ch2刚性基础与扩展基础.ppt

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1、基础结构构造要求基础埋置深度的选择地基承载力的确定方法浅基础的设计计算（地基承载力与变形验算）,内容提要,无筋扩展基础（或刚性基础）由素混凝土、砖、毛石、灰土和三合土等抗压性能好、而抗弯抗剪性能差的材料砌筑而成，通常由台阶的容许宽高比或刚性角控制设计。钢筋混凝土扩展基础（或柔性基础）当不便于采用刚性基础或采用刚性基础不经济时采用钢筋混凝土材料做成的基础，如柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础）。,2.1 概 述,2.1.1 刚性基础构造要求,刚性基础构造示意,(2)特点：抗拉、抗剪强度低，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

2、刚度,(1)材料：砖、毛石、砼、毛石砼等,(5)设计要求：基础台阶宽高比小于允许宽高比,2.1.1 刚性基础构造要求,要求：,刚性基础高度确定,基础设计高度：,注意：,基础顶面必须埋在设计地面以下100150mm作为保护层。,2.1.1 刚性基础构造要求,刚性基础台阶宽高比允许值,砖基础剖面图（a）“两皮一收”砌法；（b）“二一间隔收”砌法,2.1.1 刚性基础构造要求,刚性基础的特点稳定性好，施工简便用于6层的民用建筑、荷载较小的桥梁基础及涵洞等刚性基础的局限性当基础承受荷载较大时，用料多、自重大，埋深也加大,2.1.1 刚性基础构造要求,2.1.2 钢筋混凝土扩展基础,墙下钢筋混凝土条形基

3、础砌体承重墙体及挡土墙、涵洞下常采用的基础形式,柱下钢筋混凝土独立基础 建筑物中的柱、桥梁中的墩常用基础形式,尺寸与形式基础高度250时，采用锥形或台阶形；锥形基础坡度i 1:3；阶梯形基础每阶高宜为300500mm；基础高度250时，采用平板式。,横向受力钢筋 直径：1016 间距：100200,纵向分布钢筋 8，100300,混凝土保护层 有垫层 40 无垫层 70,混凝土强度等级 基础 C20 垫层 C10,2.1.2 钢筋混凝土扩展基础,2.2 基础埋置深度的选择,持力层直接支撑基础的土层下卧层持力层以下的各土层选择基础埋置深度也就是选择合适的地基持力层,持 力 层,下 卧 层,基础埋

4、置深度示意,基础埋置深度：指基础底面至设计地面的距离。,埋深选择原则：,在保证地基稳定和变形要求的前提下应浅埋。但基础埋深不得小于0.5m，基础顶面距地面的距离宜大于0.1m。,2.2 基础埋置深度的选择,应考虑因素：建筑结构条件与场地环境条件工程地质条件水文地质条件地基冻融条件,2.2 基础埋置深度的选择,建筑条件,2.2 基础埋置深度的选择建筑结构条件与场地环境条件,地下室，地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修。,结构条件荷载大小荷载性质场地环境,2.2 基础埋置深度的选择建筑结构条件与场地环境条件,依据土层分布情况：浅基础还是深基础(桩基础)？天然还是人工地基？如果是天然地

5、基，基础埋深的确定根据土层分布。,2.2 基础埋置深度的选择 工程地质条件,2.2 基础埋置深度的选择 水文地质条件,遇水时，基底应尽量放在地下水位以上基底低于潜水面时，要考虑基坑排水、支护和地下水水质问题若遇承压水时，应验算基坑的稳定性桥墩基础应埋置在最大冲刷线下一定深度,基坑下埋藏有承压含水层的情况,2.2 基础埋置深度的选择 水文地质条件,基坑底隔水最小厚度,H承压水头；M基坑开挖后土层的厚度；,2.2 基础埋置深度的选择 地基冻融条件,冻胀丘,(1)发生冻胀的条件,土的条件：一般是细颗粒土，如粉土、粉砂。砂土的毛细高度小，发生冰冻时体积膨胀，孔隙水排走，骨架不变。太细的土，水分供应不及

6、时，冻胀也不明显。温度条件：低于冻结温度 水力条件：含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重,(2)地基土冻胀性分类：,建筑地基基础设计规范将冻胀性分为如下五类：,不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀,2.2 基础埋置深度的选择 地基冻融条件,zd 设计冻深；hmax允许残留冻土最大厚度,(3)考虑地基冻胀的最小埋深,dmin zd hmax,2.2 基础埋置深度的选择 地基冻融条件,北京地区，居民住宅，条形基础，无地下室，,密实砂砾石层,(A)2.00m(B)1.00m(C)1.40m(D)3.50m,比较合理埋深？,2.3 地基承载力,定义：地基土单位面积上承受荷载的能力称为地基承载力三

7、个问题 地基承载力的基本概念及基本验算 影响地基承载力大小的因素 确定地基承载力的方法,建筑地基基础设计规范要求:,pk相应于荷载效应标准组合时基底平均压力pkmax相应于荷载效应标准组合时基底边缘最大压力 fa 修正后的地基承载力特征值,公路桥涵地基与基础设计规范要求：pmax基底最大压应力 fa修正后的地基承载力容许值,2.3 地基承载力规范要求,确定地基承载力的常用方法：,按土的抗剪强度指标以理论公式计算按现场载荷试验或其它原位试验确定按有关规范提供的承载力或经验公式确定,原则：不过分严格，也不随意简化,2.3 地基承载力,2.3.1 按土的抗剪强度指标确定,公式 pu地基极限承载力，按

8、魏锡克或汉森等理论公式计算 A与土接触的有效基底面积 A 基底面积,2.3.2 按地基载荷试验确定,载荷试验示意图（堆载）,规范规定甲级必须进行该法优点：成果可靠该法缺点：费时、耗资,同一土层参加统计的试验点不应少于三点，符合要求后，取该平均值作为地基承载力特征值 fak,p-s线有明显比例界限时(密砂、硬土)fak=p1极限荷载能确定，且pu2.0p1时,取fak=0.5pu当不能按上述两点确定(中、高压缩性土的缓变型曲线)，取s/b=0.010.015时对应荷载作为fak,2.3.2 按地基载荷试验确定,按载荷试验确定地基承载力(a)低压缩性土；（b）高压缩性土,GB50007(建规)推荐

9、的公式 条件：荷载偏心距e0.033b(b为偏心方向基础边长),2.3.3 按地基规范承载力公式确定,fa 由土的抗剪强度指标确定的地基承载力 特征值；Mb、Md、Mc承载力系数，由jk查规范表；b 基础底面宽度；b6m；对砂土b3m jk、ck基底下一倍短边宽深度范围内土的内 摩擦角及粘聚力标准值；g 基础底面以下土的重度，水下取浮重度；gm基础埋深范围内各层土的加权平均重度。,宽度与深度修正条件：b3m,d0.5m；修正后的地基承载力特征值fa为：fak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 hb、hd分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，查表2-3,承载力的修正

10、（建筑规范）：,2.3.3 按地基规范承载力公式确定,2.3.3 按地基规范承载力公式确定,当b2m,d3m，且h/b4，则容许承载力为：fa当基础宽度b2m，埋深h3m时的容许承载力，查规范表确定 k1、k2分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，查规范表,承载力的修正（桥规）：,【例 题】,某大学4幢教职工住宅楼，均为6层建筑。经岩土工程勘察结果，该住宅楼地基分为下列4层：表层为人工填土，层厚1.0m2.7m；第层为粉土层，层厚0m2.7m；第层为粉砂层，层厚1.3m2.9m；第层为粉质粘土，层厚超过6m。对此粉质粘土层进行了标准贯入试验与轻型动力触探试验等原位测试，并取原状土进行了物理

11、力学性试验。有关试验数据如下表所示要求：计算此粉质粘土的地基承载力。,粉质粘土层测试数据表,承载力归总表（多种方法综合确定）,2.4 刚性基础与扩展基础 的设计计算,要点：地基承载力验算基底合力偏心距验算地基与基础稳定性验算地基变形验算（沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜）,2.4.1 地基承载力验算,按地基承载力计算基底尺寸A,中心受荷基础,要求：,中心荷载作用下的基础,方形基础 矩形基础（需先选定b或l，一般取l/b 1.02.0）条形基础 沿长度方向取l m计算,2.4.1 地基承载力验算,偏心受荷基础,2.4.1 地基承载力验算,Wx、Wy基底对x和y轴的截面抵抗矩，m3ex、ey荷载对x

12、轴和y轴的偏心距，m,要求：,偏心荷载下逐次渐近试算法求A,思路：先试算，后验算步骤：先按中心荷载作用下的公式预估A中 取A偏=（1.11.4）A中据A偏初选边长l和b验算偏心距e和基底边缘最大压力；调整l 和b,2.4.1 地基承载力验算,【例2.1】,（1）上部结构条件：柱截面300mm400mm，作用在柱底的荷载标准值：中心垂直荷载700kN，力矩80kNm，水平荷载13kN。（2）地基情况参数见图。试根据持力层地基承载力确定基础底面尺寸。,【解】求地基承载力特征值 根据持力层粘性土e0.7，IL0.78,查规范表得：b0.3，d1.6。持力层承载力特征值fa(先不考虑对基础宽度进行修正

13、)：,【例2.1】,初步选择基底尺寸计算基础和回填土重Gk时的基础埋深 d=1/2(1.0+1.3)=1.15m由公式：由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即 初步选择基底尺寸 A=lb=2.41.6=3.84m2(3.88m2)，且 b=1.6m3m，不需再对fa进行修正。,【例2.1】,验算持力层地基承载力基础和回填土重 基底压力偏心距 基底最大压应力,【例2.1】,地基承载力验算全部满足要求。最后，确定该柱基础底面长l=2.4m，宽b=1.6m。,结论,【例2.1】,2.4.2 软弱下卧层的验算,验算思路：传递到软弱下卧层顶面处的附加应力与自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力，即：pz

14、软弱下卧层顶面处的附加应力值；pcz软弱下卧层顶面处土的自重应力值；fa软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值,pz 计算压力扩散角法（合力相等原则）,条形基础,矩形基础,2.4.2 软弱下卧层的验算,地基压力扩散角，查表2-4确定,2.4.3 基础与地基的稳定性验算,抗水平滑动的稳定性验算,基础倾覆稳定性验算,整体滑动稳定验算,轴心荷载下基础结构设计,(1)地基净反力pj 仅由基顶荷载设计值所产生的地基反力，沿墙长取1m计算,pj 作用下，图中-截面内力：,2.4.4 钢筋混凝土扩展基础结构设计,墙下钢筋混凝土条形基础,(2)基础底板高度 由于基础内不配箍筋和弯筋，故基础底板高度由砼

15、的抗剪切条件确定：,(3)基础底板配筋 每米墙长的受力钢筋截面 面积：fy 钢筋抗拉强度设计值；h0基础有效高度,0.9h0为截面内力臂的近似值。,ft砼轴心抗拉强度设计值 h截面高度影响系数,2.4.4 钢筋混凝土扩展基础结构设计,墙下钢筋混凝土条形基础,参见p67,基础高度验算验算截面处的剪力：,a验算截面-距基础边缘距离,确定剪力后，基础有效高度h0由混凝土抗剪条件确定。,基础底板配筋由验算截面处的弯矩M决定,p计算截面的地基净反力,确定弯矩后，可计算基础底板的配筋面积。,偏心荷载,墙下钢筋混凝土条形基础,混凝土墙,砖墙 a=b1+0.06m；混凝土墙a=b1,例2.2 墙下条形基础，墙

16、厚240mm，基底面宽度b=1.8m，荷载 F=480kN，M=30kN.m，基础材料：砼C20，钢筋 I 级要求：设计基础剖面并配筋。,解,1.据剪切强度要求反算基础厚度,解,2.据构造要求设计基础剖面尺寸,基础高度380mm250mm时，采用锥形；,基础边缘高度200mm，取200mm；,墙底两侧平台宽度 50mm；取70mm，基础顶面宽度240+602+702=500mm.,基础顶面下设置C10砼垫层，厚100mm，两侧相比基底宽度各伸出50mm.,解,3.基础底板配筋,（1）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,（2）第二种破坏形式：,抵抗：基础底板有

17、足够厚度。,冲切破坏角锥体,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；,柱下钢筋混凝土独立基础,2.4.4 钢筋混凝土扩展基础结构设计,基础底板厚度由抗冲切验算定中心荷载作用：,Fl 地基净反力设计值，Fj=pjAlam冲切破坏锥体最不利一侧计算长度,注：偏心荷载作用时，将上式中的pj换成pjmax则可。,2.4.4 钢筋混凝土扩展基础结构设计,柱下钢筋混凝土独立基础,Fl 地基净反力设计值，Fj=pjAlam冲切破坏锥体最不利一侧计算长度,柱下钢筋混凝土独立基础 冲切验算,截面高度影响系数,h800mm,取hp=1.0;h2000mm,取hp=0.9,当l lc+2 h0时

18、，,Am=amh0,Fl 地基净反力设计值，Fj=pjAlam冲切破坏锥体最不利一侧计算长度,柱下钢筋混凝土独立基础 冲切验算,当l lc+2 h0时，,基础底板配筋由抗弯验算定,轴心或偏心荷载作用下，对矩形基础，当满足：台阶宽高比2.5 偏心距el/6,求出M后，由此可计算底板长、短边方向受力钢筋面积As和As。,柱下钢筋混凝土独立基础,要求 s地基变形特征值，包括：沉降量、沉降差、倾 斜、局部倾斜。按土力学中的方法计算 s相应的允许地基变形特征值，根据建筑物的结构特征、使用条件和地基土的类别查规范确定,2.4.5 地基变形验算,基本概念,2.4.5 地基变形验算,2.4.5 地基变形验算,建筑物的地基变形允许值,内容小结:,(1)理解刚性基础和钢筋混凝土扩展基础的构造要求，会应用。(2)掌握基础埋深选择的原则、考虑的因素。(3)掌握地基承载力确定的规范公式计算法(fa)，地基承载力修正的条件、公式(fak fa)。(4)掌握基底持力层地基承载力验算和软弱下卧层承载力验算的规范要求、计算公式。（实质为基底尺寸的设计）(5)掌握墙下钢筋混凝土条基和柱下钢筋混凝土独立基础的结构内力计算方法：依据抗剪或抗冲切要求确定基础板厚；依据抗弯要求确定基础底板配筋。,习题：2-2，2-4，2-9,