第二章天然地基浅基础设计(改).ppt

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1、Hohai UniversityHohai University2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算承载力计算承载力计算（1 1）基础底面压力，应符合下式要求）基础底面压力，应符合下式要求轴心荷载作用轴心荷载作用 假定基底反力呈直线均匀分布，则持力层地基承载力验算必须满足下式Hohai UniversityHohai University偏心荷载作用偏心荷载作用 当传到基础顶面的荷载除轴心荷载外，还有弯矩M作用时，基底反力将呈梯形分布，其计算公式如下：要求偏心距e不大于b/6。偏心荷载作用下的地基承载力验算公式如下：2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅

2、基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University（1）地基承载力：）地基承载力：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。（2)地基承载力特征值定义地基承载力特征值定义 是在保证地基稳定的条件下，使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力，以fa表示。该值与地基土的成因与堆积年代；土的物理、力学性质指标；地下水等因素有关，还与基础形式、底面尺寸、埋深、建筑类型、结构特点和施工因素有关。2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算3 3、地基承载力特征值地基承载力特征值fak及影响其大小的因素及影响其大小的因素

3、Hohai UniversityHohai University地基允许变形值按其变形特征可分为以下几种：地基允许变形值按其变形特征可分为以下几种：沉降量：独立基础或刚性特别大的基础中心的沉降量；沉降差：相邻两个柱基的沉降量之差；倾斜：独立基础在倾斜方向基础两端点的沉降差与其距离的比值；局部倾斜：砌体承重结构沿纵墙610m内基础两点的沉降差与其距离之比。地基特征变形验算公式：地基特征变形验算公式：2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算5、地基地基变形计算变形计算Hohai UniversityHohai University2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然

4、地基浅基础设计-地基计算地基计算 当地基持力层范围内存在软弱下卧层时，还必须对下卧层当地基持力层范围内存在软弱下卧层时，还必须对下卧层进行验算。进行验算。6、软弱下卧层软弱下卧层强度强度验算验算Hohai UniversityHohai Universitypz条形基础条形基础矩形基础矩形基础2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算 （1）经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构；）经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构；（2）建造在

5、斜坡或坡顶上的建筑物或构筑物；）建造在斜坡或坡顶上的建筑物或构筑物；（3）挡土墙）挡土墙7、地基稳定性计算、地基稳定性计算地基特征变形验算公式：Hohai UniversityHohai University例7-1 某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值、埋深及地基条件如图所某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值、埋深及地基条件如图所示，基础底面尺寸示，基础底面尺寸bl=3.03.5m2，试验算持力层和软弱下卧层的强度，试验算持力层和软弱下卧层的强度2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University例7-

6、1 某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值、埋深及地基条件如图所某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值、埋深及地基条件如图所示，基础底面尺寸示，基础底面尺寸bl=3.03.5m2，试验算持力层和软弱下卧层的强度，试验算持力层和软弱下卧层的强度持力层承载力验算持力层承载力验算查表查表7-10得修正系数：得修正系数：b b=0.3,=0.3,d d=1.6=1.6，并计算基础底面以上土的加权重度：，并计算基础底面以上土的加权重度：基底平均压力基底平均压力2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University基底最大

7、压力基底最大压力所以，持力层地基承载力满足所以，持力层地基承载力满足则则2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算因为下卧层系淤泥质土，查表因为下卧层系淤泥质土，查表7-10得修正系数：得修正系数：b b=0,=0,d d=1.0=1.0，基础底面附加应力基础底面附加应力下卧层顶面埋深下卧层顶面埋深d=2.3+3.5=5.8m，顶面以上土的平均重度为：，顶面以上土的平均重度为：2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai Uni

8、versityHohai University角的角的计算：算：下卧层顶面处应力：下卧层顶面处应力：自重应力自重应力附加应力附加应力作用在软弱下卧层顶面处的总应力为：作用在软弱下卧层顶面处的总应力为：所以，软弱下卧层地基承载力也满足所以，软弱下卧层地基承载力也满足2.4 2.4 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-地基计算地基计算Hohai UniversityHohai University 基础尺寸是指基础底面的长度、宽度、基础高度。根基础尺寸是指基础底面的长度、宽度、基础高度。根据已确定的基础类型、埋置深度、地基承载力特征值和据已确定的基础类型、埋置深度、地基承载力特征值和作用在基础底

9、面的荷载值作用在基础底面的荷载值(包括竖向荷载、水平向荷载和包括竖向荷载、水平向荷载和力矩力矩)，进行基础尺寸设计。，进行基础尺寸设计。基本条件：基底压力的标准值不大于基本条件：基底压力的标准值不大于承载力的特征值承载力的特征值 pk fa (中心受荷中心受荷)pmax 1.2fa(偏心受荷偏心受荷)2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University 基础底面积基础底面积A的确定的确定*荷载荷载Fk+Gk Gk=Ad,是基础加土是基础加土=20KN/m3*基底面积Fk+Gk=AfaGkFk1、中心荷载作

10、用下基础尺寸、中心荷载作用下基础尺寸d矩形基础矩形基础条形基础，为基础每米长度上的外条形基础，为基础每米长度上的外荷载荷载(kNm)，此时，沿基础长度，此时，沿基础长度方向取单位长度方向取单位长度(1m)计算，故上式计算，故上式可改写为：可改写为：2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University(1)(1)按中心荷载确定底面积按中心荷载确定底面积A A0 0(2)考虑偏心 A=(1.11.4)A0 根据偏心大小及A初步确定b和l，常取l/b10.1m24）基）基础础底面底面积积A2.5 2.5 天然地

11、基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University 解题步骤解题步骤 先求地基承载力先求地基承载力 初步选择基底尺寸初步选择基底尺寸 验算持力层地基承载力验算持力层地基承载力 重新调整尺寸重新调整尺寸根据根据b判断是否对地基特征判断是否对地基特征值进行修正值进行修正END不满足不满足满足满足2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University例题7-3 有一个工业厂房，柱截面有一个工业厂房，柱截面350mm400mm，作用在柱底的荷载为

12、：，作用在柱底的荷载为：Fk=700kN,Mk=80kN.m,Vk=15kN。土层为粘性土，。土层为粘性土，=17.5kN/m3，e=0.70,IL=0.78，fak=226kPa，基础底面埋深，基础底面埋深1.3m，基础高，基础高0.6m。试根。试根据持力层地基承载力确定基础底面积。据持力层地基承载力确定基础底面积。2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University 先求地基承载力先求地基承载力 初步选择基底尺寸初步选择基底尺寸查表查表7-9得修正系数：得修正系数：b b=0.3,=0.3,d d=1

13、.6=1.6由于偏心不大，基础底面积按由于偏心不大，基础底面积按20%20%增大，即增大，即取取b=1.6b=1.6，l=2.5l=2.5，A=4mA=4m2 2因因b不大于不大于3，故不需对承载力特征值进行修正，故不需对承载力特征值进行修正2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University验算持力层地基承载力验算持力层地基承载力基底平均压力基底平均压力基底最大压力基底最大压力所以，持力层地基承载力满足所以，持力层地基承载力满足基础和回填土重基础和回填土重2.5 2.5 天然地基浅基础设计天然地基浅基础

14、设计-基础尺寸设计基础尺寸设计Hohai UniversityHohai University1、适用范围、适用范围 无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础和柱下独立基础。灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础和柱下独立基础。适用于多层民用建筑和轻型厂房。适用于多层民用建筑和轻型厂房。构造要求构造要求 不配筋基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、不配筋基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在基础内的拉抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在基础内的拉应力和剪应力不超过相

15、应的材料强度设计值。即，按应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值。即，按基础材料特点满足相应的构造要求。基础材料特点满足相应的构造要求。2.6 2.6 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-无筋扩展基础设计无筋扩展基础设计Hohai UniversityHohai University 通常通过对基础构造的限制来满足其要求，即基础每个台阶的宽度与高度通常通过对基础构造的限制来满足其要求，即基础每个台阶的宽度与高度之比都不得超过台阶宽高比的允许值之比都不得超过台阶宽高比的允许值 所以无筋扩展基础设计时一般先选择适当的基础埋置深度和基础底面尺寸。所以无筋扩展基础设计时一般先选择适当的基础埋置深度和

16、基础底面尺寸。2、基础底面宽度、基础底面宽度（1 1）初步选定基础高度）初步选定基础高度 混凝土基础高度一般混凝土基础高度一般30cm30cm。灰土基础为。灰土基础为15cm15cm的倍数的倍数（2 2）基础宽度的确定）基础宽度的确定 先根据地基承载力条件初步确定基础宽度。再按下式进先根据地基承载力条件初步确定基础宽度。再按下式进一步验算基础的宽度：一步验算基础的宽度：2.6 2.6 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-无筋扩展基础设计无筋扩展基础设计Hohai UniversityHohai University2.6 2.6 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-无筋扩展基础设计无筋扩展

17、基础设计Hohai UniversityHohai University 扩展基础系指墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝扩展基础系指墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础。土独立基础。钢筋混凝土扩展基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向钢筋混凝土扩展基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。由于这类基础的高度不受台阶宽高比的限止情况下使用。由于这类基础的高度不受台阶宽高比的限止故故适宜于需要宽基浅埋的场合下采用适宜于需要宽基浅埋的场合下采用。2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅

18、基础设计-扩展基础设计扩展基础设计1、适用范围、适用范围Hohai UniversityHohai University2、构造要求、构造要求（1 1）锥形基础的边缘高度不宜小于）锥形基础的边缘高度不宜小于200mm；阶梯形基础的每阶高度宜为；阶梯形基础的每阶高度宜为300500mm；（2 2）垫层的厚度不宜小于）垫层的厚度不宜小于200mm,200mm,垫层混凝土强度等级应为垫层混凝土强度等级应为C10C10；（3 3）扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于）扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm,10mm,间距间距100100200mm,200mm,纵纵向分布钢筋的直径不小于向分布

19、钢筋的直径不小于8mm,8mm,间距不大于间距不大于300mm;300mm;每延米分布钢筋的面积应每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的不小于受力钢筋面积的1/101/10。当有垫层时，钢筋保护层的厚度不小于。当有垫层时，钢筋保护层的厚度不小于40mm40mm；无垫层时不小于；无垫层时不小于70mm70mm；（4 4）混凝土强度等级不应低于）混凝土强度等级不应低于C20C20；（5 5）当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度）当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于大于或等于2.5m2.5m时，底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的时，底板受

20、力钢筋的长度可取边长或宽度的0.90.9倍，并宜交倍，并宜交错布置；错布置；（6 6）钢筋混凝土条形基础底板在）钢筋混凝土条形基础底板在T T形及十字形交接处，底板横向受力钢筋形及十字形交接处，底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受仅沿一个主要受力方向通长布置另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度力方向底板宽度1/41/4处。在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置。处。在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置。2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai Univ

21、ersity1）由地基承）由地基承载载力力计计算算 基基础础底面底面积积A2）基）基础础高度高度h和和变阶处变阶处高度：基高度：基础础的高度由混凝土的受冲切承的高度由混凝土的受冲切承载载力力确定。在柱荷确定。在柱荷载载作用下，如果基作用下，如果基础础高度（或高度（或阶阶梯高度）不足，梯高度）不足，则则将将沿柱沿柱边边（或（或阶阶梯高度梯高度变变化化处处）发发生冲切破坏，形成生冲切破坏，形成45度斜裂面的角度斜裂面的角锥锥体。体。对对矩形截面柱的矩形基矩形截面柱的矩形基础础，应验应验算柱与基算柱与基础础交接交接处处以及基以及基础变阶处础变阶处的受冲切承的受冲切承载载力。公式如下：力。公式如下：3

22、、扩扩展基展基础计础计算算柱下柱下钢钢筋混凝土独立基筋混凝土独立基础础2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai University45oh0柱与基础交接柱与基础交接psF1=A1ps，相应于荷载效应相应于荷载效应基本组合时作用在基本组合时作用在Al上的上的地基土净反力设计值地基土净反力设计值;Al为冲切验算时取用的部为冲切验算时取用的部分基底面积分基底面积Ps扣除基础自重及其上土扣除基础自重及其上土重后，相应于荷载效应基重后，相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面本组合时的地基土单位面积净反力，对偏心受压基积净反

23、力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；基土单位面积净反力；冲切破坏冲切破坏锥体最不锥体最不利一侧的利一侧的斜截面斜截面2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai Universitybth0h0b hp 冲切截面高度影冲切截面高度影响系数响系数;1.0(h2000)ft：混凝土轴心抗拉混凝土轴心抗拉强度设计值；强度设计值；h0:基础冲切破坏的基础冲切破坏的锥体的有效高度；锥体的有效高度；bm:冲切破坏锥体最冲切破坏锥体最不利一侧计算长度；不利一侧计算长度；bmh0h0atlb

24、b2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai University由式由式又又矩形基矩形基础础正方形基正方形基础础基基础础有效高度有效高度2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai University3）扩扩展基展基础础弯矩弯矩计计算算矩形基础弯矩计算矩形基础弯矩计算 当矩形基础台阶宽高比小于或等于当矩形基础台阶宽高比小于或等于2.52.5 和荷载偏心和荷载偏心距距ebeb6 6时，任意截面时，任意截面I II I（沿宽度方向），（沿宽度

25、方向），IIIIIIII（沿长度方向）处的弯矩（沿长度方向）处的弯矩2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计基基础础底底板板厚厚度度为为基基础础有有效效高高度度h0加加承承台台底底面面钢钢筋筋的的混混凝凝土土保保护层护层之和。有之和。有垫层时垫层时h=h0+40;无无垫层时垫层时，h=h0+70。Hohai UniversityHohai University2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai University4）基）基础础底板配筋底板配筋 应按国家标准应按国家标准混

26、凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GB50010-GB50010-20022002）有关规定计算。基础底板内受力钢筋面积可按）有关规定计算。基础底板内受力钢筋面积可按下式确定。下式确定。2.7 2.7 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-扩展基础设计扩展基础设计Hohai UniversityHohai University 地基基础与上部结构的共同作用地基基础与上部结构的共同作用共同作用的概念共同作用的概念 砌体结构的多层房屋由于地基不均匀沉降而产生开裂，砌体结构的多层房屋由于地基不均匀沉降而产生开裂，见下图。这说明上部结构、基础、地基三者不仅在二者的见下图。这说明上部结构、基础、地基三

27、者不仅在二者的接触面上保持静力平衡（例基础底面处基底压力与基底反接触面上保持静力平衡（例基础底面处基底压力与基底反力平衡），并且三者是相互联系成整体来承担荷载并发生力平衡），并且三者是相互联系成整体来承担荷载并发生变形。这时，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制变形。这时，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用。从而使整个体系的内力和变形（墙体产生斜拉约的作用。从而使整个体系的内力和变形（墙体产生斜拉裂缝）发生变化。因此，原则上应该以地基、基础、上部裂缝）发生变化。因此，原则上应该以地基、基础、上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前结构之间必须同时满足静力平衡和变形协

28、调两个条件为前提，揭示它们在外荷作用下相互制约，彼此影响的内在联提，揭示它们在外荷作用下相互制约，彼此影响的内在联系，达到经济、安全的设计目的。系，达到经济、安全的设计目的。2.12 2.12 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-共同作用共同作用Hohai UniversityHohai University地基与基础的相互作用地基与基础的相互作用 基基础础内力、基底反力的大小与分布以及地基内力、基底反力的大小与分布以及地基变变形不形不仅仅与地与地基的特性有关，基的特性有关，还还受基受基础础本身本身刚刚度及上部度及上部结结构构刚刚度所限。度所限。对对于柔性基于柔性基础础，基，基础础的抗弯的抗

29、弯刚刚度很小，基底反力的分布与度很小，基底反力的分布与作用在基作用在基础础上的荷上的荷载载分布完全一致，分布完全一致，挠挠度曲度曲线为线为中部大、中部大、边边缘缘小。小。如果要基如果要基础础底面的底面的挠挠度曲度曲线转变为线转变为沉降各点相同的直沉降各点相同的直线线，则则基基础础必必须须具有无限大的抗弯具有无限大的抗弯刚刚度，受荷后基度，受荷后基础础不不产产生生挠挠曲，曲，当基当基础顶础顶面承受的外荷面承受的外荷载载合力通合力通过过基底形心基底形心时时，基底的沉降，基底的沉降处处处处相等。此相等。此类类基基础础称称为刚为刚性基性基础础，即沉降后基，即沉降后基础础底面仍保底面仍保持平面。因此与持

30、平面。因此与刚刚性基性基础础相比，柔性基相比，柔性基础础，只有增大，只有增大边缘处边缘处的的变变形形值值，减小中部的，减小中部的变变形形值值，才可能达到沉降后基，才可能达到沉降后基础础底面底面保持平面的目的保持平面的目的 2.12 2.12 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-共同作用共同作用Hohai UniversityHohai University 而上部而上部结结构构刚刚度是指上部度是指上部结结构构对对基基础础不均匀沉降或弯曲的不均匀沉降或弯曲的抵抗能力，包括水平抵抗能力，包括水平刚刚度、度、竖竖向向刚刚度和弯曲度和弯曲刚刚度的度的综综合。合。上部上部结结构构刚刚度能大大改善基度能大大改善基础础的的纵纵向弯曲程度，同向弯曲程度，同时时能能引起引起结结构中的次构中的次应应力，力，严严重重时时可以可以导导致上部致上部结结构的破坏。构的破坏。上部上部结结构构为为完全柔性完全柔性时时，上部，上部结结构除了构除了传递传递荷荷载载外，外，对对基基础础的的变变形毫无制形毫无制约约作用，即上部作用，即上部结结构不参与相互作用。构不参与相互作用。2.12 2.12 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计-共同作用共同作用