《土力学与基础工程 教学课件 ppt 作者 代国忠 第7章 天然地基浅基础(3)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学与基础工程 教学课件 ppt 作者 代国忠 第7章 天然地基浅基础(3)（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 天然地基浅基础,7.1 概述 7.2 基础埋置深度的确定 7.3 地基计算 7.4 基础尺寸的确定 7.5 无筋扩展基础设计 7.6 钢筋混凝土扩展基础设计 7.7 柱下钢筋混凝土条形基础 7.8 十字交叉梁基础 7.9 筏形基础 7.10 箱形基础简介 7.11 地基基础与上部结构共同作用问题,7.7 柱下钢筋混凝土条形基础,7.7.1适用范围,柱下条形基础主要用于柱距较小的框架结构，也可用于排架结构，它可以是单向设置的，也可以是十字交叉形的。 单向条形基础一般沿房屋的纵向柱列布置，这是因为房屋纵向柱列的跨数多、跨距小的缘故，也因为沉陷挠曲主要发生在纵向。当单向条形基础不能满足地基承
2、载力的要求，或者由于调整地基变形的需要，可以采用十字交叉条形基础。 柱下条形基础承受柱子传下的集中荷载，其基底反力的分布受基础和上部结构刚度的影响，是非线性的。 柱下条形基础的内力应通过计算确定。当条形基础截面高度很大时，例如达到柱距的1/31/2时，具有极大的刚度和调整地基变形的能力。,7.7.2 构造要求,5）混凝土强度等级不低于C20。 6）现浇柱与条形基础梁的交接处，其平面尺寸规定如下：,现浇柱与条形基础梁交接处平面尺寸,7.7.3 设计计算要点,1计算方法,1）简化计算方法。采用基底压力呈直线分布假设，用倒梁法或静定分析法计算。简化计算方法仅满足静力平衡条件，是最常用的设计方法。 2
3、）地基上梁的计算方法。将柱下条形基础看成是地基上的梁，采用合适的地基计算模型（弹性地基上的梁），考虑地基与基础的共同作用，即满足地基与基础之间的静力平衡和变形协调条件，建立方程。可以用解析法、近似解析法和数值分析方法等直接或近似求解基础内力。 3）考虑上部结构参与共同工作的方法。这种方法最符合条形基础的实际工作状态，但计算过程相当复杂，工作量很大，通常将上部结构适当予以简化以考虑其刚度的影响，例如等效刚度法、空间子结构法、弹性杆法、加权残数法等。,2计算规定,进行柱下条形基础计算时，除按柱下独立基础计算抗冲切、抗弯曲和抗剪切以外，尚应遵循下列规定： 1）在比较均匀的地基上，上部结构刚度较好，荷
4、载分布较均匀，且条形基础梁的高度不小于1/6柱距时，地基反力可按直线分布，条形基础梁的内力可按连续梁计算，此时边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值宜乘以1.2的系数；否则，宜按弹性地基梁计算。 2）对交叉条形基础，交点上的柱荷载，可按交叉梁的刚度或变形协调的要求，进行分配，分别进行内力的计算。 3）验算柱边缘处基础梁受剪承载力；存在扭矩时，应作抗扭计算。 4）当条形基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下条形基础梁顶面的局部受压承载力。,7.8 十字交叉梁基础,7.8.1 适用范围,十字交叉梁基础（即柱下交叉条形基础）是由纵横两个方向的柱下条形基础所组成的一种空间结构，各柱位于两
5、个方向基础梁的交叉结点处。其作用除可以进一步扩大基础底面积外，主要是利用其巨大的空间刚度以调整不均匀沉降。 宜用于软弱地基上柱距较小的框架结构，其构造要求与柱下条形基础基本类同。,7.8.2 设计计算要点,十字交叉梁基础为超静定空间结构，通常采用简化计算法。 当上部结构具有很大的整体刚度时，可将交叉条形基础视为两组倒置的连续梁，采用倒梁法分别进行计算。 当上部结构整体刚度较小时，将交叉条形基础分离为若干单独的柱下条形基础，采用静定分析法，此时交叉节点处的柱荷载按一定的比例分配到纵横两个方向的基础梁上。,确定交叉节点处柱荷载的分配值时，必须满足如下两个条件：,1）静力平衡条件。各节点分配在纵、横
6、基础梁上的荷载之和，应等于作用在该节点上的总荷载。 2）变形协调条件。纵、横基础梁在交叉节点处的位移应相等。,为了简化计算，一般假设纵梁和横梁抗扭刚度等于零，纵向弯矩由纵向条基承受，横向弯矩由横向条基承受。,任一交叉点基本方程为：,(7-42),（7-43),a）轴线及竖向荷载 b）节点荷载分配 交叉条形基础示意图,用基床系数法的文克尔模型计算基础梁的挠度：,对无限长梁,半无限长梁,（7-44),（7-45),7.8.3 三种节点荷载分配,边柱节点,1. 边柱节点（T字节点）,基础梁的挠度方程：,（7-46）,式（7-46）与式（7-42）联立求解得：,（7-47）,2. 内柱节点（十字节点）
7、,内柱节点,基础梁的挠度方程：,（7-48）,式（7-48）与式（7-42）联立求解得：,（7-49）,角柱节点,基础梁的挠度方程：,（7-50）,式（7-50）与式（7-42）联立求解得：,（7-51）,当交叉条形基础按纵、横向条形基础分别计算时，节点下的底板面积（重叠部分）被使用了两次。若各节点下重叠面积之和占基础总面积的比例较大，则涉及可能偏于不安全。可通过加大节点荷载的方法加以平衡。,调整后的节点竖向荷载为：,7.9 筏形基础,7.9.1适用范围,筏形基础的基底面积较十字交叉条形基础更大，能满足较软弱地基的承载力要求。由于基底面积的加大故减少了地基附加压力，地基沉降和不均匀沉降也因而减
8、少，但是由于筏形基础的宽度较大，从而压缩层厚度也较大，这在深厚软弱土地基上尤应注意。 筏形基础具有较大的整体刚度，在一定程度上能调整地基的不均匀沉降。筏形基础能跨越地下浅层小洞穴和局部软弱层；提供比较宽敞的地下使用空间，当设置地下室时具有补偿功能；满足自动化程度较高的工艺设备队不允许有差异沉降的要求，以及连续作业和设备重新布置的要求等。,7.9.2筏形基础的构造要求,1）筏形基础分为梁板式和平板式两种类型，其选型应根据工程地 质、上部结构体系、柱距、荷载大小以及施工条件等因素确定。 2）筏形基础的平面尺寸，应根据地基土的承载力、上部结构的布置及荷载分布等因素确定。 对单幢建筑物，在地基土比较均
9、匀的条件下，基底平面形心宜与结构竖向永久荷载重心重合。当不能重合时，在荷载效应准永久组合下，偏心距符合下式要求：,（7-53）,3）筏形基础的混凝土强度等级C30。当有地下室时应采用防水混凝土，防水混凝土抗渗等级不应小于0.6MPa。必要时宜设架空排水层。 4）筏形基础地下室钢筋混凝土外墙厚度250mm，内墙厚度200mm。墙的截面设计除满足承载力要求外，尚应考虑变形、抗裂及防渗等要求。墙体内应设置双面钢筋，竖向和水平钢筋的直径12mm，间距300mm。,5）地下室底层柱，剪力墙与梁板式筏基的基础梁连接构造要求：,7）高层建筑筏形基础与裙房基础之间的构造要求。 8）筏形基础地下室施工完毕后，应
10、及时进行基坑回填工作。,7.9.3 筏形基础的筏基厚度计算,1.梁板式筏基厚度确定,梁板式筏基底板除计算正截面受弯承载力外，其厚度尚应满足受冲切承载力、受剪切承载力的要求。,底板受冲切承载力按下式计算：,(7-54),图7-32 底板冲切计算示意 图7-33底板剪切计算示意,底板斜截面受剪承载力应符合下式要求：,（7-56）,（7-57）,2.平板式筏基厚度确定,内柱冲切临界截面,平板式筏基的板厚应满足受冲切承载力要求，最小厚度应大于400mm。 计算时应考虑作用在冲切临界面重心上的不平衡弯矩产生的附加剪力。,（7-60）,（7-59）,（7-58）,3几点计算规定,1）当地基土比较均匀、上部
11、结构刚度较好、梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小于1/6，且相邻柱荷载及柱间距的变化不超过20%时，筏形基础可仅考虑局部弯曲作用。,（7-61）,4）梁板式筏基的基础梁除满足正截面受弯及斜截面受剪承载力外,尚应验算底层柱下基础梁顶面的局部受压承载力。,7.10 箱形基础简介,7.10.1 概述,箱形基础是由钢筋混凝土的顶板、底板和纵、横墙板组成的盒式结构，具有极大的刚度，能有效地扩散上部结构传下的荷载，调整地基的不均匀沉降。适用于软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物。 箱形基础一般有较大的基础宽度和埋深，能提高地基承载力，增强地基的稳定性。箱形基础具有很大的地下空
12、间，代替被挖除的土，因此具有补偿作用，对减少基础沉降和满足地基的承载力要求很有利。 箱形基础设计中应考虑地下水的压力和浮力作用，在变形计算中应考虑深开挖后地基的回弹和再压缩过程。在施工中需解决基坑支护和施工降水等问题。 箱形基础主要适用于高层建筑、重型设备或对不均匀沉降有严格要求的建筑物、需要地下室的各类建筑物、上部结构荷载大、地基土较软弱或不均匀的建筑物和地震烈度高的重要建筑物。,7.10.2箱形基础的构造要求,1.悬挑底板或全部箱基 2.箱基埋深 3.箱基的墙体面积 4.箱基的高度 5.箱基的板厚 6.箱基的混凝土 7.箱基的配筋 8.箱基的门洞,墙体开洞的开口系数：,7.10.3 箱形基
13、础计算要点,1.箱形基础设计步骤,（7-63）,2箱形基础的弯曲内力计算,箱形基础在上部结构传来的荷载、地基反力及箱基四周土的侧压力共同作用下，将发生弯曲，这种弯曲称为整体弯曲；箱基顶板在荷载作用下也发生弯曲，这种弯曲称为局部弯曲；箱基底板在地基反力作用下也发生局部弯曲。因此在设计箱形基础时，必须按结构的实际情况，分别计算箱基的整体弯曲和局部弯曲所产生的内力，并将配筋量进行叠加。,1）上部结构为现浇剪力墙体系,2）上部结构为框架体系,上部结构为纯框架或框剪体系时，上部结构的刚度与剪力墙相比太小，因此在计算箱形基础的弯曲内力时，应同时考虑整体弯曲与局部弯曲的影响；计算所得局部弯曲所产生的弯矩值应
14、乘以0.8的折减系数。,箱形基础承受的整体弯矩:,箱基计算简图,将整体弯曲和局部弯曲两种计算结果相叠加，使得顶、底板成为压弯或拉弯构件，最后据此进行配筋计算。在箱形基础顶、底板配筋时，应综合考虑承受整体弯曲的钢筋与局部弯曲的钢筋的配置部位，以充分发挥各截面钢筋的作用。,7.10.4 桩箱与桩筏基础,当高层建筑箱形与筏形基础下天然地基承载力或沉降变形不能满足设计要求时，可采用桩加箱形或筏形基础。桩的类型应根据工程地质资料、结构类型、荷载性质、施工条件以及经济指标等因素确定。,基础板的弯矩可按下列方法计算： 1）先将基础板上的竖向荷载设计值按静力等效原则移至基础底面桩群承载力重心处。弯矩引起的桩顶
15、不均匀反力按直线变化原则计算，并以柱或墙为支座采用倒楼盖法计算板的弯矩。当支座反力与实际柱或墙的荷载效应相差较大时，应重新调整桩位再次计算桩顶反力。 2）当桩基的沉降量较均匀时，可将单桩简化为一个弹簧，按支承于弹簧上的弹性平板计算板中的弯矩。弹簧系数按单桩载荷试验或经验确定。 桩与箱基或筏基的连接应符合下列规定： 1）桩顶嵌入箱基或筏基底板内的长度，对于大直径桩，不宜小于100mm；对中小直径的桩不宜小于50mm； 2）桩的纵向钢筋锚入箱基或筏基底板内的长度不宜小于钢筋直径的35倍，对于抗拔桩基不应少于钢筋直径的45倍。,7.11 地基基础与上部结构共同作用问题,7.11.1基本概念,在建筑结
16、构的设计计算中，通常把上部结构、基础和地基三者分开考虑，视为彼此相互独立的结构单元。这种方法忽略了地基、基础和上部结构在接触部位的变形协调条件，其后果是底层和边跨梁柱的实际内力大于计算值，而基础的实际内力则比计算值小得多。 合理的设计方法应该将地基、基础和上部结构这三者作为整体，考虑接触部分的变形协调条件来计算其内力和变形，该方法称之为地基基础与上部结构的共同作用分析。,7.11.2 基础刚度的影响,柔性基础其抗弯刚度很小，就像一块放在地基上的柔软薄膜，可以随着地基的变形而任意弯曲，其基底反力分布与作用在基础上的荷载分布完全一致。均布荷载下柔性基础的基底沉降量呈碟形，即中部大、边缘小。要使沉降均匀，应增大边缘荷载，并使中部荷载相应减小。,1. 柔性基础,2. 刚性基础,刚性基础抗弯刚度极大，在荷载作用下基础不产生挠曲。刚性基础原是平面的基底，沉降后仍保持平面，中心荷载作用下均匀下沉，基底保持水平；偏心荷载作用下，沉降后基底为一倾斜平面。刚性基础基底反力分布与荷载分布情
