天然地基上的浅基础设计.docx
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1、第8章 天然地基上浅基础设计内容提要:地基基础是建筑物的重要根基,若地基基础不稳固,将危及整个 建筑物的安全。本章主要介绍根据基础的受力特性及构造特点划分的浅基础的类 型、浅基础的设计计算、浅基础设计方法、减小地基不均匀沉降危害的主要措施 及地基基础与上部结构共同作用的设计理念。第一节浅基础的类型当建筑场地土质均匀、坚实,性质良好,地基承载力特征值fk120kP时, 对于一般多层建筑,可将基础直接做在浅层天然地基上,称为天然地基上浅基础。 根据天然地基上浅基础的受力特性及构造特点可将浅基础类型分为两大类:刚性 基础和柔性基础。一、刚性基础刚性基础的材料都具有较好的抗压性能,但抗拉、抗剪强度却不
2、高。8.1.2柔性基础柔性基础的材料为钢筋混凝土,故亦称为钢筋混凝土基础,其抗弯和抗剪性 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情况 下使用。这类基础的高度不受台阶宽高比的限制。因此,当刚性基础尺寸不能同 时满足地基承载力和基础埋深的要求时,则需选择柔性基础。柔性基础同样可用图8-1钢筋混凝土独立基础(a)台阶形基础;(b)锥形基础;(c)杯口形基础扩大基础底面积的办法来满足地 基承载力的要求,但不必增加基 础的埋深。1. 钢筋混凝土独立基础这种基础主要是柱下基础,其构造形式如图8-1所示,轴心受 压柱下基础的底面形状为正方 形。而偏心受压柱下基础的底面 形状为矩形
3、。2. 钢筋混凝土条形基础(1) 墙下钢筋混凝土条形基础其横截面根据受力条件可以分为不带肋和带肋两种。若地基不均匀,为了加 强基础的整体性和抗弯能力,可以采用有肋的墙下钢筋混凝土条形基础,肋部配 置足够的纵向钢筋和箍筋。(2) 柱下钢筋混凝土条形基础当地基承载力较低且柱下钢筋混凝土独立基础的底面积不能承受上部结构 荷载的作用,常将若干柱基连成一条构成柱下条形基础(图8-4)。图8-2不带肋墙下钢筋混凝土条形基础图8 -3带肋墙下钢筋混凝上条形基础(3) 交叉钢筋混凝土条形基础当单向条形基础的底面仍不能承受上部结构荷载的作用,可以将纵横柱基础 均连在一起,成为十字交叉条形基础(图8-5)。交叉条
4、形基础可承担10层以下的民用建筑。图8-4单向条形基础图8-5交叉条形基础3. 筏板基础当地基承载力低,而上部结构的荷重又较大,以致交叉条形基础仍不能提供 足够的底面积来满足地基承载力的要求时,可采用钢筋混凝土筏板基础。 筏板基础分为平板式和梁板式两种类型。4. 箱形基础当地基承载力较低,上部结构荷载较大时采用交叉条形基础无法满足承载力 要求,又不宜采用桩基时,可采用箱形基础。WWWa a a n 直i回函ffTr祚柞寸It 尺 u 芥#4 =p. Jmin式中M一作用于基础底面的力矩设计值,kPa;A基础底面面积,一般有A=b - l,m2;l 一垂直于力矩作用方向的基础底面边长,m; b一
5、力矩作用方向的基础底面边长,m。偏心荷载的偏心距e = MF+G若荷载偏心,通常要求偏心距e应满足下式:e =岛 W 6(8-9)A1, 算偏心荷载作用下,基础底面受力不均匀,需加大基础底面的面积,通常采用 逐次渐近试算法进行计算。先按中心荷载作用下的公式(8-5),初算基础底面积,max、 minP P,代入(8-2)、(8-3)进彳丁验再加大基础底面积10%40%,计算出直到满足要求为止。五、软弱下卧层承载力验算仲 抻力房 A 侦川冽加力川血 4土层一般是成层的,其承载力随深 度而增加,而外荷载引起的附加应力则 随深度而衰减,因此,一般情况下只要 基底持力层承载力满足设计要求即可以 了。但
6、也有不少情况,持力层不厚,在 持力层以下受力层范围内存在软弱土层 (即软弱下卧层),软弱下卧层的承载力 比持力层小得多。如我国沿海地区表层 “硬壳层”下有很厚一层(厚度在20m左右)软弱的淤泥质土层,这时,只满足持 力层承载力的要求是不够图8-8软弱下卧层顶面附加应力计算 的,还须验算软弱下卧层的承载力。要求传递到软弱下卧层顶面的附加应力和土 的自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力设计值,即:p + p W f(8-10)式中pz -软弱下卧层顶面处的附加应力设计值,kPa;/-软弱下卧层顶面处的自重应力标准值,kPa;广-软弱下卧层顶面处经深宽修正后的地基承载力设计值,kPa。当1上层土与软
7、弱下卧层的压缩模量比值大于或等于3时,用均匀的半无限直 线变形体理论计算的土中附加应力的误差太大,应该按双层地基理论计算。在实 用上.还是按照简单的应力扩散角原理计算,如图8-8所示,作用在基础底面处 的附加应力p = (p-p )以扩散角。向下传递均匀地分布在软弱下卧层上。根据 扩散后作用在下卧层侦面处的合力与扩散前在基底处的合力相等的条件,即:p A = p A(8-11)p =3 P尸(8-12)七(b + 2ztgQ )(l + 2ztgQ )条形基础:p = (P ”(8-13)z b + 2 ztgQ式中b,l 一分别为基础的宽度(m)和长度(m),若为条形基础,l取lm,长度 方
8、向应力不扩散;p 基础底面处土的自重应力,kPa;Z 基础底面到软弱下卧层顶面的距离,m;一地基应力扩散角,可按表8-1采用。表8-1地基应力扩散角。Es1/Es2Z/b0.250.50362351025102030注:1.七为上层土压缩模量;履为下层土压缩模量。2.z0.5b时。值不变;从上式可见表层若有“硬壳”能起到应力扩散的作用,因此,当存在软弱下 卧层时,基础应尽量浅埋,以增加基底到软弱下卧层顶面的距离。六、地基变形计算软土地基上建造房屋,在强度和变形两个条件中,变形条件显得比较重要。 地基在荷载或其他因素的作用下必将发生变形(均匀沉降或不均匀沉降),变形过 大时可能危害到建筑物结构的
9、安全,或影响建筑物的正常使用。为防止建筑物因 地基变形或不均匀沉降造成建筑物的开裂与损坏不能正常使用,必须对地基的变 形特性及不均匀沉降加以控制。对于较为次要的建筑物以及建筑地基基础设计 规范(GB500072002)表3. 0. 2所列范围内设计等级为丙级的建筑物,按地 基承载力设计值计算时,已满足地基变形的要求可不进行沉降计算。设计等级为 甲级、乙级的建筑物及建筑地基基础设计规范(GB500072002)表3. 0. 2所 列范围以外的丙级建筑,除必须进行地基承载力的计算外,还应进行地基变形的 验算,须确保地基的变形值S在容许的范围内,即:SWS(8-14)式中S地基的容许变形值。它是根据
10、建筑物的结构特点、使用条件和地 基土的类型而确定的。地基容许变形值按变形特征可分以下几种:(1) 沉降量一独立基础或刚性特大的基础中心的沉降量;(2) 沉降差一相邻两个柱基的沉降量之差;(3) 倾斜一沿倾斜方向基础两端点的沉降差与其距离的比值;(4) 局部倾斜一砖石承重结构沿纵墙6-10m内基础两点的沉降差与其距离的 比值;(5) 平均沉降一一由三个以上独立基础(或条形基础的几个地方)的沉降量按 基底面积加权所得沉降;(6) 相对弯曲一一砖石承重结构和基础板的弯曲部分的矢高与其长度之比 值。地基变形允许值S 的确定涉及的因素很多,它除了要考虑各类建筑物对地 基不均匀沉降反应的敏感性以及结构强度
11、储备等有关情况外,还与建筑物的具体 使用要求有关。地基规范综合分析了国内外各类建筑物的有关资料,归纳提出了 建筑地基基础设计规范(GB50072002)表5. 3. 4所列的地基变形允许值供 设计采用。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自行确定。第三节浅基础设计一、基础设计要求及步骤天然地基上的浅基础设计可按下列步骤进行:(1) 选择基础的材料、类型和平面布置;(2) 选择基础的埋置深度;(3) 确定地基承载力设计值;(4) 确定基础的底面积和底面尺寸;(5) 必要时进行地基变形验算;(6) 基础结构设计(包括内力计算、基础高度确定、基
12、础配筋计算和构造要求 等);(7) 基础施工图绘制(包括施工说明)。上述设计步骤是相互关联的,通常可按顺序逐项进行。当后面的计算出现不 能满足设计要求的情况(包括构造要求)时,应返回前面(1)、(2)步骤,重新作出选 择后再进行设计计算,直至完全满足规范要求为止。二、刚性基础1. 设计原则刚性基础具有抗压强度高而抗拉、抗剪强度低的特点,设计时必须使基础主 要承受压应力,并保证基础内产生的拉应力和剪应力都不超过材料强度的设计 值。2. 刚性基础的构造要求(1) 砖基础宽度、高度标准砖八五砖宽度、高度2,标准砖八五砖b =h /26055h120110表8-2大放脚的每皮宽度b和高度h值(mm)砖
13、基础采用的砖强度等级应不低于MU10,砂浆不低于M5,在地下水位以 下或地基土潮湿时应采用水泥砂浆砌筑。基础底面以下一般先做100mm厚的混 凝土垫层,混凝土强度等级一般为C10。砖基础的高度应符合砖的模数。在布置 基础剖面时,大放脚的每皮宽度b2和高度h2值见表8-2。222(2) 浆砌毛石基础毛石基础的材料采用未加工或仅稍做修整的未风化的硬质岩石,高度一般不 小于200mm。当毛石形状不规则时,其高度应不小于150mm。毛石基础的每阶 高度可取400600mm,台阶伸出宽度不宜大于200mm。毛石基础的底面尺寸 要求为:对条形基础其宽度不应小于500mm,对独立基础其底面尺寸不应小于 60
14、0mm X 600mm。(3) 石灰三合土基础石灰三合土基础由石灰、砂和骨料(矿渣、碎砖或碎石)加适量的水充分搅拌 均匀后,铺在基槽内分层夯实而成。三合土的配合比(体积比)为1: 2: 4或1: 3: 6,在基槽内每层虚铺22cm,夯实至15cm。三合土基础的高度不应小于300mm, 宽度不应小于700mm。(b)柱下刚性基础(4) 灰土基础灰土基础由熟化后的石灰和粘土按比例拌和并夯实而成。常用的配合比(体 积比)有3: 7和2: 8,铺在基槽 内分层夯实,每层虚铺22 25cm,夯实至15cm。其最小干密 度要求为:粉土 15.5kN/m3,粉质 粘土 15.0kN/m3,粘土 14.5kN
15、/m3。 灰土基础的高度不应小于 300mm,对条形基础其宽度不应 小于500mm,对独立基础其底面 尺寸不应小于700mmX 700mmo(5) 混凝土和毛石混凝土基 础(a)墙下刚性基础图;混凝土基础一般用 C10以上的素混凝土做成。毛石混凝土基础是在混 图8-10刚性基础构造凝土基础中埋入25%30%(体积比)未风化的毛石形成,且用于砌筑的石块直径不宜大于300mm。混凝土基础的每 阶高度不应小于250mm,一般为300mm。毛石混凝土基础的每阶高度不应小于 300mm。3.刚性基础的设计计算进行刚性基础设计时先选择合适的基础埋置深度d,并按构造要求初步选 定基础高度H,然后根据地基承载
16、力初步确定基础宽度b,再按下式进一步验 算基础的宽度:式中boHobWbo+2Htga(8-15)-基础顶面的砌体宽度,如图8-10(a)和图8-10(b)所示;tga基础台阶宽高比的允许值,tga =b I可按表8-3选用;H 0基础高度;b2基础的外伸长度。如验算符合要求,则可采用原先选定的基础宽度和高度,否则应调整基础高 度重新验算,直至满足要求为止。当基础由不同材料叠合而成时,应对叠合部分 作抗压验算。表8-3 刚性基础台阶宽高比的允许值台阶高宽比的允许值基础材料质量要求PkW100100PkW200200VpkW300混凝土基础毛石混凝土基础C15混凝土C15混凝土1:1.001:1
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