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1、第三章 浅基础结构设计,基 础 工 程,石家庄经济学院工程学院土木工程教研室,3.1 无筋扩展基础设计,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或柱下独立基础。无筋扩展基础适用于多层民用建筑和轻型厂房。 无筋扩展基础所用材料的抗压强度较高，抗拉、抗剪强度低，稍有挠曲变形，基础内拉应力就会超过材料的抗拉强度而产生裂缝。,当基础在外力作用下，基础底面将承受地基的反力，工作条件像个倒置的两边外伸的悬臂，这种结构受力后，在靠近柱、墙边或断面高度突然变化的台阶边缘处容易产生弯曲破坏或剪切破坏，因此，设计时必须保证基础的拉应力和切应力不超过相应的材料强度设计值。
2、,地基反力,刚性基础受力破坏简图,又称刚性基础,刚性基础按材料分类有：,1、砖基础,2、三合土基础,3、灰土基础,4、毛石基础,5、混凝土和毛石混凝土基础,3.1 无筋扩展基础设计,如图所示，基础一侧的大放脚，在基底反力作用下，如同倒置的短悬壁板；当设计的台阶根部高度小时，就会弯曲拉裂或剪裂.,3.1 无筋扩展基础设计,为保证基础不发生弯曲破坏或剪切破坏，通常都是限制台阶的宽高比以满足一定的刚度和强度要求，即满足如下要求：,基础设计高度：,刚性基础的宽度应使所产生的基础截面弯曲拉应力和剪应力不超过基础材料的强度限值。 如果基础底面积越大，其底面压力越小，对地基负荷越有利。但放大尺寸超过一定范围
3、，超过基础材料本身的抗拉、抗剪能力，就容易因受剪切而引起破坏。 对于刚性基础材料而言，材料强度越高，允许的台阶宽高比（刚性角）越大。,无筋扩展基础台阶宽高比的允许值,100,200,注: （1） Pk基础底面处平均压力（kPa）； （2）阶梯形毛石基础的每阶伸出宽度不宜大于200mm。 （3）当基础由不同材料迭合组成时，应对接触部分作抗压验算。 （4）对混凝土基础、当基础底面处于平均压力超过300KPa时，尚应进行抗剪验算。,3.1 无筋扩展基础设计,砖基础俗称大放脚，其各部分的尺寸应符合砖的模数。砌筑方式有两皮一收和二一间隔收(又称两皮一收与一皮一收相间)两种(图2-20)。两皮一收:每砌两
4、皮砖，即120mm，收进14砖长， 即60mm；二一间隔收:是从底层开始，先砌两皮砖，收进14砖长，再砌一皮砖，收进14砖长，如此反复。,3.1 无筋扩展基础设计,毛石基础的每阶伸出宽度不宜大于200mm，每阶高度通常取400-600mm，并由两层毛石错缝砌成。混凝土基础每阶高度不应小于200mm，毛石混凝土基础每阶高度不应小于300mm。 灰土基础施工时每层虚铺灰土220250mm，夯实至150mm，称为“一步灰土”。根据需要可设计成二步灰土或三步灰土，即厚度为300mm或50mm，三合土基础厚度不应小于300mm。,无筋扩展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。下层
5、用混凝土高度应不小于200mm，并符合材料质量和台阶宽高比的要求。,刚性基础的特点是稳定性好，施工简便，因此只要地基强度能够满足要求，它是房屋、桥梁、涵洞等结构物首先考虑的基础形式。它的主要缺点是用料多，自重大。当基础承受荷载较大，按地基承载力确定的基础底面宽度也较大时，为了满足刚性角的要求，则需要较大的基础高度，导致基础埋深增大。刚性基础一般适于 6 层和 6 层以下（三合土基础不宜超过 4 层）的民用建筑和砌体承重的厂房以及荷载较小的桥梁基础。,【例】某中学教学楼承重墙厚240mm，地基第一层土为0.8m厚的杂填土，重度17kN/m3;第二层为粉质粘土层，厚5.4m,重度18kN/m3，b
6、=0.3,d=1.6。已知上部墙体传来的竖向荷载值FK=210KN/m,室内外高差为0.45m，试设计该承重墙下条形基础。,【解】（1）计算经修正后的地基承载力 设计值 选择粉质粘土层作为持力层，初步确定基础埋深d=1.0m,（2）确定基础宽度,取基础宽度b=1.3m,（3）选择基础材料，并确定基础剖面尺寸基础下层采用350mm厚C15素混凝土层，其上层采用MU10或M5砂浆砌二、一间隔收的砖墙放大脚。,混凝土基础设计：基底压力,由表查得混凝土基础宽高比允许值 ，混凝土垫层每边收进350mm,基础高350mm。,砖墙放大脚所需台阶数,及墙体放大脚基础总高度,（4）基础剖面图，如图所示,练习：,
7、1.某承重砖墙混凝土基础的埋深为1.5m，上部结构传来的轴向压力F=200KN/m。持力层为粉质粘土，其天然容重=17.5KN/m3，孔隙比e=0.943，液性指数IL=0.76，地基承载力特征值fak=150kpa，地下水位在基础底面以下。拟设计基础采用C10素混凝土砌筑。经深度修正后地基承载力特征值;按承载力要求初步确定基础宽度bmin为多少？若承重砖墙大放脚底面宽度b0=840mm，初步选定素混凝土基础高度H=0.3m。则按台阶的高宽比要求得到的基础宽度bmax为多少？,3.2 扩展基础设计,回顾,无筋扩展基础设计,1.材料：砖，毛石，混凝土，三合土，灰土等；2.特点：抗拉，抗剪强度低，
8、抗压性能相对高；3.受力与破坏：倒置短悬臂梁弯拉破坏；4.强度保证：限制基础台阶宽高比， 增大刚度。5.设计要求：基础台阶宽高比小于允许宽高比。,基础设计高度：,bb0+2H0tan,3.2 扩展基础设计,由于不受刚性角限制，设计上可以做到宽基浅埋，充分利用浅层好土层作为持力层。与刚性基础相比较，钢筋混凝土基础具有较大的抗拉、抗弯能力，能承受较大的竖向荷载和弯矩，因此，钢筋混凝土扩展基础普遍应用于单层和多层结构中。,钢筋混凝土扩展基础类型： 1、柱下独立基础 2、墙下条形基础,3.2.1扩展基础的构造要求,（一）现浇柱基础,砼强度等级C20受力钢筋 直径：10 间距：100200,锥形基础构造
9、尺寸如图示：,钢筋保护层厚度： 有垫层：40 无垫层：70,阶梯形基础构造尺寸： 每阶高度：300500； 500h900，宜两阶； h900，宜三阶； 尺寸变化宜50倍数。,基础垫层：厚度70； 砼强度等级C10,钢筋锚固、布置等按结构规范要求进行。（GB500102002）,底板受力钢筋长度取相应边长的0.9倍，并交错布置。,h0,la(laE),四角插筋,阶梯形基础施工质量容易保证，优先采用。,柱下钢筋混凝土独立基础当边长2.5m时：,laE有抗震设防要求时纵向钢筋最小锚固长度。,（二）预制杯形基础,50,50,75,杯壁,杯底,构造控制尺寸：杯口深度杯壁厚度杯底厚度杯壁配筋,（三）墙下
10、钢筋砼条形基础,构造尺寸与形式基础高度250时采用锥形；基础高度250时采用平板式。,横向受力钢筋直径：10 间距：100200砼强度等级C20,纵向分布钢筋 8 100300,保护层 有垫层40 无垫层70,墙下钢筋混凝土条形基础,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；在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置。,受力分析倒置悬臂梁；受地基净反力作用；危险截面：墙根部-面弯矩与剪力最大。,地基净反力： pj上部结构荷载设计值F 在基底产生的反力。,（一）中心受压基础,3.2.2墙下钢
11、筋砼条形基础设计,3.2.2墙下钢筋混凝土条形基础设计,基础结构计算内容一般有两方面：其一是按剪切条件确定基础台阶或基础底板的高度，据工程设计经验，基础底板高度一般不小于基础宽度的1/8；其二是受弯计算确定底板横向配筋。,3.2.2墙下钢筋混凝土条形基础设计,当墙体材料为混凝土时，取a1=b1；当墙体材料为砖砌体且放脚宽度不大于1/4砖长时，取a1=b1+0.06（m）。,剪切和弯矩的控制截面,3.2.2墙下钢筋混凝土条形基础设计,基础高度：由受剪承载力确定。基础底板配筋,3.2.2墙下钢筋混凝土条形基础设计,轴心荷载作用：,3.2.2墙下钢筋混凝土条形基础设计,偏心荷载作用：,b1,pjma
12、x,pjmin,Pj1,x,h0基础底板有效高度,有垫层 h0 =h40 /2无垫层 h0 =h70 /2,计算基础内力，确定配筋，验算材料强度时，上部结构的荷载效应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数.(1)由可变荷载控制,(2)由永久荷载控制,例题,某多层住宅的承重砖墙厚240mm，相应于荷载效应基本组合作用于基础顶面的荷载Fk=324 kN/m，基础埋深d=0.8m，经深度修正后的地基承载力特征值fa=150kPa，试设计钢筋混凝土条形基础。,【解】,（1）选择基础材料 拟采用混凝土为C20， ft=1.1N/mm2 ；钢筋HPB235级， fy=210N/mm2
13、设置C10厚100mm的混凝土垫层，设一个砖砌的台阶，如例图所示。,HPB：HotRolling Plained Bar 热轧光面钢筋,（2）确定条形基础宽度,取b=1.8m,（3）确定基础高度按经验,地基净反力,控制截面剪力,混凝土抗剪强度,满足要求,（4）计算底板配筋,控制截面弯矩,案例分析,钢筋混凝上墙下条形基础设计。某办公楼为砖混承重结构，拟采用钢筋混凝土墙下条形基础。外墙厚为370mm，上部结构传至0.000处的荷载标准值为Fk=220kN，Mk=45kNm，荷载基本值为F=250kN， M=63kNm，基础埋深 1.92m（从室内地面算起），室外地面比室内地面低0.45m。地基持力
14、层承载力修正特征值fa=158kPa。混凝上强度等级为C20（ft=1.10N/mm2），钢筋采用HPB235级钢筋（fy=210N/mm2）。试设计该外墙基础。（主要包括：基底尺寸的确定、基础高度的确定及底板配筋）。,3.3 柱下单独基础的结构计算,受力与破坏形式分析倒置悬臂结构；受地基净反力作用。,第一种破坏形式：弯曲破坏危险截面：柱根截面处抵抗：基础底板下部配筋,第二种破坏形式：,抵 抗：基础底板有足够厚度。,冲切破坏：从柱根周边开始沿45斜面拉裂， 形成冲切破坏角锥体；,3.3.1 基础高度的确定,基础高度按构造要求和抗冲切承载力确定。1、抗冲切承载力验算,A2,冲切锥体外地基净反力产
15、生的冲切力Fl应小于冲切面上的抗冲切 (砼的轴心抗拉)能力。,h800 时取hp =1.0h2000 时取hp =0.9,bm,A1,A2,ac,bc,A1,A2,关于A1和A2的计算 （只需按长边方向计算）,1、bbc+2h0,关于A1和A2的计算 （只需按长边方向计算）,2、bbc+2h0,对于阶梯形基础，除验算柱边外，在变阶处也应做冲切强度验算，其冲切破坏锥体由变阶处沿45斜面形成。 当验算变阶处的冲切承载力时,只需将1和 2计算公式中的ac 、bc 分别代以基础上阶处的长度l1和宽度b1即可，公式中的h0采用下阶的有效高度h01。,有变阶时，将上阶视为下阶的柱子,柱下单独基础,Individual footing, pad foundation,对于偏心荷载作用的情况，只需将公式中的Pjmax代替Pj即可。,
