用均匀的半无限直

线变形体理论计算的土中附加应力的误差太大,应该按双层地基理论计算。在实

用上.还是按照简单的应力扩散角原理计算,如图8-8所示,作用在基础底面处

的附加应力)(0c p p p -=以扩散角θ向下传递均匀地分布在软弱下卧层上。根据

扩散后作用在下卧层顶面处的合力与扩散前在基底处的合力相等的条件,即:

'0A p A p z = (8-11)

矩形基础:

)

ztg l )(ztg b (bl )p p (p c k z θθ22++-= (8-12) 条形基础:

θ

ztg b b p p p c z 2)(+-= (8-13) 式中 b ,l —分别为基础的宽度(m)和长度(m),若为条形基础,l 取lm ,长度

方向应力不扩散;

c p —基础底面处土的自重应力,kPa ;

z —基础底面到软弱下卧层顶面的距离,m ;

—地基应力扩散角,可按表8-1采用。

注:1.E sl为上层土压缩模量;E s2为下层土压缩模量。

2.z<0.25b时取θ=0°,必要时宜用试验确定;z>0.5b时θ值不变;

从上式可见表层若有“硬壳”能起到应力扩散的作用,因此,当存在软弱下卧层时,基础应尽量浅埋,以增加基底到软弱下卧层顶面的距离。

六、地基变形计算

软土地基上建造房屋,在强度和变形两个条件中,变形条件显得比较重要。地基在荷载或其他因素的作用下必将发生变形(均匀沉降或不均匀沉降),变形过大时可能危害到建筑物结构的安全,或影响建筑物的正常使用。为防止建筑物因地基变形或不均匀沉降造成建筑物的开裂与损坏不能正常使用,必须对地基的变形特性及不均匀沉降加以控制。对于较为次要的建筑物以及《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)表3.0.2所列范围内设计等级为丙级的建筑物,按地基承载力设计值计算时,已满足地基变形的要求可不进行沉降计算。设计等级为甲级、乙级的建筑物及《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)表3.0.2 所列范围以外的丙级建筑,除必须进行地基承载力的计算外,还应进行地基变形的验算,须确保地基的变形值S在容许的范围内,即:

S≤[S] (8-14)式中 [S]—地基的容许变形值。它是根据建筑物的结构特点、使用条件和地基土的类型而确定的。地基容许变形值按变形特征可分以下几种:

(1)沉降量—独立基础或刚性特大的基础中心的沉降量;

(2)沉降差—相邻两个柱基的沉降量之差;

(3)倾斜—沿倾斜方向基础两端点的沉降差与其距离的比值;

(4)局部倾斜—砖石承重结构沿纵墙6-10m内基础两点的沉降差与其距离的比值;

(5)平均沉降——由三个以上独立基础(或条形基础的几个地方)的沉降量按基底面积加权所得沉降;

(6)相对弯曲——砖石承重结构和基础板的弯曲部分的矢高与其长度之比值。

地基变形允许值[S]的确定涉及的因素很多,它除了要考虑各类建筑物对地基不均匀沉降反应的敏感性以及结构强度储备等有关情况外,还与建筑物的具体使用要求有关。地基规范综合分析了国内外各类建筑物的有关资料,归纳提出了《建筑地基基础设计规范》(GB5007—2002)表5.3.4所列的地基变形允许值供设计采用。对表中未包括的其他建筑物的地基变形允许值,可根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求自行确定。

第三节浅基础设计

一、基础设计要求及步骤

天然地基上的浅基础设计可按下列步骤进行:

(1)选择基础的材料、类型和平面布置;

(2)选择基础的埋置深度;

(3)确定地基承载力设计值;

(4)确定基础的底面积和底面尺寸;

(5)必要时进行地基变形验算;

(6)基础结构设计(包括内力计算、基础高度确定、基础配筋计算和构造要求等);

(7)基础施工图绘制(包括施工说明)。

上述设计步骤是相互关联的,通常可按顺序逐项进行。当后面的计算出现不能满足设计要求的情况(包括构造要求)时,应返回前面(1)、(2)步骤,重新作出选择后再进行设计计算,直至完全满足规范要求为止。

二、刚性基础

1.设计原则

刚性基础具有抗压强度高而抗拉、抗剪强度低的特点,设计时必须使基础主要承受压应力,并保证基础内产生的拉应力和剪应力都不超过材料强度的设计值。

2.刚性基础的构造要求

(1)砖基础

砖基础采用的砖强度等级应不低于MU10,砂浆不低于M5,在地下水位以下或地基土潮湿时应采用水泥砂浆砌筑。基础底面以下一般先做100mm厚的混凝土垫层,混凝土强度等级一般为C10。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b2和高度h2值见表8-2。

22

(2)浆砌毛石基础

毛石基础的材料采用未加工或仅稍做修整的未风化的硬质岩石,高度一般不小于200mm。当毛石形状不规则时,其高度应不小于150mm。毛石基础的每阶高度可取400~600mm,台阶伸出宽度不宜大于200mm。毛石基础的底面尺寸要求为:对条形基础其宽度不应小于500mm,对独立基础其底面尺寸不应小于600m m×600mm。

(3)石灰三合土基础

石灰三合土基础由石灰、砂和骨料(矿渣、碎砖或碎石)加适量的水充分搅拌均匀后,铺在基槽内分层夯实而成。三合土的配合比(体积比)为1:2:4或1:3:6,在基槽内每层虚铺22cm,夯实至15cm。三合土基础的高度不应小于300mm,宽度不应小于700mm。

(4)灰土基础

灰土基础由熟化后的石灰和粘土按比例拌和并夯实而成。常用的配合比(体

积比)有3:7和2:8,铺在基槽

内分层夯实,每层虚铺22~

25cm ,夯实至15cm 。其最小干密

度要求为:粉土15.5kN/m 3,粉质

粘土15.0kN/m 3,粘土14.5kN/m 3。

灰土基础的高度不应小于

300mm ,对条形基础其宽度不应

小于500mm ,对独立基础其底面

尺寸不应小于700m m ×700mm 。

(5)混凝土和毛石混凝土基

础 (a)墙下刚性基础图;(b)柱下刚性基础

混凝土基础一般用C10以上的素混凝土做成。毛石混凝土基础是在混 图8-10 刚性基础构造凝土基础中埋入25%~30%(体积比)

未风化的毛石形成,且用于砌筑的石块直径不宜大于300mm 。混凝土基础的每

阶高度不应小于250mm ,一般为300mm 。毛石混凝土基础的每阶高度不应小于

300mm 。

3.刚性基础的设计计算

进行刚性基础设计时先选择合适的基础埋置深度d, 并按构造要求初步选

定基础高度H ,然后根据地基承载力初步确定基础宽度b ,再按下式进一步验

算基础的宽度:

b ≤b 0+2H 0tg α (8-15)

式中 b o ——基础顶面的砌体宽度,如图8-10(a)和图8-10(b)所示;

H o ——基础高度;

tg α——基础台阶宽高比的允许值,20b H tg α??=??可按表8-3选用;

b 2——基础的外伸长度。

如验算符合要求,则可采用原先选定的基础宽度和高度,否则应调整基础高

度重新验算,直至满足要求为止。当基础由不同材料叠合而成时,应对叠合部分

作抗压验算。

表8-3 刚性基础台阶宽高比的允许值

注:表中p 为地基平均压力(kPa)。

对混凝土基础,当基础底面平均压力超过300kPa 时,尚应按下式进行抗剪验算:

V ≤0.07c f A (8-16)

式中 V ——剪力设计值;

c f ——混凝土轴心抗压强度设计值,按《混凝土结构设计规范》采用;

A ——台阶高度变化处的剪切断面面积。

三、墙下钢筋混凝土条形基础

1.设计原则

墙下钢筋混凝土条形基础的底面宽度b

应根据地基承载力要求确定。在确定基础底面

尺寸或计算基础沉降时,应考虑设计地面以下

基础及其上覆土重力的作用,而在进行基础截

面设计(基础高度的确定、基础底板配筋)中,

应采用不计基础与上覆土重力作用的地基净

反力计算。

2.构造要求

(1)梯形截面基础的边缘高度,一般不宜小于200mm ;梯形坡度i ≤1:3。基

础高度小于250mm 时,可做成等厚度板。

(2)基础下的垫层厚度,宜为100mm 。

(3)底板受力钢筋的最小直径不宜小于8mm ,间距不宜大于200mm 和小于

100m 。当有垫层时,混凝土的保护层净厚度不宜小于35mm ,无垫层时不宜小于

70mm 。纵向分布筋,直径6~8mm ,间距250—300mm 。

(4)混凝土强度等级不宜低于C15。

(5)当地基软弱时,为了减小不均匀沉降的影响,基础截面可采用带肋梁的

板,肋梁的纵向钢筋和箍筋按经验确定,如图8-11。

3.基础截面设计计算

(1)计算地基净反力

仅由基础顶面的荷载设计值所产生的地基反力,称为地基净反力,并以p j

表示。条形基础底面地基净反力j p (kPa)为

2

m a x 6m i n M F j b b p =± (8-17) 这里荷载F(kN /m)、M(kN ·m /m)为单位长度数值。

(2)基础高度的确定

基础验算截面的剪力设计值V l (kN /m)为

[]

min max I 22j Ⅰj ⅠⅠp b p b b b b V +-)(= (8-18) 这里b I 为验算截面I 距基础边缘的距离(m),当墙体材料为混凝土时,

b I 为基础边缘至墙脚的距离;当墙体材料为砖墙且墙脚伸出1/4砖长时,b I

为基础边缘至墙脚距离加上0.06m ,即基础边缘至墙面的距离。

当荷载无偏心时,基础验算截面的剪力设计值VI 可简化为如下形式

I b

I b V F = (8-19)

基础有效高度h 0(mm)由混凝土的抗剪切条件确定,即

0h ≥

0.07I c V f (8-20) 式中 c f —混凝土轴心抗压强度设计值(MPa),按《混凝土结构设计规范》

采用。

基础高度h 为有效高度h o 加上混凝土保护层厚度。设计时可初选基础高度1

8h b =。

3)基础底板的配筋

基础验算截面弯矩设计值M I (kN ·m /m)为:

1

2I I I

M V b = (8-21)

每延米墙长的受力钢筋截面面积为: 00.9I y M S f h A = (8-22) 式中 A s ——钢筋面积(m 2);

y f ——钢筋抗拉强度设计值(MPa),按《混凝土结构设计规范》采用。

四、柱下钢筋混凝土单独基础

1.构造要求

柱下钢筋混凝土单独基础,除应满足墙下钢筋混凝土条形基础的一般要求

外,尚应满足如下一些要求:

(1)矩形单独基础底面的长边与短边的比值l /b ≤2,一般取1~1.5。

(2)阶梯形基础每阶高度一般为300~500mm 。基础的阶数可根据基础总

高度H 设置,当H ≤500mm 时,宜分为

一级;当500mm900mm 时,宜分为三级。

(3)锥形基础的边缘高度,一般不宜小于200mm ,也不宜大于500mm ;锥

形坡度角一般取25°,最大不超过35°;锥形基础的顶部每边宜沿柱边放出50mm 。

(4)柱下钢筋混凝土单独基础的受力钢筋应双向配置。当基础边长大于2.5m

时,基础底板受力钢筋可缩短为0.9'l 交替布置,其中'l 为基础底面边长。

(5)对于现浇柱基础,如基础与柱不同时浇注,则柱内的纵向钢筋可通过

插筋锚人基础中,插筋的根数和直径应与柱内纵向钢筋相同。当基础高度H ≤

900mm 时,全部插筋伸至基底钢筋网上面,端部弯直钩;当基础高度H>900mm 时,将柱截面四角的钢筋伸到基底钢筋网上面,端部弯直钩,其余钢筋按锚固长度确定,锚固长度l m 可按下列要求采用(d 为钢筋直径):

①轴心受压及小偏心受压,l m ≥15d ;

②大偏心受压,当柱混凝土不低于C20时,l m ≥25d 。

插入基础的钢筋,上下至少应有二道箍筋固定。插筋与柱的纵向受力钢筋的

搭接长度

l d 可按表8-4采用。

2.位于受压区的搭接不应于小200mm ;3.d 为钢筋直径。

(6)预制钢筋混凝土柱与杯口基础的连接,应符合下列要求(图8-13)

①柱的插入深度可按《建筑地基基础设计规范》 (GB50007 —2002)表

8.2.5.1选用,同时应满足锚固长度的要求(一般为20倍纵向受力钢筋的直径)和吊装时柱的稳定性(即不小于吊装时柱长的0.05倍)。

②基础的杯底厚度和杯壁厚度按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)

选用(表8.2.5.2及表8.2.6)。

③当柱为轴心或小偏心受压且2t h ≥

0.65时,或大偏心受压且2t h ≥0.75时, 杯

壁可不配筋。当柱为轴心或小偏心 且0.5

≤2t h < 0.65时,杯壁可按表8-5的构造配

筋。对于双杯口基础(如伸缩缝处的基础)两

杯口之间的杯壁厚度t 小于400mm 时,宜

配构造钢筋。其他情况下应按计算配筋。

2.设计计算 图8-13 柱与杯口基础的连接

注:表中钢筋置于杯口顶部,每边两根。

(1)按地基承载力确定基底面积与尺寸。

(2)计算荷载设计值引起的地基净反力。

(3)基础高度的确定

基础高度由柱边抗冲切破坏的要求确

定。设计时可先假设一个基础高度h ,然

后按下式验算抗冲切能力。

l F ≤07.0h a f m t hp β (8-23)

l F =l j A p (8-24)

2/)(b t m a a a += (8-25)

式中-l F 相应于荷载效应基本组合时

作用在L A 上的地基净反力设计值 ;

j p —为扣除基础自重及其上覆

土重后相应于荷载效应基本组合时的地基

土单位面积净反力,对偏心受压基础可取

础底最大净反力设计值m ax j p (kPa),在轴

心荷载下即等于基底平均净反力设计值;

l A —为考虑冲切荷载时取用的

多边形面积(m 2);

t f —为混凝土抗拉强度设计值

(kPa);

hp β-受冲切承载力截面高度系数,其 图8-14 独立基础的抗冲切

验算

(a)基础剖面;(b)l ≥c l +2h 0情况;(c)

l <c l +2h 0情况

值按《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)相应规定选取;

b t m a a a ,,—基础抗冲切验算需用到的尺寸,其值及L A 的值按《建筑地

基基础设计规范》(GB50007—2002)的说明计算。

当l ≥c l +2h 0时(图8-14) 情况:

2

00()()2222

c c l b l b l A h l h =----- (8-26)

当l <c l +2h 0时(图8-14)的情况:

l h b b A c l )2

2(0--= (8-27) 式中h 0为基础的有效高度(m)。当不满足式(8-23)的抗冲切能力验算要求时,

可适当增加基础高度h 后重新验算,直至满足要求为止。

(4)内力计算和配筋

当台阶的宽高比不大于2.5及偏心距不大于1/6基础宽度b 时,柱下单独基

础在纵向和横向两个方向的任意截面I-I 和Ⅱ-Ⅱ的弯矩可按下式计算

2'1max max 12[2)()()]12G M a l a p p p p l A

I =++-+- (8-28) )2)(2()(481min max '2'II A

G p p b b a l M -++-= ))(2()(48

1min max '2'j j p p b b l l ++-= (8-29) 式中l ′、b ′和p j 的意义如图8-14所示。

柱下单独基础的底板应在两个方向配置受力钢筋,设计控制截面是柱边或阶

梯形基础的变阶处,将此时对应的参数值代入上式即可求出相应的控制弯矩值M I 和M II (kN ·m)。底板长边方向和短边方向的受力钢筋面积A sI 和A sII (m 2)分别为

000.90.9()

I y II y M sI f h M sII f h d A A -?=??=?? (8-30) 这里d 为钢筋直径,h 0、d 均以mm 计,其余符号同前。

8.4减小地基不均匀沉降危害的措施

一、不均匀沉降的危害及产生原因分析

不均匀沉降的危害是多方面的。

地基不均匀沉降产生有以下几方面的原因:

1.地质条件。主要包括土层极其软弱和不均匀。土层软弱会引起地基较大的沉降和差异沉降;在压缩层范围内土层的不均匀,由于不同土层压缩性的不同,也会引起基础的不均匀沉降,如果土层软弱且不同土层之间压缩模量差异较大,就会引起地基较大的不均匀沉降。

2.上部结构荷载的不均匀。如相邻部分之间层高相差悬殊等原因,会造成上部结构荷载分布不均匀,引起地基的不均匀沉降。

3.邻近建筑物的影响。附近建筑物会在建筑物的一侧引起较大的附加应力,

使建筑物地基产生不均匀沉降。

4.其他原因。如建筑物一侧大面积堆载、开挖深基坑等也会引起建筑物地基的不均匀沉降。

二、防止不均匀沉降对建筑物损害的建筑措施

1.建筑物体型应力求简单

2.设置沉降缝,控制建筑物长高比

3.合理安排建筑物间的距离

4.调整建筑物各部分的标高

三、防止不均匀沉降对建筑物损害的结构措施

1.选用合适的结构形式

2.减轻建筑物和基础的自重

3.减小或调整基底附加应力

4.加强基础刚度

5.设置圈梁

四、防止不均匀沉降对建筑物损害的施工措施

1.采用地基处理措施

2.采用合理施工措施

五、防止已有建筑物产生过大不均匀沉降的保护措施

1.设计措施。

2.当设计措施无法满足时,应对已有建筑物采取适当的施工措施,对已有建筑物的地基基础加固补强。

本章小结

基础是地面以下建筑物的下部结构,是建筑物的重要根基。如果地基基础设计不合理,将危及整个建筑物的安全或增加工程的造价造成经济上的浪费。天然地基上的浅基础施工方便,造价较低,在基础方案选择时应首先考虑能否采用天然地基上的浅基础方案。在进行天然地基上浅基础设计时,应遵循刚性基础→柱下独立基础→柱下条形基础→十字交叉条形基础→筏板基础→箱形基础的顺序来选择适于实际情况的浅基础形式。

天然地基上浅基础设计是围绕地基强度条件和变形条件及使基础自身具有足够的强度、刚度和耐久性几个方面进行设计计算的。

地基强度条件评价,一是依据地基承载力理论,合理地确定具体场地地基持力层的承载力特征值,二是根据地基承载力特征值确定基础底面积,计算在上部结构荷载作用下基底压力分布。地基承载力计算确定是地基强度条件评价的核心问题,确定地基承载力特征值(设计值)的方法有多种,不同的方法有相应的计算参数与适用条件,只有熟悉这些方法,才能根据实际情况合理地确定地基承载力,确保地基承载力有较大的满足系数。这是基础设计成功的关键之一。

地基变形条件评价,一是依据土体变形理论,采用分层总和法与规范推荐公式计算在建筑物附加应力作用下地基受力层的最终竖向沉降量;二是依据建筑物设计等级对照《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)有关条款确定具体建筑物地基变形的允许值,确保计算的最终沉降量不大于地基变形允许值。(即S≤[S] )。

保证基础自身应具有足够的强度、刚度和耐久性的设计内容,一是依据作用力与反作用力原理,计算基础在地基反力作用下受到的冲切力,剪切力,弯曲内力,二是依据建筑结构理论计算基础截面的抗冲切强度,抗剪切强度,从而验算基础高度;计算抵抗基础受到的弯曲内力所需配置的钢筋面积。

1.天然地基上的浅基础

1、 天然地基上的浅基础 设计为六层住宅楼,砖混结构,拟采用天然地基上的浅基础,最大线荷载F K =300kN/m 。根椐场地地质条件对浅基础进行评价: ①、属先确定持力层,根椐场地地质条件,第②层可做为基础的持力层,其承载力特征值f ak =150kPa 。基础埋深d=2.0m 。 ②、求持力层修正后的承载力特征值f a (深度修正): 根椐5.2.4公式: f a =f ak +ηd γm (d-0.5) 式中:f ak ---持力层承载力特征值 =150kPa ηd =1.6, (根椐基底下土的类别,查表5.2.4:e=0.821, I L =0.35)若为湿陷性黄土或新近堆积黄土(Q 42)应按GBJ25-90规范表3.0.4确定。 γm -----基础底面以上土的加权平均重度=16.5kN/m 3, d----基础埋深=2.0m 代入计算为:f a =150+1.6×16.5×(2-0.5)=189.6kPa 。 ③、计算基础宽度b: 根椐基础面积计算公式代入计算: A=Lb ≥γd f F a k -=0.220*26.189300=-m 取2.2m 式中: F K ---基础顶面的竖向力=300kN/m f a ----修正后的地基承载力特征值=189.6kPa L 、b---基础的长度和宽度(条基时,L 取1.0米) γ---基础及上伏土的平均重度=20.0kN/m 3

④、求基底压力P K : 根椐5.2.2-1 公式 A G F P K K K += 式中:F k =300kN/m G k =L b d γ=1×2.2×2.0×20=88kN A=1×2.2m 将参数代入计算后得p k =176.4kN/m 2(kPa) ⑤、根椐5.2.1-1式:f a ≥p k 判定地基强度是否滿足要求。以上计算的f a =189.6kPa, p k =176.4kPa, 滿足5.2.1-1式f a ≥p k ,地基强度滿足要求。 ⑥、验算下卧层的承载力 ⒈已知下卧层的f ak =100kPa ⒉下卧层顶面以上地基土的加权平均重度为 : γm = 11+=+∑i i n i i i h h h γ=3.184 22.19*45.16*2=++kN/m 3 ⒊求下卧层(第③层粉土)修正后的地基承载力特征值f a : f a =f ak +ηd γm(d-0.5) 式中:f ak =100kPa ηd =1.5 (第③层粉土I p =8.1 ρw >10%)查表5.2.4。 d=6.0m(第①层2.0m,第②层4.0m) γm=18.3kN/m 3 代入计算得:f az =100+1.5×18.3× (6-0.5)=250.98kPa=251kPa ⒋求软弱下卧层顶面以上土的自重压力值p cz :

2第二章 天然地基上浅基础的设计复习题

第二章天然地基上浅基础的设计复习题答案 2.1单选题 1.浅基础埋置深度不超过( A ) A、5m; B、>5m; C、<5m; D、≠5m; 2. 深基础埋置深度超过( A ) A、5m; B、>5m; C、<5m; D、≠5m; 3. 当Z>O或R>S时,结构处于( B ); A、失效状态; B、可靠状态; C、极限状态; D、平衡状态。 4.可靠指标β( B )失效概率P f越低,可靠度越高 A、越大; B、越小; C、=0; D、>0。 5.建筑结构荷载可分(B ) A、永久荷载、静荷载、偶然荷载; B、永久荷载、可变荷载、偶然荷载; C、临时荷载、可变荷载、偶然荷载; D、永久荷载、不变荷载、偶然荷载。 6. 石块基础的厚度不宜小于( B ) A、100mm; B、150mm; C、200mm; D、250mm; 7.一般的钢筋混凝土基础,混凝土的强度等级应不低于( B )。 A、C15; B、C20; C、C25; D、C30; 8. 宁夏银川标准冻结深度为( B ) A、1.0m ; B、1.03m ; C、1.2m ; D、1.5m ; 9. 地基计算主要有三项内容为( B ) A、承载力验算、地基变形验算、地基裂缝性验算; B、承载力验算、地基变形验算、地基稳定性验算; C、承载力验算、地基长度验算、地基稳定性验算; B、承载力验算、地基宽度验算、地基稳定性验算。 10. 扩展基础破坏形式( B ) A、弯切破坏、弯曲破坏; B、冲切破坏、弯曲破坏; C、冲切破坏、拉曲破坏;D拉出破坏、弯曲破坏; 11. 在进行浅基础内力计算时,应采用下述何种基底压力。( A ) A 、基底净反力 B 、基底总压力 C、基底附加压力 12. 当建筑物长度较大时,,或建筑物荷载有较大差异时,设置沉降缝,其原理是( C ) A、减少地基沉降的措施;B 、一种施工措施;C、减轻不均匀沉降的建筑措施。 13. 高耸结构物的地基允许变形值除了要控制绝对沉降量外,还要由下列何种性质控制。 ( C) A、平均沉降; B、沉降差; C、倾斜;

第7章 天然地基上的浅基础设计 (土力学与地基基础教案)讲解

第7章天然地基上的浅基础设计 一、知识点: 7.1 概述 7.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念 7.2.1 基本概念 7.2.2 地基与基础的相互作用 7.2.3 上部结构刚度的影响 7.3 浅基础的若干类型 7.3.1 刚性基础 7.3.2 扩展基础 7.3.3 柱下条形基础 7.4 基础埋置深度的选择 7.4.1 与建筑物有关的条件 7.4.2 工程地质条件 7.4.3 水文地质条件 7.4.4 地基冻融条件 7.4.5 场地环境条件 7.5 地基承载力设计值 7.5.1 按土的抗剪强度指标确定 7.5.2 按地基载荷试验确定 7.5.3 按规范承载力表确定 7.6 浅基础的设计与计算 7.6.1 轴心荷载作用下基础底面积的确定 7.6.2 偏心荷载作用下基础底面积的确定 7.6.3 软弱下卧层的验算7.6.4地基变形验算7.7防止不均匀沉降损害的措施 7.7.1 建筑措施 7.7.2 结构措施 7.7.3 施工措施 二、重点难点: 一、重点: 常用的刚性基础、扩展基础的设计方法。 理解地基、基础与上部结构相互作用的概念。掌握浅基础的类型及适用条件;基础埋置深度的选择;地基承载力设计值;基础底面尺寸的确定;软弱下卧层地基承载力的验算方法。 掌握刚性基础剖面尺寸确定及扩展基础的配筋计算。 二、难点: 地基、基础与上部结构相互作用的概念。 地基承载力设计值;基础底面尺寸的确定;软弱下卧层地基承载力的验算方法。 三、本章内容: §7.1概述按旧书204页讲,第一节全部讲完 §7.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念 7.2.1 基本概念按旧书205页讲,讲到“以便阐明有关概念” 7.2.2 地基基础与上部结构的关系按新书206页讲,讲到“更好地设计地基基础方案” 7.2.3 基础刚度地影响 建筑物基础的沉降、内力以及基底反力的分布,除了与地基因素有关外,还受基础及上部结构的制约。此处只限于考虑基础本身刚度的作用而忽略上部结构的影响。为了建立基本概念,以下先讨论柔性基础和刚性基础两种极端情况。 一、柔性基础 柔性基础的抗弯刚度很小。它好比放在地上的柔软薄膜,可以随着地基的变形而任意弯曲。基础上任一点的荷载传递到基底时不可能向旁扩散分布,就象直接作用在地基上一样;所以,柔性基础的基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致。 如果假设地基是均质的弹性半空间,则可利用角点法求得柔性基础底面任意点的沉降。所得的计算结果以及工程实践经验都表明,均布荷载下柔性基础的基底沉降是中部大,边缘小[图7-14(b)]。 由此可见,缺乏刚度的基础,由于无力调整基底的不均匀沉降,就不可能使传至基底的荷载改变其原来的分布情况。如果要使柔性基础底面的沉降趋于均匀,显然就得增大基础边缘的荷载,并使中部的相应减少,这样,荷载和反力就应该变成如图7-14(a)所示的非均布的形状了。 二、刚性基础 刚性基础具有非常大的抗弯刚度,受荷后基础不挠曲,因此,原来是平面的基底,沉降后仍然保持平面。如基础的荷载合力通过基底形心,则沿基底的沉降处处相同。这样,根据以上柔性基础沉降均匀时基底反力分布不均匀的论述,可以推断,中心荷载下刚性基础基底反力的分布也应该是边缘大,

天然地基上浅基础的设计例题

天然地基上浅基础的设计例题 一、地基承载力计算 【例题3-1】某粘土地基上的基础尺寸及埋深如例图3-1所示,试按强 二、地基承载力验算(基底尺寸确定) 【例题3-2】试确定例图3-2所示某框架柱下基础底面积尺寸。

2 12~5.90.22075.2241600 )4.1~1.1()4.1~1.1(75.22475.24200)5.02(5.160.1200)5.0(m d f F A kPa d f f G a k m d ak a =?-?=-==+=-??+=-+=γγη 由于力矩较大,底面尺寸可取大些,取b=3.0m ,l =4.0m 。 (2)计算基底压力 kPa W M P P kPa d bl F P k k k G k k 8.358 .3106/4321208603.1733.1732204 31600 2 min max =??+±=±==?+?=+=γ (3)验算持力层承载力 不满足KPa KPa f KPa P KPa f KPa P a k a k 8.2698.2242.12.18.3108.2243.173max =?=>==<= (4)重新调整基底尺寸,再验算,取=l 4.5m

kPa f kPa P P kPa f KPa P a k k a k 2.2692.11.2676.1085.1586/5.432 1208608.2245.1582205 .431600 2 max =<=+=??++==<=?+?= 则 所以 取b=3.0m ,l =4.5m ,满足要求。 对带壁柱的条形基础底面尺寸的确定,取壁柱间距离l 作为计算单元长度(图3-16)。通常壁柱基础宽度和条形基础宽度一样,均为b ;壁柱基

天然地基上浅基础设计

天然地基上浅基础设计 第一节基础设计的原则 一、一般原则 1.地基应有足够的强度、刚度和耐久性。 2.地基应有足够的强度和稳定性。 3.基础沉降量应小于地基的允许变形值。 二、地基变形特征及允许变形值 地基变形特征可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。 在计算地基变形时,应符合下列规定: 1.由于建筑地基不均匀、荷载差异很大、体型复杂等因素引起的地基变形,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; 2.在必要情况下,需要分别预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形值,以便预留建筑物有关部分之间的净空,考虑连接方法和施工顺序。此时,一般建筑物在施工期间完成的沉降量,对于砂土可认为其最终沉降量已基本完成80%以上,对于低压缩粘性土可认为已完成最终沉降量的50%-80%,对于中压缩粘性土可认为已完成20%-50%,对于高压缩粘性土可认为已完成5%-20%。 建筑物的地基变形允许值,可按表5.3.4规定采用。对表中未包括的其他建筑物的地基变形允许值,可根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求确定。 建筑物的地基变形允许值表5.3.4

241000.003 0.0025 0.002 体型简单的高层建筑基础的平均沉降量(mm)200 高耸结构基础的倾斜H g≤20 20

天然地基上的浅基础设计

第7章 天然地基上的浅基础设计 §7.1 概述 工程设计都是从选择方案开始的。地基基础设计方案有:天然地基或人工地基上的浅基础;深基础;深浅结合的基础(如桩-筏、桩-箱基础等)。上述每种方案中各有多种基础类型和做法,可根据实际情况加以选择。 地基基础设计是建筑物结构设计的重要组成部分。基础的型式和布置,要合理的配合上部结构的设计,满足建筑物整体的要求,同时要做到便于施工、降低造价。天然地基上结构比较简单的浅基础最为经济,如能满足要求,宜优先选用。本章将讨论天然地基上浅基础设计的各方面的问题。这些问题与土力学、工程地质学、砌体结构和钢筋混凝土结构以及建筑施工课程关系密切。天然地基上浅基础设计的原则和方法,也适用于人工地基上的浅基础,只是采用后一种方案时,尚需对所选的地基处理方法(见 第9章)进行设计,并处理好人工地基与浅基础的相互影响。 7.1.1 浅基础设计的基础设计方法 基础的上方为上部结构的墙、柱,而基础底面以下则为地基土体。基础承受上部结构的作用并对地基表面施加压力(基底压力),同时,地基表面对基础产生反力(地基反力)。两者大小相等,方向相反。基础所承受的上部荷载和地基反力应满足平衡条件。地基土体在基底压力作用下产生附加应力和变形,而基础在上部结构和地基反力的作用下则产生内力和位移,地基与基础互相影响、互相制约。进一步说,地基与基础之间,除了荷载的作用外,还与它们抵抗变形或位移的能力有着密切关系。而且,基础及地基也与上部结构的荷载和刚度138 有关。即:地基、基础和上部结构都是互相影 响、互相制约的。它们原来互相连接或接触的 部位,在各部分荷载、位移和刚度的综合影响 下,一般仍然保持连接或接触,墙柱底端位移、 该处基础的变位和地基表面的沉降相一致,满 足变形协调条件。上述概念。可称为地基-基础 -上部结构的相互作用。 为了简化计算,在工程设计中,通常把上部 结构、基础和地基三者分离开来,分别对三者进 行计算:视上部结构底端为固定支座或固定铰支 座,不考虑荷载作用下各墙柱端部的相对位移, 并按此进行图7-1 常规设计法计算简图础和墙柱布置均匀、作用荷载对称且大小相近的 上部结构来说是可行的。在这些情况下,按常规设计法计算的结果,与进行地基-基础-上部结构相互作用分析的差别不大,可满足结构设计可靠度的要求,并已经过大量工程实践的检验。 基底压力一般并非呈直线(或平面)分布,它与土的类别性质、基础尺寸和刚

第二章天然地基上的浅基础

图2-1 基础类型 并且当持力层为软弱土时,由于扩大基础面积有一定限制,需要对地 否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响建筑物的正常所以对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的建筑物,当持力层的土质较差又较厚时,

个别情况下柱下基础用钢筋混凝土浇注时,其剖面也 条形基础分为墙下和柱下条形基础,墙下条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基础形 如挡土墙很长,为了避免在沿墙长方向因沉 降不匀而开裂,可根据土质和地形予以分段,设置沉降缝。有时为了增强桥柱下基础的承载 图2-3 单独和联合基础 图2-4 挡土墙下条形基础 能力,将同一排若干个柱子的基础联合起来,也 就成为柱下条形基础(图2-5)。其构造与倒置的T 形截面梁相类似,在沿柱子的排列方向的剖面可 以是等截面的,也可以如图那样在柱位处加腋的。 在桥梁基础中,一般是做成刚性基础,个别的也 可做成柔性基础。 如地基土很软,基础在宽度方向需进一步扩 大面积,同时又要求基础具有空间的刚度来调整 不均匀沉降时,可在柱下纵、横两个方向均设置条形基础,成为十字型基础。这是房屋建筑 常用的基础形式,也是一种交叉条形基础。 图2-5 柱下条形基础 图2-2 刚性扩大基础

(四)筏板和箱形基础(图2-6、图2-7) 筏板和箱形基础都是房屋建筑常用的基础形式。 当立柱或承重墙传来的荷载较大,地基土质软弱又不均匀,采用单独或条形基础均不能满足地基承载力或沉降的要求时,可采用筏板式钢筋混凝土基础,这样既扩大了基底面积又增加了基础的整体性,并避免建筑物局部发生不均匀沉降。 筏板基础在构造上类似于倒置的钢筋混凝土楼盖,它可以分为平板式(图2-6a)和梁板式(图2-6b)。平板式常用于柱荷载较小而且柱子排列较均匀和间距也较小的情况。 为增大基础刚度,可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基础(图2-7),它的刚度远大于筏板基础,而且基础顶板和底板间的空间常可利用作地下室。它适用于地基较软弱,土层厚,建筑物对不均匀沉降较敏感或荷载较大而基础建筑面积不太大的高层建筑。 图2-6 筏板基础图2-7 箱形基础 第二节刚性扩大基础施工 注意事项:刚性扩大基础的施工可采用明挖的方法进行基坑开挖,开挖工作应尽量在枯水或少雨季节进行,且不宜间断。基坑挖至基底设计标高应立即对基底土质及坑底情况进行检验,验收合格后应尽快修筑基础,不得将基坑暴露过久。基坑可用机械或人工开挖,接近基底设计标高应留30cm高度由人工开挖,以免破坏基底土的结构。基坑开挖过程中要注意排水,基坑尺寸要比基底尺寸每边大0.5m~1.0m,以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。基坑开挖时根据土质及开挖深度对坑壁予以围护或不围护,围护的方式有多种多样。水中开挖基坑还需先修筑防水围堰。 一、旱地上基坑开挖及围护 (一)无围护基坑 适用于基坑较浅,地下水位较低或渗水量较少,不影响坑壁稳定时,此时可将坑壁挖成竖直或斜坡形。竖直坑壁只适宜在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用。在一般土质条件下开挖基坑时,应采用放坡开挖的方法。 (二)有围护基坑 1.板桩墙支护 板桩是在基坑开挖前先垂直打入土中至坑底以下一定深度,然后边挖边设支撑,开挖基

相关文档
最新文档