基础工程课件给学生.ppt

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1、 地基基础设计是建筑结构设计的重要内容之一，与建筑物的安全和正常使用有密切关系。地基基础设计是建筑结构设计的重要内容之一，与建筑物的安全和正常使用有密切关系。设计时合理选择地基基础方案，因地制宜，精心设计。设计时合理选择地基基础方案，因地制宜，精心设计。安全可靠、经济合理、技术先进和施工安全可靠、经济合理、技术先进和施工方便。方便。本章介绍了地基基础设计的基本原则和基本规定，叙述了常规设计方法和合理设计方法各本章介绍了地基基础设计的基本原则和基本规定，叙述了常规设计方法和合理设计方法各自特点，介绍了地基及基础类别划分以及地基基础与上部结构共同工作的概念。主要内容包括：自特点，介绍了地基及基础类

2、别划分以及地基基础与上部结构共同工作的概念。主要内容包括：地基基础设计原则、地基类型、基础类型、地基基础与上部结构共同工作的概念。地基基础设计原则、地基类型、基础类型、地基基础与上部结构共同工作的概念。第第10章章 地基基础的设计原则地基基础的设计原则本章提要本章提要10.1地基基础的设计原则地基基础的设计原则v基础的主要功能有以下几点：基础的主要功能有以下几点：v（1）通过扩大的基础底板或桩基础等形式将上部结构传来的荷载）通过扩大的基础底板或桩基础等形式将上部结构传来的荷载(如轴向力、水平力及如轴向力、水平力及弯矩等弯矩等)传递到持力层和下卧土层，以传递到持力层和下卧土层，以满足地基土的承载

3、力要求满足地基土的承载力要求；v（2）根据地基可能出现的变形及上部结构的特点，利用基础所具有的刚度与上部结构共）根据地基可能出现的变形及上部结构的特点，利用基础所具有的刚度与上部结构共同调整地基的不均匀变形，以满足上部结构对同调整地基的不均匀变形，以满足上部结构对地基变形的要求地基变形的要求；v（3）当上部结构受到较大的水平力）当上部结构受到较大的水平力(如风力、水压力、土压力以及地震作用等如风力、水压力、土压力以及地震作用等)作用时，作用时，基础还起基础还起抗滑和抗倾覆抗滑和抗倾覆的作用；的作用；v（4）作为动力机器的基础还有）作为动力机器的基础还有减振减振的功能。的功能。建筑物可分为地上部

4、分（上部结构）和地下部分（下部结构）建筑物可分为地上部分（上部结构）和地下部分（下部结构）基础，而基础坐基础，而基础坐落在地基上。地基作为支撑建筑物的地层，如为自然状态则为落在地基上。地基作为支撑建筑物的地层，如为自然状态则为天然地基天然地基，若为人工处理，若为人工处理则为则为人工地基人工地基。地基又分为地基又分为浅基础浅基础和和深基础深基础两大类，通常按基础的埋置深度划分。一般埋深小于两大类，通常按基础的埋置深度划分。一般埋深小于5m的为浅基础，大于的为浅基础，大于5m的为深基础。的为深基础。也有建议按也有建议按施工方法施工方法来划分的，用普通基坑开挖和敞坑排水方法修建的基础（埋深小来划分的

5、，用普通基坑开挖和敞坑排水方法修建的基础（埋深小于于5m）等，而用特殊施工方法将基础埋置于深层地基中的基础称深基础，如桩基、沉井、）等，而用特殊施工方法将基础埋置于深层地基中的基础称深基础，如桩基、沉井、地下连续墙等。地下连续墙等。本章只讨论天然地基上的浅基础本章只讨论天然地基上的浅基础，人工地基及深基础将在以后的章节中讨，人工地基及深基础将在以后的章节中讨论论。浅基础有多种形式，是随上部结构类型的增多，使用功能的要求、地基条件、建筑材浅基础有多种形式，是随上部结构类型的增多，使用功能的要求、地基条件、建筑材料和施工方法的发展而演变的，料和施工方法的发展而演变的，形成了从独立的、条形的到交叉的

6、、成片的乃至空间整体形成了从独立的、条形的到交叉的、成片的乃至空间整体的基础系列。的基础系列。一般应优选天然地基上浅基础一般应优选天然地基上浅基础，条件不允许时，可比较天然基础深基础和人工地基上，条件不允许时，可比较天然基础深基础和人工地基上浅基础两种方案，确定其一。浅基础两种方案，确定其一。如多层民用建筑或轻型厂房，当地基为一般第四纪沉积层时，选择天然地基上浅基础如多层民用建筑或轻型厂房，当地基为一般第四纪沉积层时，选择天然地基上浅基础为最理想；若浅基础有软弱下卧层则此方案不适宜，可考虑人工地基上浅基础或天然地基上为最理想；若浅基础有软弱下卧层则此方案不适宜，可考虑人工地基上浅基础或天然地基

7、上深基础。深基础。建筑物的上部结构，地基和基础三者间相互依存，相互制约，设计者应因地制宜，就地建筑物的上部结构，地基和基础三者间相互依存，相互制约，设计者应因地制宜，就地取材的原则，周密考虑，精心设计。尤其应注重工程实践经验。目前对地基基础上部结构工取材的原则，周密考虑，精心设计。尤其应注重工程实践经验。目前对地基基础上部结构工作的理论探讨还处于发展深化阶段，有较多的问题尚不能单纯靠理论解决，因此，作的理论探讨还处于发展深化阶段，有较多的问题尚不能单纯靠理论解决，因此，积累工程积累工程实践资料有助于设计成功实践资料有助于设计成功。常见的浅基础体形不大，结构简单，在计算单个基础时一般不遵循上部与

8、基础的变形协常见的浅基础体形不大，结构简单，在计算单个基础时一般不遵循上部与基础的变形协调条件，也不考虑地基与基础的相互作用，调条件，也不考虑地基与基础的相互作用，用隔离体法仅考虑静力平衡条件，这种简化方法用隔离体法仅考虑静力平衡条件，这种简化方法称为称为常规设计常规设计。大型复杂的基础必须考虑与上部的变形协调条件。大型复杂的基础必须考虑与上部的变形协调条件。设计步骤设计步骤 （1）.选择地基基础方案，确定基础类型选择地基基础方案，确定基础类型 （2）.确定基础埋置深度和持力层的承载力。确定基础埋置深度和持力层的承载力。（3）.根据持力层承载力计算基础底面尺寸。根据持力层承载力计算基础底面尺寸

9、。（4）.根据需要进行变形验算。根据需要进行变形验算。（5）.进行基础的结构设计（剖面设计）进行基础的结构设计（剖面设计）（6）.绘制基础施工详图，提出施工说明。绘制基础施工详图，提出施工说明。由于影响地基基础设计的因素较多，方案难以一次确定，一般是先选定后计算，往往由于影响地基基础设计的因素较多，方案难以一次确定，一般是先选定后计算，往往需要反复几次才能完成，设计者应该在安全可行的前提下，尽量挖掘地基潜力，充分发挥需要反复几次才能完成，设计者应该在安全可行的前提下，尽量挖掘地基潜力，充分发挥基础材料性能，基础材料性能，强化经济观点强化经济观点，在设计和施工中注意节约尤为重要。，在设计和施工中

10、注意节约尤为重要。此外，还应注意基础工程的施工对周围环境的影响。如化学灌浆加固地基污染水源，此外，还应注意基础工程的施工对周围环境的影响。如化学灌浆加固地基污染水源，强夯和打桩时噪声受影响的居民。基坑开挖排水时，会引起相邻建筑物的地基下沉。强夯和打桩时噪声受影响的居民。基坑开挖排水时，会引起相邻建筑物的地基下沉。10.1.2概率极限设计方法与极限状态设计原则概率极限设计方法与极限状态设计原则 国际标准国际标准结构可靠性总原则结构可靠性总原则ISO2394对土木工程设计采用了以概率理论为基础的极限状态对土木工程设计采用了以概率理论为基础的极限状态设计方法。设计方法。以结构的可靠度指标（或者失效概

11、率）来度量结构的可靠度，并且建立结构可靠度与结构极限以结构的可靠度指标（或者失效概率）来度量结构的可靠度，并且建立结构可靠度与结构极限状态方程关系，这种设计方法就是以概率论为基础的极限设计方法，状态方程关系，这种设计方法就是以概率论为基础的极限设计方法，简称概率极限设计方法。简称概率极限设计方法。整个结构或结构的一部分（构件）超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，整个结构或结构的一部分（构件）超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个这个特定特定状态称为该状态称为该功能的极限状态功能的极限状态，例如，构件即将开裂、倾覆、滑移、压屈、失稳等。，例如，构件即将开裂、倾覆、滑

12、移、压屈、失稳等。极限状态可分为二类：极限状态可分为二类：1承载能力极限状态承载能力极限状态 结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态，称为承载能力极限结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。如：材料强度不够而破坏，或因疲劳而破坏，或产生过大的塑性变形而不能继续承载，状态。如：材料强度不够而破坏，或因疲劳而破坏，或产生过大的塑性变形而不能继续承载，结构或构件丧失稳定；结构或构件丧失稳定；2正常使用极限状态正常使用极限状态 结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态称为正常使用极限结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度

13、的状态称为正常使用极限状态。例如，当结构或构件出现影响正常使用的过大变形、过宽裂缝、局部损坏和振动状态。例如，当结构或构件出现影响正常使用的过大变形、过宽裂缝、局部损坏和振动时，可认为结构或构件超过了正常使用极限状态。时，可认为结构或构件超过了正常使用极限状态。基础的设计，应满足三个条件或三项原则：基础的设计，应满足三个条件或三项原则：1.强度和稳定性条件强度和稳定性条件，即在使用荷载下，地基土体不发生剪切破坏和丧失稳定即在使用荷载下，地基土体不发生剪切破坏和丧失稳定性。性。Pfa P基底反力 fa地基容许承载力 2.变形条件变形条件，即地基沉降量不超过其允许值。S 3.基础本身满足强度，刚度

14、耐久性要求基础本身满足强度，刚度耐久性要求。10.1.3地基基础设计基本规定地基基础设计基本规定 1对地基计算的要求对地基计算的要求 地基与基础设计内容和建筑物的设计等级有关。根据地基复杂程度、建筑物规模和地基与基础设计内容和建筑物的设计等级有关。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者影响正常使用的程度，功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或者影响正常使用的程度，建筑地基基建筑地基基础设计规范础设计规范将地基基础设计分为三个设计等级（见表将地基基础设计分为三个设计等级（见表7-1），），甲级甲级、乙级、丙级、乙级、丙级。根据建筑物地基基础设计根据建筑

15、物地基基础设计等级等级及长期荷载作用下地基及长期荷载作用下地基变形变形对上部结构的影响程度，对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：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；）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、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；）设计等级为甲、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；（3）表）表10-2所列出范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，所列出范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍可作变形验算：仍可作变形验算：1）地基承载力特征值小于）

16、地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；，且体型复杂的建筑；2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；匀沉降时；3）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；4）相邻建筑距离过近，可能发生倾倒时；）相邻建筑距离过近，可能发生倾倒时；5）地基内有厚度较大或者厚薄不匀的填土，其自重固结未完成时。）地基内有厚度较大或者厚薄不匀的填土，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、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡）对

17、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；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性验算；）基坑工程应进行稳定性验算；（6）当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。）当地下水埋藏较浅，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。v2关于荷载取值的规定关于荷载取值的规定v地基基础设计时，所采用的地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合荷载效应最不利组合与相应的与相应的抗力限值抗力限值应按下列规定采用：应按下列规定采用：v（1）按地基承载力确定基础底面积及埋

18、深时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用）按地基承载力确定基础底面积及埋深时，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极限状态下荷载效应的标准组合标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值。相应的抗力应采用地基承载力特征值。v（2）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应校正常使用极限状态下荷载效应的）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应校正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。v（3）计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定及滑坡推力时，荷载效应应按

19、承载能力极限）计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效府的基本组合，但其分项系数均为状态下荷载效府的基本组合，但其分项系数均为1.0。v（4）在确定基础高度、支挡结构截面、计算基础或支档结构内力、确定配筋和验算材料）在确定基础高度、支挡结构截面、计算基础或支档结构内力、确定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，应按承载能力极限状态下荷载强度时，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。效应的基本组合，采用相应的分项系数。v当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用

20、极限状态荷载效应标准组合。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。v（5）由永久荷载效应控制的基本组合值可取标准组合值的）由永久荷载效应控制的基本组合值可取标准组合值的1.35倍。倍。10.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念地基、基础与上部结构相互作用的概念一、基本概念一、基本概念 目前的地基基础设计方法是力学分析中的目前的地基基础设计方法是力学分析中的隔离体法隔离体法，即将上部结构、，即将上部结构、基础、地基分别按隔离体对待，上部结构与基础接触处的内力作为外荷载基础、地基分别按隔离体对待，上部结构与基础接触处的内力作为外荷载（一般为支座反力）（一般为支座反力）,作

21、用于上部结构或基础上（方向相反）。作用于上部结构或基础上（方向相反）。支座反力取决于基础与上部结构的连接方式，可按铰接或固接支座反力取决于基础与上部结构的连接方式，可按铰接或固接求解，地基反力一般按简化法直线分布计算。求解，地基反力一般按简化法直线分布计算。这种使用方法存在缺陷，即这种使用方法存在缺陷，即只考虑了三者间的静力平衡条件，未只考虑了三者间的静力平衡条件，未考虑三者间的变形协调条件考虑三者间的变形协调条件，即各部分接触面不一定满足变形协调条，即各部分接触面不一定满足变形协调条件。以基础为例，它与地基呈接触状态，其同一位置截面上的变形必件。以基础为例，它与地基呈接触状态，其同一位置截面

22、上的变形必然相等，但按上法计算的基础于地基同一截面处的变形不一定相等，然相等，但按上法计算的基础于地基同一截面处的变形不一定相等，这种理论促使人们研究探讨更为合理的方法这种理论促使人们研究探讨更为合理的方法 下图为假想的完全柔性的结构（下图为假想的完全柔性的结构（a）为柔性墙体（未砌筑不搭接的）为柔性墙体（未砌筑不搭接的砖跺），（砖跺），（b）为完全柔性的上部结构，它们的整体刚度几乎为零，其）为完全柔性的上部结构，它们的整体刚度几乎为零，其作用仅为传递荷载，不参与基础的工作，对地基的变形毫无约束作用，作用仅为传递荷载，不参与基础的工作，对地基的变形毫无约束作用，可以完全适应地基变形。实际上这种

23、完全柔性的结构是不存在的，它没可以完全适应地基变形。实际上这种完全柔性的结构是不存在的，它没有实际意义。有实际意义。图（图（c）为普通墙体，它具有一定的刚度，当地基的不均匀沉降引起）为普通墙体，它具有一定的刚度，当地基的不均匀沉降引起墙体挠曲变形时，它的抗弯刚度将起一定的抵抗作用，可以调整一些挠曲变墙体挠曲变形时，它的抗弯刚度将起一定的抵抗作用，可以调整一些挠曲变形，也就是说，上部结构，地基和基础共同工作发挥了效力。但是因为墙体形，也就是说，上部结构，地基和基础共同工作发挥了效力。但是因为墙体的强度不够大，不均匀沉降引起的附加应力可使墙体有开裂现象。的强度不够大，不均匀沉降引起的附加应力可使墙

24、体有开裂现象。(d)为钢筋混凝土墙，具有较大的强度和刚度，因此既可以调整不均为钢筋混凝土墙，具有较大的强度和刚度，因此既可以调整不均匀沉降引起的挠曲变形，又能抵抗附加应力引起的开裂。墙体几乎没有匀沉降引起的挠曲变形，又能抵抗附加应力引起的开裂。墙体几乎没有挠曲，是因为共同作用的结果，使地基变形趋于均匀。挠曲，是因为共同作用的结果，使地基变形趋于均匀。因此在设计时应该以地基、基础和上部结构之间必然满足静力平衡因此在设计时应该以地基、基础和上部结构之间必然满足静力平衡条件和变形协调条件，条件和变形协调条件，基于相互作用分析设计方法已被称为基于相互作用分析设计方法已被称为“合理设计合理设计”，但毕竟

25、还处于研究阶段，一般基础设计仍然采用常规方法。但毕竟还处于研究阶段，一般基础设计仍然采用常规方法。二二.地基和基础的相互作用地基和基础的相互作用 建筑物基础的沉降，内力基底反力的分布，除了与地基因素有建筑物基础的沉降，内力基底反力的分布，除了与地基因素有关外，还受基础及上部结构的制约，现在首先讨论基础本身刚度的关外，还受基础及上部结构的制约，现在首先讨论基础本身刚度的影响。影响。（一）（一）.柔性基础柔性基础 其抗弯刚度很小，可以随地基的变形而任意弯曲，基础上任一其抗弯刚度很小，可以随地基的变形而任意弯曲，基础上任一点荷载传递到基底时不可能向旁扩散分布。所以柔性基础的基底反点荷载传递到基底时不

26、可能向旁扩散分布。所以柔性基础的基底反力分布与作用与基础上的荷载分布完全一致。力分布与作用与基础上的荷载分布完全一致。沉降为中间大，边缘小，所以为了调整柔性基础使其均匀下沉，只能调整荷载的分布。（二）（二）.刚性基础刚性基础 刚性基础具有非常大的抗弯刚度，受压后基础不挠曲，当轴心受压时，则基底的沉降处处相刚性基础具有非常大的抗弯刚度，受压后基础不挠曲，当轴心受压时，则基底的沉降处处相等，可以推断，中心荷载下刚性基础基底反力的分布也应该是边缘大，中间小等，可以推断，中心荷载下刚性基础基底反力的分布也应该是边缘大，中间小。偏心荷载时，。偏心荷载时，如图（如图（b），可见具有刚度的基础在调整基底沉降

27、的同时，也使基底压力由中部向边缘发生了），可见具有刚度的基础在调整基底沉降的同时，也使基底压力由中部向边缘发生了转移。此处把刚性基础能跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中的传递的基底边缘的现象转移。此处把刚性基础能跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中的传递的基底边缘的现象叫做基础的叫做基础的“跨越作用跨越作用”。这种基底反力的分布形状叫马鞍形，可以用弹性力学的方法解出，这种基底反力的分布形状叫马鞍形，可以用弹性力学的方法解出，随着外力的增大，塑性区的形成和开展，外加荷载必然向中心转移，基底随着外力的增大，塑性区的形成和开展，外加荷载必然向中心转移，基底反力呈抛物线形。反力呈抛物线形。（三）（三

28、）.基础相对刚度的影响基础相对刚度的影响 归纳以上针对柔性基础和刚性基础的讨论，可以得出这样的结论，基归纳以上针对柔性基础和刚性基础的讨论，可以得出这样的结论，基础架越作用取决于基础与地基比较的相对刚度，土的压缩性以及基底下塑础架越作用取决于基础与地基比较的相对刚度，土的压缩性以及基底下塑性区的大小。性区的大小。a.图荷载小时，基础架越作用大，图荷载小时，基础架越作用大，相对刚度大相对刚度大，随着荷载的增加，塑性，随着荷载的增加，塑性区扩大，基底压力趋于均匀。区扩大，基底压力趋于均匀。b.刚度中等刚度中等，介于，介于a、c之间之间 c.图岩土图岩土基础刚度相对小基础刚度相对小，荷载分布区域很小

29、，基底反力几乎未扩散。，荷载分布区域很小，基底反力几乎未扩散。总之，当基础相对愈刚时，随着基础挠曲的减小，基底反力的分布与荷载的分布总之，当基础相对愈刚时，随着基础挠曲的减小，基底反力的分布与荷载的分布愈不一致。愈不一致。(四四).地基非匀质性的影响地基非匀质性的影响 地基条件的变化，将引起基础挠曲变形总的变化。实际工程中可能基础与荷地基条件的变化，将引起基础挠曲变形总的变化。实际工程中可能基础与荷载均相同，地基条件不同。如地基中部硬两头软。基础呈凸状挠曲；如果相反，载均相同，地基条件不同。如地基中部硬两头软。基础呈凸状挠曲；如果相反，地基中软，两边硬，则基础呈凹状挠曲。地基的压缩性均匀与否直

30、接影响基础的地基中软，两边硬，则基础呈凹状挠曲。地基的压缩性均匀与否直接影响基础的剪力和变形，因此基础设计时，尽量避开不均匀地基。剪力和变形，因此基础设计时，尽量避开不均匀地基。常规设计时，假定基底反力均匀分布，基础弯矩图按静力法求得，这中方法适用于基础刚常规设计时，假定基底反力均匀分布，基础弯矩图按静力法求得，这中方法适用于基础刚度很大，地基相对软弱的情况。度很大，地基相对软弱的情况。三三.上部结构刚度的影响上部结构刚度的影响 上部结构的刚度，指的是整个上部结构对基础不均匀沉降或挠曲的抵抗能力，上部结构的刚度，指的是整个上部结构对基础不均匀沉降或挠曲的抵抗能力，或称整体刚度，因此可将建筑结构

31、分为三类或称整体刚度，因此可将建筑结构分为三类（一）、柔性结构（一）、柔性结构 木结构、排架结构等属于柔性结构木结构、排架结构等属于柔性结构 柔性结构对基础的不均匀沉降有很大的顺从性，或对基础的不均匀沉降没有抵抗性，柔性结构对基础的不均匀沉降有很大的顺从性，或对基础的不均匀沉降没有抵抗性，如静定结构属于这种情况。规范对这类结构的地基变形限制较宽。如静定结构属于这种情况。规范对这类结构的地基变形限制较宽。（二）、敏感结构（二）、敏感结构 指超静定结构，对基础不均匀沉降很敏感，如框架结构。刚度越大，敏感度就越大，指超静定结构，对基础不均匀沉降很敏感，如框架结构。刚度越大，敏感度就越大，对不均匀结构

32、适应性越小。另一方面，上部结构刚度与基础刚度之比对地基受力如何，对不均匀结构适应性越小。另一方面，上部结构刚度与基础刚度之比对地基受力如何，后面讲到。上部结构与基础刚度之比越大，调整不均匀能力更强。后面讲到。上部结构与基础刚度之比越大，调整不均匀能力更强。（三）刚性结构（三）刚性结构 烟囱、水塔、锅炉等高耸结构物之下配置独立基础与上部结构浑然一体，使整个结烟囱、水塔、锅炉等高耸结构物之下配置独立基础与上部结构浑然一体，使整个结构有很大的刚度。构有很大的刚度。10.3 基础类型基础类型按常规设计的三类浅基础按常规设计的三类浅基础一、扩展基础一、扩展基础 指墙柱之下水平截面向下扩大的基础叫做扩展基

33、础，起到扩散何在的作用。指墙柱之下水平截面向下扩大的基础叫做扩展基础，起到扩散何在的作用。（一）、无筋扩展基础（刚性基础）（一）、无筋扩展基础（刚性基础）为刚性角为刚性角，通过限制刚性角来限制刚性基础的尺寸，保证基础抗弯刚度，通过限制刚性角来限制刚性基础的尺寸，保证基础抗弯刚度,tan=b/t即为宽高比。不同材料有不同限制。由于刚性基础材料的抗压强度较高，抗拉和抗弯强度较即为宽高比。不同材料有不同限制。由于刚性基础材料的抗压强度较高，抗拉和抗弯强度较低，因此稍有挠曲变形，基础的拉应力就会超过材料的抗拉强度而产生裂缝，为了弥补这一低，因此稍有挠曲变形，基础的拉应力就会超过材料的抗拉强度而产生裂缝

34、，为了弥补这一缺点，采取宽高比限制，使基础具有足够的刚度，在荷载作用下，几乎不产生挠曲变形缺点，采取宽高比限制，使基础具有足够的刚度，在荷载作用下，几乎不产生挠曲变形。二、钢筋砼扩展基础二、钢筋砼扩展基础 当上部结构荷载较大，地基较软弱时，若用刚性基础，尺寸很大，因此可用高度较小当上部结构荷载较大，地基较软弱时，若用刚性基础，尺寸很大，因此可用高度较小的钢筋混凝土基础。钢砼基础有较大的抗拉抗弯能力，相对于刚性基础有一定的柔性，因的钢筋混凝土基础。钢砼基础有较大的抗拉抗弯能力，相对于刚性基础有一定的柔性，因此也称此也称柔性基础柔性基础。它不受刚性角的限制，它不受刚性角的限制，在多层砖混结构和多层

35、框架在多层砖混结构和多层框架中采用，所谓中采用，所谓宽基浅埋宽基浅埋。如地基不均匀，为了增强基础的整体性和抗弯能力，可采用有如地基不均匀，为了增强基础的整体性和抗弯能力，可采用有肋肋的墙基础。肋部配的墙基础。肋部配置足够的纵向钢筋和箍筋。置足够的纵向钢筋和箍筋。确定了底面尺寸确定了底面尺寸埋深后，就可以设计埋深后，就可以设计基础截面，此时的基底反力应为净反力基础截面，此时的基底反力应为净反力pj，不包括不包括G。计算计算II底部剪力底部剪力Q 进行进行抗剪验算抗剪验算，如，如不够加大尺寸不够加大尺寸h0。计算计算II底板弯矩底板弯矩M后，进行底筋计算。后，进行底筋计算。进行进行抗冲切验算抗冲切

36、验算。构造要求，锥形基础边缘高度，不宜小于构造要求，锥形基础边缘高度，不宜小于200 mm；阶形基础每阶高度宜为；阶形基础每阶高度宜为300500mm，砼强度，砼强度C20，钢筋直径，钢筋直径8mm,间距间距200。三、联合基础三、联合基础 联合基础主要指同列相邻两柱公共的钢筋砼基础，即双柱联合基础。联合基础主要指同列相邻两柱公共的钢筋砼基础，即双柱联合基础。实际工程中，由于荷载或地基条件限制，常会遇到单纯扩展基础难以解决的问题。实际工程中，由于荷载或地基条件限制，常会遇到单纯扩展基础难以解决的问题。如荷载过大，单纯扩大基底面积造成基底面积不足，难以施工；偏心荷载太大，致使基底最如荷载过大，单

37、纯扩大基底面积造成基底面积不足，难以施工；偏心荷载太大，致使基底最大压应力超过地基承载力；地基不均匀，造成较大的沉降差、倾斜等。此时需要将两个或多大压应力超过地基承载力；地基不均匀，造成较大的沉降差、倾斜等。此时需要将两个或多个单柱联合起来组合成联合基础（或称局部条形基础）。联合基础基本形式：个单柱联合起来组合成联合基础（或称局部条形基础）。联合基础基本形式：v a、矩形联合基础矩形联合基础。适用于荷载差异不大，地基可认为均匀的条件。它的整体性能好。适用于荷载差异不大，地基可认为均匀的条件。它的整体性能好。v b、梯形联合基础梯形联合基础。边柱基础荷载较大，一般为偏心基础，与内柱基础联结时，因

38、其边柱基础荷载较大，一般为偏心基础，与内柱基础联结时，因其形式可使内力接近于均匀分布。形式可使内力接近于均匀分布。v C、联梁式联合基础联梁式联合基础。当基础间距较大，地基均匀，可能产生较大的沉降差时，采用当基础间距较大，地基均匀，可能产生较大的沉降差时，采用联梁式联合基础，且设计成刚性梁，使不平衡的剪力和弯矩得以传递和调整。联梁式联合基础，且设计成刚性梁，使不平衡的剪力和弯矩得以传递和调整。第第11章章 刚性基础与扩展基础刚性基础与扩展基础本章提要本章提要v 刚性基础也称无筋扩展基础刚性基础也称无筋扩展基础,通常是由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等通常是由砖、块石、毛石、素混凝土、三

39、合土和灰土等材料建造的，这些材料具有抗压强度高而抗拉、抗剪强度低的特点材料建造的，这些材料具有抗压强度高而抗拉、抗剪强度低的特点;扩展基础的底面向外扩展基础的底面向外扩展，基础外伸的宽度大于基础高度，基础材料承受拉应力扩展，基础外伸的宽度大于基础高度，基础材料承受拉应力,常见的扩展基础指柱下钢筋常见的扩展基础指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。v 本章主要学习基础埋置深度选择、地基承载力的确定、基础底面尺寸的确定以及刚性本章主要学习基础埋置深度选择、地基承载力的确定、基础底面尺寸的确定以及刚性基础和扩展基础的设计计算。基础和扩展基础的设计计

40、算。11.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 埋深对建筑物的安全使用、稳定性、工期造价影响很大，因此合理选择和确定埋深是十分埋深对建筑物的安全使用、稳定性、工期造价影响很大，因此合理选择和确定埋深是十分重要的。埋深受多种因素制约，但就每项工程，往往其中一两个因素起决定作用，能否抓重要的。埋深受多种因素制约，但就每项工程，往往其中一两个因素起决定作用，能否抓住主要因素，取决于设计者的经验与分析的能力。一般应按下列规定综合考虑，合理确定住主要因素，取决于设计者的经验与分析的能力。一般应按下列规定综合考虑，合理确定埋深。埋深。一、工程地质水文地质条件一、工程地质水文地质条件 直接支承基础的地层

41、称为持力层，其下的土层称为下卧层直接支承基础的地层称为持力层，其下的土层称为下卧层。为了保证建筑物的安全，为了保证建筑物的安全，必须根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层。必须根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层。通常根据土承载力大小，压缩性高底和分布均匀程度，可将地基分成以下三种典型情况通常根据土承载力大小，压缩性高底和分布均匀程度，可将地基分成以下三种典型情况考虑。考虑。1、地基土深度方向土质均匀时、地基土深度方向土质均匀时，基础尽量浅埋。基础底面埋入持力层基础尽量浅埋。基础底面埋入持力层15cm，埋深，埋深50基础顶面在地面下基础顶面在地面下10冻胀使基础抬高，解冻时基础下沉，

42、为了均匀变形，置入可冻胀土中的基础，其最小埋冻胀使基础抬高，解冻时基础下沉，为了均匀变形，置入可冻胀土中的基础，其最小埋深深dmin 见下式见下式2、上层土较下层土好的地基、上层土较下层土好的地基，根据上层土的厚度根据上层土的厚度 决定埋深。当有软弱下卧层时，持力层决定埋深。当有软弱下卧层时，持力层厚度不宜太薄，一般应大于基底宽的厚度不宜太薄，一般应大于基底宽的14，其最小厚度为，其最小厚度为12m。3、上层差，下层好的地基、上层差，下层好的地基，基础尽量浅埋。基础尽量浅埋。4、基础底面应尽量埋于地下，水位以上，避免地下水对基础的腐蚀。、基础底面应尽量埋于地下，水位以上，避免地下水对基础的腐蚀

43、。二、二、由在基础上的荷载和性质由在基础上的荷载和性质对于不同类型的建筑物的埋深不同对于不同类型的建筑物的埋深不同 1.有地下层建筑物，加深。有地下层建筑物，加深。2.荷载大的建筑物加深。荷载大的建筑物加深。三、土的冻胀影响三、土的冻胀影响某些粒土在冻结时，往往发生就膨胀，向上隆起即所谓冻胀现象。某些粒土在冻结时，往往发生就膨胀，向上隆起即所谓冻胀现象。四、相邻建筑的埋深四、相邻建筑的埋深 基础埋深不宜深于相邻原有建筑，如不能满足要求，而基础应保持一定的净距，基础埋深不宜深于相邻原有建筑，如不能满足要求，而基础应保持一定的净距，一般一般取底面高差的取底面高差的12倍，若还不能满足需要加固原有基

44、础。倍，若还不能满足需要加固原有基础。地基基础设计应满足三个条件，其中第一个条件中就是强度和稳定条件，即保证在承载作地基基础设计应满足三个条件，其中第一个条件中就是强度和稳定条件，即保证在承载作用下地基不发生剪切破坏，其公式为用下地基不发生剪切破坏，其公式为 Pfa11.3 地基承载力地基承载力fa的确定方法有三种，补充两种的确定方法有三种，补充两种（1）、根据土的抗剪强度指标确定；）、根据土的抗剪强度指标确定；（2）、按现场荷载试验的）、按现场荷载试验的PS曲线确定；曲线确定；（3）、按规范提供的承载力表确定；）、按规范提供的承载力表确定；（4）、用动力触探确定；）、用动力触探确定；（5）、

45、凭经验确定；）、凭经验确定；一、地基土的抗剪强度指标的确定一、地基土的抗剪强度指标的确定（一）魏锡克公式（一）魏锡克公式 魏锡克公式在计算土极限承载力方面考虑的影响因素很多，是比较全面的一个公式，因此魏锡克公式在计算土极限承载力方面考虑的影响因素很多，是比较全面的一个公式，因此在国外应用很广，但涉及的系数很多在国外应用很广，但涉及的系数很多,用起来比较麻烦（这部分作为了解内容）用起来比较麻烦（这部分作为了解内容）这几种方法各有优点，可以互为补充，对于特定的地基可以选用一种或几种方法，其这几种方法各有优点，可以互为补充，对于特定的地基可以选用一种或几种方法，其计算结果可以互相对比，确保所取的值安

46、全可靠。计算结果可以互相对比，确保所取的值安全可靠。-承载力系数，可按表确定承载力系数，可按表确定（二）（二）规规范推荐的理范推荐的理论论公式公式 对对于于坚坚向荷向荷载载偏心和水平力都不大的基偏心和水平力都不大的基础础来来说说，地基基地基基础设计规础设计规范范规规定，当偏心定，当偏心距距e小于或等小于或等b/30。根据土的抗剪。根据土的抗剪强强度指度指标标确定地基承确定地基承载载力可按下式力可按下式计计算算 fa由土的抗剪由土的抗剪强强度指度指标标确定的地基承确定的地基承载载力特征力特征值值 v 基底下一倍基宽深度内土的内摩擦角，粘聚力和重度的标准值。地下水基底下一倍基宽深度内土的内摩擦角，

47、粘聚力和重度的标准值。地下水位以下，取土的有效重度。位以下，取土的有效重度。vb基础底面宽度，大于基础底面宽度，大于6m时按时按6m考虑，小于考虑，小于3m时按时按3m考虑。考虑。由于理由于理论论公式是依据均布公式是依据均布压压力推出的，故力推出的，故对对上式增加了偏心距的限制条件上式增加了偏心距的限制条件.短期荷短期荷载载作用下，作用下，对对于地基持力于地基持力层层土的土的透水性差透水性差，排水条件不良，排水条件不良，在增在增长长速度速度较较快的快的荷荷载载下下，应应采用不固采用不固结结不排水抗剪不排水抗剪强强度度计计算短期承算短期承载载力，可用下式，力，可用下式，三、几点说明三、几点说明

48、1.理论公式计算承载力，关键是土的抗剪强度指标的确定即理论公式计算承载力，关键是土的抗剪强度指标的确定即 、的确定，试验的确定，试验方法为三轴剪切试验，或直剪试验，一般要求建筑场地方法为三轴剪切试验，或直剪试验，一般要求建筑场地6个钻孔，个钻孔，4、对饱和粘土（对饱和粘土（）增大基础尺寸不能提高地基承载力，增大基础尺寸不能提高地基承载力，0的土，增大基的土，增大基宽，承载力将随之增加。宽，承载力将随之增加。在基础底面以下在基础底面以下1倍深度土层内，每孔试样不少于倍深度土层内，每孔试样不少于3组。组。2、土的重度，地下水位以下时有效重度计算。、土的重度，地下水位以下时有效重度计算。3、地基承载

49、力不仅与土的性质有关，还与基础的大小（、地基承载力不仅与土的性质有关，还与基础的大小（b）形状（条形，矩形）埋深）形状（条形，矩形）埋深（d）以及荷载（偏心）等情况有关，规范推荐公式中反映出来的为基础宽度）以及荷载（偏心）等情况有关，规范推荐公式中反映出来的为基础宽度b和埋深和埋深d。5、公式第二项、公式第二项 qMd ，增加基础埋深可以显著地提高地基的承载力。，增加基础埋深可以显著地提高地基的承载力。6、对对于于砂砂地地基基，地地下下水水位位以以下下土土的的有有效效重重度度约约为为饱饱和和重重度度的的一一半半，因因此此当当地地下下水水位位上上升升接近基底时，地基承载力将显著降低。接近基底时，

50、地基承载力将显著降低。7、按按土土的的抗抗剪剪强强度度确确定定地地基基承承载载力力时时，没没有有考考虑虑建建筑筑物物对对变变形形的的要要求求，即即基基础础设设计计应应满满足的第二个条件，因此还应进行地基变形计算。足的第二个条件，因此还应进行地基变形计算。二、按地基荷载试验确定二、按地基荷载试验确定 对于重要的一级建筑，为进一步了解地基土的变形性能和承载能力，必须做现场原位对于重要的一级建筑，为进一步了解地基土的变形性能和承载能力，必须做现场原位载荷试验确定地基承载力。载荷试验确定地基承载力。测得的结果能反映相当于测得的结果能反映相当于12倍荷载板宽度的深度以内土体的情况，方法可靠，但倍荷载板宽