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1、项目5 基础设计,任务5.1 基础设计基本知识 任务5.2 浅基础设计基础知识 任务5.3 无筋扩展基础设计 任务5.4 扩展基础设计 任务5.5 桩基设计,返回,任务5.1 基础设计基本知识,一、地基基础设计等级 地基基础的设计内容和要求与建筑物地基基础的设计等级有关。建筑地基基础设计规范（GB 500072011）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用的程度，将地基基础设计分为三个设计等级，见表5-1，设计时应根据具体情况确定地基基础的设计等级。 二、地基基础设计的基本规定 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的影响程度，
2、建筑地基基础设计规范（GB 500072011）规定，地基基础设计应符合下列规定：,下一页,返回,任务5.1 基础设计基本知识,（1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力的有关规定。 （2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计。 （3）设计等级为丙级的建筑物有下列情况之一时应作变形验算： 地基承载力特征值小于130 kPa，且体型复杂的建筑物； 在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时； 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时； 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； 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。,上一页,下一页,返回,任务
3、5.1 基础设计基本知识,（4）对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性。 （5）基坑工程应进行稳定性验算。 （6）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。 （7）表5-2所示范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算。 三、地基基础设计荷载取值 建筑地基基础设计规范（GB 500072011）规定：地基基础设计时，所采用的作用效应与相应的抗力限值应按下列规定：,上一页,下一页,返回,任务5.1 基础设计基本知识,（1）按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用效应
4、按正常使用极限状态下作用的标准组合；相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。 （2）计算地基变形时，传至基础底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用；相应的限值应为地基变形允许值。 （3）计算挡土墙土压力、地基或滑坡稳定及基础抗浮稳定时，作用效应应按承载能力极限状态下作用的基本组合，但其分项系数均为1.0。,上一页,下一页,返回,任务5.1 基础设计基本知识,（4）在确定基础或桩基承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力，确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的作用效应和相应的基底反力、挡土墙土压力以及滑坡推力，应按承载能力极限状态
5、下作用的基本组合，采用相应的分项系数；当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态下作用的标准组合。 （5）基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数 不应小于1.0。,上一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,一、设计方案初选 根据建筑物用途、场地土的地基承载力及地质构造来初选基础的形式，具体内容见项目一。 二、基础埋置深度确定 基础埋置深度是指从室外设计地面至基础底面的距离。 基础埋置深度的大小，对建筑物的安全和正常使用、基础施工技术措施、施工工期和工程造价等影响很大。设计时必须综合考虑建筑物自身条件（如使用条件、结构形式、荷载的大小和
6、性质等）以及所处的环境（如地质条件、气候条件、邻近建筑的影响等），选择技术可靠、经济合理的基础埋置深度。,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础宜浅埋。考虑地面动植物活动、耕土层等因素对基础的影响，除岩石基础外，基础埋深不宜小于0.5 m。 确定基础埋置深度时，应综合考虑以下因素： （一）建筑物用途以及基础形式和构造 某些建筑物要求具有一定的使用功能或宜采用某种基础形式，这些要求常成为其基础埋深选择的先决条件。 不同基础的构造高度也不相同，基础埋深自然不同；为了保护基础不露出地面，构造要求基础顶面至少应低于室外设计地面0.1 m。,上一页,下一页,
7、返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,（二）作用在地基上的荷载大小和性质 荷载大小不同，对地基承载力的要求也就不同，因而直接影响到持力层的选择。荷载的性质对基础埋置深度的影响也很明显。承受水平荷载的基础，必须有足够的埋置深度来获得土的侧向抗力，以保证基础的稳定性，减少建筑物的整体倾斜，防止倾覆及滑移。 （三）工程地质和水文地质条件 工程地质条件对基础的设计往往起着决定性的作用，为了保证建筑物的安全，必须根据荷载的大小和性质为基础选择可靠的持力层。一般当上层土的承载力能满足要求时，应选择作为持力层，若其下有软弱土层时，则应验算其承载力是否满足要求。,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基
8、础知识,当上层土软弱而下层土承载力较高时，则应根据软弱土的厚度决定基础作在下层土上还是采用人工地基或桩基础。 （四）相邻建筑物的基础埋深 当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑基础。当埋深大于原有建筑物时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定，一般应不小于两基础底面高差的l2倍，如图5-1所示。当上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基，以免开挖新基槽时危及原有基础的安全稳定性。,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,（五）地基土冻胀和融陷的影响 地基土的冻胀
9、与融陷通常是不均匀的，因此，容易引起建筑物开裂损坏。 季节性冻土的冻胀性与融陷性是相互关联的，常以冻胀性加以概括。建筑地基基础设计规范（GB 500072011）规定，土的类别、冻前天然含水量和冻结期间地下水位距冻结面的最小距离，将地基土的冻胀性划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。 在确定基础埋置深度时，对于不冻胀土可不考虑冻结深度的影响；对于弱冻胀土、冻胀土、强冻胀土和特强冻胀土，可用下式计算基础的最小埋置深度：,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,三、地基承载力的确定 地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力。建筑物因地基问题引起的破坏，一般可能有两
10、种情况：一种是由于建筑物基础在荷载作用下产生过大的变形或不均匀沉降，从而导致建筑物严重下沉、倾斜或挠曲，上部结构开裂，建筑功能变坏；另一种是由于承载不足而产生剪切破坏或丧失稳定性。 （一）地基破坏形式 实践表明，建筑地基在荷载作用下往往由于承载力不足而产生剪切破坏，其破坏形式可以分为整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏三种，如图5-2所示。,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,地基的破坏形式主要与土的压缩性有关。一般来说，对于密实砂土和坚硬黏土将出现整体剪切破坏、而对于压缩性比较大的松砂和软黏土，将可能出现局部剪切或冲剪破坏。另外，破坏形式还与基础埋深、加荷速率等因素有关，目
11、前尚无合理的理论作为统一的判别标准。当基础埋深较浅、荷载快速施加时，将趋于发生整体剪切破坏；若基础埋深较大，无论是砂性土或黏性土地基，往往发生局部剪切破坏。 1整体剪切破坏 整体剪切破坏的荷载与沉降关系曲线即p-s 曲线如图5-3中曲线A所示，地基破坏过程可分为以下三个阶段： （1）压密阶段（或称线弹性变形阶段）。,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,这一阶段p-s曲线接近于直线（oa段），土中各点的剪应力均小于土的抗剪强度，土体处于弹性平衡状态。地基的沉降主要是由于土的压密变形引起的。相应于a点的荷载称为比例界限荷载（临塑荷载），以Pcr表示。 （2）剪切阶段（或称弹塑性变
12、形阶段）。这一阶段p-s曲线已不再保持线性关系（ab段），沉降的增长率随荷载的增大而增加。地基土中局部范围内（首先在基础边缘处）的剪应力达到土的抗剪强度，土体发生剪切破坏，这些区域也称塑性区。随着荷载的继续增加，土中塑性区的范围也逐步扩大，直到土中形成连续的滑动面。b点对应的荷载称为极限荷载，以Pu表示。,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,（3）完全破坏阶段。当荷载超过极限荷载后，土中塑性区范围不断扩展，最后在土中形成连续滑动面，基础急剧下沉或向一侧倾斜，土从基础四周挤出，地面隆起，地基发生整体剪切破坏，通常称为完全破坏阶段。p-s曲线陡直下降（bc段）。 2冲剪破坏 冲剪
13、破坏一般发生在基础刚度较大且地基土十分软弱的情况下。其p-s曲线如图5-3中曲线C所示。冲剪破坏的特征是：随着荷载的增加，基础下土层发生压缩变形，基础随之下沉。当荷载继续增加，基础四周的土体发生竖向剪切破坏，基础刺入土中。,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,冲剪破坏时，地基中没有出现明显的连续滑动面，基础四周地面不隆起，而是随基础的刺入微微下沉。伴随有过大的沉降，没有倾斜的发生，p-s曲线无明显拐点。 3局部剪切破坏 局部剪切破坏是介于整体剪切破坏与冲剪破坏之间的一种破坏形式，其破坏过程与整体剪切破坏有类似之处，但p-s 曲线无明显的三阶段，如图5-3中曲线B所示。局部剪切
14、破坏的特征是：p-s 曲线从一开始就呈非线性关系；地基破坏是从基础边缘开始，但是滑动面未延伸到地表，而是终止在地基土内部的某一位置；基础两侧的土体微微隆起，基础一般不会发生倒塌或倾斜破坏。,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,（二）地基承载力计算 地基承载力的确定是地基基础设计中一个非常重要而又复杂的问题，它不仅与土的物理力学性质有关，而且还与基础的类型、底面尺寸与形状、埋深、建筑类型、结构特点以及施工速度等有关。 建筑地基基础设计规范（GB 500072011）规定，地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、公式计算，并结合工程实践经验等方法综合确定。 1由载荷试验确定地
15、基承载力特征值 承载力特征值的确定应符合下列规定：,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,（1）当p-s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值； （2）当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半； （3）当不能按上述二条要求确定时，当压板面积为0.250.50 m2时，可取s/b0.010.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。 2地基承载力特征值的修正 当基础宽度大于3 m或埋置深度大于0.5 m时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,3
16、有偏心距时地基承载力的计算 当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并满足变形要求。 四、基础底面尺寸的确定 （一）按持力层的承载力确定基底尺寸 1轴心荷载作用下的基础 轴心荷载作用下，认为基底压力均匀分布，如图5-4所示，基底压力的计算可按下式计算：,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,要求作用在基础底面的基底压力不大于修正后的地基承载力特征值，即 将式（5-5）代入式（5-6）得 对于独立基础，按上式计算出A后，先选定b或 ，确定 和b的比值，再计算另一边长。,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,对于条形基础，沿长度方向取1 m为计算单元，条形基础的宽度b为 2偏心荷载作用下的基础 如图5-5所示，在荷载 FK、Gk 和单向弯矩Mk 的共同作用下，基底压力呈直线分布，基底边缘的最大和最小压力分别为： 对于矩形基础,上一页,下一页,返回,任务5.2 浅基础设计基础知识,式（5-10）适用条件为eb/6。当eb/6时，按下
