《天然地基基础设计》PPT课件.ppt

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1、第七章,天 然 地 基 上 的 浅 基 础,一、地基基础的重要性与复杂性,1）地基基础的重要性2）地基基础的复杂性3）地基基础设计考虑因素,第一节 概述,紧贴7号楼北侧在短期内堆土过高，最高处达10米左右。与此同时，紧临大楼南侧的地下车库基坑正在开挖，开挖深度达4.6米。大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，导致房屋倾倒。,概述,二、基础方案的类型：,天然地基上的浅基础,桩基础,人工地基上的浅基础,深基础,换土垫层，水泥土桩、碎石桩复合地基等,人工地基：,埋深5m,特殊方法施工,考虑侧壁阻力作用,沉井基础沉箱基础,桩基础也属深基础,浅基础：埋深小于5m，或者埋深

2、大于5m，但是小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。所以不是简单的深浅概念。,概述,主要受力层,持力层（受力层）,下卧层,条形基础 3b独立基础 1.5b且 5m（二层以下民用建筑除外）,主要受力层深度：,1、选择基础的材料和类型2、选择基础的埋置深度3、确定地基承载力4、根据地基承载力，确定基础的构造尺寸，必要时进行下卧层强度验算。5、进行必要的地基验算（包括变形与稳定 性验算）6、进行基础的高度设计7、绘基础施工图,三、天然地基上浅基础的设计内容与步骤,一、浅基础的类型,按基础刚度分,无筋扩展基础（刚性基础）,单独基础（独立基础）、条形基础、筏型基础、箱型基础、壳型基础,按结构形式分

3、,扩展基础（柔性基础）,第二节 浅基础的类型,(一)无筋扩展基础（刚性基础）,适用于多层民用建筑和轻型厂房,1）砌筑材料砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土2）受力特点抗压性能好，抗拉、抗剪能力差3）结构特点优点：稳定性好，施工方便，能承受较大荷载缺点：自重大4）构造满足台阶宽高比允许值（刚性角）的要求,刚性基础破坏简图,1.砖基础,用途：多用于低层建筑的墙下基础；在寒冷而又潮湿的地区采用不理想。优点:可就地取材,建筑方便;缺点:强度低且抗冻性差.要求:砖强度=mu10,砂浆强度=m5;大放脚:砖基础剖面一般砌成阶梯形.,优点:抗冻性比较好,在寒冷地区可用于6层以上的建筑;要求:强度等级

4、=mu20的毛石,砂浆强度=m5砌筑而成;,2.毛石基础,3.混凝土毛石混凝土基础,混凝土基础:强度、耐久性和抗冻性均比较好，其混凝土强度等级一般采用C15，常用于较大的墙柱基础毛石混凝土基础：为了节约混凝土用量，可在混凝土内掺入15%25%（体积比）的毛石。,4.灰土基础,特点：灰土基础造价低可节省材料，多用于5层以下的民用建筑。灰土：是用熟化石灰和粉土或粘性土拌合而成。,（二）扩展基础（柔性基础）,由钢筋混凝土材料修建的基础称为柔性基础。在基础内配置足够的钢筋来承受拉应力或弯矩，使基础在受弯时不致破坏。这种基础不受刚性角的限制，基础剖面可以做成扁平形状，用较小的基础高度把上部荷载传到较大的

5、基础底面上去，以适应地基承载力的要求。重要的建筑物或利用地基表土硬壳层，设计宽浅埋以解决存在软弱下卧层强度太低时，常采用钢筋混凝土扩展技术。柔性基础需用钢材、水泥，技术复杂，造价较高。,1.墙下钢筋混凝土条形基础,当上部结构荷载较大而地基土较软弱时。抗弯和抗剪性能良好，耐久性和抗冻性都较理想。,2.柱下独立基础,独立基础是柱下基础的基本形式抗弯和抗剪性能良好，耐久性和抗冻性都较理想,柱下钢筋混凝土条形基础,当柱承受荷载较大而地基土软弱，采用柱下独立基础，基础底面积大的几乎相互连接,柱下十字交叉基础,对于荷载较大的高层建筑，如果地基软弱土且在两个方向分布不均，需要基础纵横两向都有一定的抗弯刚度来

6、调整基础的不均匀沉降。,筏形基础,对于地基很软弱，荷载很大，采用十字交叉基础仍不能满足要求；或相邻基础距离很小，或设置地下室时，可把基础底板做成一个整体的等厚度的钢筋混凝土板，形成无梁式筏形基础。,平板式,梁板式,箱形基础,当柱荷载很大，地基又特软弱，基础可作成由钢筋混凝土底板、顶板、侧墙及纵横墙组成箱形基础。优点：整体性好，抗弯刚度大且空腹、埋深等特点。,第三节 基础埋置深度,原则：,在保证建筑物基础安全稳定、耐久使用的前提下，尽量浅埋,基本要求：,1）除岩石以外，d大于50cm（表土扰动，植物，冻融，冲蚀）2）基础顶距离表土大于10cm。3）桥要求在冲刷深度以下,从室外地面标高到基础底面的

7、距离称为基础的埋置深度。,基础埋置深度,1)建筑物的用途、结构类型及荷载性质与大小,一、确定基础埋置深度，应考虑的因素,地震区，除岩石地基外，天然地基的筏形和箱形基础埋深不宜 小于建筑物高度的1/15。地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修。,荷载,承受较大水平荷载的基础，必须加大埋深,承受上拔力的基础，也要求有较大的埋深,承受振动荷载的基础，不选易液化的土层作为持力层,基础埋置深度,2)工程地质和水文地质条件,尽量在地下水位以上,否则开挖降水,费用大,有承压水时，防止承压水顶破基底,基础埋置深度,根据土层分布情况确定,在满足其他要求下尽量浅埋,只有低层房屋可用，否则处理,尽量浅埋

8、。但是如h1太小就为II,h1 5m桩基或处理；,基础埋置深度,3)地基土的冻胀,基础埋置深度,冻土,多年冻土（冻结时间3年）,季节性冻土,发生冻胀的条件,（1）土的条件 一般是细颗粒土,（2）温度条件 低于冻结温度,（3）水力条件 含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重,外因,内因,土的冻胀性,基础埋置深度,土的冻胀性,衡量指标,冻胀性分类,平均冻胀率：,不冻胀 1%弱冻胀 1%12%,注意：碎石、砂等中粒径小于0.075mm的颗粒含量太高也会导致冻胀,基础埋置深度,考虑冻胀的基础埋深,按02规范,dmin zd-hmax,zd:设计冻深hmax：容许残留冻土层最大厚度,zd=z0 zs

9、zw ze,标准冻深,土类别,冻胀性,环境,影响系数,Z0 标准冻深：北 京 0.81.0m哈尔滨 2.0m满洲里 2.8m,10年的实测最大冻深平均值,4）建筑场地的环境,如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，必要时应进行专门的基坑开挖设计，或对原有建筑物地基进行加固。,1）地基基础设计等级根据地基复杂程度,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作的程度，将地基础设计分为三个设计等级,设计时应根据具体情况，按下表选用。,第四节 地基计算,一、基本规定,2）地基计算的规定,（1）所用建筑物的地基均应满足承载力计算的有关规定

10、（2）所有建筑物为甲级,乙级的建筑物,均应按地基变形规定;（3）表7.8所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算,如有下列情况时,仍应作变形验算;地基承载力标准值小于130kPa,且体型复杂的建筑；在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，引起地基产生过大的不均匀沉降时；软弱地基上的相邻建筑如距离过近，可能发生倾斜时；相邻建筑距离过近,可能发生倾斜;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。,（4）对经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构，以及建造在斜坡上的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定（5）基坑工程应进行稳定验算;（6）当地下水埋藏较浅,建筑地下室或地下构筑物存在上

11、浮问题时,尚应进行抗浮验算.,3）荷载效应最不利组合与相应的抗力限值,荷载规定,荷载分类,永久荷载,可变荷载 如车辆、人群等和其它可变荷载(如风力、汽车制动力),偶然荷载（特殊荷载）：爆炸力、撞击力,建筑结构荷载规范（GB50009-2001）,荷载的标准值,荷载的准永久值,荷载组合,基本组合,标准组合,准永久组合,正常使用极限状态下的承载力验算,正常使用极限状态下的变形验算，不记入风荷载和地震作用,水平荷载较大的建筑物、挡土墙等，承载力极限状态下的稳定验算,-第i个可变荷载的分项系数，其中 为荷载 的分项系数,式中,-永久荷载的分项系数,-按永久荷载标准值GK计算的何载效应值；,按可变荷载标

12、准值,计算的荷载效应值，其中,为诸可变荷载效应中起控制作用者；,可变荷载,的组合值系数,参与组合的可变荷载值。,（1）按地基承载力确定基础底面积及埋置深度，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限荷载下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力的特征值。（2）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限荷载状态下荷载效应的准永久菏载，不应计入风荷载和地震作用。相应限值应为地基变形允许值。（3）计算挡土墙压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应按承载能力极限状态下荷载效应的组合，但分项系数均为1。（4）确定基础高度、配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，

13、应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。,二、地基承载力特征值的确定,地基承载力概念：,地基在保证其稳定的前提下，满足建筑物各类变形要求时的承载能力。分未修正的地基承载力特征值fak和修正后的地基承载力特征值fa,地基承载力的确定方法：a、按静载荷试验方法确定fak；b、根据土的抗剪强度指标、C或强度理论公式计算确定fa；c、根据原位试验、室内实验成果及工程实践经验确定fak；d、根据相邻条件相似的建筑物经验确定fa。,fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5),进行深度和宽度修正：,fak：查表计算或静载荷试验确定的承载力标准值,fa：深宽修正后的承载力特征值（设计值

14、）,b、d：宽度和埋深修正系数,：基础底面以下土的重度,m：基础底面以上土的加权平均重度,b：大于6m按6m考虑，小于3m按3m考虑,一、作用在基础上的荷载,第五节 基础尺寸设计,计算作用在基础底面的总荷载时，应从建筑物的檐口（屋顶）开始计算,计算屋面恒载和活载,+,由上至下房屋各层结构（梁、板）自重及楼面活载,墙和柱的自重,在墙或柱的承载面以内的总和,最后加上基础自重和基础上的土重Gk,就是上部结构传至基础底面的竖向力值Fk,=,+,+,第五节 基础尺寸设计,基础尺寸初步确定：,单独基础，中心荷载,第五节 基础尺寸设计,基础尺寸初步确定：,F 作用在顶面的荷载，kN,G 基础及台阶上填土总重

15、，kN,A 基底面积，m2,G 平均重度，一般取 20 kN/m3,d 基础埋深，m,f=fak+dm(d-0.5),暂不做宽度修正,单独基础，中心荷载,条形基础，中心荷载,偏心荷载时：,将上面计算的 A 或 b 扩大至 1.11.4 倍,根据 A 可初步确定 b 和 L,第五节 基础尺寸设计,偏心荷载作用下基础底面尺寸的确定同样需用试算法。,例如7-1：已知某宾馆设计框架结构，独立基础，承受上部荷载N2800kN。基础埋深为d3.0m。地基土分4层，如图所示。计算基础底面积。,例如7-2：某工厂厂房设计框架结构独立基础。地基土分为3层：表层人工填土，天然重度117.2kN/m3，层厚0.8m

16、；第2层为粉土，217.7kN/m3，层厚1.2m；第3层为粘土顶面。上部荷载N=1600kN，M=400kN.m，水平荷载Q=50kN，如图所示。设计柱基底面尺寸。,软弱下卧层顶面处的附加应力设计值,软弱下卧层顶面处的自重应力设计值,软弱下卧层顶面处地基承载力设计值,软弱下卧层承载力验算：,Pz的简化计算:条件Es1/Es2 3,Po,Pz,持力层的Es1,软下卧层Es2,下卧层顶面的承载力特征值faz,原理:Po基底面积=Pz扩散后影响面积=合力,Pco=rod,Pz,矩形基础,条形基础,软弱下卧层承载力验算,怎样求faz？,D,fazk已知,r0为D范围内土的加权平均重度,【例7-3】某

17、柱下单独基础，荷载与地基情况如图示，试确定基础底面尺寸。,【解】,选择持力层，,如图示。,求修正后的地基,承载力特征值：,假定b3m，则,初步估算基底面积,首先按轴心受压估算 A0,考虑偏心影响，将A0增大18%，则,A=1.18 A0=1.184.8=5.6 m2，,b=1.7m，l=3.4m。,取l/b=2.0得：,验算地基承载力,M=200+150.8=212kNm,pkmax=232.4kPa1.2fa=234.6kPa,pk=(pkmax+pkmin)/2=167.5kPa fa=195.48kPa,满足要求，故基底尺寸b=1.7m，l=3.4m合适。,软弱下卧层验算,下卧层地基承载

18、力特征值修正,下卧层埋深：d+z=4.8m,下卧层顶面上土的加权平均重度：,pcz=mzdz=17.824.8=85.5kPa,下卧层顶面处自重应力,下卧层顶面处的附加压力,确定压力扩散角,Es1/Es2=10/2=5，z/b=1.750.5，则=25,计算基底平均压力和土的自重压力,pk=(Fk+Gk)/A=(800+167.62)/(3.41.7)=167.4kPa,pcz1=1d=16 1.3=20.8kPa,验算下卧层承载力,pz+pcz=111.1kPafaz=161.6kPa 满足要求。,地基变形验算,要求地基沉降变形的某一特征值s不超过允许值S:,沉降变形特征值包括：1.沉降量一

19、般指基础中点的沉降量2.沉降差相邻两基础的沉降量之差3.倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比4.局部倾斜承重砌体沿纵墙610m内基础两点的沉降差与其距离之比具体要求允许值见表沉降观测点的布置：建筑物的四周焦点、转角处、中点、沉降缝处、新老建筑连接处、不同地基或基础交界处。沉降观测次数：民用建筑每增高一层一次，工业建筑按不同荷载阶段分次观测，施工期间不少于4次，竣工后第1年不少于3-5次，第二年不少于2次，以后每年1次,第六节 无筋扩展基础设计,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，增大刚度。,1.材料：

20、,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。,允许宽高比：,b2/H0=tan,基础设计高度：,其值与基底压力、材料质量有关,砖基础：低层建筑墙下基础。砌筑方便，强度低抗冻性差。砌法：二一间隔收（1/4砖）。,MU10砖 M5砂浆,大放脚,标准尺寸为24011553mm,毛石基础：砌筑较方便，抗冻性好，适于6层及以下墙承重结构。砌法：错缝搭接。,MU20毛石 M5砂浆,每阶两皮,200,400,无筋扩展基础设计方法与步骤,2.选择持力层、确定埋深；,3.确定基底尺寸；,1.选择材料类型；,4.首先按允许宽高比要求确定基础理论要求的最小总高度；,5.按构造要求由基底向上逐

21、级缩小尺寸，确定每一级台阶的宽度与高度。,（一般基础顶面应低于室外地面0.1m，否则应修改尺寸或埋深，允许情况下也可将基础上部做墙体处理。）,【例7-4】某综合楼370承重外墙，荷载与地基情况如图示，试设计此墙基础。,【解】确定基础类型：,根据上部结构形式、荷载,及地基情况，初步拟设计,为无筋扩展毛石基础，材,料质量要求：,粘土=18.5kN/m3,fak=170kPa,w=28%,wp=18%,z0=1.6m,（b=0.3、d=1.6）,毛石MU20 砂浆 M5,确定基础最小埋深，选择持力层。,根据地质资料，wwp+9，属强冻胀土，,影响系数：zs=1.00(类别)，zw=0.85(冻胀性)

22、，,za=1.00(环境),冻土允许残留深度：hmax=0.0m,设计冻深：zd=z0zszwza=1.35m,设计要求最小埋深：,选择持力层、确定基础埋深：根据地质条件，,选黏土层为持力层，基础埋深 d=1.70m,求修正后的地基承载力特征值：,假定b3m，则：,确定基底面宽度：取 l=1m,设计取基底宽度：,b=1.8m,确定基础允许宽高比：,pk=(Fk+Gk)/A=197.05kPa200kPa,b2/H0=tan=1:1.5,基础允许宽高比：,按允许宽高比及构造要求设计基础剖面尺寸：,毛石基础需台阶数：,n=(bb0)(2200)=3.575,基础剖面设计为四级台阶：,b1=115,

23、b2=200,b3=200,b4=200,h=400,验算：200/400 1/1.5 满足要求,绘基础施工图,0.00,0.75,1800,900,900,185,185,2.45,第七节 扩展基础设计,特点：,抗弯和抗剪性能好,一、扩展基础的构造要求,（一）现浇柱基础,砼强度等级C15,受力钢筋,直径：10,间距：100200之间,100,50,50,现浇柱锥形基础,200,锥形基础,构造尺寸如图示：,钢筋保护层厚度：,有垫层：35,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

24、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。,laE有抗震设防要求时纵向钢筋最小锚固长度。,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：,（二）预制杯形基础,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,双杯口基础：,伸缩缝双柱下用,高杯口基础：,局部基础深埋时用带有短柱的杯形基础。,（三）墙下钢筋砼条形基础,50,60,50,50,b,受力筋,构造筋,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

25、向受力钢筋,直径：816,间距：100300,纵向分布钢筋,68，100300,保护层 有垫层35,无垫层70,二、墙下钢筋砼条形基础的,底板厚度和配筋计算,（一）中心受压基础,受力分析,1.倒置悬臂梁；,2.受地基净反力作用；,3.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。,基础底板厚度确定,基础底板有足够厚度主要用于抵抗剪切破坏。,沿墙长取单位长度1m分析：,上部结构荷载设计值为,F(kN/m)，则：,基底净反力设计值：,pj=F/b,-截面最大剪力：,-截面抗剪要求：,h0基础底板有效高度；,有垫层 h0=h40,无垫层 h0=h7

26、5,ft砼轴心抗拉强度设计值，N/mm2；,hs截面高度影响系数。,h0 800 时,取800,h0 2000 时,取2000,基础底板有效高度,l基础底板计算长度，一般取l=1m；,2.基础底板配筋计算,基础底板配筋主要用于抵抗弯拉破坏。,-截面弯矩设计值：,基础底板配筋面积,As受力筋面积,mm2；,fy 钢筋抗拉强度,设计值，N/mm2。,（二）偏心受压基础,基底压力分布为梯形。,偏心距：e0=M/F,基底最大、最小净反力,将V、M代入 前式中即可。,【例7-3】试设计某教学楼370承重外墙钢筋砼基础，荷载标准值Fk=240kN/m，设计值F=300kN/m，埋深1.3m，地基 fa=1

27、55kN/m2(修正值)。,选择确定基础材料,【解】,砼：C20,ft=1.1N/mm2；,钢筋：HPB235,fy=210N/mm2；,垫层：100厚素砼。,50,60,50,50,2000,14 120,0.45,0.00,6 200,确定基底面宽度：取 l=1m,设计取基底宽度：,b=2.0m,确定基础底板厚度,pj=F/b=300/2=150kN/m2,h h0+40=160+40=200mm,底板厚度：,设计底板厚度取 h=250mm(剖面等厚),h0=210mm,底板配筋计算,基础底板配筋面积,选14 120(As=12831271 mm2)，,分布筋选6 200（见上图）。,二、

28、柱下钢筋砼单独基础的 底板厚度和配筋计算,受力与破坏形式分析,倒置悬臂结构；,2.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,抵 抗：基础底板有足够厚度。,冲切破坏角锥体,45,第二种破坏形式：,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；,（一）中心受压基础底板厚度,冲切锥体外地基净反力产生的冲切力Fl应小于冲切面上的抗冲切(砼的轴心抗拉)能力。即：,Fl 0.7hp ft Am,Fl=pj Al,pj=F/(b l),hp截面高度影响系数；,h800 时取hp=1.0 h2000 时取hp=0.9,Al冲切力作用面积；,A

29、m冲切破坏面水平,投影面积。,45,h0,Am,Al,h0,h0,ac,l,(a),Al,Am,h0,h0,l,(b),(a)当b bc+2 h0时,(b)当bbc+2 h0时,ac,(a)当b bc+2 h0时,(b)当b bc+2 h0时,提示：!计算方法：试算法 即假定高度，验算；有变阶时，将上阶 视为下阶的柱子。,（二）中心受压基础底板配筋计算,双向配筋，危险截面在柱边处；简化计算：基础底 板视为嵌固在柱子 周边的四块梯形悬 臂板组成。,有变阶时，将上阶 视为下阶的柱子，计算变阶处的弯矩 与配筋量。,45,ac,l,、截面弯矩设计值：,、截面配筋面积：,基础设计步骤：,1 计算各土层的承载力,2 确定基础埋深,3 根据承载力初步确定基础尺寸,4 地基承载力验算、稳定验算,5 地基变形验算,6 基础结构设计,冲切验算,抗弯验算,刚性角？,刚性基础,扩展基础,通过公式计算,通过载荷试验确定,通过经验确定,