基础的设计原理.ppt

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1、第一章 地基基础设计的基本原则,1.浅基础的定义 通常将基础的埋置深度小于基础最小宽度，且只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可建造的基础称作浅基础。,2.浅基础的荷载传递,上部结构,基础,应力和变形,地基,荷载,基底压力,3.地基基础设计考虑的主要因素,基础设计时，除须保证基础结构本身具有足够的强度和刚度外，同时还须选择合理的基础尺寸和布置方案，使地基的反力和沉降在允许的范围之内。因此，基础设计包括地基与基础两部分，又常称为地基基础设计。,第一节 浅基础的类型与选用,第一节 浅基础的类型与选用,一、浅基础常用类型及适用条件,天然地基浅基础根据受力条件及构造可分为刚性基础（也称无筋扩展基础）和钢

2、筋混凝土扩展基础、柱下条形基础、筏形基础、箱形基础。,由砖 石砼灰土、三合土材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。,1、无筋扩展基础,特点：抗压性能较好，但抗拉、抗剪强度不高。,设计要求：发生在基础内的拉应力和剪应力不超过其材料强度设计值。可通过限制基础外伸宽度与基础高度的比值来实现。,基础宽度与高度关系,刚性角基础放宽的引线与墙体垂直线之间的夹角。,1、无筋扩展基础,应用范围：无筋扩展基础可用于六层和六层以下（三合土基础不宜超过四层）的民用建筑和砌体承重的厂房。,无筋扩展基础-独立基础 当建筑物上部采用框架结构或单层排架结构承重，且柱距较大时，基础常采用方形或矩形的单独基础，这种基础称独立基

3、础。,（a）阶梯形（b）锥形（c）杯形(d)正在施工的独立基础,d）,无筋扩展基础-条形基础 基础为连续的长条形状时称为条形基础。条形基础一般用于墙下,墙下条形基础,墙下钢筋混凝土条形基础,扩展基础：墙下钢混条形基础和柱下钢混独立基础,特点：具有较好的抗剪能力和抗弯能力。,设计要求：采用扩大基础底面积的方法来满足地基承载力的要求，但不必增加基础的埋深；选择合适的基础材料、高度与配筋来满足基础抗剪和抗弯要求。,柱下条形基础：上部结构采用框架或者排架结构，地基软弱而且荷载较大时,柱下条形基础-井格式基础,为了避免柱子的不均匀沉降，提高建筑物的整体性，将柱下基础沿纵横两个方向扩展连接起来，形成十字交

4、叉的井格基础。,适用于土质更差,柱下荷载很大或分布不均匀。,筏式基础 当上部荷载较大，地基承载力较低，条形基础的底面积占建筑物平面面积较大比例时，可考虑选用整片的筏板承受建筑物的荷载并传给地基，这种基础形似筏子，称筏式基础。,图2-9 筏形基础（a)板式（b)梁板式,筏式基础,适用条件：地基软弱而荷载较大，采用十字交叉基础不能满足地基承载力要求，采用筏形基础。用于多种结构，如框架、框剪、剪力墙结构及砌体结构。,箱形基础 当建筑物很大，或浅层地质情况较差，基础需埋深时，为增加建筑物的整体刚度，不致因地基的局部变形影响上部结构时，常采用钢筋砼将基础四周的墙、顶板、底板整浇成刚度很大的盒状基础，叫箱

5、形基础,图2-10 箱形基础(a)构造图(b)正在施工的箱形基础,箱形基础,适用条件：地基软弱且分布不均，荷载较大或分布不均时。多用于高层建筑基础。技术复杂、工程造价高，且工期长，应与其它基础方案比较后采用。,整体空间刚度大，整体性强，能抵抗地基的不均匀沉降,基础形式应该怎么选取？考虑与什么有关?,分级依据：地基复杂程度；建筑物规模和功能特征；由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度（危及人的生命、造成经济损失、造成社会影响及修复的可能性）。可将地基基础设计分为三个设计等级，甲级、乙级、丙级，表1-1所列为地基基础设计等级，设计时应根据具体情况确定。,一.地基基础设计等级,建筑物的安

6、全和正常使用，不仅取决于上部结构的安全储备，更重要的是要求地基基础有一定的安全度。,第二节 地基基础设计的原则、方法和内容,设计基本要求：根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：1.所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；2.设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；3.表1-2中所列设计等级为丙级的建筑物，可不作变形验算，但在有些情况，仍应作变形验算；4.对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性；5.基坑工程应进行稳定验算；6.当地下水埋藏较浅

7、，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。,设计方法：地基基础设计 根据对荷载效应和地基承载力的取值方法不同，可以有三种设计表达式：容许承载力方法、安全系数方法、分项系数方法。,荷载取值方法：容许承载力方法和安全系数方法所用荷载都是标准组合值；分项系数方法是用荷载基本值(设计值)。地基承载力确定：安全系数方法和分项系数方法所用的地基承载力都是极限承载力；容许承载力方法所用的地基承载力都是容许承载力。,地基基础设计的三种表达式,按不同方法设计时，荷载的取值不同，地基承载力的确定方法不同。,我国现行设计规范多数采用容许承载力方法，其设计表达式为：式中 作用于地基土上的平均总压力，k

8、Pa；地基容许承载力，kPa。,1 容许承载力方法,安全系数方法的设计表达式为：式中 p 作用于地基上的平均总压力，kPa；地基极限承载力，kPa；K 安全系数。,2 安全系数方法,3 分项系数方法,、,分项系数法的设计表达式为：,式中,三、地基基础设计荷载的规定,1.作用在基础上的荷载作用在建筑物基础上的荷载有4种情况，如图所示。,永久荷载:长期作用在地基基础上的，是引起基础沉降的主要因素。包括建筑物和基础的自重、固定设备的重量、土压力和正常稳定水位的水压力。,可变荷载分为普通活荷载和特殊荷载(或称偶然荷载)。沉降计算只考虑普通活荷载。但在进行地基的稳定验算时，则要考虑特殊荷载。受水平力较大

9、的建筑物(如挡土墙)，除验算沉降外，还需进行沿地基与基础接触面的滑动、沿地基内部滑动和沿基础边缘倾覆等方面的验算。荷载效应组合进行设计，最不利组合和对应的抗力限值如下：,(1)按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础底面上的荷载效应采用正常使用极限状态下荷载效应的标准组合，抗震设防时，应计入地震效应组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。,(3)计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合。但其分项系数均为1.0。(4)在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度

10、时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，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。,(2)计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，并不应计入风荷载和地震作用荷载。相应的限值为地基变形允许值。,可变荷载Qi的组合值系数，按现行建筑结构荷载规范GB500092001规定取值。,正常使用极限状态下荷载效应的标准组合Sk为：,式中 SGk按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；SQi k按可变荷载标准值Qi k计算的荷载效应值；,2.荷载效应组合的定义,荷载效应的准永久组合值Sk应用下式表示:,准永久值系数按现行建筑结构荷载规范(G

11、B50009-2001)的规定取值。,永久荷载的分项系数按GB50009的规定取值；,第i个可变荷载分项系数按GB50009的规定取值。对由永久荷载效应控制的基本组合，也可采用简化规则，荷载效应基本组合的设计值按下式确定：,承载能力极限状态下由可变荷载效应控制的基本组合设计值应用下式表达,式中 R 结构构件抗力的设计值按有关建筑结构设计规范的规定确定；Sk 荷载效应的标准组合值。,第三节 基础的埋置深度,基础埋深:是指自室外设计地坪至基础底面的垂直距离。,基础的埋深,基础的埋置深度,确定浅基础埋深的原则：凡能浅埋的应尽量浅埋；除岩石地基外(至少0.1m)，最小埋深不宜小于0.5m(主要是考虑到

12、基础的稳定性、动植物的影响等因素)；为保护基础，基础顶面一般不露出地面，要求基础顶面低于地面至少0.1m；水下基础考虑到水流冲刷的影响(应将基础埋置在冲刷深度以下)；要求满足地基稳定性和变形条件。影响基础埋深的因素很多，应综合考虑以下几个方面：,1、满足建筑物的用途和荷载性质需要设地下室的，基础埋置深度埋置较深。对于高层建筑，满足稳定性要求，地震区不小于建筑高度的1/12.受有上拔力的结构基础，有较大的埋深。管道与基础相交时，埋深低于管道。桥墩基础，基础顶面应低于河流最低水位以下。,影响基础埋深的因素,2.地基土层构造,a.均为好土：浅埋500b.软土深度2m：尽量埋至下层好土c.软土深25：

13、荷载小浅埋，荷载大深埋d.下卧软土：宜浅埋e.软硬交替：荷载小浅埋，荷载大应深埋,地基土层对基础埋深的影响,3.地下水位基础埋深一般在地下水位以上。地下水位高时，基础埋深在最低地下水位以下200mm。,地下水位对基础埋深的影响,4、相邻基础埋深一般情况下：新基础应尽量浅于原有基础。当新基础深于原有基础时，应采取临时加固支撑、打板桩、地下 连续墙或者加固原有建筑物地基等措施。两基础间保持一定的距离L。,相邻基础埋深的影响,5、冻结深度 冰冻线：地面以下，冻结土与不冻结土的分界线称为冰冻线。冰冻线的深度称为冻结深度。基础底面置于冰冻线以下。,冻结深度对基础埋深的影响,冻胀影响因素土粒径大小、土中含

14、水量及地下水补给的可能性 主要发生在细粒土（粘土、粉土、粉砂），结合水含量少的粗粒土不存在冻胀。与含水量有关。与地下水位高低有关。分为不冻胀、弱冻胀、冻胀和强冻胀、特强冻胀五类,根据野外冻胀观测和建筑物的调查，可将季节性冻土按土的类别、冻前天然含水量、冻结期间地下水位距冻结面的最小距离、平均冻胀率等将地基土的冻胀性分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。,季节性冻土地基的设计深度zd可按下式计算：,式中：zd设计冻深；z0标准冻深。系采用在地表平坦、裸露、城市之 外的空旷场地中不少于10年实测最大冻深的平均值；zs土的类别对冻深的影响系数，按表1-5；zw土的冻胀性对冻深的影响系数，按表1-6；ze环境对冻深的影响系数，按表1-7。,对于不冻胀地基，基础的埋深可不考虑冻胀深度的影响。对于弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀的基础最小埋深，可按下式计算：,式中 dmin 基础最小埋深；hmax基础底面下允许残留冻土层的最大厚度，按表1-8查取。当有充分依据时，基底下允许残留冻土层厚度也可根据当地经验确定。满足基础最小埋深是防止冻害的一个基本要求，在冻胀较大的地基上，还应根据情况采取相应的防冻措施。,