天然地基浅基础设计改.pptx

Hohai UniversityHohai University偏心荷载作用偏心荷载作用 当传到基础顶面的荷载除轴心荷载外，还有弯矩M作用时，基底反力将呈梯形分布，其计算公式如下：要求偏心距e不大于b/6。偏心荷载作用下的地基承载力验算公式如下：2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University（1）地基承载力：）地基承载力：地基在保证其稳定的前提下，满足建筑物各类变形要求时的承载能力。（2)地基承载力特征值定义地基承载力特征值定义 是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，以fa表示。该值与地基土的成因与堆积年代；土的物理、力学性质指标；地下水等因素有关，还与基础形式、底面尺寸、埋深、建筑类型、结构特点和施工因素有关。2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算3 3、地基承载力特征值地基承载力特征值fak及影响其大小的因素及影响其大小的因素Hohai UniversityHohai University地基允许变形值按其变形特征可分为以下几种：地基允许变形值按其变形特征可分为以下几种：沉降量：独立基础或刚性特别大的基础中心的沉降量；沉降差：相邻两个柱基的沉降量之差；倾斜：独立基础在倾斜方向基础两端点的沉降差与其距离的比值；局部倾斜：砌体承重结构沿纵墙610m内基础两点的沉降差与其距离之比。地基特征变形验算公式：地基特征变形验算公式：2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算5、地基地基变形计算变形计算Hohai UniversityHohai University2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算 当地基持力层范围内存在软弱下卧层时，还必须对下卧层当地基持力层范围内存在软弱下卧层时，还必须对下卧层进行验算。进行验算。6、软弱下卧层软弱下卧层强度强度验算验算Hohai UniversityHohai Universitypz条形基础条形基础矩形基础矩形基础2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算 （1）经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构；）经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构；（2）建造在斜坡或坡顶上的建筑物或构筑物；）建造在斜坡或坡顶上的建筑物或构筑物；（3）挡土墙）挡土墙7、地基稳定性计算、地基稳定性计算地基特征变形验算公式：Hohai UniversityHohai University例7-1 某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值、埋深及地基条件如图所某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值、埋深及地基条件如图所示，基础底面尺寸示，基础底面尺寸bl=3.03.5m2，试验算持力层和软弱下卧层的强度，试验算持力层和软弱下卧层的强度2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University例7-1 某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值、埋深及地基条件如图所某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值、埋深及地基条件如图所示，基础底面尺寸示，基础底面尺寸bl=3.03.5m2，试验算持力层和软弱下卧层的强度，试验算持力层和软弱下卧层的强度持力层承载力验算持力层承载力验算查表查表7-10得修正系数：得修正系数：b b=0.3,=0.3,d d=1.6=1.6，并计算基础底面以上土的加权重度：，并计算基础底面以上土的加权重度：基底平均压力基底平均压力2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University基底最大压力基底最大压力所以，持力层地基承载力满足所以，持力层地基承载力满足则则2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算因为下卧层系淤泥质土，查表因为下卧层系淤泥质土，查表7-10得修正系数：得修正系数：b b=0,=0,d d=1.0=1.0，基础底面附加应力基础底面附加应力下卧层顶面埋深下卧层顶面埋深d=2.3+3.5=5.8m，顶面以上土的平均重度为：，顶面以上土的平均重度为：2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University角的计算：角的计算：下卧层顶面处应力：下卧层顶面处应力：自重应力自重应力附加应力附加应力作用在软弱下卧层顶面处的总应力为：作用在软弱下卧层顶面处的总应力为：所以，软弱下卧层地基承载力也满足所以，软弱下卧层地基承载力也满足2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University 基础尺寸是指基础底面的长度、宽度、基础高度。根基础尺寸是指基础底面的长度、宽度、基础高度。根据已确定的基础类型、埋置深度、地基承载力特征值和据已确定的基础类型、埋置深度、地基承载力特征值和作用在基础底面的荷载值作用在基础底面的荷载值(包括竖向荷载、水平向荷载和包括竖向荷载、水平向荷载和力矩力矩)，进行基础尺寸设计。，进行基础尺寸设计。基本条件：基底压力的标准值不大于基本条件：基底压力的标准值不大于承载力的特征值承载力的特征值 pk fa (中心受荷中心受荷)pmax 1.2fa(偏心受荷偏心受荷)2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University 基础底面积基础底面积A的确定的确定*荷载荷载Fk+Gk Gk=Ad,是基础加土是基础加土=20KN/m3*基底面积Fk+Gk=AfaGkFk1、中心荷载作用下基础尺寸、中心荷载作用下基础尺寸d矩形基础矩形基础条形基础，为基础每米长度上的外条形基础，为基础每米长度上的外荷载荷载(kNm)，此时，沿基础长度，此时，沿基础长度方向取单位长度方向取单位长度(1m)计算，故上式计算，故上式可改写为：可改写为：2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University(1)(1)按中心荷载确定底面积按中心荷载确定底面积A A0 0(2)考虑偏心 A=(1.11.4)A0 根据偏心大小及A初步确定b和l，常取l/b10.1m24）基础底面积）基础底面积A2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University 解题步骤解题步骤 先求地基承载力先求地基承载力 初步选择基底尺寸初步选择基底尺寸 验算持力层地基承载力验算持力层地基承载力 重新调整尺寸重新调整尺寸根据根据b判断是否对地基特征判断是否对地基特征值进行修正值进行修正END不满足不满足满足满足2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University例题7-3 有一个工业厂房，柱截面有一个工业厂房，柱截面350mm400mm，作用在柱底的荷载为：，作用在柱底的荷载为：Fk=700kN,Mk=80kN.m,Vk=15kN。土层为粘性土，。土层为粘性土，=17.5kN/m3，e=0.70,IL=0.78，fak=226kPa，基础底面埋深，基础底面埋深1.3m，基础高，基础高0.6m。试根。试根据持力层地基承载力确定基础底面积。据持力层地基承载力确定基础底面积。2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University 先求地基承载力先求地基承载力 初步选择基底尺寸初步选择基底尺寸查表查表7-9得修正系数：得修正系数：b b=0.3,=0.3,d d=1.6=1.6由于偏心不大，基础底面积按由于偏心不大，基础底面积按20%20%增大，即增大，即取取b=1.6b=1.6，l=2.5l=2.5，A=4mA=4m2 2因因b不大于不大于3，故不需对承载力特征值进行修正，故不需对承载力特征值进行修正2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University验算持力层地基承载力验算持力层地基承载力基底平均压力基底平均压力基底最大压力基底最大压力所以，持力层地基承载力满足所以，持力层地基承载力满足基础和回填土重基础和回填土重2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University1、适用范围、适用范围 无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、无筋扩展基础系指由砖、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和柱下独立基础。灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础和柱下独立基础。适用于多层民用建筑和轻型厂房。适用于多层民用建筑和轻型厂房。构造要求构造要求 不配筋基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、不配筋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。设计时必须保证发生在基础内的拉抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值。即，按应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值。即，按基础材料特点满足相应的构造要求。基础材料特点满足相应的构造要求。2.6 2.6 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-无筋扩展基础设计无筋扩展基础设计Hohai UniversityHohai University 通常通过对基础构造的限制来满足其要求，即基础每个台阶的宽度与高度通常通过对基础构造的限制来满足其要求，即基础每个台阶的宽度与高度之比都不得超过台阶宽高比的允许值之比都不得超过台阶宽高比的允许值 所以无筋扩展基础设计时一般先选择适当的基础埋置深度和基础底面尺寸。所以无筋扩展基础设计时一般先选择适当的基础埋置深度和基础底面尺寸。2、基础底面宽度、基础底面宽度（1 1）初步选定基础高度）初步选定基础高度 混凝土基础高度一般混凝土基础高度一般30cm30cm。灰土基础为。灰土基础为15cm15cm的倍数的倍数（2 2）基础宽度的确定）基础宽度的确定 先根据地基承载力条件初步确定基础宽度。再按下式进先根据地基承载力条件初步确定基础宽度。再按下式进一步验算基础的宽度：一步验算基础的宽度：2.6 2.6 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-无筋扩展基础设计无筋扩展基础设计Hohai UniversityHohai University2.6 2.6 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-无筋扩展基础设计无筋扩展基础设计Hohai UniversityHohai University 扩展基础系指墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝扩展基础系指墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础。土独立基础。钢筋混凝土扩展基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向钢筋混凝土扩展基础的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。由于这类基础的高度不受台阶宽高比的限止情况下使用。由于这类基础的高度不受台阶宽高比的限止故故适宜于需要宽基浅埋的场合下采用适宜于需要宽基浅埋的场合下采用。2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计1、适用范围、适用范围Hohai UniversityHohai University2、构造要求、构造要求（1 1）锥形基础的边缘高度不宜小于）锥形基础的边缘高度不宜小于200mm；阶梯形基础的每阶高度宜为；阶梯形基础的每阶高度宜为300500mm；（2 2）垫层的厚度不宜小于）垫层的厚度不宜小于200mm,200mm,垫层混凝土强度等级应为垫层混凝土强度等级应为C10C10；（3 3）扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于）扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm,10mm,间距间距100100200mm,200mm,纵纵向分布钢筋的直径不小于向分布钢筋的直径不小于8mm,8mm,间距不大于间距不大于300mm;300mm;每延米分布钢筋的面积应每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的不小于受力钢筋面积的1/101/10。当有垫层时，钢筋保护层的厚度不小于。当有垫层时，钢筋保护层的厚度不小于40mm40mm；无垫层时不小于；无垫层时不小于70mm70mm；（4 4）混凝土强度等级不应低于）混凝土强度等级不应低于C20C20；（5 5）当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度）当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于大于或等于2.5m2.5m时，底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的时，底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.90.9倍，并宜交倍，并宜交错布置；错布置；（6 6）钢筋混凝土条形基础底板在）钢筋混凝土条形基础底板在T T形及十字形交接处，底板横向受力钢筋形及十字形交接处，底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受仅沿一个主要受力方向通长布置另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度力方向底板宽度1/41/4处。在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置。处。在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置。2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai University1）由地基承载力计算）由地基承载力计算 基础底面积基础底面积A2）基础高度）基础高度h和变阶处高度：基础的高度由混凝土的受冲切承载力和变阶处高度：基础的高度由混凝土的受冲切承载力确定。在柱荷载作用下，如果基础高度（或阶梯高度）不足，则将确定。在柱荷载作用下，如果基础高度（或阶梯高度）不足，则将沿柱边（或阶梯高度变化处）发生冲切破坏，形成沿柱边（或阶梯高度变化处）发生冲切破坏，形成45度斜裂面的角度斜裂面的角锥体。锥体。对矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处对矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力。公式如下：的受冲切承载力。公式如下：3、扩展基础计算、扩展基础计算柱下钢筋混凝土独立基础柱下钢筋混凝土独立基础2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai University45oh0柱与基础交接柱与基础交接psF1=A1ps，相应于荷载效应相应于荷载效应基本组合时作用在基本组合时作用在Al上的上的地基土净反力设计值地基土净反力设计值;Al为冲切验算时取用的部为冲切验算时取用的部分基底面积分基底面积Ps扣除基础自重及其上土扣除基础自重及其上土重后，相应于荷载效应基重后，相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面本组合时的地基土单位面积净反力，对偏心受压基积净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；基土单位面积净反力；冲切破坏冲切破坏锥体最不锥体最不利一侧的利一侧的斜截面斜截面2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai Universitybth0h0b hp 冲切截面高度影冲切截面高度影响系数响系数;1.0(h2000)ft：混凝土轴心抗拉混凝土轴心抗拉强度设计值；强度设计值；h0:基础冲切破坏的基础冲切破坏的锥体的有效高度；锥体的有效高度；bm:冲切破坏锥体最冲切破坏锥体最不利一侧计算长度；不利一侧计算长度；bmh0h0atlbb2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai University由式由式又又矩形基础矩形基础正方形基础正方形基础基础有效高度基础有效高度2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai University3）扩展基础弯矩计算）扩展基础弯矩计算矩形基础弯矩计算矩形基础弯矩计算 当矩形基础台阶宽高比小于或等于当矩形基础台阶宽高比小于或等于2.52.5 和荷载偏心和荷载偏心距距ebeb6 6时，任意截面时，任意截面I II I（沿宽度方向），（沿宽度方向），IIIIIIII（沿长度方向）处的弯矩（沿长度方向）处的弯矩2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计基基础础底底板板厚厚度度为为基基础础有有效效高高度度h0加加承承台台底底面面钢钢筋筋的的混混凝凝土土保护层之和。有垫层时保护层之和。有垫层时h=h0+40;无垫层时，无垫层时，h=h0+70。Hohai UniversityHohai University2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai University4）基础底板配筋）基础底板配筋 应按国家标准应按国家标准混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GB50010-GB50010-20022002）有关规定计算。基础底板内受力钢筋面积可按）有关规定计算。基础底板内受力钢筋面积可按下式确定。下式确定。2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai University 地基基础与上部结构的共同作用地基基础与上部结构的共同作用共同作用的概念共同作用的概念 砌体结构的多层房屋由于地基不均匀沉降而产生开裂，砌体结构的多层房屋由于地基不均匀沉降而产生开裂，见下图。这说明上部结构、基础、地基三者不仅在二者的见下图。这说明上部结构、基础、地基三者不仅在二者的接触面上保持静力平衡（例基础底面处基底压力与基底反接触面上保持静力平衡（例基础底面处基底压力与基底反力平衡），并且三者是相互联系成整体来承担荷载并发生力平衡），并且三者是相互联系成整体来承担荷载并发生变形。这时，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制变形。这时，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用。从而使整个体系的内力和变形（墙体产生斜拉约的作用。从而使整个体系的内力和变形（墙体产生斜拉裂缝）发生变化。因此，原则上应该以地基、基础、上部裂缝）发生变化。因此，原则上应该以地基、基础、上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前提，揭示它们在外荷作用下相互制约，彼此影响的内在联提，揭示它们在外荷作用下相互制约，彼此影响的内在联系，达到经济、安全的设计目的。系，达到经济、安全的设计目的。2.12 2.12 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-共同作用共同作用Hohai UniversityHohai University地基与基础的相互作用地基与基础的相互作用 基础内力、基底反力的大小与分布以及地基变形不仅与地基础内力、基底反力的大小与分布以及地基变形不仅与地基的特性有关，还受基础本身刚度及上部结构刚度所限。基的特性有关，还受基础本身刚度及上部结构刚度所限。对于柔性基础，基础的抗弯刚度很小，基底反力的分布与对于柔性基础，基础的抗弯刚度很小，基底反力的分布与作用在基础上的荷载分布完全一致，挠度曲线为中部大、边作用在基础上的荷载分布完全一致，挠度曲线为中部大、边缘小。缘小。如果要基础底面的挠度曲线转变为沉降各点相同的直线，如果要基础底面的挠度曲线转变为沉降各点相同的直线，则基础必须具有无限大的抗弯刚度，受荷后基础不产生挠曲，则基础必须具有无限大的抗弯刚度，受荷后基础不产生挠曲，当基础顶面承受的外荷载合力通过基底形心时，基底的沉降当基础顶面承受的外荷载合力通过基底形心时，基底的沉降处处相等。此类基础称为刚性基础，即沉降后基础底面仍保处处相等。此类基础称为刚性基础，即沉降后基础底面仍保持平面。因此与刚性基础相比，柔性基础，只有增大边缘处持平面。因此与刚性基础相比，柔性基础，只有增大边缘处的变形值，减小中部的变形值，才可能达到沉降后基础底面的变形值，减小中部的变形值，才可能达到沉降后基础底面保持平面的目的保持平面的目的 2.12 2.12 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-共同作用共同作用Hohai UniversityHohai University 而上部结构刚度是指上部结构对基础不均匀沉降或弯曲的而上部结构刚度是指上部结构对基础不均匀沉降或弯曲的抵抗能力，包括水平刚度、竖向刚度和弯曲刚度的综合。抵抗能力，包括水平刚度、竖向刚度和弯曲刚度的综合。上部结构刚度能大大改善基础的纵向弯曲程度，同时能上部结构刚度能大大改善基础的纵向弯曲程度，同时能引起结构中的次应力，严重时可以导致上部结构的破坏。引起结构中的次应力，严重时可以导致上部结构的破坏。上部结构为完全柔性时，上部结构除了传递荷载外，对基上部结构为完全柔性时，上部结构除了传递荷载外，对基础的变形毫无制约作用，即上部结构不参与相互作用。础的变形毫无制约作用，即上部结构不参与相互作用。2.12 2.12 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-共同作用共同作用