基础工程第五章浅基础设计.pptx

15.1 概 述天然地基上的浅基础（优先选用）天然地基上的浅基础（优先选用）人工地基上的浅基础人工地基上的浅基础5.1.1 5.1.1 浅基础设计内容与步骤浅基础设计内容与步骤5.1.2 5.1.2 浅基础设计方法浅基础设计方法2强强度度问问题题变变形形问问题题地基中的应力状态地基中的应力状态上部结构荷载上部结构荷载（自重应力（自重应力 附加应力）附加应力）地基基础示意图地基基础示意图35.1.15.1.1地基基础设计的基本内容与步骤地基基础设计的基本内容与步骤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：承载力极限状态基础选型基础埋深和形状尺寸4设计步骤设计步骤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5基底压力基底压力附加应力附加应力地基沉降变形地基沉降变形基底反力基底反力基础结构荷载基础结构荷载上部结构的自重及各上部结构的自重及各种荷载都是通过基础种荷载都是通过基础传到地基中的。传到地基中的。上部结构上部结构基础基础地基地基建筑物设计建筑物设计5.1.2 5.1.2 浅基础设计方法浅基础设计方法 常规设计法常规设计法将地基、基础、上部结构三者分离，分别对三者进行计算。优缺点：计算简单（不考虑三者共同作用）；满足静力平衡条件；忽略三者受荷后变形的连续性；不经济、不合理。适用条件：沉降较小或较均匀；基础刚度大。合理的设计方法：合理的设计方法：考虑地基、基础与上部结构的相互作用（分析难度较大）。6浅基础刚性基础（无筋扩展基础）柔性基础（钢筋混凝土基础）1.砖基础砖基础2.毛石基础毛石基础3.混凝土和毛石混凝土基础混凝土和毛石混凝土基础4.灰土基础灰土基础5.三合土基础三合土基础1.钢筋钢筋 砼柱下独立基础砼柱下独立基础（台阶形、锥形、杯口形、联合）2.钢筋钢筋 砼条形基础砼条形基础（墙下钢筋混凝土条形基础、十字交叉条形基础、柱下钢筋混凝土条形基础）3.筏板基础筏板基础4.箱形基础箱形基础5.壳体基础壳体基础5.2 5.2 浅基础的类型浅基础的类型扩展基础一、一、按使用材料分类71.无筋扩展基础(刚性基础）系指由砖，毛石、混凝土或毛石混凝土，灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。（也可由两种材料叠合组成，例如，上层用砖砌体，下层用混凝土）。适用于多层民用建筑和轻型厂房。二、按基础结构和受力特点分类（规范分类法按基础结构和受力特点分类（规范分类法）81 1）砖基础）砖基础1、剖面：阶梯形，俗称大放脚，每一级台阶的挑出长度为1/4砖长。（砖的模数是6）2、材料要求：不宜使用灰砂砖、轻质砖，砖不低于Mu10.砂浆不低于M5。3、砌法：有两种：其一是两皮一收法。即每砌两皮砖，收进1/4 砖长（60mm），如此反复。其二是二一间隔法。即砌两皮收进1/4砖长再砌一皮，如此反复。4、垫层：一般先做100mm厚的垫层。每边伸出砖基底50mm。9砖基础剖面图102 2）毛石基础）毛石基础1、毛石系指未经加工凿平的石料。2、剖面：阶梯形，台阶挑出宽度200mm、每级台阶高400mm。3、材料要求：毛石不得采用易风化的软岩砂浆不低于M5.11毛石基础123 3）混凝土和毛石混凝土基础：）混凝土和毛石混凝土基础：1、剖面：阶梯形与角锥形两种，一般为台阶形，阶梯高度300mm。2、材料：混凝土采用C15,毛石不得采用易风化软岩。掺入量不应大于基础体积的30%。尺寸不得大于300mm，使用前应冲洗干净。13素混凝土基础144 4）灰土基础）灰土基础 1、剖面：矩形。2、材料：石灰：以块状生石灰经消化12天后过510mm筛子筛后使用。土：以粉质粘土为宜，可使用黏土。干燥锤平后过1020mm筛子筛后使用。两种材料按体积比3：7或2：8并加入适量的水拌和均匀。3、施工：分步夯实。在基坑内每层虚铺2225Cm，夯至15Cm为一步，视基础高度做几步。4、夯实后最小干密度应满足：粉土：15.5KN/m3,粉质粘土：15.0 KN/m3,粘土14.5 KN/m3 5、灰土基础早期强度低，但强度随时间不断增大。适用于水位较低的五层及五层以下的民用混合建筑及样承重轻型工业厂房。15灰土基础165 5）三合土基础）三合土基础1、剖面：矩形2、材料：石灰与土同灰土基础要求。粗骨料：矿渣最好，碎砖次之，碎石与河卵石因不易夯打击实而最差。三种材料按体积比1：2：4或1：3：6并加入适宜的水拌和均匀。3、施工：同灰土基础：但每次虚铺厚度为220mm。4、适用四层及四层以下的民用建筑。17三合土基础186）刚性基础的特点与刚性角要求：）刚性基础的特点与刚性角要求：（1 1）都具有较好的抗压性能。（2 2）抗拉、抗剪强度不高。要保证抗拉，抗剪要求，是通过对基础构造要求（刚性角要求）来实现的。即保证基础台阶宽高比（刚性角的正切）要求，在这样的限制下，基础相对高度都比较大，几乎不发生挠曲变形。所以无筋扩展基础习惯上称为刚性基础。19202、扩展基础 指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。1.剖面：台阶形和锥形。2.材料：混凝土：C20，并按计算和构造配筋。3.特点：抗弯、抗剪性能较好，基础高度较小。4.适用条件：宽基浅埋(1)(1)柱下钢筋砼独立基础柱下钢筋砼独立基础(a)(a)阶梯形基础；阶梯形基础；(b)(b)锥形基础；锥形基础；(c)(c)杯口基础杯口基础(a)、(b)适用于现浇柱基础，(c)适用于预制柱基础22支模板支模板2mx2m2mx2m某工程柱下独立基础某工程柱下独立基础23（2 2）墙下钢筋混凝土条形基础）墙下钢筋混凝土条形基础24墙下钢筋砼条基三维墙下钢筋砼条基三维253、联合基础矩形联合基础梯形联合基础连梁式联合基础特点特点：调整相邻两柱沉降差、防止两柱相向倾斜适用条件适用条件：两柱设立独立基础时，其中一柱受限；两柱间距较小而基底面积不足或荷载偏心过大等。联合形式274、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。28柱下钢筋混凝土条形基础柱下钢筋混凝土条形基础2930某工程柱下条形基础某工程柱下条形基础315、筏板基础 筏板俗称满堂红基础。当荷载很大且地基土较软弱，采用十字交叉条形基础也不能满足要求时，可采用筏板基础。筏板基础类似一块倒置的楼盖，基底面积大，可减小基底压力，能更有效地增强基础的整体刚度，有利于调节地基的不均匀沉降，较能适应上部结构荷载分布的变化。特别是对于有地下室的房屋或大型储液结构，如水池、油库等，筏板基础是一种比较理想的基础结构。当地基显著当地基显著软硬不均时，要慎用。软硬不均时，要慎用。平板式 梁板式32柱下筏板基础 33某工程现场筏板基础钢筋网某工程现场筏板基础钢筋网346、箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和内外纵横隔墙组成的，有一定高度的整体空间结构。特点：箱形基础比筏板基础具有更大的抗弯刚度，可视作绝对刚性基础。箱形基础埋深较深，基础空腹，开挖卸除基底原有的自重应力，减小了作用于基础底面的附加应力，降低了基础的沉降，有补偿效应。箱基的抗震性能较好。地下室用途受限制；工期长；造价高；施工技术复杂。柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础又统称为柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础又统称为连续基础连续基础。35箱形基础箱形基础7、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。372)岩石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。38常见浅基础特点总结常见浅基础特点总结单独基础 条形基础 筏形和箱形基础基底面积越来越大基底面积越来越大、对上部结构荷载的扩散作用越来越强、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，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，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设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高 395.3 5.3 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择5.3.1 5.3.1 概述（概念、取值、选择原则、基本要求）概述（概念、取值、选择原则、基本要求）5.3.2 5.3.2 影响因数影响因数405.3.15.3.1概述概述一、一、概念：基础的埋置深度是指基础的底面至室外设计地面的距离。选概念：基础的埋置深度是指基础的底面至室外设计地面的距离。选择了基础埋置深度就选择了地基持力层。择了基础埋置深度就选择了地基持力层。二、二、基础埋深d的取值：一般至室外标高算起；在填方整平地区，可自填土地面标高算起。但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形或筏形基础时，自室外标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。415.3.15.3.1概述概述三、选择原则：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。四、基本要求425.3.2 5.3.2 影响因数影响因数1 1、建筑结构条件与场地环境条件、建筑结构条件与场地环境条件 1 1）考虑建筑物地下空间的使用功能要求）考虑建筑物地下空间的使用功能要求 （1）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。（2）地下管道应在基底以上，便于维修。（3）电梯缓冲坑：自地面向下至少1.4m。432 2）考虑建筑物的高度和荷载大小的影响）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1/151/181/20桩箱或桩筏基础（不计桩长）（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主要考虑抗滑要求443 3）考虑相邻建筑物的影响）考虑相邻建筑物的影响（1）新建筑物基础埋深不宜大于不宜大于原有建筑物基础。（2）当埋深大于原有建筑物基础时，两基础间应保持一定净距（见下图），否则要求支护并且严格限制支护的水平位移。如采取分段施工、设置临时加固支撑、打板桩、地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基。454 4）基础埋深不同时）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：重要设备的基础需加大埋深 地下室与非地下室交界处的基础 山坡上的房屋L/H=12台北国际金融中心台北国际金融中心46只有低层房屋可用,否则处理尽量浅埋若h1太小就为IIh14 m 桩基或处理硬土硬土软土软土(很深很深)硬土硬土软土软土软土软土硬土硬土 I II III IVh1h1基础条件由其它条件确定时，尽可能浅埋2 2、工程地质条件、工程地质条件1)1)根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层472)2)置于边坡上的基础置于边坡上的基础=3.5 条形基础 =2.5 矩形基础 483 3、水文地质条件、水文地质条件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，防止基坑突涌失稳。向下的土压力 向上的承压水压力 一般取0.70.9。494 4、地基冻融条件、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）冻土分类冻土分类冻胀：冻胀：冻胀力，地面隆起 融陷融陷：强度降低，建筑物下陷建筑物开裂损坏不均匀沉降50冻深毛细区毛细区地下水地下水冻结区冻结区2 2）冻胀机理）冻胀机理51毛细水毛细水土颗粒土颗粒结合水结合水冰冰水变成冰的体胀水变成冰的体胀自由水冻结温度自由水冻结温度0 0o oc c，结合水冻结温度，结合水冻结温度-0.5-30-0.5-30o oc c52吸引毛细水吸引毛细水自由水自由水+外层外层(弱弱)结合水冻结结合水冻结,形成冰针形成冰针,冰透镜冰透镜结合水膜变薄结合水膜变薄,离子浓度加大离子浓度加大,吸力增加吸力增加吸引地下水吸引地下水53 粗粒土：无冻胀粗粒土：无冻胀 坚硬粘性土：冻胀微弱坚硬粘性土：冻胀微弱 粉土：冻胀最严重粉土：冻胀最严重3 3）影响冻胀的因素：）影响冻胀的因素：土性(土的粒径大小土的粒径大小)，含水量的多少，地下水位高低4 4）冻胀性划分：）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、强冻胀和特强冻胀不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。注：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。54 5 5）冻胀土中基础埋深的要求）冻胀土中基础埋深的要求 dmin zd hmax Zd设计冻深；Z0标准冻深；hmax允许残留冻土最大厚度ZdZ0dmin室内地面hmax556 6）在冻胀，强冻胀，特强冻胀地基上，应采用下列）在冻胀，强冻胀，特强冻胀地基上，应采用下列防冻害措施：防冻害措施：1、对在地下水位以上的基础，基础侧面应回填非冻胀性的中砂或粗砂，其厚度不应小于10cm。对在地下水位以下的基础，可采用桩基础，自锚式基础(冻土层下有扩大板或扩底短桩)或采取其他有效措施。2、宜选择地势高、地下水位低、地表排水良好的建筑场地。对低洼场地，宜在建筑四周向外一倍冻深距离范围内，使室外地坪至少高出自然地面300-500mm。3、防止雨水、地表水、生产废水、生活污水浸入建筑地基，应设置排水设施。在山区应设截水沟或在建筑物下设置暗沟，以排走地表水和潜水流。564、在强冻胀性和特强冻胀性的地基上，其基础结构应设置钢筋混凝土圈梁和基础梁，并控制上部建筑的长高比，增强房屋的整体刚度。5、当独立基础联系梁下或桩基础承台下有冻土时，应在梁或承台下留有相当于该土层冻胀量的空隙，以防止因土的冻胀将梁或承台拱裂。6、外门斗、室外台阶和散水坡等部位宜与主体结构断开，散水坡分段不宜超过1.5m，坡度不宜小于3%，其下宜填入非冻胀性材料。7、对跨年度施工的建筑，入冬前应对地基采取相应的防护措施；按采暖设计的建筑物，当冬季不能正常采暖，也应对地基采取保温措施。575.4 5.4 浅基础地基验算浅基础地基验算o5.4.1承载力验算o5.4.2变形验算o5.4.3稳定性验算585.4.15.4.1承载力验算承载力验算一、持力层承载力验算 fa应满足以下要求：1.在轴心荷载用用时：PKfa 2.在偏心荷载作用时：PKfa且 Pkmax1.2 fa 式中：PK相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；Pkmax-相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘最大压力值；59式中：FK相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值GK基础自重及基础上的土重A基础底面积MK相应于荷载效应标准组合时，作用在基础顶面的力矩值；W基础底面抵抗矩；Pkmax（Pkmin）相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大（小）压力值。PK、Pkmax 可按下列公式计算在轴心荷载作用时:在偏心荷载作用时60轴心受压基础单向偏心受压基础613.当偏心距eb/6时，Pkmax应按下式计算：式中：l垂直于力矩作用方向的基础底面边长；a合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离；b平行于力矩作用方向的基础底面边长。62偏心距偏心距e eb/6b/6时基地压力时基地压力b b为力矩作用方向底面边长为力矩作用方向底面边长63例：某仓库带壁柱的墙基础底面尺寸，如图所示，作用于基底形心处的总竖向荷载FK+GK=420kN，总力矩 MK=30kN，持力层土修正后的承载力特征值 f a=120KPa，试验算承载力是否满足要求。某壁柱墙基础64 1、软弱下卧层软弱下卧层是指在基础持力层以下，成层地基的受力范围以内，承载力明显低于持力层的高压缩性土层。F p-pc0dzpc0pcz软土软土Es1Es2二、二、软弱下卧层承载力验算：662、验算要求其埋深应取从地面到软弱下卧层顶面的距离。传递到软弱下卧层顶面处的附加应力与土的自重应力之和不超过下卧层的承载力 67 3、附加应力按简化的“压力扩散角法”矩形基础矩形基础 条形基础条形基础 注意注意:扩散角 与Es1/Es2及z/b有关 持力层太薄，不起作用68地基压力扩散角表中：Es1、Es2分别为上、下土层缩模量，当z/b0.25时效Q00，必要时，宜由试验确定。z/b 0.50时Q值不变。694、软弱下卧层强度不足应采取的措施1）增大基础底面积；2）减小基础埋深；3）对软弱下卧层进行地基处理，用人工方法提高其承载力；4）变换地基持力层，或采用深基础避开软弱下卧层7071解：解：条形基础条形基础水下土的有效重度 软弱下卧层顶面处土的自重应力值查表得 72软弱下卧层顶面处的附加应力值 软弱下卧层顶面以上土的加权平均重度 73不满足要求。考虑增大基底面积。设条形基础宽3.37m，由题意，加大基底面积后，持力层承载力也肯定满足要求，不用再验算。这时，基底压力：74重新验算软弱下卧层承载力：满足要求。75方形基础方形基础查表得 满足要求。76如下图 中的柱下矩形基础底面尺寸为5.4m 2.7m，试根据图中各项参数验算持力层和软弱下卧层的承载力是否满足要求。77解1)持力层承载力验算先对持力层承载力特征值fak进行修正。查表5-2，得,b=0，d=1.0，由公式，得：基底处的总竖向力：Fk+Gk=1800+220+202.75.41.8=2545 kN 基底处的总力矩：Mk=950+1801.2+2200.62=1302kNm基地平均压力满足要求782)软弱下卧层承载力验算 由 Es1/Es2=7.5/2.5=3，z/b=2.5/2.70.50，(说明，本例中上部结构荷载有弯矩作用，下卧层验算查表求扩散角时取基底短边长l)，查表 得=23，tan=0.424。下卧层顶面处的附加力：79805.4.25.4.2变形验算变形验算回顾回顾81一、地基最终变形量可按下列计算（规范推荐）：5.4.25.4.2变形验算变形验算式中：s 沉降计算经验系数；按下表查取：基础底面至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数zi、zi-1基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离注：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准永久组合（不应计入风荷载和地震作用）。822.54.07.015.020.0Pofak1.41.31.00.40.2Po0.75fak1.11.00.70.40.2基底附加压力沉降计算经验系数表中：为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，采用下式计算83基础沉降计算示意图zi-1地基沉降计算深度地基沉降计算深度znzizzi-153 4612b12345612aip0ai-1p0p0p0第第n层层第第i层层ziAiAi-184 上式中:Ai第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值图中Zn为计算深度，应符合下式式中、分别为计算深度内，第i层土的变形值和在Zn处向上取厚度为 的土层计算变形值，的取值按下表.b(m)b22b44b88b0.30.60.81.0(m)85ZnZn的取值除满足上式还应满足：的取值除满足上式还应满足：1.若按上式确定的Zn下部仍有软弱土层时，应继续计算；2.在Zn内存在基岩时，Zn可放至基岩表面；当存在较厚的坚 硬粉性土层，其孔隙比小于0.5,压缩模量大于50MPa，或存在较厚的密实砂卵石层，其压缩模量大于80MPa时，Zn可放至该层土表面。3.在无相邻荷载影响，基础高宽度在130m范围内，基础中心的地基变形计算深度也可按下列简化公式计算：Zn=b(2.5-0.4lnb)式中：b基础宽度（m）计算地基变形时，应考试相邻荷载的影响，其值按应力叠加计算地基变形时，应考试相邻荷载的影响，其值按应力叠加原理，采用角点法计算。原理，采用角点法计算。86当建筑物地下室基础埋置较深时，需要考虑开挖基坑地基土的回弹，该部分回变形量可按下式计算：式中：Sc地基回弹变形量；c考虑回弹影响的沉降计算经验系数，取1.0；Pc基坑底面的上土的自重压力（kpa），地下水位以下应扣除浮力；Eci土的回弹模量。计算深度取至计算深度取至基坑底面以下基坑底面以下5m，当基坑底，当基坑底面在地下水位面在地下水位以下时取以下时取10m87二、变形验算：1、建筑物的地基变形计算值建筑物的地基变形计算值S S不应大于地基变形允许不应大于地基变形允许值值 ，即要求满足下列条件：，即要求满足下列条件：S S 2、地基变形允许值按变形特征可分为沉降量，沉沉降量，沉降差，倾斜和局部倾斜降差，倾斜和局部倾斜。3、由规范GB50007-2002中的“建筑物的地基变形允许值”表确定，对表中未包括的建筑物，应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。88(1)(1)沉降量沉降量指基础某点的沉降值。控制对象：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。89(2)(2)沉降差沉降差 一般指相邻柱基中点的沉降量之差。控制对象：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。90（3 3）倾斜）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：控制对象：高耸结构、长高比很小的高层建筑91（4 4）局部倾斜）局部倾斜 指砌体承重结构沿纵向610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。控制对象：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。92建筑物的地基变形允许值93表注：(1)本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值；(2)有括号者仅适用于中压缩性土；(3)l为相邻柱基的中心距离（mm）；Hg为自室外地面起算的建筑物高度（m）；(4)倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；(5)局部倾斜指砌体承重结构沉纵向610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。94三、如果地基变形计算值S大于地基变形允许值，一般可以先考虑适当调整基础底面尺寸（如增大基底面积或调整基底形心位置）或埋深，如仍未满足要求，再考虑是否可从建筑、结构、施工诸方面采取有效措施以防止不均匀沉降对建筑物的损害，或改用其他地基基础设计方案。四、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，选择施工方法和施工顺序。一般多层建筑在施工期间完成的沉降量，可按下列数值予估；砂土：完成最终沉降量的80%以上；其它低压缩性土：完成最终沉降量的5080%以上；中压缩性土：2050；高压缩性土：520%五、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。95n【例】某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸为为4m4m，埋深，埋深d1.0m，地基为粉质粘土，地下水位距，地基为粉质粘土，地下水位距天然地面天然地面3.4m。上部荷重传至基础顶面。上部荷重传至基础顶面F1440kN,土的土的天然重度天然重度 16.0kN/m,饱和重度饱和重度 sat17.2kN/m，有关，有关计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算基计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算基础最终沉降（已知础最终沉降（已知fk=94kPa）3.4md=1mb=4mF=1440kN50 1002003000.900.920.940.96e96【解答解答】nA.A.分层总和法计算分层总和法计算1.1.计算分层厚度计算分层厚度每层厚度每层厚度hi 0.4b=1.6m，地，地下水位以上分两层，各下水位以上分两层，各1.2m，地下水位以下按，地下水位以下按1.6m分层分层2.2.计算地基土的自重应力计算地基土的自重应力自重应力从天然地面起算，自重应力从天然地面起算，z的取值从基底面起算的取值从基底面起算z(m)c(kPa)01.22.44.05.67.21635.2 54.4 65.9 77.4 89.03.3.计算基底压力计算基底压力4.4.计算基底附加压力计算基底附加压力3.4md=1mF=1440kNb=4m自重应力曲线自重应力曲线附加应力曲线附加应力曲线97z(m)z(kPa)01.22.44.05.67.294.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.0c(kPa)h(mm)12001600160016001600c(kPa)25.644.860.271.783.2z(kPa)88.970.444.325.315.6z+c(kPa)114.5115.2104.597.098.8e10.9700.9600.9540.9480.944e20.9370.9360.9400.9420.940e1i-e2i1+e1i0.06180.01220.00720.00310.0021si(mm)20.214.611.55.03.4按分层总和法求得基础最终沉降量为按分层总和法求得基础最终沉降量为s=si=54.7mmnB.B.规范规范法计算法计算1.1.c 、z分布及分布及p0计算值见分层总和法计算过程计算值见分层总和法计算过程2.2.确定沉降计算深度确定沉降计算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m3.3.确定各层确定各层Esi4.4.根据计算尺寸，查表得根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数到平均附加应力系数985.5.列表计算各层沉降量列表计算各层沉降量siz(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.6152925771615381617429e20.9370.9360.9400.9420.94054.77.8l/bz/b3.9aaz(m)0.25000.24230.21490.17460.14330.12050.113600.29080.51580.69840.80250.867608861aizi-ai-1zi-1(m)0.29080.22500.18260.10410.06510.0185Esi(kPa)7448s(mm)20.714.711.24.83.30.9s(mm)55.6根据计算表所示根据计算表所示z=0.6m,sn=0.9mm 0.025 si=55.6mm满足规范要求满足规范要求 6.6.沉降修正系数沉降修正系数j s 根据根据Es=6.0MPa，fk=p0，查表得到，查表得到ys=1.17.7.基础最终沉降量基础最终沉降量 s=ys s=61.2mm995.4.3稳定性验算一.采用园弧滑动面法进行验算。最危险滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动矩应符合下式要求：M MR R/M/MS S 1.2 1.2 式中：MS S滑动力矩；MR R抗滑动力矩。100二.位于稳定土坡坡顶上的建筑，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长b小于或等于3m时，其基础底面外边缘线至坡顶水平线距离a应符合下式要求，但不得小于2.5m。条形基础：矩形基础：满足上式条件的边坡上建筑物，可不进行验算；若不满足，则进行土坡稳定性验算。1015.5 5.5 基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定1、基本方法：按地基持力层的承载力确定基底尺寸，然后进行地基的变形和稳定性验算，如持力层下存在软弱下卧层，还应进行软弱下卧层的承载力验算。2、传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值。1025.5 5.5 基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定中心荷载作用下1 1、中心荷载作用下 pk fa柱下单独基础：（A=bl）:墙下条形基础:取单位长度计算（l=1m）主要是确定基础的宽度b。103应注意1、对于矩形基础，b与l的比值可按基础上柱的尺寸比例确定。2、以上计算中，在b（l）未确定时，fa是以未修正值fak计算，在初步确定b（l）后再验算。1042.偏心荷载作用：采用逐次渐近试算法确定逐次渐近试算法确定要求：pk fapkmax 1.2 fae l/6（或（或pkmin0）105逐次渐近逐次渐近试算法步骤：试算法步骤：（1）进行深度修正，初步确定修正后的地基承载力特征值fa。（2）根据荷载偏心情况，将按轴心荷载作用计算得到的基底面积增大10%40%，即取（3）选取基底长边l与短边b的比值n（一般按基础上柱的长宽比），于是有106 （4）考虑是否应对地基承载力进行宽度修正。如需要，在承载力修正后，重复上述2、3两个步骤，使所取宽度前后 一致。（5）计算偏心距e和基底最大压力pkmax，并验算是否满足要求。（6）若b、l 取值不适当（太大或太小），可调整尺寸再行验算，如此反复一二次，便可定出合适的尺寸。1075.6 5.6 扩展基础设计扩展基础设计o5.6.15.6.1无筋扩展基础无筋扩展基础o5.6.25.6.2扩展基础扩展基础o在确定基础的类型、埋深、底面尺寸后，接下来应当确定的在确定基础的类型、埋深、底面尺寸后，接下来应当确定的是基础的使用材料、剖面尺寸，对于扩展基础还应确定基础是基础的使用材料、剖面尺寸，对于扩展基础还应确定基础的钢筋配置以及基础与上部柱的连接等构造内容。本节主要的钢筋配置以及基础与上部柱的连接等构造内容。本节主要了解这些内容。了解这些内容。108扩展基础破坏形式扩展基础破坏形式剪切冲切弯曲1095.6.15.6.1无筋扩展基础无筋扩展基础一、无筋扩展基础基础高度：按基础台阶宽高比要求（刚性角）要求确定：tan-基础台阶宽高比b2:H0,其允许值可按下表选用。d柱中纵向钢筋直径110无筋扩展基础台阶宽高比的允许值无筋扩展基础台阶宽高比的允许值111二、无筋扩展基础基础高度和构造要求：1.采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱,其柱脚高度h1不得小于b1(上图),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同伯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也不大于20d。2.对于台阶式无筋扩展基础其每级台阶的宽高比均按上表要求确定，每级台阶的宽、高最少值按下表要求：112113无筋扩展基础的设计步骤1.根据确定的基础埋深，进行地基承载力特征值的深度修正。2.按持力层承载力确定基底尺寸。3.按台阶宽高比允许值初选基础高度H0。4.确定每一级台阶的宽度bi，高度hi。注：为保证传力路线流畅，节省材料，施工方便，每一级台阶都宜符合宽高比要求。5.满足构造要求。如砖模、素混凝土垫层等。1145.6.25.6.2扩展基础扩展基础类型：钢筋混凝土柱下独立基础和墙下条形基础受力模型：倒置的悬臂梁。主要计算：弯曲、剪切、冲切问题。当扩展基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时,尚应验算柱下扩展基础顶面的局部受压承载力。一、设计荷载取值：一、设计荷载取值：1、确定基础配筋和验算材料强度，上部结构传来的荷载效应组合应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合；相应的基底反力为净反力净反力（不包括基础自重和基础台阶上回填土重所引起的反力）。2、验算基础裂缝宽度，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。115二、墙下钢筋混凝土条形基础的结构计算二、墙下钢筋混凝土条形基础的结构计算1.中心荷载：基底的净反力 一般取沿墙长度方向的基础进行分析 在基础底板内产生弯矩M和剪力V。-截面为结构控制截面，此截面上的弯矩M和剪力V为结构的控制内力。基础高度高度由混凝土受剪承载力受剪承载力确定116 2.偏心荷载计算基底净反力的偏心距 基础边缘处的最大和最小净反力为：得出控制截面和相应的内力，进行基础结构抗剪和抗弯计算117三、柱下钢筋混凝土独立基础结构计算三、柱下钢筋混凝土独立基础结构计算1 1、单独基础冲切破坏验算、单独基础冲切破坏验算确定基础高度确定基础高度45o要求要求:F Fl l 0.70.7 h hpf fta amh h0Fl=Alpj Al为阴影面积 am冲切梯形的中线计算要点：冲切力的作用面积计算要点：冲切力的作用面积118冲切力作用面积冲切力作用面积A Al l的计算的计算 a+2h0 l l1 1冲切破坏锥体最不利一侧的斜截面；冲切破坏锥体最不利一侧的斜截面；2 2冲切破坏锥体的底面线冲切破坏锥体的底面线120（4）受冲切承载力应按下列公式验算：F Fl l 0.7 0.7hphpf ft ta am mh h0 0a am m=(a=(at t+a+ab b)/2)/2F Fl l=p=pj jA Al l式中：式中：hphp-受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，hphp取1.0。当h大于等于2000mm时，hphp取0.9,其间按线性内插法取用；ft-混凝土轴心抗拉强度设计值；h0-基础冲切破坏锥体的有效高度；am-冲切破坏锥体最不利一侧计算长度;（冲切破坏锥体最不利一侧指的是垂直于弯矩作用方向的一侧，中心荷载时一般为短边。）121at-冲切破坏锥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(下图a)；当计算基础变阶处的受冲力承载力时，取上阶宽(图b)；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(图a、b)，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(图a)；当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(图b)。当冲切破坏锥体的底面在L方向落在基础底面以外，即a+2h0L时，(图c)，取ab=L；122pj-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地基土单位面积净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基单位面积净反力；Al-冲切验算时取用的部分基底面积(图a,b中的阴影面积ABCDEF，或图c中的阴影面积ABCD)；Fl-相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值。123上图中有两种情况：、冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内(图a,b)：此时，Lat+2h0，则验算柱与基础交接处（或验算基础变阶处）的受冲切承载力时取ab=at+2h0（at在验算柱与基础交接处的受冲切承载力时的示意图a中表示柱宽，在验算基础变阶处的受冲切承载力时的示意图b中表示上阶宽。）故：a am m=(a=(at t+a+ab b)/2=a)/2=at t+h+h0 0 冲切验算时取用的部分基底面积(图a,b中的阴影面积ABCDEF)Al为（令柱宽为bt）：A Al l=L=L（b/2b/2b bt t/2/2h h0 0）21/221/2（L/2L/2a at t/2/2h h0 0)2 2 =L =L （b/2b/2b bt t/2/2h h0 0）（）（L/2L/2a at t/2/2h h0 0)2 2124.冲切破坏锥体的底面落在基础底面以外(图c)：此时，Lat+2h0，故：am=(at+ab)/2=(at+L)/2冲切验算时取用的部分基底面积(图c中的阴影面积