极限平衡理论与浅基础——.pptx

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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章极限平衡理论与浅基础,5,、浅基础的设计与计算,识记：刚性基础台阶宽高比的概念。,领会：各类建筑物对地基变形验算的要求。,综合应用：按地基持力层承载力，确定墙下条形基础,和柱下单独基础的底面尺寸；进行基础结构设计；,软弱下卧层承载力的验算。,6,、减轻不均匀沉降危害的措施。,领会：减轻不均匀沉降危害的建筑措施、结构措施和施工措施。,4,、地基承载力的确定,识记：各级建筑物确定地基承载力的方法；,影响地基承载力的主要因素。,地基承载力特征值的深度、宽度修正方法。,领会：根据规范表格确定各类地基土承载力特征值的方法。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,学习目的和要求,通过本章的学习，了解浅基础的类型及其适用条件，,熟悉基础埋置深度的确定原则，掌握地基承载力特征值,的确定方法，熟练掌握按地基持力层承载力计算墙下,条形基础和柱下单独基础的底面尺寸，掌握软弱下卧层,承载力的验算方法，理解地基变形验算要求和减轻不均匀,沉降危害的措施。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3.1,地基基础设计原则,地基基础设计是土木工程结构设计的重要组成部分。结构设计包含基础设计。在某种地质条件下，基础设计的意义和要求，比上部结构设计更重要、更难。,1,、概述,第,3,章极限平衡理论与浅基础,地基基础分类：,地基,天然地基,是不经过对地基土的处理,人工地基,经过地基处理,第,3,章极限平衡理论与浅基础,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。,基础,深基础,：当基础埋置深度较大（一般大于,5m,或大于基础最小宽度），须借助特殊的施工方法和装备建造的基础。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,地基基础设计包括两方面的内容：地基、基础,对基础的要求：,结构强度、刚度和耐久性,与上部结构相适应,对地基的要求：,承载力（强度）沉降,(,变形）,地基及基础示意图,第,3,章极限平衡理论与浅基础,D,D,地基与基,础的关系,地基与基础密切相关，彼此制约,地基与基础设计,不能单方面考虑,第,3,章极限平衡理论与浅基础,地基基础,方案选择,建筑物的性质,工程地质条件,施工条件,包括建筑物的用途、结构布置、结构类型、荷载性质及大小等,包括场地土层分布、组成、土性及地下水等,包括当地施工技术力量、施工设备、材料价格、工期等,优选,天然地基,上的浅基础,第,3,章极限平衡理论与浅基础,地基基础设计等级,甲级,乙级,丙级,1,）地基复杂程度,2,）建筑物规模和功能特征,3,）地基问题可能造成建筑物,破坏或影响正常使用程度,划分原则,第,3,章极限平衡理论与浅基础,计算要求,地基计算内容,建筑物类型,地基承载力计算,设计等级为甲、乙、丙级的建筑物,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,第,3,章极限平衡理论与浅基础,计算内容,荷载效应最不利组合,相应的抗力及限值,图示,按地基承载力确定基底面积及基础埋深,正常使用极限状态下荷载效应的,标准组合,地基承载,力特征值,f,a,(kpa),计算地基变形,正常使用极限状态下荷载效应的,准永久值组合,（不计入风荷载和地震作用）,地基变形值,S,计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定、滑坡推力,承载力极限状态下荷载效应的,基本组合,，但,分项系数均为,1,；,确定基础高度、支挡结构截面；计算基础或支挡结构内力；确定配筋或验算材料强度,承载力极限状态下荷载效应的,基本组合,，采用,相应的分项系数；,荷载取值,F M,e,F+G,第,3,章极限平衡理论与浅基础,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,内,容和,步骤,第,3,章极限平衡理论与浅基础,浅基础的设计方法,建筑物设计,上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的。,上部结构,基础,地基,基底压力,附加应力,地基沉降变形,基底反力,基础结构的外荷载,基底压力接近直线,“,刚性设计,”,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3.2,浅基础的类型,浅基础的分类方法,按基础材料,无筋基础,钢筋混凝土基础,按基础结构类型,扩展基础,柱下条形基础,柱下交叉条形基础,筏形基础,箱形基础,壳体基础,按基础受力特点,柔性基础,刚性基础,第,3,章极限平衡理论与浅基础,1),扩展基础,基础材料,无筋扩展基础,(,刚性基础,),钢筋混凝土基础,(,柔性基础,),结构型式,柱下独立,基础,(,单独基础,),墙下条形基础,第,3,章极限平衡理论与浅基础,无筋扩展基础,(,刚性基础）,材料：,砖、石、灰土、三合土及混凝土,工作条件：,犹如一倒置的承受地基反力的两端外伸的悬臂梁,特点：,砖、石、灰土，素混凝土材料,抗压强度较高，抗拉和抗剪强,度很低，受弯后易剪切破坏。,设计,采用限制基础外伸宽度与高,方法：,度之比（台阶宽高比）不超过允许值的构造措施。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,定义,刚性基础,：,用砖、石抗拉和抗剪强度较低的材料,建造，在构造上受刚性角限制，受力,后不发生挠曲变形的基础。,应用范围,：,一般用于六层及六层以下（三合土不超过四层）的民用建筑和轻型厂房。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,钢筋混凝土扩展基础,(,柔性基础,),材料,:,钢筋混凝土,工作条件：,倒置悬臂梁,特点：,基础配置一定数量的钢筋，可以承受拉应力，故不受刚性角,的限制，但,要满足抗弯,抗剪,和抗冲切等结构要求,。,定义：柔性基础,-,用钢筋混凝土建造，构造上不受刚性角限制，受力后允许产生一定挠曲变形的基础。,适用条件,：,宽基浅埋,第,3,章极限平衡理论与浅基础,2),柱下条形基础,基础材料,:,钢筋混凝土,结构型式,单向条形,基础,:,同一轴线（或同一方向）上若干柱下相连的钢筋混凝土条形基础。,十字交叉条形基础,:,柱网下沿纵横两向分别设置,的钢筋混凝土条形基础。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,特点：,1,）,抗弯刚度大，具有调整不均匀沉降的能力。,2,）,能将集中柱荷载较均,匀地分布到整个基底。,工作条件,：有别于钢筋混凝土扩展基础，不仅在横截面方向如倒置的悬臂梁，在纵向则如倒置的以各柱为铰支的多跨连续梁。,适用条件,：,地基土较软弱，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象相碰时。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3),筏形基础,覆盖于建筑物地基上的整体钢筋混凝土板状基础。,基础材料,:,钢筋混凝土,工作条件,:,犹如倒置的楼盖结构,结,构,型,式,墙下筏,基,-,平板式,柱下筏基,平板式,梁板式,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3),筏形基础,第,3,章极限平衡理论与浅基础,1,）,有较大基底面积，不仅易于满足软弱地基承载力的要求，而且减少了地基的附加压力，并在与上部结构共同工作的,条件下使沉降比较均匀；,2,）,对上部结构刚度较好的多层房屋，能增加整体性能，减少,相对沉降，增强抗震性能；,3,）,可跨越土中浅层小洞穴和局部软弱层，防止因局部下沉造,成的房屋损坏；,4,）,可作为水池、油库等的防渗底板；,5,）,有地下室时，可提供较宽敞的使用空间；,6,）,有地下室或架空地板时，具有一定的补偿性效应。,筏基的功能,不足之处,1),无力调整过大的差异沉降,2),上下配筋，经济指标较高,第,3,章极限平衡理论与浅基础,4),箱形基础,由钢筋混凝土底板、顶板和内外墙体组成的整体空间结构基础。,整体性更好,基础材料,:,钢筋混凝土,适用条件,：,软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降要求严格的建筑物,第,3,章极限平衡理论与浅基础,底板,外墙,内墙,4),箱形基础,第,3,章极限平衡理论与浅基础,特点,1,）,基础埋深大、中空形式，使开挖卸去的土重部分抵偿,了上部结构传来的荷载，能显著减小基底压力、降低,基础沉降量；,2,）,整体刚度大，只能产生大致的均匀沉降或整体倾斜，,抗震性能好；,3,）,具有较大地下空间可供各种使用功能，但因内墙分隔,而使使用受限；,4,）,经济指标高，施工技术复杂，对防水通风要求较高。,4),箱形基础,第,3,章极限平衡理论与浅基础,5),壳体基础,基础材料：,钢筋混凝土,结构型式,正圆锥壳体,M,形组合壳体,内球外锥组合壳体,特点：,1,）,材料省、造价低，,2,）,施工技术要求高,。,适用条件,：,可用作柱基础和筒形构筑物基础,第,3,章极限平衡理论与浅基础,单独基础柱下条形基础箱形和筏形基础,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,浅基础的特点：,小结,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3.3,基础埋置深度的选择,1,、确定基础埋深的意义和原则,埋深定义,下卧层,持力层（受力层）,F,G,d,设计地面,基础底面,基础埋深,第,3,章极限平衡理论与浅基础,选择埋深的意义,实质,选择合适的持力层,保证,1,）,地基的可靠性（强度、变形要求）,2,）,基础的稳定性（抗倾覆、滑动和侵蚀要求）,3,）,施工的难易性（埋深大施工难，反之则易）,4,）,造价的经济性,（埋深大造价高，反之则低）,第,3,章极限平衡理论与浅基础,选择埋深的原则,1,）,在满足地基强度、稳定和变形要求的前提下，基础应,尽量浅埋；,2,）,除岩石地基外，,基础埋深不宜小于,0.5m,。基础顶面一般不露出地面，要求基础顶面低于地面不小于,0.1m,。,浅埋可节约材料，方便施工，缩短工期，降低造价,第,3,章极限平衡理论与浅基础,1,）,与建筑物有关的条件,2,、选择基础埋深的影响因素,建,筑,物,的,功,能,用,途,1,、考虑建筑物结构类型、使用功能和用途要求；,2,、土质地基上高层建筑，应满足稳定性要求；,3,、岩石地基上高层建筑，应满足抗滑要求；,4,、受上拔力的基础，满足抗拔要求；,5,、高耸构筑物，满足抗倾覆稳定性要求。,抗震区筏板、箱形基础,不宜小于,建筑物高度,1/15,；,桩箱、桩筏基础,不宜小于,建筑物高度,1/181/20,第,3,章极限平衡理论与浅基础,只有轻型建筑可用，否则采用连续基础、人工处理或深基础比较确定,上硬下软,尽量浅埋（宽基浅埋），但是如,h,1,太小就按情况,考虑,上软下硬,h,1,4 m,桩基或人工处理,好土,软土,(,很深,),好土,软土,软土,好土,I II III IV,h,1,基础条件由其它条件确定时，基础尽可能浅埋,2,）,工程地质条件,h,1,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3,）,水文地质条件,地基中有地下水时,1,）,基础应尽量置于地下水位以上；,2,）,当基础必须置于地下水位以下时，应考虑排水、围护,及扰动，地下水有无侵蚀性，设计时还应考虑地下室,防渗、抗浮等问题；,3,）,有承压水时，由避免基坑被承压水冲破的条件确定。,向上的承压水压力,向下的土压力,要求,.,有承压水时,第,3,章极限平衡理论与浅基础,4,）,地基冻融条件,冻土地基,：,地基土的温度低于摄氏零度时，土中部分孔隙水将冻结而形成冻土。,冻土的类型,季节性冻土,-,冬季冻结，夏季融化，每年冻融交替一次。,多年冻土,-,连续冻结三年以上的冻土。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,土的冻胀与融陷,毛细水,土颗粒,结合水,冰,冻胀,土冻结后体积的膨胀,冻胀机理,融陷,冻土融化后引起建筑物沉陷的现象。,结冰时水的膨胀可达,10%,左右，且膨胀力很大，达,2MPa,量级，当膨胀力大于,基底压力时，基础被抬起,第,3,章极限平衡理论与浅基础,冻深,毛细区,地下水位,冻结区,土冻胀的,影响因素,土质：含弱结合水或有毛细水的细粒土,含水量：含水量越大，冻胀性越强,地下水位：离冻结区越近，水分补充越快,第,3,章极限平衡理论与浅基础,冻胀的分类,不冻胀,特强冻胀,弱冻胀,冻胀,强冻胀,冻深对基础埋深的要求,Z,d,d,min,室内地面,h,max,d,min,=z,d,h,max,式中：,z,d,设计冻深；,h,max,允许残留冻土,最大厚度。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,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（上下水，,煤气电缆）应在基底以上，且,应预留孔洞，孔径应大于管径,（,1015mm,），管道宜选柔材,。,5,）,场地环境条件,同一建筑物基础可采用不,同的埋深，对土质地基上,的墙下无筋基础，应做成台阶状，这是为解决基础,不均匀变形的构造措施。,L/,H=12,第,3,章极限平衡理论与浅基础,新旧相邻建筑物新基础的,埋深不宜超过原有建筑物,基础底面，否则应有一定,间距，即：,L,H,=12,若不能满足上述要求，则,应在施工期间对原有建筑物采取保护措施。,L,H,为了保护基础不受人类和其他生物活动等,的影响，,基础的顶面,宜低于室外设计地面,0.10m,，同时又要便,于周围排水沟的布置。,d,大于,10cm,第,3,章极限平衡理论与浅基础,浅基础的地基承载力,3.4,1.,地基承载力的概念,地基承受荷载的能力,为了满足地基强度和稳定性的要求，设计时必须控制基础底面最大压力不得大于某一界限值，这一界限值称为,地基承载力,。,极限承载力,:,地基即将丧失稳定性时的承载力,;,允许承载力,:,地基稳定有足够的安全度且变形,在允许范围内时的承载力。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,地基承载力特征值相应于载荷试验时，地基土的压力变形曲线,线性变形段内,不超过比例界限点的,地基压力值。,s,p,s,曲线,p,cr,p,u,f,a,s,a,p,地基承载力特征值,f,a,在保证地基稳定的条件下,使建筑物的沉降量不超过,允许值的地基承载力,。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,2.,地基承载力确定的原则,1,）,在最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象；,2,）,在长期荷载作用下，地基变形不造成上部结构损坏。,特点：,1.,地基承载力特征值实质就是允许,承载力；,2.,按正常使用极限状态原则确定；,3.,以地基的变形作为控制标准。,荷载增加,地基变形增长,地基承载力加大,地基承载力是,其变形的函数,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3,.,地基承载力特征值确定的方法,根据土的抗剪强度指标，按理论公式计算,按地基现场载荷试验确定,按规范承载力表确定,根据相邻条件相似的建筑经验确定,分类,第,3,章极限平衡理论与浅基础,1),按地基载荷试验确定,-,适用于浅层地基,浅层平板载荷试验,深层平板载荷试验,螺旋板载荷试验,适用于深层地基,千斤顶,荷载板,载荷板的测试范围：,在现场通过,0.25,0.50m,2,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。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,p s,曲线,“,陡降型,”,步骤：,1,）,当,p s,曲线上有明显的,比例界限,p,b,时，取,p,b,对应的荷载值为地基承载力特征值；,2,）,当,p,u,2,p,b,时，取,p,u,/,2,为地基承载力特征值。,载荷试验结果,p s,曲线,确定,地基承载力特征值,第,3,章极限平衡理论与浅基础,条件：,承压板面积为,0.25 0.50m,2,p s,曲线,“,缓变型,”,步骤：,当,p s,曲线上无明显的比例界限,p,b,和极限荷载,p,u,时，取沉降,s,=(,0.010.015),b,对应的荷载值为地基承载力特征值；且其值不大于最大加载量的一半。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,载荷试验结果,p s,曲线,确定,地基承载力特征值,方,法,p-s,曲线,“,陡降型,”,取值主要由地基强度控制,p-s,曲线,“,缓变型,”,取值主要由地基允许变形,控制,常出现于中、高压缩性土,常出现于低压缩性土,第,3,章极限平衡理论与浅基础,同一层土参加统计试验点不少于三点，所得试验实测值的极差,(,最大值与最小值之差,),不超过平均值的,30%,时，取此平均值为地基承载力特征值,f,a,k,。即：,满足：,f,=,f,a,max,f,a,min,0.3,f,a,m,有：,f,a,k,=,f,a,m,要求,第,3,章极限平衡理论与浅基础,载荷试验的主要优缺点,载荷板与实际基础对地基影响深度比较,(a),载荷试验,(b),实际基础,优点：,载荷试验可靠性高，对于成分或结构很不均匀的土层，如杂填土、裂隙土、风化岩等，它则显出用别的方法所难以代替的作用。,缺点：,费时、耗资多；载荷板的尺寸一般比实际基础小，影响深度较小，试验只反映这个范围内土层的承载力。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,2),按土的抗剪强度指标确定,地基极限承载力理论公式,安全系数，一般取,23,地基规范推荐的理论公式,f,a,=,M,b,b,+,M,d,m,d,+,M,c,c,k,注：,此式以,p,1/4,=,N,b,/2+,N,q,d,+,N,c,c,为,理论依据,该公式相应的理论模式是基底压力呈,条形均匀分布,。,所以仅适用于,e,0.0033,b,的,情况。,承载力系数，按查表确定,。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,几点说明：,（,1,）,土的抗剪强度指标、,c,k,的取值,原状土样，三轴试验，每层土的试验数量,6,组；,（,2,）,地下水对地基承载力的影响,基底上下土的重度,m,、,，在地下水位以下采用有效重度,;,（,3,）,基础宽度和埋深对地基承载力的影响,对 ,0,的土，增大基础宽度，地承力随之增大；但,b,6,时，取,b,=6,；对砂土地基,b,3,时，取,b,=3,。,（,4,）,按此式确定,f,a,时，尚应进行地基的变形验算。,f,a,=,M,b,b,+,M,d,m,d,+,M,c,c,k,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3.,地基承载力特征值的修正,修正原因,:,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。,适用条件,:,当基础宽度大于,3m,或埋置深度大于,0.5m,时，从现场载荷试验或其他原位测试等方法确定的,地基承载力特征值,应进行修正。,修正公式,:,f,a,=,f,a,k,+,b,(,b,3),+,d,m,(,d,0.5),基础宽度和埋深的地承力修正系数，查表,7.10,第,3,章极限平衡理论与浅基础,f,a,与,f,a,k,的区别,f,a,=,M,b,b,+,M,d,m,d,+,M,c,c,k,f,a,=,f,a,k,+,b,(,b,3),+,d,m,(,d,0.5),以界限荷载为基础的理论公式结合经验给出计算地基承载力设计值,未经深宽修正的地基承载力特征值，由土质地基的现场载荷试验和静力触探、动力触探、标准贯入试验等原位测试法取得，经深宽修正后方得到。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3-6,3-41,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3-6,第,3,章极限平衡理论与浅基础,第,3,章极限平衡理论与浅基础,基础底面尺寸的确定,3.5,建筑物确定了基础类型和埋置深度后，若已知基础底面尺寸，可以进行地基土持力层承载力和变形验算，如果还存在软弱下卧层，还需对软弱下卧层的承载力进行验算。,若底面尺寸不知道，可以根据外荷载和地基承载力进行地基基础设计，对于轴心荷载作用，可假定基础底面形状为正方形；对于偏心荷载作用，可假定基础底面形状为长方形，并根据偏心距的大小给出长边和短边的合适比例后，再进行设计。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,1.,按,地基持力层承载力特征值确定基底面积,1,）中心荷载下的基础,计算假定,:,基底压力均匀分布,基底平均压力标准值,p,k,不超过持力层经修正后的地基承载力特征值,f,a,，即：,p,k,f,a,计算要求,G,k,F,k,1、上部结构刚度对基础受力有约束作用。,3、在软土地基上，当基础整体刚度有限时，加强上部结构刚度才有效。,来验证计算方法；,承载力系数，按查表确定。,当上述验算不能满足时可采取的措施,抗震性能好；,第,3,章极限平衡理论与浅基础,G,k,F,k,计算公式,d,l,b,基础自重及其台阶上的土重,实体,基础,G,k,=,G,Ad,=20,Ad,第,3,章极限平衡理论与浅基础,讨论,基础及回填土的平均重度，一般取,20 ,地下水位以下取,10,上式中有两个未知数和，可能要通过反复试算确定。,计算时，可先对地基承载力只进行深度修正，计算值；,然后按计算所得的，考虑是否需要进行宽度修正，,使得、间相互协调一致。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,矩形基础,A,=,l b,（一般,l/b,3,）,方形基础,A,=,b,2,条形基础,A,=1,b=b,沿基础长度方向取,1m,的计算单元（,l=,1m,）,第,3,章极限平衡理论与浅基础,【,例,1】,某住宅承重墙厚,240mm,，采用墙下条形基础；地基土表层为杂填土，厚度,0.80m,，重度,17.5kN/m,3,，其下为粘土层，重度,18.5 kN/m,，承载力特征值,f,a,k,为,200kPa,，孔隙比,0.86,。地下水位在地表下,1.0m,处。若已知上部墙体传来的竖,向荷载标准值为,195kN/m,。试,确定基础底面尺寸。,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,。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3.,取,1m,长的条基作计算单元,基础宽度：,埋深范围内土的加权平均重度：,2.,对持力层土进行深度修正,:,3-6,第,3,章极限平衡理论与浅基础,取该承重墙下条形基础宽度,b,1.25m,。,4.,验算,:,满足要求。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,（,2,）偏心荷载作用下的基础：,计算假定,:,基底压力按直线分布,（梯形或三角形分布）,p,k,f,a,p,kmax,1.2,f,a,计算要求,同时满足下列两式的要求，即：,e,F,+,G,F,M,l,b,p,kmax,p,kmin,p,k,e,第,3,章极限平衡理论与浅基础,计算公式,基础底面的抵抗矩,矩形基础,M,k,=(,F,k,+,G,k,),e,第,3,章极限平衡理论与浅基础,矩形基础,当,p,kmin,l,/6:,出现拉应力区,e,第,3,章极限平衡理论与浅基础,计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸,逐次渐近试算法,计算步骤,1),按中心受压初步计算基底尺寸：,2),据偏心大小，增加基,底尺寸,1040%,，即：,A,1,=,（,1.11.4,）,A,0,3),初选,l,和,b,，一般取,l,/,b,=12,，得实际基底尺寸：,A,A,1,承载力特征,值可先进行,深度修正,若,b,3,，则对地基承载力进行宽度修正,第,3,章极限平衡理论与浅基础,其中：,M,k,=M,0k,+V,k,H,0,上部结构,传来的力矩标准值,p,k,p,kmax,4),计算基底应力：,第,3,章极限平衡理论与浅基础,要求：,1,）应满足,e,l,(,即,p,kmin,0),2,）对重要建筑物：,p,kmin,p,kmax,1/4 1/3,以避免产生过大的不均匀沉降；,3,）对个别情况可：,e,l,6,(,即,p,kmin,0,）,此时：,5),验算,：,p,k,f,a,p,kmax,1.2,f,a,如不满足要求，应修改尺寸，重复,上述步骤，直到符合要求为止。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,【,例,2】,柱截面尺寸,300mm400mm,，作用在柱底的荷载标准值：中心垂直荷载,700kN,，力矩,80kN-m,，水平荷载,13kN,。其它参数见下图。试根据持力层地基承载力确定基础底面尺寸。,此题为偏心荷载作用下的基础，,解题思路为,:,对地基承载力进行深度修正，按中心荷载作用初定基础底面积，考虑偏心荷载作用扩大基础面积，验算地基承载力，如不合适，调整基底面积重复按上述步骤计算。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,【,解,】1,、求地基承载力特征值,根据粘性土,e,=0.7,，,I,L,=0.78,查表,7.10,，得：,b,=0.3,d,=1.6,持力层承载力特征值,f,a,（先只考虑对基础进行深度修正）：,2,、初步选择基底尺寸计算基础和回填土重,G,k,时的基础埋深。,按中心受压计算基底面积：,由于偏心不大，基础底面积按,20%,增大，即：,初步选择基础底面积,因不需再对,fa,进行宽度修正。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3,、验算持力层地基承载力,基础和回填土重：,偏心距：,即,基底最大压力：,最后确定该柱基础底面长,L,=2.4m,宽,b,=1.6m,。,基底平均压力：,满足要求。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,2.,地基软弱下卧层承载力验算,软弱下卧层是指在持力层下，成层土地基受力层范围内，承载力显著低于持力层的高压缩性土层。,F,k,P,k,d,z,p,cd,软土,E,s1,E,s2,G,k,p,cz,基底压力,软卧层顶面处自重应力,验算要求：,作用于下卧层顶面的全部压力（自重应力和附加应力），不超过软卧层的承载力。即：,当持力层下有软土时，可能在此层破坏，需要验算软弱下卧层的地基承载力,基底处自重应力,p,z,+,p,cz,f,az,软卧层顶面处的,附加应力标准值,第,3,章极限平衡理论与浅基础,软弱下卧层顶面的附加应力简化计算,-,压力扩散角法,假设基底处的附加应力向下传递时按某一角度向外扩散，并均匀分布于较大面积的软弱下卧土层上。,条件,矩形基础：,条形,基础,软卧层顶面处附加应力,=,基底处附加应力,应力扩散后面积,注,扩散角与,E,s1,/E,s2,及,z/b,有,意,:,关,，持力层太薄不起作用,F,k,P,k,d,z,软土,E,s1,E,s2,G,k,第,3,章极限平衡理论与浅基础,软弱下卧层地基承载力特征值,f,a,z,计算,f,a,z,=,f,a,k,+,d,m,（,d+z,0.5,）,对软弱下卧层地基,承载力只进行深度,修正，修正深度从,地面到软卧层顶面,p,z,+,p,cz,f,az,F,k,P,k,d,z,p,cd,软土,E,s1,E,s2,G,k,p,cz,第,3,章极限平衡理论与浅基础,当上述验算不能满足时可采取的措施,1),采用,“,宽基浅埋,”,方案，尽量减少基础埋深，增加基底至软弱下卧层的距离，使传至软弱下卧层的附加应力减小；,2),增大基础宽度，减小基底压力，,使传至软卧层,的附加应力减小（但可能增加软弱卧层变形）,;,3),采用人工地基或,采用深基础避开软弱下卧层,。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,【,例,3】,某承重墙厚，传来轴力标准值,基础埋深，地基资料如下图所示，试确定基底尺寸并验算软弱下卧层。,【,解,】,1,、持力层承载力验算：,中心荷载作用，沿墙长方向取,。,埋深范围内土的加权平均重度,先进行深度修正：,第,3,章极限平衡理论与浅基础,由于：不须进行宽度修正。,基底平均压力标准值：,确定基底尺寸：,对阶梯形截面基础，除基础高度应符合要求外，各级台阶的宽高比亦应满足刚性角要求；,的钢筋混凝土条形基础。,现浇钢筋砼柱基础剖面尺寸,其实，地基、基础和上部结构三者是相互联系成整体来承担荷载而发生变形的。,采用简化计算方法计算：,第 3 章极限平衡理论与浅基础,如何解决不均匀沉降的问题？,第 3 章极限平衡理论与浅基础,fa(kpa),第 3 章极限平衡理论与浅基础,柱荷载差异大，以致基底面积扩大使其彼此接近或象相碰时。,第 3 章极限平衡理论与浅基础,从地基、基础和上部结构共同工作的观点出,-适用于浅层地基,柱下钢筋混凝土单独基础的底板厚度（即基础高度）,采用简化计算方法计算：,3、在软土地基上，当基础整体刚度有限时，加强上部结构刚度才有效。,恰当安排相邻建筑物基础间的净距,第,3,章极限平衡理论与浅基础,淤泥质土承载力修正：,2,、软弱下卧层验算：,软弱下卧层顶面处自重应力,则：,满足要求,软弱下卧层顶面处的附加应力：,软弱下卧层顶面以上土的加权,平均重度：,第,3,章极限平衡理论与浅基础,3.,地基稳定性验算,验算对象,1),承受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构物,2),建在斜坡,上或边坡附近的建,(,构,),筑物,。,验算内容,1),整体滑动破坏,-,通常采用圆弧滑动面法,要求,:,K,=,M,r,M,s,1.2,抗滑力矩,滑动力矩,第,3,章极限平衡理论与浅基础,验算内容,2),斜坡上建,(,构,),筑物,对稳定土坡,(,如图,),上的基础,当,b,3m,，,a,2.5m,，且符合,要求,:,可不进行稳定验算,对条形基础,:,对矩形基础,:,第,3,章极限平衡理论与浅基础,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,地基特征变形计算值,变形特征允许值。,注：传至基础上的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作用）。,地基变形验算,3.6,第,3,章极限平衡理论与浅基础,地基变形特征：,对各种建筑物产生危害的不利沉降形式。,类型,沉降量,沉降差,倾斜,局部倾斜,第,3,章极限平衡理论与浅基础,(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。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,(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。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,（,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,第,3,章极限平衡理论与浅基础,（,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。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,变形特征,定义,图示,控制对象,沉降量,基础中心点的沉降值,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。,沉降差,相邻两个柱基的沉降量之差。,框架结构、砌体墙填充的边排柱等基础,倾斜,基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值,多高层建筑物、高耸结构、土层分布不均及相邻建筑物影响,局部倾斜,砌体承重结构沿纵墙,610,米内基础两点的沉降差与其距离的比值,砌体承重结构,第,3,章极限平衡理论与浅基础,变形验算的选择,（,1,）与柔性结构有关的地基变形特征,通常柔性结构指排架结构，一般在低、中压缩性地基上不会产生沉降破坏，但在高压缩性地基上应注意下列变形特征：,砌体墙填充的边排柱（尤其是端部抗风柱）,-,验算,沉降差,单层排架柱基（尤其是多跨排架的中排柱基）验算,沉降量,对有桥式吊车的厂房，应,限制相邻柱基沉降差,引起的吊车轨道面的,倾斜,，以防导致吊车滑行或卡轨。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,（,2,）与敏感性结构有关的地基变形特征,所谓敏感性结构指对不均匀沉降敏感的框架结构和砌体承重结构。由于一般砌体的抗拉、抗剪强度较低，在地基不均匀变形影响下，易沿纵墙开裂破坏；而框架结构则主要是由于相邻柱基的不均匀沉降在上部结构中产生较大次应力，使强度超过安全储备而破坏。因此：,砌体承重结构,-,验算,局部倾斜,框架结构,-,验算相邻柱基的,沉降差,第,3,章极限平衡理论与浅基础,（,3,）与刚性结构有关的地基变形特征,所谓刚性结构指高层建筑和高耸结构物。,高耸结构和长高比很小的高层建筑，地基变形的主要特征是建筑物的整体,倾斜,；,对地基较均匀、且无相邻荷载影响的高耸结构，则注意控制,沉降量,。,高耸及高层建筑容易产生倾斜的主要原因是地基不均匀及相邻建筑影响，此外这类结构受水平荷载大、重心高，容易重心偏移引起偏心力矩而影响倾覆稳定性，故倾斜允许值随高度增加而递减。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,沉降观测与地基变形值的预估,沉降观测目的,通过对观测结果的分析,来验证计算方法；,可预测沉降发展的趋势,及时采取处理措施。,预估,施工期间,使用期间,变形值,便于预留,建筑物有关部,分间净空,第,3,章极限平衡理论与浅基础,预估地基,变形值,考虑,土的,压缩性,多层建筑在施工期间完成的沉降量,砂土,-80%,以上,低压缩性土,5080%,中压缩性土,2050%,高压缩性土,520%,变形不满足时的措施,1),适当调整基底尺寸,(,改变基底附加压力,);,2),适当调整基础埋深,;,3),改用其它基础型式,;,4),采用人工地基处理方案,;,5),从建筑,结构及施工等方面采取措施以防止地,基不均匀沉降对上部结构造成的损害。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,无筋,扩展,基础设计,3.7,F,k,b,2,b,H,0,b,1,b,0,d,适用范围：六层以及六层以下,（三合土基础不宜超过,4,层）的,民用建筑和墙承重的厂房。,材料：由砖、毛石、素混凝土与,灰土等材料组成,第,3,章极限平衡理论与浅基础,F,k,b,2,b,H,0,b,1,b,0,d,设计原理,采用增加基础高度,H,0,，控制基础外伸宽度,b,2,与基础高度,H,0,的比值（台阶宽高比，又称刚性角）来提高基础抗弯能力，从而无需配筋就可保证基础结构不发生破坏。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,设计方法,F,k,b,2,b,H,0,b,1,b,0,d,通过控制材料强度等级和基础台阶的,宽高比来确定基础的截面尺寸，要求台阶宽高比小于其允许值,设计公式,基础台阶宽,高比允许值,查表,7.1,第,3,章极限平衡理论与浅基础,一般先按地基承载力特征值确定基础底面尺寸，然后根据刚性角要求按下式计算基础高度：,F,k,b,2,b,H,0,b,1,b,0,d,因,刚性角，大小取决于基础材料和,p,k,第,3,章极限平衡理论与浅基础,验算要求,对阶梯形截面基础，,除基础高度应符合要求外，各级台阶的宽高比亦应满足刚性角要求,；,2),除墙下条基只在横截面方向进行台阶宽高比验算外，单独基础则应在长、宽两个方面进行验算,;,3),若基础由二种或二种以上材料叠合而成，则应分别满足不同材料的允许刚性角，并应对两种材料接触部分进行局部受压验算,。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,不满足刚性角要求时可采取的措施,1,）,增加基础高度,H,0,（增加埋深,d,）,使减小,；,（应注意若其下有软弱下卧层时，不宜采用）,；,2,）,改用钢筋混凝土扩展基础,不受允许宽高比限,制，使,H,0,及,d,减小,;,3,）采用人工地基,提高地基承载力使,b,减小,。,第,3,章极限平衡理论与浅基础,构,造,要,求,1,）基顶埋深,d,1,（,1,）必要性：,保护不受大气风化和外力破坏；,保持建筑物整体外观；,预留地坪结构层及埋

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