土木工程专业基础工程2-6 钢筋混凝土扩展基础的设计与计算.ppt

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1、第二章第二章 天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础第一节第一节 概述概述第二节第二节 天然地基上浅基础的类型、构造天然地基上浅基础的类型、构造第三节第三节 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择第四节第四节 浅基础的地基承载力的确定浅基础的地基承载力的确定第五节第五节 刚性扩大基础的设计与计算刚性扩大基础的设计与计算第六节第六节 钢筋混凝土扩展基础的设计与计算钢筋混凝土扩展基础的设计与计算第六节第六节 钢筋混凝土扩展基础的设计与计算钢筋混凝土扩展基础的设计与计算 浅浅基基础础上上部部结结构构的的荷荷载载作作用用，还还受受到到地地基基反反力力的的作作用用，截截面面内内力力(弯弯矩矩、剪剪力力、扭扭

2、矩矩等等)是是二二者者共共同同作用的结果。作用的结果。1 1、刚刚性性基基础础：设设计计时时采采用用控控制制基基础础宽宽高高比比的的方方法法使使基基础础主主要要承承受受压压应应力力，并并保保证证基基础础内内产产生生的的拉拉应应力力和剪应力都不超过材料强度的设计值。和剪应力都不超过材料强度的设计值。2 2、扩扩展展基基础础：其其截截面面的的抗抗拉拉、抗抗剪剪强强度度较较高高，基基础础的的形形状状布布置置也也比比较较灵灵活活，截截面面设设计计验验算算的的内内容容主主要要包括包括基础底面尺寸基础底面尺寸、截面高度截面高度和和截面配筋截面配筋等。等。（1 1）基底面积基底面积通常根据地基承载力和对通常

3、根据地基承载力和对沉降及不均匀沉降的要求确定；沉降及不均匀沉降的要求确定；（2 2）基础高度基础高度由混凝土的抗剪切条件确由混凝土的抗剪切条件确定；定；（3 3）基础的）基础的受力钢筋受力钢筋则由基础验算截面则由基础验算截面的抗弯能力确定。的抗弯能力确定。地地基基土土压压力力或或地地基基反反力力在在用用于于不不同同的的计计算目的时其取值应有所区别，其中：算目的时其取值应有所区别，其中：（1 1）在在确确定定基基础础底底面面尺尺寸寸或或计计算算基基础础沉沉降降时时，应应考考虑虑设设计计地地面面以以下下基基础础及及其其上上覆覆土土重力的作用重力的作用；（2 2）在在进进行行基基础础截截面面设设计计

4、中中，应应采采用用地地基净反力基净反力计算。计算。基底反力的分布假设是基础内力计算的前基底反力的分布假设是基础内力计算的前提：提：（1 1）刚性基础、墙下条形基础和柱下独）刚性基础、墙下条形基础和柱下独立基础，地基反力通常采用直线分布。立基础，地基反力通常采用直线分布。（2 2）柱下条形基础和筏板基础等，当地）柱下条形基础和筏板基础等，当地基持力层土质均匀，上部结构刚度较好，各柱基持力层土质均匀，上部结构刚度较好，各柱距相差不大，柱荷载分布较均匀时，地基反力距相差不大，柱荷载分布较均匀时，地基反力可认为符合可认为符合直线分布直线分布，基础梁的内力可按简化，基础梁的内力可按简化的直线分布法计算。

5、当不满足上述条件时，宜的直线分布法计算。当不满足上述条件时，宜按按弹性地基梁法弹性地基梁法计算。计算。钢筋混凝土扩展基础结构设计钢筋混凝土扩展基础结构设计一、墙下钢筋混凝土条形基础一、墙下钢筋混凝土条形基础二、柱下钢筋混凝土独立基础二、柱下钢筋混凝土独立基础三、柱下条形基础结构设计三、柱下条形基础结构设计四、十字交叉条形基础结构设计四、十字交叉条形基础结构设计一、墙下钢筋混凝土条形基础一、墙下钢筋混凝土条形基础 1 1、设计方法、设计方法内内力力计计算算按按平平面面应应变变问问题题处处理理，在在长长度度方方向取单位长度计算。向取单位长度计算。基基础础底底面面尺尺寸寸根根据据地地基基承承载载力力

6、和和对对沉沉降降及及不不均均匀匀沉沉降降的的要要求求确确定定；基基础础高高度度由由混混凝凝土土的的抗抗剪剪切切条条件件确确定定；基基础础的的受受力力钢钢筋筋配配筋筋由由基基础础验算截面的验算截面的抗弯能力抗弯能力确定。确定。结构设计时，地基反力采用结构设计时，地基反力采用基底净反力基底净反力。2 2、构造要求、构造要求(1)(1)、梯梯形形截截面面边边缘缘高高度度，不不宜宜小小于于200mm200mm；梯梯形形坡坡度度i i1:31:3。当基础高度小于当基础高度小于250mm250mm时，可做成等厚度板。时，可做成等厚度板。(2)(2)、基础下的垫层厚度，宜为、基础下的垫层厚度，宜为l00mm

7、l00mm。(3)(3)、底底板板受受力力钢钢筋筋最最小小直直径径不不宜宜小小于于8mm8mm，间间距距不不宜宜大大于于200mm200mm和和小小于于l00mml00mm，当当有有垫垫层层时时，混混凝凝土土的的保保护护层层净净厚厚度度不不宜宜小小于于35mm35mm，无无垫垫层层时时不不宜宜小小于于70mm70mm。对对于于纵纵向向分布钢筋，可采用直径分布钢筋，可采用直径6 68mm8mm，间距间距250250300mm300mm。(4)(4)、混凝土强度等级不宜低于混凝土强度等级不宜低于C15C15。(5)(5)、当当地地基基软软弱弱时时，基基础础截截面面可可采采用用带带肋肋梁梁的的板板，

8、肋肋梁的纵向钢筋和箍筋可按经验确定。梁的纵向钢筋和箍筋可按经验确定。前一节前一节基础的有效高度由混凝土的抗剪条件确定：基础的有效高度由混凝土的抗剪条件确定：二、柱下钢筋混凝土独立基础二、柱下钢筋混凝土独立基础 1 1、设计方法、设计方法 先先由由地地基基承承载载力力确确定定基基础础的的底底面面尺尺寸寸，然然后后再再进进行行基基础础截截面面的的设设计计验验算算。基基础础截截面面的的设设计计验验算算内内容容主主要要包包括括基基础础截截面面的的抗抗冲冲切切验验算算和和抗抗弯弯验验算算，由由抗抗冲冲切切验验算算确确定定基基础础的的合合适适高高度度，由由抗抗弯弯验算确定基础底板的双向配筋。验算确定基础底

9、板的双向配筋。2 2、构造要求、构造要求 满足墙下钢筋砼条形基础的一般要求外，尚应满满足墙下钢筋砼条形基础的一般要求外，尚应满足如下要求：足如下要求：(1)(1)、长边与短边比值，一般取、长边与短边比值，一般取l l1.51.5。(2)(2)、阶梯形基础每阶高度一般为、阶梯形基础每阶高度一般为300300500mm500mm。300mmH(300mmH(基础总高度基础总高度)900mm)H 900mm900mm时，宜分为三级采用锥形基础时，其顶部每边时，宜分为三级采用锥形基础时，其顶部每边应沿柱边放出应沿柱边放出50mm50mm。(3)(3)、对对于于现现浇浇柱柱基基础础，如如基基础础与与柱柱

10、不不同同时时浇浇注注，则则柱柱内内的的纵纵向向钢钢筋筋可可通通过过插插筋筋锚锚入入基基础础中中，插插筋筋的的根根数数和和直直径径应应与与柱柱内内纵纵向向钢钢筋筋相相同同。当当基基础础高高度度H900mmH H 900mm900mm时时，将将柱柱截截面面四四角角的的钢钢筋筋伸伸到到基基底底钢钢筋筋网网上上面面，端端部部弯弯直直钩钩，其其余余钢钢筋筋按按锚锚固固长度长度确定。确定。(4)(4)、柱柱下下钢钢筋筋混混凝凝土土单单独独基基础础的的受受力力钢钢筋筋应应双双向配筋。向配筋。3 3、设计计算步骤、设计计算步骤 （1 1）、基础高度的确定）、基础高度的确定 基础高度由柱边基础高度由柱边抗冲切破

11、坏抗冲切破坏的要求确定。的要求确定。抗冲切验算原则：基础可能冲切面以外地基抗冲切验算原则：基础可能冲切面以外地基净反力产生的冲切力应小于基础可能冲切面（即净反力产生的冲切力应小于基础可能冲切面（即冲切角锥体）上的混凝土抗冲切力。冲切角锥体）上的混凝土抗冲切力。以矩形底面基础为例，受冲切承载力可按下以矩形底面基础为例，受冲切承载力可按下列公式计算：列公式计算：(2)(2)、基础配筋计算、基础配筋计算 在在轴轴心心荷荷载载或或单单向向偏偏心心荷荷载载作作用用下下，对对于于矩矩形形基基础础，当当台台阶阶的的宽宽高高比比小小于于或或等等于于2.52.5和和偏偏心心距距小小于于或或等等于于l/6l/6基

12、基础础宽宽度度时时任任意意截截面面和和的的弯弯矩矩可可按按下式计算。下式计算。柱柱下下单单独独基基础础的的配配筋筋设设计计控控制制截截面面是是柱柱边边或或阶阶梯梯形形基基础础的的变变阶阶处处，由由以以上上公公式式求求出出相相应应的的控控制制截截面面弯弯矩矩值值，底底板板长长边边方方向向和和短短边边方方向向的的受受力力钢钢筋筋面积面积 和和 可按下式确定。可按下式确定。三、柱下条形基础结构设计三、柱下条形基础结构设计 1 1、基础底面尺寸确定、基础底面尺寸确定 按按构构造造要要求求确确定定基基础础长长度度，然然后后按按承承载载力力要要求求确确定基础宽度。具体情况有两种：中心受荷、偏心受荷。定基础

13、宽度。具体情况有两种：中心受荷、偏心受荷。2 2、翼板的计算、翼板的计算 翼翼板板可可视视为为悬悬臂臂于于肋肋梁梁两两侧侧，计计算算方方法法同同墙墙下下条条形基础。形基础。3 3、基础梁纵向内力计算、基础梁纵向内力计算 1 1）、直直线线分分布布法法（满满足足静静力力平平衡衡条条件件，不不满满足变形协调条件）足变形协调条件）在在比比较较均均匀匀的的地地基基上上，上上部部结结构构刚刚度度较较好好，荷荷载载分分布布较较均均匀匀，且且条条形形基基础础的的高高度度不不小小于于1/61/6柱柱距距时时，地地基基反反力力可可按按直直线线分分布布，基基础础梁梁的的内内力力可可按按连连续续梁梁计计算算。具具体

14、体的的计计算算方方法法有有：静静定定分分析析法法和和倒梁法倒梁法。（1 1）静定分析法）静定分析法 原原理理：假假定定基基底底反反力力呈呈线线性性分分布布，求求得得基基底底净净反反力力，根根据据静静力力平平衡衡条条件件得得到到基基础础长长度度方方向向的的剪剪力力图图和和弯弯矩矩图图，依依此此进进行行肋肋梁梁的的抗抗剪剪计计算与配筋。算与配筋。适适用用条条件件：上上部部为为柔柔性性结结构构、且且基基础础自自身身刚度较大的条形基础以及联合基础。刚度较大的条形基础以及联合基础。结果：结果：不利截面上的弯矩绝对值一般偏大。不利截面上的弯矩绝对值一般偏大。（2 2）倒梁法（满足静力平衡条件，不满足变形协

15、）倒梁法（满足静力平衡条件，不满足变形协调条件）调条件）原理：原理：以柱脚为条形基础的固定铰支座，将基础梁以柱脚为条形基础的固定铰支座，将基础梁视作倒置的多跨连续梁，以地基净反力及柱脚处的视作倒置的多跨连续梁，以地基净反力及柱脚处的弯矩当作基础梁上的荷载，用弯矩分配法或弯矩系弯矩当作基础梁上的荷载，用弯矩分配法或弯矩系数法计算其内力。数法计算其内力。适用条件：适用条件：上部结构刚度很大，各柱之间沉降差异上部结构刚度很大，各柱之间沉降差异很小的情况。很小的情况。结果：结果：忽略了基础的整体弯曲，不利截面上的弯矩忽略了基础的整体弯曲，不利截面上的弯矩绝对值一般偏小。绝对值一般偏小。支座反力支座反力

16、RiRi和柱子的竖向荷载和柱子的竖向荷载FiFi不相等，应通过不相等，应通过“基底反力局部调整法基底反力局部调整法”来消除这种不平衡力。不平衡力来消除这种不平衡力。不平衡力 将其均匀分布在本支座两侧各将其均匀分布在本支座两侧各1/31/3跨度范围内，求跨度范围内，求解调整荷载引起的内力和支座反力，与前次计算的内力解调整荷载引起的内力和支座反力，与前次计算的内力叠加，如此反复，直到支座反力接近柱荷载为止。（不叠加，如此反复，直到支座反力接近柱荷载为止。（不平衡力不超过荷载的平衡力不超过荷载的20%20%）2 2）、弹弹性性地地基基梁梁法法（满满足足静静力力平平衡衡条条件件和和变形协调条件）变形协

17、调条件）原原理理：将将条条形形基基础础视视为为地地基基上上的的梁梁，考考虑虑基基础础与与地地基基的的相相互互作作用用，对对梁梁进进行行解解答答。根根据据地地基基模模型型的的不不同同主主要要有有：基基床床系系数数法法（文文克克勒勒地地基基模模型型）和和半半无无限限弹弹性性体体法法（弹弹性性半半空空间间地地基基模模型型）。具体求解时可用。具体求解时可用解析法解析法和和数值法数值法。下面重点介绍文克勒地基上梁的解析解答。下面重点介绍文克勒地基上梁的解析解答。图图3-13-1表示外荷作用下文克勒地基上等截面梁在位于梁表示外荷作用下文克勒地基上等截面梁在位于梁主平面内的挠曲曲线及梁元素。梁底反力为主平面

18、内的挠曲曲线及梁元素。梁底反力为 （kPakPa），），梁宽为梁宽为 （m m），梁底反力沿长度方向的分布为），梁底反力沿长度方向的分布为（kN/mkN/m），梁和地基的竖向位移为），梁和地基的竖向位移为 ，取微段梁元素，取微段梁元素 ，根据竖向静力平衡可得：，根据竖向静力平衡可得：将将 代入得代入得 将将 代入得代入得 根据文克勒假定根据文克勒假定 ，根据变形协调条件，根据变形协调条件 可得可得 ，代入得，代入得 （3-33-3）令令 ，为特征长度，值愈大，梁相对刚度愈为特征长度，值愈大，梁相对刚度愈大。先考虑梁上无荷载的情况，可得大。先考虑梁上无荷载的情况，可得 （3-43-4）其通解为其

19、通解为 由由可得内力值。待定常数可由荷载情况和边界条件确定。可得内力值。待定常数可由荷载情况和边界条件确定。1 1、集中荷载下的无限长梁、集中荷载下的无限长梁 边界条件：边界条件：由边界条件可得积分常数，则有：由边界条件可得积分常数，则有：由图形可得，由图形可得，在实用中可将弹性地基梁分为三类：在实用中可将弹性地基梁分为三类：2 2、力偶作用下的无限长梁、力偶作用下的无限长梁 边界条件：边界条件：由边界条件可得积分常数，则有：由边界条件可得积分常数，则有：3 3、集中荷载作用下的半无限长梁、集中荷载作用下的半无限长梁 边界条件：边界条件：由边界条件可得积分常数，则有：由边界条件可得积分常数，则

20、有：4 4、力偶作用下的半无限长梁、力偶作用下的半无限长梁 边界条件：边界条件：由边界条件可得积由边界条件可得积分常数，则有：分常数，则有：5 5、有限长梁、有限长梁 采用采用叠加法叠加法求解：求解：设设想想将将A A、B B两两端端向向外外无无限限延延长长形形成成无无限限长长梁梁（梁梁），该该 无无 限限 长长 梁梁 在在 已已 知知 荷荷 载载 作作 用用 下下 在在 A A、B B截截 面面 产产 生生 ，可可 在在 梁梁 的的 A A、B B两两 点点 外外 侧侧 分分 别别 加加 上上 一一 对对 集集 中中 荷荷 载载 并并 使使 其其 在在 A A、B B两两 截截 面面 产产

21、生生 的的 弯弯 矩矩 和和 剪剪 力力 分分 别别 等等 于于 （梁（梁）。然后按）。然后按无限长梁来计算任意截面的内力。无限长梁来计算任意截面的内力。6 6、短梁、短梁 短短梁梁的的相相对对刚刚度度很很大大，其其挠挠度度很很小小，可可忽忽略略不不计计，一一般般假假设设基基底底反反力力按按直直线线分分布布，按按静静力力平平衡衡条条件件求求得得截截面面弯弯矩与剪力。矩与剪力。四、十字交叉条形基础结构设计四、十字交叉条形基础结构设计 十字交叉条形基础可视为十字交叉条形基础可视为双向的柱下条形基础双向的柱下条形基础，其每个方向的条形基础构造与计算和前面所讲的条其每个方向的条形基础构造与计算和前面所

22、讲的条形基础相同。所不同的只在于柱形基础相同。所不同的只在于柱传递的竖向荷载传递的竖向荷载由由两个方向的条形基础承担，故需在两个方向上分配，两个方向的条形基础承担，故需在两个方向上分配，而而传递的弯矩传递的弯矩则直接加于相应方向的基础梁上，不则直接加于相应方向的基础梁上，不必再做分配。必再做分配。竖向荷载分配原则：竖向荷载分配原则：（1 1）满满足足静静力力平平衡衡条条件件，各各节节点点分分配配在在纵纵、横横基基础础梁梁上上的的荷荷载载之之和和，应应等等于于作作用用在在该该节节点点上上的荷载；的荷载；（2 2）满满足足变变形形协协调调条条件件，纵纵、横横基基础础梁梁在在交叉节点上的位移相等。交

23、叉节点上的位移相等。严严格格按按以以上上原原则则进进行行荷荷载载分分配配显显然然很很复复杂杂，实实用用计计算算中中，一一般般采采用用文文克克勒勒地地基基模模型型，略略去去其其它节点的荷载对本节点挠度的影响。它节点的荷载对本节点挠度的影响。1 1、节点荷载的初步分配、节点荷载的初步分配 节点分为三种：节点分为三种：中柱节点中柱节点：两个方向均为无限长梁；：两个方向均为无限长梁；边柱节点边柱节点：一个方向为无限长梁，另一方：一个方向为无限长梁，另一方向为半无限长梁；向为半无限长梁；角柱节点角柱节点：两个方向均为半无限长梁。：两个方向均为半无限长梁。（1 1）中柱节点）中柱节点（2 2）边柱节点）边

24、柱节点 对于边柱有伸出悬臂的情对于边柱有伸出悬臂的情况，可取悬臂长度况，可取悬臂长度 ，荷载分，荷载分配调整为下式：配调整为下式：（3 3）角柱节点）角柱节点 当角柱节点有一个方向伸出当角柱节点有一个方向伸出悬臂时，可取悬臂长度悬臂时，可取悬臂长度 ，荷载分，荷载分配调整为下式：配调整为下式：2 2、节点荷载的调整、节点荷载的调整 初步分配时，交叉处基底面积重复计算了一初步分配时，交叉处基底面积重复计算了一次，结果使地基反力减小，使计算结果偏于不安次，结果使地基反力减小，使计算结果偏于不安全，故还需进行调整。全，故还需进行调整。调整前的地基平均反力调整前的地基平均反力地基反力增量地基反力增量 将地基反力增量按节点分配荷载和节点荷将地基反力增量按节点分配荷载和节点荷载的比例折算成分配荷载增量载的比例折算成分配荷载增量 调整后节点荷载的分配荷载分别为调整后节点荷载的分配荷载分别为