天然地基上浅基础设计.docx

第五章 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变形特征地基土类别中、低压缩性土高压缩性土砌体承重结构基础的局部倾斜0.0020.003工业与民用建筑相邻柱基的沉降差(1)框架结构(2)砖石墙填充的边排柱(3)当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构0.002l0.0007l0.005l0.003l0.001l0.005l单层排架结构(柱距为6m)柱基的沉降量(mm)(120)200桥式吊车轨面的倾斜(按不调整轨道考虑)纵向横向0.0040.003多层和高层建筑基础的倾斜Hg2424Hg60601000.0040.0030.00250.002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Hg2020Hg5050Hg100100Hg150150Hg200200Hg2500.0080.0030.0060.0050.0040.002高耸结构基础的沉降量(mm)Hg100100Hg200200Hg250400300200注：1.本表数值为建筑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沿纵向6-10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。三、地基设计的规定根据地基复杂程度,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作的程度,将地基础设计分为三个设计等级,设计时应根据具体情况,按表3.0.1选用.地基基础设计等级 表3.0.1设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑物30层以上的高层建筑体型复杂,层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物大面积的多层地下建筑物(如地下车库,商场.运动场等)对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡)对原有工程影响较大的新建建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程 乙级除甲级,丙级以外的工业与民用建筑物丙级场地和地基条件简单,荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物;次要的轻型建筑物根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度,地基基础设计应符合下列规定: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;当轴心荷载作用时 pkfa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； fa-修正后的地基承载力特征值。当偏心荷载作用时，应同时符合以下两式要求：pkfa ；pkmax1.2fa pkmax-相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值。2.所有建筑物为甲级,乙级的建筑物,均应按地基变形规定;3.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,如有下列情况时,仍应作变形验算;1)地基承载力标准值小于130kPa,且体型复杂的建筑；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，引起地基产生过大的不均匀沉降时；3)软弱地基上的相邻建筑如距离过近，可能发生倾斜时；4)相邻建筑距离过近,可能发生倾斜;5)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，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，以及建造在斜坡上的建筑物和构筑物，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.可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围表3.0.2地基主要受力层情况地基承载力标准值fak(kPa)60fak8080fak100100fak130130fak160160fak200200fak1.01不冻胀1.01 弱冻胀121.01.03.5冻胀180.50.56强冻胀粉砂141.01 不冻胀1.01 弱冻胀141.01.03.5冻胀191.01.06 强冻胀 23不考虑 12特强冻胀粉土191.51不冻胀1.51 弱冻胀19 1.51弱冻胀1.5 3.5 冻胀 22 1.51.56强冻胀26 1.51.5 12特强冻胀 30不考虑粘性土p+22.01不冻胀2.01弱冻胀p+2p+52.02.03.5冻胀p+5p+92.02.06 强冻胀 p+9p+152.02.012特强冻胀 p+15不考虑注：1.p-塑限含水量(%);-在冻土层内冻前天然含水量的平均值;2.盐渍土不在表列;3.塑性指数大于22时,冻胀性降低一级;4.粒径小于0.005mm的颗粒含量大于60%时,为不冻胀土;5.碎石类土当填充物大于全部质量的40%时,其冻胀性按充填物土的类别判断;6.碎石土,砾砂,粗砂,中砂(粒径小于0.075mm颗粒含量不大于15%),细砂(粒径小于0.075mm颗粒含量不大于10%)均按不冻胀考虑.季节性冻土地基的设计冻深zd应按下式计算:zd=z0.zs.zw.ze式中zd-设计冻深，若当地有多年实测资料时,也可:zd=h-z,h和z分别为实测冻土层的厚度和地表冻胀量；z0-标准冻深，系采用在地表平坦,裸露,城市之外的空旷场地中不少于10年实测最大冻深的平均值.当无实测资料时,按本规范附录F采用；zs-土的类别对冻深的影响系数,按表5.1.7-1；zw-土的冻胀性对冻深的影响系数,按表5.1.7-2；ze-环境对冻深的影响系数,按表5.1.7-3土的类别对冻深的影响系数表5.1.7-1土的类别影响系数zs粘性土1.00细砂,粉砂,粉土1.20中,粗,砾砂1.30碎石土1.40土的冻胀性对冻深的影响系数表5.1.7-2冻胀性影响系数zw不冻胀1.00弱冻胀0.95冻胀0.90强冻胀0.85特强冻胀0.80环境对冻深的影响系数表5.1.7-3周围环境影响系数ze村,镇,旷野1.00城市近郊0.95城市市区0.90注：环境影响系数一项,当城市市人口为20-50万时,按城市近郊取值;当城市市区人口大于50万小于等于100万时,按城市市区取值;当城市市区人口超过100万时,按城市市区取值,5km以内的郊区应按城市近郊取值.当建筑基础底面之下允许有一定厚度的冻土层,可用下式计算基础的最小埋深:dmax=zd-hmax式中hmax-基础底面下允许残留冻土层的最大厚度,按规范附录G.0.2查取.当有充分依据时,基底下允许残留冻土层厚度也可根据当地经验确定建筑基底下允许残留冻土层厚度hmax(m)表G.0.2基底平均压力(kPa)90110130150170190210冻胀性基础形式采暖情况弱冻胀土方形基础采暖-0.940.991.041.111.151.20不采暖-0.780.840.910.971.041.10条形基础采暖-2.502.502.502.502.502.50不采暖-2.202.502.502.502.502.50冻胀土方形基础采暖-0.640.700.750.810.86-不采暖-0.550.600.650.690.74-条形基础采暖-1.551.792.032.262.50-不采暖-1.151.351.551.751.95-强度胀土方形基础采暖-0.420.470.510.56-不采暖-0.360.400.430.47-条形基础采暖-0.740.881.001.13-不采暖-0.560.660.750.84-特强冻胀土方形基础采暖0.300.340.380.41-不采暖0.240.270.310.34-条形基础采暖0.430.520.610.70-不采暖0.330.400.470.53-注：1.本表只计算法向冻肛力,如果基侧存在切向冻胀,应须采取防切向力措施;2.本表不适用宽度小于0.6m的基础,矩形基础可取短边尺寸按方形基础计算.3.表中数据不适用于淤泥,淤泥质土和欠固结土.4.表中基底平均压力数值为永久荷载标准值乘以0.9,可以内插. 在冻胀,强冻胀,特强冻胀地基上,应采用下列防冻害措施: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。4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。第四节 基础底面积的确定一、轴心受压基础底面积的确定由可得基础底面积：对于矩形基础：，一般控制；对于条形基础：（长度l=1m为计算单元）一般先假定基础宽度小于3m来确定地基承载力特征值fa ,然后试算。例1、例2（P79-80）二、偏心受压基础底面积的确定 1.柱下矩形独立基础 式中l为长边方向，即弯矩作用方向，一般控制。计算步骤：先按轴心受压基础初步确定基础底面积，然后将基础底面积增大10%-40%，按适当长宽比确定基础长度和宽度，最后用上面公式验算，直到满足要求为止。 2.墙下条形基础 与柱下矩形独立基础计算相同，注意l=1m,b为条基宽度，是弯矩作用方向。式中b为弯矩作用方向，一般控制。 例3：（P81）第四节 基础底面积的确定三、软弱下卧层承载力验算当地基受力层范围内有软弱卧层时,应按下式验算: Pz+Pczfaz (5.2.7-1)式中Pz-相应于荷载效应标准组合时,软弱下卧层顶面处的附加压力值; Pcz-软卧下卧层顶面处土的自重压力值; faz-软卧下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值.对条形基础和矩形基础,式(5.2.7-1)中的Pz值可按下列公式简化计算: 条形基础 Pz=b(Pk-Pc)/(b+2ztan) (5.2.7-2) 矩形基础Pz=lb(Pk-Pc)/(b+2ztan)(l+2ztan) (5.2.7-3)式中 b-矩形基础和条形基础底边的宽度； l-矩形基础底边的长度； Pc-基础底面处土的自重压力标准值； z-基础底面至软弱下卧层顶面的距离； -地基压力扩散线与垂直线的夹角，可按表5.2.7采用。地基压力扩散角表5.2.7Es1/Es2z/b0.250.50351061020232530注：1.Es1为上层土压缩模量;Es2为下层土压缩模量；2.z/b0.50b时值不变。 例4：（P83）第五节 无筋扩展基础由于此种基础的抗拉、抗弯强度较低，故一般设计成轴心受压基础。为方便施工，一般做成台阶状剖面，其剖面尺寸设计应满足刚性角的要求，同时应满足构造要求。一、基础高度,应符合下式要求(图8.1.2) H0b-b0/2tan 式中b-基础底面宽度;b0-基础顶面的墙体宽度或柱脚宽度;H0-基础高度;b2-基础台阶宽度;tan-基础台阶宽高比b2:H0,其允许值可按表8.1.2选用.无筋扩展基础台阶宽高比的允许值表8.1.2基础材料质量要求台阶宽高比的允许值pk100100Pk200200Pk300混凝土基础C15混凝土1:1001:1.001:1.25毛石混凝土基础C15混凝土1:1.001:1.251:1.50砖基础砖不低于MU10,砂浆不低于M51:1.501:1.501:1.50毛石基础砂浆不低于M51:1.251:1.50-灰土基础体积比为3:7或2:8的灰土,其最小干密度:粉土1.55t/m3粉质粘土1.50t/m3粘土1.45t/m31:1.251:1.50-三合土基础体积比1:2:4-1:3:6(石灰:砂:骨料),每层约虚铺220mm,夯至150mm1:1.501:2.00-注： 1.pk为荷载效应标准组合基础底面处的平均压力值(kPa);2.阶梯形毛石基础的每阶伸出宽度,不宜大于200mm;3.当基础由不同材料叠合组成时,应对接触部分作抗压验算;4.基础底面处的平均压力值超过300kPa的混凝土基础,尚应进行抗剪验算;二、构造要求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(图8.1.2),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也不小于20d.第六节 墙下钢筋混凝土条形基础墙下钢筋混凝土条形基础的设计内容主要包括确定基础宽度、基础高度及基础底板配筋。一、基础宽度b取1m长为计算单元，按公式确定。二、基础底板高度 基础底板如同倒置的悬臂板，由自重产生的均布压力与其地基反力相抵消，因此底板仅受上部荷载传来的内力设计值引起的地基净反力的作用。初估基础底板厚度为不小于b/8,然后经过抗剪强度验算确定。 （a=1m）式中 V底板悬臂根部截面的最大剪力， b1基础边缘至墙边的距离， 地基净反力， h0有效高度，h0=h-a,有垫层a=40mm,无垫层a=70mm。当基础底板厚度250mm时，一般做成等厚度板；当基础底板厚度250mm时，宜用变厚度翼板，其坡度小于或等于1:3；翼板厚度不宜小于200mm。三、基础底板配筋根部截面最大弯矩：基础底板配筋面积：四、构造要求：混凝土不宜低于C20；受力钢筋的最小直径不宜小于10mm,间距不宜大于200mm,也不宜小于100mm,墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不小于8mm,间距不大于300mm,每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10. 钢筋混凝土条形基础底板在T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力方向底板宽度1/4处(图8.2.2b).在拐角处底横向受力筋应沿两个方向布置(图8.2.2c).五、设计实例（见课本）第七节 柱下钢筋混凝土独立基础一、基础底面积 按第四节要求计算。二、基础高度基础高度应根据抗冲切强度确定。冲切破坏特征：若基础高度不够，可从柱子周边起，沿着45斜面拉裂，从而形成冲切角锥体。因此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：受冲切承载力应按下列公式验算: Fl0.7hpftamh0 (8.2.7-1)am=(at+ab)/2 (8.2.7-2) Fl=pjAl 式中hp-受冲切承载力截面高度影响系数,当h不大于800mm时,hp取1.0。当h大于等于2000mm时,hp取0.9,其间按线性内插法取用;ft-混凝土轴心拉抗强度设计值.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;at-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;当计算基础变阶处的受冲力承载力时,取上阶宽;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8.2.7-1a,b),计算柱一基础交接和的受冲切承载力时,对柱宽加两倍基础有效高度;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.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8.2.7-1c),ab=l;pj-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国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8.2.7-1a,b中的阴影面积ABCDEF,或图8.2.7-1c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。三、底板配筋在轴心荷载或单向偏心荷载作用下底板受弯可按下列简化方法计算:1)对于矩形基础,当台阶的宽高比小于或等于2.5和偏心距小于或等于1/6基础宽度时,任意截面的弯矩可按下列公式计算(图8.2.7-2):M=1/12a21(2l+a)(pjmax+p-2G/A)+(pjmax-p)l (8.2.7-4)M=1/48(l-a)2(2b+b)(pjmax+pjmin-2G/A) (8.2.7-5)式中M,M-任意截面-,-处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值;a1-任意截面-至基底边缘最大反力处的距离;pmax,pmin-相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地基反力设计值;p-相应于荷载效应基本组合时在任意截面-处基础底面地基反力设计值;G-考虑荷载分项系数的基础自重及其上的土自重;当组合值由永久荷载控制时,G-1.35Gk,Gk为基础及其上土的标准自重.2)对于墙下条形基础任意截面的弯矩(图8.2.7-3),可取l=a=1m按式(8.2.7-4)进行计算,其最大弯矩截面的位置,应符合下列规定:当墙体材料为混凝土时,取a1=b;如为砖墙体且放脚不大于1/4砖长时,取a1=b1=1/4砖长;4.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.四、构造要求1.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300-500mm;2.、垫层的厚度不宜小于70mm,垫层混凝土强度等级应为C10。3.扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm,间距不宜大于200mm,也不宜小于100mm,墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不小于8mm,间距不大于300mm,每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10.当有垫层时钢筋保护层的厚度不小于40mm,无垫层时不小于70mm.；4.混凝土强度等级不应低于C20;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大于或等于2.5m时,底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9倍,并宜交错布置(图8.2.2a);6.现浇柱的基础,其插筋的数量,直径以及钢筋种类应与柱内纵向受力相同.插筋的锚固长度应满足第8.2.3条的要求,插筋与柱的纵向受力钢筋的连接方法,应符合现行的规定.插筋的下端宜作为直钩放在基础底板钢筋网上.当符合下列条件之一时,可仅将四角的插筋伸至底板钢筋网上,其插筋锚固在基础顶面下a或aE(有抗震设防要求时)处(图8.2.4).（1）柱为轴心受压或小偏心受压,基础高度大于等于1200mm; （2）柱为大偏心受压,基础高度大于等于1400mm.图8.2.4：现浇柱的基础中插筋构造示意第十节 减小地基不均匀沉降的一般措施一、地基不均匀沉降产生的墙身裂缝混合结构房屋对地基不均匀沉降很敏感，会在墙体内产生一定的应力。由于砌体的抗拉、抗剪强度较低，因此很容易在墙体上产生斜裂缝或踏步式裂缝，特别是在窗洞的四角部位，裂缝大致呈45度左右并倾向于沉降大的一方。如果房屋中部沉降大于端部，则底层窗口首先产生倾向于中部呈八字形开展的裂缝；如果端部沉降大于中部，则顶层窗口出现倾向于两端呈倒八字形开展的裂缝；如果房屋局部下沉，则在墙的下部产生倾斜于局部沉降的斜裂缝；如果房屋高差较大时，则低层房屋的窗口可能产生倾斜于高层的斜裂缝。房屋的整体倾斜也是倾向地基沉降大的方向。框架等超静定结构对地基不均匀沉降较为敏感，不均匀沉降会在结构中引起较大的应力，如果结构本身强度不足，就很容易发生开裂；排架等静定结构，则对地基的不均匀沉降有很大的适应性。二、建筑措施1.建筑物的体形应力求简单：在满足使用和其他要求的前提下,建筑体型应力求简单.当建筑体型比较复杂时,宜根据其平面形状和高度差异情况,在适当部位用于沉降缝将其划分成若干个刚度较好的单元;当高度差异工荷载差异较大时,应采用能自由沉降的连接构造.2.设置沉降缝： 建筑物的下列部位,宜设置沉降缝:1.建筑平面的转折部位；2.高度差异或荷载差异处；3.长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位；4.地基土的压缩性有显著差异处；5.建筑结构或基础类型不同处；6.分期建造房屋的交界处。沉降缝应有足够的宽度，缝宽可按表7.3.2选用。房屋沉降缝的宽度表7.3.2房屋层数沉降缝宽度(mm)二三四五五层以上50-8080-120不小于1203.相邻建筑物基础间保持一定的净距：相邻建筑物基础间的净距，可按表7.3.3选用。相邻建筑物基础间的净距(m)表7.3.3被影响建筑的长高比2.0L/Hf3.03.0L/Hf4002-33-66-99-123-66-99-1212注：1.表中L为建筑物长度或沉降缝分隔的单元长度(m)；Hf为自基础底面标高算起的建筑物高度(m)；2.当被影响破筑的长高比为1.