建筑结构设计电子课件4.4多层房屋基础设计.pdf

4.4.1 基础类型及其选型4.4 多层房屋基础设计柱下独立基础墙下条形基础柱下条形基础十字形基础梁板式筏形基础平板式筏形基础桩基础一、基础类型箱形基础建筑结构设计建筑结构设计课件课件20102010版版东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴1框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计二、基础选型考虑考虑因素因素工程地质情况工程地质情况上部结构情况上部结构情况现场施工条件现场施工条件(土的承载力、压缩性能和土层的均匀性) (荷载大小、对不均匀沉降的敏感程度) (场地大小、设备进出、技术水平) 不同基础类型的承载能力大小不同基础类型的承载能力大小独立基础独立基础条形基础条形基础筏形基础筏形基础不同基础类型抵抗不均匀沉降的能力大小不同基础类型抵抗不均匀沉降的能力大小独立基础独立基础条形基础条形基础梁板式筏形基础梁板式筏形基础箱形基础箱形基础24.4.2 基础分析模型 基础分离模型。基础分离模型。必须满足上部结构与基础、基础与地基之间的力的平衡和变形协调条件。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型分析模型一、基础分析模型的种类一、基础分析模型的种类地基、基础和上部结构的整体模型。地基、基础和上部结构的整体模型。可以考虑地基变形（不均匀沉降）对上部结构的影响；以及上部结构刚度对地基附加应力和变形的影响。地基和基础的组合模型。地基和基础的组合模型。可以考虑基础刚度对地基附加应力和变形的影响；以及地基变形对基础内力的影响。基础处于上部结构和地基的之间，基础的受力性能既与上部结构基础处于上部结构和地基的之间，基础的受力性能既与上部结构有关，又受到地基的影响。有关，又受到地基的影响。 3二、地基模型文克勒地基模型地基上任一点所受的压力强度地基上任一点所受的压力强度p与与该点该点的地基沉降的地基沉降s成正比，成正比，k称为基床系数。称为基床系数。某点沉降与其他点上作用的压力无关，可以将地基看成一个个独某点沉降与其他点上作用的压力无关，可以将地基看成一个个独立的土柱，类似一根根弹簧，该模型又称为弹簧地基模型。立的土柱，类似一根根弹簧，该模型又称为弹簧地基模型。按照这一模型，地基沉降只发生在基地范围内，附加应力不会扩按照这一模型，地基沉降只发生在基地范围内，附加应力不会扩散。比较适用土层厚度不超过梁或板的短边宽度一半的薄压缩层地散。比较适用土层厚度不超过梁或板的短边宽度一半的薄压缩层地基。基。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型分析模型pks4半空间地基模型 弹性半空间表面作用竖向集中荷载弹性半空间表面作用竖向集中荷载P时，任一点地基表面的沉降可时，任一点地基表面的沉降可表示为表示为该模型的扩散范围往往超过实际情况。该模型的扩散范围往往超过实际情况。压缩层地基模型 该模型能较好地反映地基土扩散应力和应变的能力，容易考虑到该模型能较好地反映地基土扩散应力和应变的能力，容易考虑到土层沿深度和平面上的变化及非匀质性。土层沿深度和平面上的变化及非匀质性。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型分析模型5(a)整体模型刚性基础文克勒地基pmaxpmin(c)上部结构的剥离柱抗弯刚度为0pmaxpmin(b) 地基的剥离pmaxpmin (d)倒梁法模型pmaxpmin (e)静力法模型上部结构刚性上部结构柔性三、基础分离模型文克勒地基上的刚性基础模型文克勒地基上的刚性基础模型刚性基础的含义？上部结构刚性的含义？上部结构柔性的含义？6四、地基、基础组合模型文克勒地基上的弹性基础模型文克勒地基上的弹性基础模型P0sp无限长基础梁中点受集中力无限长基础梁中点受集中力x框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型分析模型集中力作用点的沉降：集中力作用点的沉降：(4.4.3)梁的挠度曲线（基础沉降曲线）梁的挠度曲线（基础沉降曲线）其中7llP0 xsC2=1- C4；C3=1+C1；=sinl、=cosl、=el 地基线反力p=Bks 取基础梁半长l=6m、宽度B=2.5m、基床系数k=4000kN/m3，抗弯刚度分别取EI1=1.7106kNm2、EI2=0.85106kNm2、EI3=3.4106kNm2、EI4=6.8106kNm2，则1=0.1958m-1、2=0.2328m-1、3=0.1646m-1、4=0.1385m-1 有限长基础梁中点受集中力有限长基础梁中点受集中力8刚性基础梁基础梁刚度越大、基底反力越均匀，当基础梁刚度趋于无限大，基础梁刚度越大、基底反力越均匀，当基础梁刚度趋于无限大，即基础为刚性时，基底反力即基础为刚性时，基底反力p=F/(2l)=F/12 ；基础梁刚度越小，沉降；基础梁刚度越小，沉降差越大。差越大。910随着基础梁刚度的减小，反力向荷载作用点集中，基础梁的弯矩随着基础梁刚度的减小，反力向荷载作用点集中，基础梁的弯矩和剪力减小。当基础为刚性时，弯矩和剪力达到最大。简化计算时，和剪力减小。当基础为刚性时，弯矩和剪力达到最大。简化计算时，对基础而言，刚性基础的假定是偏于安全的。对基础而言，刚性基础的假定是偏于安全的。 114.4.3 条形基础设计一、内力分析确定基底反力和基础底面尺寸确定基底反力和基础底面尺寸B11N1M1NiMiL11框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础条形基础12静力法基础梁受柱子内力和地基净反力，用截面法可求出任一截面的弯矩基础梁受柱子内力和地基净反力，用截面法可求出任一截面的弯矩和剪力。和剪力。倒梁法按连续梁计算。按连续梁计算。支座反力可能与柱子轴力不相等。支座反力可能与柱子轴力不相等。如何处理？如何处理？将两者的差值均匀分布在相应支座两侧各将两者的差值均匀分布在相应支座两侧各1/31/3跨度范围内作为基底反力的调整值，再跨度范围内作为基底反力的调整值，再进行连续梁分析，直至两者基本吻合。进行连续梁分析，直至两者基本吻合。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础条形基础13静力法与倒梁法的比较除非用倒梁计算出的支座反力未经调整刚好等于柱轴力，两者的除非用倒梁计算出的支座反力未经调整刚好等于柱轴力，两者的结果才会一致。结果才会一致。上部结构刚度较小时，静力法较适用；上部结构刚度较大时，倒上部结构刚度较小时，静力法较适用；上部结构刚度较大时，倒梁法较适用；必要时可参考上述两种简化计算结果的内力包络图进梁法较适用；必要时可参考上述两种简化计算结果的内力包络图进行截面设计。行截面设计。静力法通过将柱子内力直接作用于基础来满足力的平衡；柱子自静力法通过将柱子内力直接作用于基础来满足力的平衡；柱子自动具有与接触点基础梁相同的变形。动具有与接触点基础梁相同的变形。倒梁法的柱与基础铰接，基础在铰接点具有与柱相同的变形；而倒梁法的柱与基础铰接，基础在铰接点具有与柱相同的变形；而力的平衡是通过不断调整局部基底反力来满足。力的平衡是通过不断调整局部基底反力来满足。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础条形基础14二、截面设计冲切面冲切面冲切面冲切面肋梁冲切肋梁冲切翼板冲切翼板冲切肋梁肋梁受弯承载力受弯承载力受剪承载力受剪承载力抗冲切承载力抗冲切承载力翼板翼板受弯承载力受弯承载力抗冲切承载力抗冲切承载力三、构造要求几何尺寸几何尺寸配筋构造配筋构造框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础条形基础154.4.4 十字形基础的内力分析一、上部结构刚度很大框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础4.4.4十字形基础十字形基础按刚性基础和文克勒地基假定，按刚性基础和文克勒地基假定，确定地基反力。确定地基反力。两组倒梁两组倒梁16二、上部结构刚度很小将柱子的轴力和力矩直接作用于十字梁基础的交叉节点上。将柱子的轴力和力矩直接作用于十字梁基础的交叉节点上。对于力矩，假定完全由作用方对于力矩，假定完全由作用方向的基础梁承担；向的基础梁承担；对于节点竖向力根据静力平衡对于节点竖向力根据静力平衡条件和变形协调条件在两个方条件和变形协调条件在两个方向的基础梁之间分配。向的基础梁之间分配。对任一节点，有对任一节点，有框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础4.4.4十字形基础十字形基础17三、近似方法计算各节点的竖向位移时，不考虑相邻荷载的影响。计算各节点的竖向位移时，不考虑相邻荷载的影响。ByBxxy中柱节点计算纵横基础上在该节点处的竖向位移时，仅计算纵横基础上在该节点处的竖向位移时，仅考虑考虑N Nixix、N Niyiy的作用，并将纵横两向的条形基础的作用，并将纵横两向的条形基础视作文克勒地基上无限长梁。视作文克勒地基上无限长梁。18B By yB Bx xx xy y边柱节点边柱节点N Nixix作用于无限长梁上，作用于无限长梁上，N Niyiy作用于半无限长梁上。作用于半无限长梁上。ByBxxy角柱节点 纵横两向的条形基础均视作文克纵横两向的条形基础均视作文克勒地基上的半无限长梁。勒地基上的半无限长梁。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础4.4.4十字形基础十字形基础194.4.5 筏形基础内力分析要点上部结构刚度较小时，可直接将柱子轴向力和力矩作用于基础；上部结构刚度较小时，可直接将柱子轴向力和力矩作用于基础；对于平板式基础可以采用地基系数法、有限差分法等确定基底反力对于平板式基础可以采用地基系数法、有限差分法等确定基底反力和进行板的内力分析。和进行板的内力分析。上部结构刚度较大时，可将筏形基础作为倒置的楼盖，以柱子为上部结构刚度较大时，可将筏形基础作为倒置的楼盖，以柱子为支座。采用文克勒地基模型，当假定基础为刚性时，基底反力线性支座。采用文克勒地基模型，当假定基础为刚性时，基底反力线性分布，分布，框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础4.4.4十字形基础十字形基础4.4.5筏形基础筏形基础20