土力学之天然地基上的浅基础PPT(著名大学讲义).ppt

第五章,天 然 地 基 上 的 浅 基 础,5.1,概述,5.2,基础埋置深度,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,5.4,地基承载力验算和变形验算,5.5,抗震设计,5.6,基础结构设计,5.7,共同作用概念,5.8,减轻不均匀沉降危害的措施,本章目录,5.1,概述,几个概念：,d,基础,地基,埋深,5.1,概述,基础类型：,天然地基上的浅基础,桩基础,人工地基上的浅基础,深基础,换土垫层，水泥土桩、碎石桩复合地基等,人工地基：,埋深,5m,特殊方法施工,考虑侧壁阻力作用,沉井基础沉箱基础,桩基础也属深基础,浅基础：,埋深小于,5m,，或者埋深大于,5m,，但是小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。所以不是简单的深浅概念。,5.1,概述,F,d,G,主要受力层,持力层（受力层）,下卧层,条形基础,3b,独立基础,1.5b,且,5m,（二层以下民用建筑除外）,主要受力层深度：,浅基础的类型,按基础刚度分,无筋扩展基础（刚性基础）,单独基础（独立基础）、条形基础、筏型基础、箱型基础、壳型基础,按结构形式分,扩展基础（柔性基础）,5.1,概述,按基础刚度分,无筋扩展基础,扩展基础,(,柔性基础,),1:1.0 1:2.0,与材料和荷载有关,F,b,t,h,0,F,砖、石、灰土，素混凝土,材料抗拉强度很低,要求基础台阶宽高比（刚性角）符合一定条件,钢筋混凝土,要满足抗弯、抗剪和抗冲切等结构要求,5.1,概述,按基础结构形式分,1,单独基础,2,条形基础,5.1,概述,3,十字交叉基础,条形基础的变种,5.1,概述,4,筏形（筏板）基础,5.1,概述,底板,外墙,内墙,5,箱形基础,由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好,5.1,概述,6,壳体基础,高耸建筑物,5.1,概述,5.1,概述,设计要求,满足：,承载力、变形要求,设计内容,确定：,埋深、型式、结构尺寸（长 宽 高）、材料,验算：,承载力、变形、结构本身强度,设计规范,1,建筑地基基础设计规范,（,GBJ7-89,）,2,建筑地基基础设计规范,（,GB50007-2002,）,5.1,概述,设计等级,02,规范：,设计等级,甲级,乙级,丙级,设计方法,允许（容许）承载力设计方法,极限状态设计方法,承载能力极限状态,正常使用极限状态,5.1,概述,荷载规定,荷载,分类,永久荷载,可变荷载,偶然荷载（特殊荷载）：爆炸力、撞击力,建筑结构荷载规范,（,GB50009-2001,）,荷载的标准值,荷载的准永久值,5.1,概述,荷载组合,基本组合,标准组合,准永久组合,正常使用极限状态下的承载力验算,正常使用极限状态下的变形验算，不记入风荷载和地震作用,水平荷载较大的建筑物、挡土墙等，承载力极限状态下的稳定验算,5.1,概述,民用建筑楼面均布活荷载的代表值,类别,住宅 宿舍 办公室 教室 试验室,食堂 餐厅,礼堂 剧场 影院,商店车站,机场大厅,健身房 舞台,书库档案库,标准值,(KN/m,2,),组合值系数,c,准永久值系数,q,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,5.0,0.7,0.7,0.7,0.7,0.7,0.9,0.4,0.5,0.5,0.3,0.5,0.5,0.8,5.2,基础埋置深度,原则：,在满足承载力的条件下尽量浅埋,基本要求：,除岩石以外，,D,大于,50cm,（表土扰动，植物，冻融，冲蚀）,基础顶距离表土大于,10cm,，保护,桥要求在冲刷深度以下,其它控制因素,5.2,基础埋置深度,1,建筑物的用途、结构类型及荷载性质与大小,地震区，除岩石地基外，天然地基的筏形和箱形基础埋深不宜小于建筑物高度的,1/15,地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修,基础埋深不同时,(1),主楼与裙房，高度不同,分期施工设置后浇带,(2),台阶式相连,如山坡上的房屋,新旧及相邻建筑物有一定距离。否则要求支护，并且要严格限制支护的水平位移。,5.2,基础埋置深度,2,工程地质和水文地质条件,尽量在地下水位以上,否则开挖降水,费用大,有承压水时，防止承压水顶破基底,基坑,5.2,基础埋置深度,根据土层分布情况确定,在满足其他要求下尽量浅埋,只有低层房屋可用，否则处理,尽量浅埋。但是如,h,1,太小就为,II,h,1,5m,桩基或处理；,好土,软土,好土,I II III IV,好土,软土,软土,(,很深,),h,1,5.2,基础埋置深度,3,地基土的冻胀,5.2,基础埋置深度,冻土,多年冻土（冻结时间,3,年,）,季节性冻土,发生冻胀的条件,（,1,）土的条件,一般是细颗粒土,（,2,）温度条件,低于冻结温度,（,3,）水力条件,含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重,外因,内因,土的冻胀性,5.2,基础埋置深度,土的冻胀性,衡量指标,冻胀性分类,平均冻胀率：,不冻胀,1%,弱冻胀,1%,3.5%,冻胀,3.5%,6%,强冻胀,6%,12%,注意：,碎石、砂等中粒径小于,0.075mm,的颗粒含量太高也会导致冻胀,新讲义表,2-10,5.2,基础埋置深度,考虑冻胀的基础埋深,按,02,规范,d,min,z,d,-h,max,z,d,:,设计冻深,h,max,：,容许残留冻土层最大厚度,z,d,=z,0,zs,zw,ze,标,准,冻,深,土,类,别,冻,胀,性,环,境,影响系数,Z,0,标准冻深：,北 京,0.81.0m,哈尔滨,2.0m,满洲里,2.8m,10,年的实测最大冻深平均值,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,极限承载力,承载力,容许承载力：设计承载力,通常所说的承载力指容许承载力,理论公式计算承载力：,临界荷载,P,1/4,、,P,1/3,临塑荷载,P,cr,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,阶段,1,：,弹性段,阶段,2,：,局部塑性区,阶段,3,：,完全破坏段,极限荷载,P,u,（极限承载力）,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,q=,0,d,p,2,z,M,Z,max,=0,：,Z,max,=B/4,或,B/3,：,P,cr,=,0,dN,q,+cN,c,P,1/4,=,B,N,1/4,+,0,d N,q,+cN,c,临界荷载,P,1/3,=,B,N,1/3,+,0,d N,q,+cN,c,临塑荷载,极限荷载（极限承载力）,P,u,计算,1,普朗德尔,-,瑞斯纳公式,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,q=,0,d,d,2,太沙基公式,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,被动区,过渡区,刚性核,太沙基,极限承载力：,一个半经验的公式,3,斯凯普顿公式,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,对于饱和软粘土地基,0,：,条形基础下：,普朗德尔,-,瑞斯纳公式的特例,矩形基础下：,斯凯普顿公式,4,汉森公式,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,在原有极限承载力公式上修正：,基础形状修正,深度修正,荷载倾斜修正,地面倾斜修正,基底倾斜修正,理论公式计算承载力（总结）：,临界荷载,P,1/4,、,P,1/3,临塑荷载,P,cr,极限荷载,P,u,（极限承载力）,普朗特尔,-,雷斯诺公式,太沙基公式,斯凯普顿公式,汉森公式,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,我国规范中取：,f,a,=M,b,b+M,d,m,d+M,c,c,k,以临界荷载,P,1/4,为理论基础,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,1,通过公式计算,2,通过载荷试验确定,3,通过经验确定,GBJ7-89,规范：,推荐查表方法,GB50007-2002,规范：,取消了相关表格,承载力公式计算：,f,a,=M,b,b+M,d,m,d+M,c,c,k,f,a,：,承载力特征值（设计值）,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,M,b,、,M,d,、,M,c,：,承载力系数，由,k,查表,b,：,基底宽度，大于,6m,按,6m,考虑，,对于砂土小于,3m,按,3m,考虑,c,k,：,基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力,查表计算：,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,GBJ7-89,规范,f,k,=,f,f,0,f,k,：,承载力标准值,f,0,：,承载力基本值（查表）,f,：,承载力修正系数,变异系数,粘性土,e,、,I,L,粉 土,e,、,w,砂 土,N,63.5,淤 泥,w,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,f,a,=f,ak,+,b,(b-3)+,d,m,(d-0.5),进行深度和宽度修正：,f,ak,：,查表计算或静载荷试验确定的承载力标准值,f,a,：,深宽修正后的承载力特征值（设计值）,b,、,d,：,宽度和埋深修正系数,：,基础底面以下土的重度,m,：,基础底面以上土的加权平均重度,b,：,大于,6m,按,6m,考虑，小于,3m,按,3m,考虑,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,基础尺寸初步确定：,G,F,d,F,作用在顶面的荷载，,kN,G,基础及台阶上填土总重，,kN,A,基底面积,，,m,2,G,平均重度，一般取,20,kN/m,3,d,基础埋深，,m,f=f,ak,+,d,m,(d-0.5),暂不做宽度修正,单独基础，中心荷载,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,G,F,d,条形基础，中心荷载,偏心荷载时：,将上面计算的,A,或,b,扩大至,1.11.4,倍,根据,A,可初步确定,b,和,L,5.4,地基承载力验算和变形验算,1,持力层承载力验算：,根据初步确定的埋深,d,与,b,，确定,f,承载力验算,偏心荷载时：,5.4,地基承载力验算和变形验算,p,max,1.2,f,高层建筑,(,筏,箱基,),：,p,min,0,考虑地震可能出现,eb/6,此时允许,p,min,0,，但,0,应力区不能超过,25%,b,l,N=F+G,要求：,以条形面积为例,b,e,N,eb/6:,三角形,偏心荷载时：,5.4,地基承载力验算和变形验算,偏心荷载时：,5.4,地基承载力验算和变形验算,b,l,N=F+G,增加面积,A,A,不变，改变,b,和,l,，具体看偏心方向,采用不对称柱,若不满足承载力要求，则考虑：,5.4,地基承载力验算和变形验算,2,软弱下卧层承载力验算：,F,p,d,z,p,cz,软土,E,s,1,E,s,2,注意：,下卧层承载力,f,只做深度修正,条基无后一项,扩散角可查表,3,其它验算：,水平荷载较大时，稳定验算,建筑在斜坡上时，稳定验算,抗震验算,5.4,地基承载力验算和变形验算,后面介绍,P,h,P,v,建筑物需满足地基变形要求,计算原理：,分层总和法,部分建筑物可不做变形验算,沉降量、沉降差、倾斜等,5.4,地基承载力验算和变形验算,新讲义表,2-7,4,地基变形验算：,计算方法：,规范推荐,“,平均附加应力系数,”,方法,高大钊书中将其称为,“,应力面积法,”,注意：,荷载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荷载,5.4,地基承载力验算和变形验算,d,z,i,z,i-1,0,i,沉降不满足时，需要：,增大尺寸,(,减少,p,0,),增加埋深,(,减少,p,0,),尤其增加地下室,-,补偿基础,地基处理,调整荷载,5.5,抗震设计,5.5.1,概述,5.5.2,地基抗震验算,5.5.3,饱和砂土与粉土的振动液化,5.5.4,抗震设计要点,5.5.1,概述,地震定义：,由内力地质作用和外力地质作用引起的地壳振动现象的总称,唐山地震：,24,万人,关东地震：,大火、龙卷风,阪神地震,地震类型,构造地震：,占,90%,火山地震,陷落地震,激发地震：,水库诱发、核爆炸,甘肃地震：,20,万人,5.5,抗震设计,苏门答腊地震：,20,万人,1995,年阪神地震,1995,年,1,月,17,日，日本兵库县南部阪神淡路地区发生了里氏,7.2,级强烈地震，死,5438,人，伤,24523,人，直接经济损失约,800,亿美元。,震区的大开等多个地铁车站遭到严重的破坏。,现代地下结构在地震中遭到严重破坏的第一个实例。,地震：严重的自然灾害,5.5,抗震设计,震 源：,发生地震的部位,震 中：,震源在地面的投影,震 中 距：,地面上某一点到震中的距离,震源深度：,震源到震中距离。,深度,横波,面波,5.5,抗震设计,震级：,表示地震本身强度大小的等级，,是衡量震源释放能量大小的一种量度,M:,震级,A:,标准地震仪在距震中,100km,处记录的以,微米,为单位记录的,最大,水平地动位移（单幅值）,里希特（,Richter),里氏,M2:,无感,2M5,：破坏,M7,：强烈,一般,1M d,0,+d,b,-2,d,w,d,0,+d,b,-3,d,u,+d,w,1.5d,0,+2d,b,-4.5,1,初步判别,地面以下,15,米内有饱和砂土、粉土，要进行初判,5.5,抗震设计,2,标准贯入试验判别,对于初步判别为,液化,的土，进一步判断,d,s,标惯点深度；,d,w,地下水深度；,c,粘粒含量（去掉百分号），小于,3,时取,c,3,；,N,0,基准,标惯击数，可查表,N,63.5,15,5.5,抗震设计,液化指数,I,LE,N,i,N,cr,才计入,抗震设计基本原则：,5.5.4,抗震设计要点,加大埋深；增强地基、上部结构整体性,抗震设计规范：拟静力法,1,以预防为主,“,小震不坏，大震不倒,”,2,选择有利地形,选择较好场地；,使建筑物基本周期避开地层特征周期（卓越周期）,3,做好基础设计,5.5,抗震设计,防止液化的工程措施：,全部消除液化沉降的措施,采用桩基；,深基础；,加密法；,挖除全部可液化土层,部分消除液化沉降的措施,加密；挖除,减小液化不均匀沉降危害的措施,减小埋深，离开液化土层；,箱基、筏基、十字交叉基础；,增加上部结构刚度、近对称,5.5,抗震设计,5.6,基础结构设计,刚性基础（无筋扩展基础）,1:1.0 1:2.0,F,b,t,h,0,有刚性角要求,新讲义表,2-8,5.6,基础结构设计,F,F,F,F,安全,不安全,安全,浪费,5.6,基础结构设计,一层台阶,两层台阶,锥形断面,5.6,基础结构设计,柔性基础（扩展基础）,冲切,弯曲,2,1,2,1,纯剪,斜压,5.6,基础结构设计,单独基础抗冲切验算,45,o,b,0,h,0,h,0,b,h,0,h,0,l,0,l,p,e,为地基净反力,A,c,为阴影面积,b,p,冲切锥的中线,F,l,V,F,l,=,p,e,A,c,V=0.7,h,f,t,b,p,h,0,其中：,中心荷载,5.6,基础结构设计,偏心受荷时：,45,o,b,0,h,0,h,0,b,h,0,h,0,l,0,l,偏心荷载,对危险部位进行冲切验算,原理同上,注意：,冲切验算控制扩展基础的,高度,M,5.6,基础结构设计,抗弯验算,抗弯验算,控制扩展基础的,配筋,5.7,共同作用概念,常规设计,上部结构、基础、地基分开考虑,共同作用举例,适应变形能力强，内力大,适应变形能力差，内力小,5.8,减轻不均匀沉降危害的措施,建筑措施,体型简单,设沉降缝,结构措施,减轻自重，如摩天大楼，钢结构,采用筏基、箱基等整体性好的基础,施工措施,坑底土保护，坑底,20cm,保护层,适当安排施工顺序,广州某工程,清华主楼,本章小结,5.1,概述,5.2,基础埋置深度,5.3,地基承载力和基础尺寸初步确定,5.4,地基承载力验算和变形验算,5.5,抗震设计,5.6,基础结构设计,5.7,共同作用概念,5.8,减轻不均匀沉降危害的措施,按基础刚度分,无筋扩展基础（刚性基础）,单独（独立）基础、条形基础、筏型基础、箱型基础、壳型基础,按结构形式分,扩展基础（柔性基础）,浅基础的类型,基础设计步骤：,1,计算各土层的承载力,2,确定基础埋深,3,根据承载力初步确定基础尺寸,4,地基承载力验算、稳定验算,5,地基变形验算,6,基础结构设计,冲切验算,抗弯验算,刚性角？,刚性基础,扩展基础,通过公式计算,通过载荷试验确定,通过经验确定,本章结束,