基础工程学基础工程学－浅基础设计.pptx

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1、1/70概 述与地基基础有关的几个基本概念与地基基础有关的几个基本概念l 地基：直接承托建筑物的场地土层。地基：直接承托建筑物的场地土层。l 天然地基：不加处理直接用作建筑物地基的天然土层。天然地基：不加处理直接用作建筑物地基的天然土层。l 人工地基：经过地基处理后才满足建筑物地基要求的土人工地基：经过地基处理后才满足建筑物地基要求的土层。层。l 基础：建筑物在地面以下的结构部分。基础：建筑物在地面以下的结构部分。l 持力层：直接与基础底面接触的土层。持力层：直接与基础底面接触的土层。l 下卧层：持力层以下的其它土层。下卧层：持力层以下的其它土层。l 浅基础：天然地基上，基础埋置深度小于浅基础

2、：天然地基上，基础埋置深度小于5m5m的一般基础的一般基础 (柱基或墙基柱基或墙基)以及埋置深度超过以及埋置深度超过5m5m，但小于基础宽度的大，但小于基础宽度的大尺寸的基础尺寸的基础(如箱形基础如箱形基础)。第1页/共74页2/70概 述选择基础类型，主要考虑两个因素：选择基础类型，主要考虑两个因素：建筑物性质：包括它的用途、重要性、结构型式、荷载大小建筑物性质：包括它的用途、重要性、结构型式、荷载大小和性质等；和性质等；地基的地质条件：包括土层的分布、土的性质和地下水等方地基的地质条件：包括土层的分布、土的性质和地下水等方面。面。第2页/共74页3/70概 述地基基础的设计等级地基基础的设

3、计等级 GB500072011建筑地基基础设计规范根据地基复杂程度、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影响正常使用的程度，将地基基础设计划分为三个设计等级。第3页/共74页4/70天然地基上的浅基础设计天然地基上的浅基础设计 应根据地基基础设计等级，考虑长期荷载作用应根据地基基础设计等级，考虑长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，并符合：下地基变形对上部结构的影响程度，并符合：地基计算满足承载力要求；地基计算满足承载力要求；应考虑地基变形对上部结构的影响和程度；应考虑地基变形对上部结构的影响和程度；对受水平荷载的高层建筑、高耸结构和挡土墙，以及斜坡或附近的建筑物，

4、对受水平荷载的高层建筑、高耸结构和挡土墙，以及斜坡或附近的建筑物，应验算稳定性；应验算稳定性；概概 述述设计规定设计规定第4页/共74页5/70概 述设计规定设计规定 地基基础设计时,所采用的作用效应与相应的抗力限值应按下列规定：l l 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应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合；正常使用极限状态下荷载效应的标准组合；l l 计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合载效

5、应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用；不应计入风荷载和地震作用；l l 验算地基稳定性时，传至基础底面上的荷载效应应按验算地基稳定性时，传至基础底面上的荷载效应应按承载能力极限状态下承载能力极限状态下荷载效应的基本组合荷载效应的基本组合，但其分项系数均为，但其分项系数均为1.01.0；l 确定基础高度、内力和验算材料强度时，传至基础底面上的荷载效应应按确定基础高度、内力和验算材料强度时，传至基础底面上的荷载效应应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合值，采用相应的分项系数承载力极限状态下荷载效应的基本组合值，采用相应的分项系数。第5页/共74页6/70概 述天然地基上浅基础设计内容和步骤：天

6、然地基上浅基础设计内容和步骤：l选择基础的材料、结构形式，确定平面布置；选择基础的材料、结构形式，确定平面布置；l选择基础的埋置深度，即确定地基持力层；选择基础的埋置深度，即确定地基持力层；l确定地基承载力；确定地基承载力；l根据作用在基础上的荷载和地基承载力，初步计算基础的根据作用在基础上的荷载和地基承载力，初步计算基础的底面尺寸；底面尺寸；l根据基础底面上的荷载效应进行相应的地基变形验算，根根据基础底面上的荷载效应进行相应的地基变形验算，根据验算结果修改基础尺寸；据验算结果修改基础尺寸；l必要时进行稳定性验算；必要时进行稳定性验算；l基础剖面和结构设计；基础剖面和结构设计；l绘制基础施工图

7、，编制施工技术说明；绘制基础施工图，编制施工技术说明；第6页/共74页7/70按材料分：砖基础灰土基础三合土基础砌石基础混凝土基础或毛石混凝土基础钢筋混凝土基础等浅基础的类型和基础材料浅基础的类型和基础材料第7页/共74页8/70浅基础的类型和基础材料扩展基础扩展基础连续基础连续基础墙下条形基础墙下条形基础柱下独立基础柱下独立基础柱下条形基础柱下条形基础筏板和箱形基础筏板和箱形基础十字交叉条形基础十字交叉条形基础按基础构造和结构形式分：钢筋混凝土扩展基础钢筋混凝土扩展基础 柔性刚性无筋扩展基础无筋扩展基础基础构造有无钢筋第8页/共74页9/70基基础础埋埋在在土土中中、经经常常受受潮潮，容容易

8、易受受侵侵蚀蚀，而而且且它它是是建建筑筑物物的的隐隐蔽蔽部部分分，破破坏坏了了不不容容易易发发现现，也也不不容容易易修修复复，所所以以必必须须保保证证基基础础的的材材料料有有足足够的强度。够的强度。1.1.砖砖 基基础础所所用用的的砖砖和和砂砂浆浆的的标标号号，根根据据地地基基土土的的潮潮湿湿程程度度和和地地区区的的寒寒冷冷程程度度而而有有不不同同的的要要求求。此此外外，用用石石灰灰及及砂砂所所制制成成的的灰灰砂砂砖砖和和其其他他轻质砖均不得用于基础。轻质砖均不得用于基础。分等高砌法等高砌法和二一间隔砌法二一间隔砌法。2.2.石石料料 料料石石(经经过过加加工工，形形状状规规则则的的石石块块)

9、、毛毛石石和和大大漂漂石石有有相相当当高的强度和抗冻性，是基础的良好材料。高的强度和抗冻性，是基础的良好材料。3.3.混混凝凝土土 混混凝凝土土的的耐耐久久性性、抗抗冻冻性性和和强强度度都都比比砖砖好好，且且便便于于机机械械化化施施工工和和预预制制，可可建建造造比比砖砖和和砌砌石石有有较较大大的的刚刚性性角角的的基基础础。因因此此，同同样样的的基基础础宽宽度度，用用混混凝凝土土时时，基基础础的的高高度度可可以以小小一一些些。但但是是混混凝凝土土基基础础造造价价稍稍高高，耗耗水水泥泥量量较较大大，较较多多用用于于地地下下水水位位以以下下的的基基础础及及垫垫层层。标标号号一一般般采采用用C7.5-

10、C10C7.5-C10。为为节节约约水水泥泥用用量量，可可以以在在混混凝凝上上中中掺掺入入2020-30-30毛毛石，称为毛石混凝土。石，称为毛石混凝土。浅基础的类型和基础材料浅基础的类型和基础材料基础材料基础材料第9页/共74页10/704.4.灰灰土土 我我国国在在10001000多多年年以以前前就就采采用用灰灰土土作作为为基基础础垫垫层层，效效果果很很好好。基基础础砌砌体体下下部部受受力力不不大大时时，也也可可以以利利用用灰灰土土代代替替砖砖、石石或或混混凝凝土土。作作为为基基础础材材料料用用的的灰灰土土，一一般般为为三三七七灰灰土土，即即用用三三分分石石灰灰和和七七分分粘粘性性土土(休

11、休积积比比)拌拌匀匀后后分分层层夯夯实实。若若在在灰灰土土中中加加入入适适量量的的水水泥泥，可可以以有有更更高高的的强强度和抗水性。度和抗水性。5.5.三三合合土土基基础础 以以石石灰灰、砂砂、碎碎砖砖或或碎碎石石等等为为骨骨料料按按体体积积比比1 1：2 2：4 4或或1 1：3 3：6 6（石石灰灰：砂砂：骨骨料料）加加适适量量水水拌拌和和，均均匀匀铺铺设设基基槽槽并并压压实实而而成成。三三合合土土强强度度和和所所选选骨骨料料有有关关，矿矿渣渣具具水水硬硬性性，最最为为理理想想；碎碎砖砖次次之之；碎石和卵石因不易夯实，质量较差。碎石和卵石因不易夯实，质量较差。6.6.钢钢筋筋混混凝凝土土

12、钢钢筋筋混混凝凝土土具具有有较较强强的的抗抗弯弯、抗抗剪剪能能力力，是是质质量量很很好好的的基基础础材材料料。用用于于荷荷载载大大、土土质质软软弱弱的的情情况况或或地地下下水水位位以以下下的的扩扩展展基基础础、筏筏形形基基础础、箱箱形形基基础础和和壳壳体体基基础础。对对于于一一般般的的钢钢筋筋混混凝凝土土基基础础，混混凝土的标号应不低于凝土的标号应不低于C15C15。壳体基础的混凝土标号应不低于。壳体基础的混凝土标号应不低于C20C20。浅基础的类型和基础材料浅基础的类型和基础材料基础材料基础材料第10页/共74页11/70浅基础的类型和基础材料浅基础的结构类型浅基础的结构类型一一.单独基础单

13、独基础:柱的基础一般都是单独基础。柱的基础一般都是单独基础。二二.条形基础条形基础:墙的基础通常是连续设置成长条形，称之条形基础。墙的基础通常是连续设置成长条形，称之条形基础。基础的作用就是把建筑物的荷载安全可靠地传给地基，保证地基不会发生强度破坏或者产生过大变形，同时还要充分发挥地基的承载能力；因此，基础的结构类型必须根据建筑物的特点(结构型式、荷载性质和大小等)和地基土层的情况来选定，浅基础的基本结构类型分下列四种：第11页/共74页12/70浅基础的类型和基础材料一一.单独基础单独基础:柱的基础一般都是单独基础。柱的基础一般都是单独基础。二二.条形基础条形基础:墙的基础通常是连续设置成长

14、条形，称之条形基础。墙的基础通常是连续设置成长条形，称之条形基础。如果柱子的荷载较大而土层的承载能力又较低，做单独基础需要很大的面积，在这种情况也可采用柱下条形基础柱下条形基础，甚至柱下的交叉梁基础交叉梁基础。相反，当建筑物较轻，作用于墙上的荷载不大，基础又需要做在较深处的好土层上时，做条形基础可能不经济，这时可以在墙下加一根过梁，将过梁支在单独基础上，称为墙下单墙下单独基础独基础。第12页/共74页13/70浅基础的类型和基础材料浅基础的结构类型浅基础的结构类型三三.筏形基础和箱形基础筏形基础和箱形基础:当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，用单独基

15、础或条形基础都不能满足地基承载力的要求时，或者地下水位常用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力的要求时，或者地下水位常年在地下室的地坪以上，为了防止地下水渗入室内时，往往需要把整个房年在地下室的地坪以上，为了防止地下水渗入室内时，往往需要把整个房屋底面屋底面(或地下室部分或地下室部分)做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础、做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础、称为称为筏形基础筏形基础。为了增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑物。为了增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑物往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一个整体往往把地下室的底板、顶板、侧墙及

16、一定数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为箱形基础箱形基础。基础的作用就是把建筑物的荷载安全可靠地传给地基，保证地基不会发生强度破坏或者产生过大变形，同时还要充分发挥地基的承载能力；因此，基础的结构类型必须根据建筑物的持点(结构型式荷载性质和大小等)和地基土层的情况来选定，浅基础的基本结构类型分下列四种：第13页/共74页14/70浅基础的类型和基础材料浅基础的结构类型浅基础的结构类型四四.壳体基础壳体基础:为改善基础的受力性能，而做成各种形式的壳体，称为壳体为改善基础的受力性能，而做成各种形式的壳体，称为壳体基础。壳体结构内主要是轴向

17、压力，可以充分发挥钢筋和混凝土材料的受力基础。壳体结构内主要是轴向压力，可以充分发挥钢筋和混凝土材料的受力特点，具有节省材料、降低造价、加快施工速度等优点。高耸建筑物，如烟特点，具有节省材料、降低造价、加快施工速度等优点。高耸建筑物，如烟囱、水塔、电视塔等基础常做成壳体基础。囱、水塔、电视塔等基础常做成壳体基础。基础的作用就是把建筑物的荷载安全可靠地传给地基，保证地基不会发生强度破坏或者产生过大变形，同时还要充分发挥地基的承载能力；因此，基础的结构类型必须根据建筑物的持点(结构型式荷载性质和大小等)和地基土层的情况来选定，浅基础基础的基本结构类型分下列四种：第14页/共74页15/70 基础底

18、面埋在地面基础底面埋在地面(一般指设计地面一般指设计地面)下的深度，称为下的深度，称为基础的埋置深度基础的埋置深度。为了保证基础安全，同时减少基础的尺寸，要尽量把基础放在良好的土层上。为了保证基础安全，同时减少基础的尺寸，要尽量把基础放在良好的土层上。但是基础埋置过深不但施工不方便，并且提高基础的造价。但是基础埋置过深不但施工不方便，并且提高基础的造价。影响基础埋置深度的因素很多，其中最主要的有以下几方面：影响基础埋置深度的因素很多，其中最主要的有以下几方面：1 1、建筑物的功能和基础的构造要求建筑物的功能和基础的构造要求 基础的埋置深度首先决定于建筑物或构筑物的功能要求。如有地下室，基础的埋

19、置深度首先决定于建筑物或构筑物的功能要求。如有地下室，则要适应则要适应 增加埋深提供必要的地下空间。对一些对沉降要求严格的，需要调整增加埋深提供必要的地下空间。对一些对沉降要求严格的，需要调整埋深达到控制沉降目的。对超静定结构，小位移可引起结构大的内力，需埋在埋深达到控制沉降目的。对超静定结构，小位移可引起结构大的内力，需埋在较好的土层上。如荷重不均匀分布可能引起不均匀沉降，可采用不同的埋深。较好的土层上。如荷重不均匀分布可能引起不均匀沉降，可采用不同的埋深。合理的埋置深度合理的埋置深度选择原则选择原则：在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋。但不应浅于：在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋。但不应浅于

20、0.5m0.5m，因为表土一般都松软，易受雨水及外界影响，不宜作为基础的持力层；，因为表土一般都松软，易受雨水及外界影响，不宜作为基础的持力层；基础顶面应低于设计地面基础顶面应低于设计地面0.1m0.1m以上以上,避免基础外露，遭受外界的破坏；基础底面避免基础外露，遭受外界的破坏；基础底面应低于所在土层顶面以下不少于应低于所在土层顶面以下不少于0.1m.0.1m.地基设计地基设计一一.基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择第15页/共74页16/702、工程地质和水文地质条件、工程地质和水文地质条件直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称为下卧层。为了保证直接支承基础的土层称为持力层，其下的

21、各土层称为下卧层。为了保证建建筑筑物物的的安安全全必必须须根根据据荷荷载载的的大大小小和和性性质质给给基基础础选选择择可可靠靠的的持持力力层层。上上层层土土的的承载力大于下层土时，尽可能取上层土作为持力层，以减少基础的埋深。承载力大于下层土时，尽可能取上层土作为持力层，以减少基础的埋深。当当上上层层土土的的承承载载力力低低于于下下层层土土时时，如如果果取取下下层层土土为为持持力力层层，所所需需的的基基础础底底面面积积较较小小、但但基基础础埋埋深深较较大大，若若取取上上层层土土为为持持力力层层，情情况况则则相相反反。哪哪一一种种方方案案较较好好，要要从从施施工工难难易易、材材料料用用量量等等方方

22、面面作作方方案案比比较较后后才才能能肯肯定定。当当基基础础存存在在软软弱下卧层时，基础宜尽量浅埋，以便加大基底至软弱层的距离。弱下卧层时，基础宜尽量浅埋，以便加大基底至软弱层的距离。基础应尽量埋置在地下水位以上，基础应尽量埋置在地下水位以上，避避免免施施工工时时要要进进行行基基槽槽排排水水。如如果果地地基基中中有有承承压压水水存存在在，则则要要校校核核开开挖挖基基槽槽后后，承承压压水水层层以以上上的的基基底底隔隔水水层层是是否否会会因因承承压压水水力力的的浮浮托托作作用用而而发发生生流流土土破破坏坏的的危危险险。要要考虑地下水对基础材料的腐蚀作用。考虑地下水对基础材料的腐蚀作用。第16页/共7

23、4页17/703.地基基础的稳定性要求地基基础的稳定性要求基础还具有抵抗水平荷载的能力。基础埋深大时，侧向土压力对基础及上部基础还具有抵抗水平荷载的能力。基础埋深大时，侧向土压力对基础及上部结构的抗倾覆作用是明显的。因此，对竖向荷载大，且可能遭遇较大水平荷载结构的抗倾覆作用是明显的。因此，对竖向荷载大，且可能遭遇较大水平荷载作用时，确定埋深时应考虑整体稳定性要求。作用时，确定埋深时应考虑整体稳定性要求。建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范2011规规定，除岩石地基外，箱形和筏形基础埋深不小于建筑高度的定，除岩石地基外，箱形和筏形基础埋深不小于建筑高度的1/15.位于稳定边坡坡顶上的建筑物，

24、应综合考虑基础类型、底面尺寸、基础与坡顶位于稳定边坡坡顶上的建筑物，应综合考虑基础类型、底面尺寸、基础与坡顶间的水平距离等因素。对条形或矩形基础，埋深应按下式确定：间的水平距离等因素。对条形或矩形基础，埋深应按下式确定：条形基础：条形基础：矩形基础：矩形基础：第17页/共74页18/704 4、场地环境条件、场地环境条件如如果果与与邻邻近近建建筑筑物物的的距距离离很很近近时时，为为保保证证相相邻邻原原有有建建筑筑物物的的安安全全和和正正常常使使用用。基基础础理理设设深深度度宜宜浅浅于于或或等等于于相相邻邻建建筑筑物物的的埋埋置置深深度度。如如果果基基础础深深于于原原有有建建筑筑物物基基础础时时

25、，要要使使二二基基础础之之间间保保持持一一定定距距离离，其其净净距距L L一一般般为为相相邻邻两两基基础础底底面面高高差差 H H的的1-21-2倍倍。以以免免开开挖挖基基坑坑时时，坑坑壁壁塌塌落落，影影响响原原有有建建筑筑物物地地基基的的稳稳定定。如如不不能能满满足足这这一一要要求求时时，应应采采取取施施工工措措施施，如如分分段段施施工工、设设临临时加固支撑或板桩支撑等。时加固支撑或板桩支撑等。对对荷荷载载较较大大的的高高层层建建筑筑和和对对不不均均匀匀沉沉降降要要求求严严格格的的建建筑筑物物设设计计中中，为为减减少少沉沉降降，取取得得较较大大的的承承载载力力，需需把把基基础础埋埋置置在在较

26、较深深的的良良好好土土层层上上。此此外外，承承受受水水平平荷荷载载较较大大的的基基础础，应应有有足足够够大大的的埋埋置置深深度度，以以保保证证地地基基的稳定性。的稳定性。第18页/共74页19/705 5、地基冻胀和融陷条件、地基冻胀和融陷条件 地地下下一一定定范范围围内内，土土层层的的温温度度随随气气候候而而变变化化，在在寒寒冷冷地地区区，冬冬季季地地表表附附近近土土层层中中，水水因因温温度度降降低低而而冻冻结结。土土冻冻结结后后，含含水水量量增增加加，体体积积膨膨胀胀，地地面面隆隆起起这这种种现现象象称称为为土土的的冻冻胀胀现现象象。春春季季气气温温回回升升土土层层解解冻冻，冻冻土土层层体

27、体积积缩缩小小，而而含含水水量量显显著著增增加加，土土的的强强度度大大幅幅度度下下降降而而产产生生融融陷陷现现象象。冻冻胀胀和和融融陷陷都都是是不不均均匀匀的的。如如果果基基底底下下面面有有冻冻土土层层，就就将将产产生生难难以以预预估估的的冻冻胀胀和和融融陷陷变变形形，影影响响建建筑筑物物的的正正常常使使用用，甚甚至至导导致建筑物破坏。致建筑物破坏。对对于于埋埋置置于于可可冻冻胀胀土土中中的的基基础础，其其最最小小埋埋深深d dminmin应由下式确定应由下式确定式式中中 z zd d(设设计计冻冻深深)，h hmaxmax(基基底底下下允允许许残残留留冻冻土层的最大厚度土层的最大厚度)。建建

28、筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范规规定定对对于于冻冻胀地基上的建筑物应采取防冻害措施。胀地基上的建筑物应采取防冻害措施。第19页/共74页20/70 地基承载力是指地基土单位面积上承受荷载的能力。这里所谓的能力是指地基土体在荷载作用下保证强度和稳定，地基不产生过大沉降或不均匀沉降。地基承载力确定方法：1按现场载荷试验或其它原位试验确定确定地基承载力2.按地基土的强度理论确定地基承载力。3按经验方法确定地基承载力 地基设计地基设计二二.地基承载力的确定地基承载力的确定第20页/共74页21/7021 21 1 1 按地基载荷试验确定按地基载荷试验确定载荷试验示意图（堆载）载荷试验示意图（堆载

29、）规范规定甲级甲级必须进行 该法优点：成果可靠 该法缺点：费时、耗资第21页/共74页22/7022 22 1 按地基载荷试验确定按地基载荷试验确定螺旋板载荷试验是将一螺旋形的承压板用人力或机械旋入地面以下的预定深度，通过传力杆向螺旋形承压板施加压力，测定承压板的下沉量。第22页/共74页23/7023 23 同一土层参加统计的试验点不应少于三点，极差不超过平均值的30%，取该平均值作为地基承载力特征值fakn np-sp-s线有明显比例界限时线有明显比例界限时(密砂、硬土密砂、硬土)f fakak=p=p1 1 n n极限荷载能确定，且极限荷载能确定，且p pu u 2.02.0p p1 1

30、时时,取取f fakak=0.50.5p pu u n n当不能按上述两点确定当不能按上述两点确定(中、高压缩性土的缓变中、高压缩性土的缓变型曲线型曲线)，取，取s s/b b=0.01=0.010.0150.015时对应荷载作为时对应荷载作为f fakak1 1 按地基载荷试验确定按地基载荷试验确定按载荷试验确定地基承载力按载荷试验确定地基承载力 (a)(a)低压缩性土；（低压缩性土；（b b）高压缩性土）高压缩性土 第23页/共74页24/7024 24 基底基底压力一般形式：力一般形式：nGB50007(建规)推荐的公式(P1/4)条件：荷载偏心距e0。若考虑地震组合，则允许基础底面可以

31、局部与地基土脱开，但零应力区的面积不应超过基础底面积的25，即3a 0.75b。第28页/共74页29/70 持力层以下存在承载力明显低于持力层的土层，称为软弱下卧层。如果软弱下卧层埋藏不够深，扩散到下卧层的应力大于下卧层的承载力时，地基仍然有失效的可能，因此需要进行软弱下卧层的承载力验算。当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下式验算：pzpczfaz 式中 pz软弱下卧层顶面处的附加压力值；pcz软弱下卧层顶面处土的自重应力值；faz 软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。当持力层与下卧软弱土层的压缩模量比值大于或等于3时，对条形基础和矩形基础，pz值可按简化公式计算。（二）软弱下

32、卧层的承载力验算（二）软弱下卧层的承载力验算第29页/共74页30/70pzpczczfaz 的确定：根据Es1/Es2 和z/b查表第30页/共74页31/70讲解课本例题讲解课本例题3-63-6：验算地基持力层和软弱下卧层承载力验算地基持力层和软弱下卧层承载力第31页/共74页32/70四四.地基变形和稳定性验算地基变形和稳定性验算（一）地基变形验算（一）地基变形验算 地基变形特征是指建筑物的结构类型、整体刚度和使用要求决定的地基变形特征是指建筑物的结构类型、整体刚度和使用要求决定的需要验算的地基变形，一般分为需要验算的地基变形，一般分为：沉降量指基础某一点的沉降量，通常指基础中点的沉降量

33、。沉降量若过大，将影响建筑物的正常使用，如造成室内外上下水管、煤气管道的断裂等等。沉降差一般指相邻柱基中点的沉降量之差。相邻柱基沉降差过大，就会导致上部结构产生额外的应力，严重时，建筑物将发生裂缝、倾斜甚至破坏。对于框架结构和排架结构，设计时应由相邻柱基的沉降差控制。倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。对于高耸结构及长高比很小的高层建筑，其地基的主要特征变形是建筑物的整体倾斜。局部倾斜指砌体承重结构沿纵墙610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。墙体局部倾斜大时，将会使其挠曲变形、开裂，影响正常使用。第32页/共74页33/70 对于不同建筑物应选用对其影响最大的地基变形特征作为地

34、基允许变形的控制依据。对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于框架结构和单层排架结构应由相邻柱基的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制。建筑物的地基变形必须满足 s s 其中：s为地基变形特征值，s为地基变形允许值。第33页/共74页34/70地基基础的失稳破坏可能发生以下情况：地基土强度不足引起的表层地基的滑动破坏和深层地基的整体滑动破坏；上部结构承受较大的水平力或倾覆力矩的建筑物和构筑物，受横向力或偏心力矩作用发生基础倾覆失稳；（二）稳定性验算（二）稳定性验算地基表层滑动失稳：地基深层滑动失稳：第34页/共74页35/70位于斜坡场地地基上的建筑物和构筑物，由于滑坡引起的地

35、基基础失稳破坏；位于地下水位以下的基础受水浮力作用而发生的浮托失稳破坏。（二）稳定性验算（二）稳定性验算条形基础：矩形基础：第35页/共74页36/70由砖、砌石、素混凝土和灰土等材料按台阶逐级向下扩展形成的无筋扩展基础，由砖、砌石、素混凝土和灰土等材料按台阶逐级向下扩展形成的无筋扩展基础，也称为也称为刚性基础刚性基础。设计原则：设计原则：刚性基础抗压强度高而抗拉、抗剪强度低。进行刚性基础设计时，必刚性基础抗压强度高而抗拉、抗剪强度低。进行刚性基础设计时，必须使基础主要承受压应力，并保证基础内的拉应力和剪应力不超过材料强度。须使基础主要承受压应力，并保证基础内的拉应力和剪应力不超过材料强度。无

36、筋扩展基础需要满足无筋扩展基础需要满足刚性角刚性角要求。要求。扩展基础的设计扩展基础的设计（一）无筋扩展基础的设计（一）无筋扩展基础的设计 刚性角是指刚性基础中的压力分布角，由基础材料的强度特性决定。无筋扩展基础的截面尺寸由基础材料的刚性角确定，原则是确保基础底面不产生拉力，最大限度地节约基础材料。基础的宽高比与刚性角之间具有以下关系：第36页/共74页37/70工作条件：工作条件：像个倒置的两边外伸的悬臂梁。受力后，在靠柱边、墙边或断像个倒置的两边外伸的悬臂梁。受力后，在靠柱边、墙边或断面高度突然变化的台阶边缘处容易产生弯曲破坏。为了防止弯曲破坏，对于面高度突然变化的台阶边缘处容易产生弯曲破

37、坏。为了防止弯曲破坏，对于用砖、砌石、素混凝土和灰土等抗拉性能很差的材料所做成的基础，要求基用砖、砌石、素混凝土和灰土等抗拉性能很差的材料所做成的基础，要求基础有一定的高度，使弯曲所产生的拉应力不会超过材料的抗拉强度。础有一定的高度，使弯曲所产生的拉应力不会超过材料的抗拉强度。扩展基础的设计扩展基础的设计（一）无筋扩展基础的设计（一）无筋扩展基础的设计应用范围应用范围刚性基础用于刚性基础用于6 6层和层和6 6层以下的一般民层以下的一般民用建筑和承重墙的轻型厂房，超过此范用建筑和承重墙的轻型厂房，超过此范围时，必须验算基础强度，三合土的基围时，必须验算基础强度，三合土的基础不宜用于础不宜用于4

38、 4层以上的建筑。层以上的建筑。第37页/共74页38/70 基础底面宽度b和高度H0应符合下式要求：扩展基础的设计扩展基础的设计 满足刚性角要求的基础，各台阶的内缘应落在墙边或柱边铅垂线成 角的斜线上。第38页/共74页39/70扩展基础的设计扩展基础的设计第39页/共74页40/70扩展基础的设计扩展基础的设计基础的结构 刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。l 砖基础 砖的尺寸规则，容易砌成各种形状的基础。砖基础大放脚的砌法有两种，一种按台阶的宽高比为1/1.5；另一种按台阶的宽高比

39、为l/2。在槽底可先浇注100200mm厚的素混凝土垫层。对于低层房屋也可在槽底打300mm左右三七灰土，代替混凝土垫层。为防止土中水分沿砖基础上升、可在砖基础中，在室内地面以下50mm左右处铺设防潮层。防潮层可以是掺有防水剂的 l:3水泥砂浆，厚20-30mm；也可以铺设沥青油毡。第40页/共74页41/70扩展基础的设计扩展基础的设计基础的结构 刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。l 砌石基础 砌石基础每台阶至少有两层砌石，每个台阶的高度要求不小于 300 mm。为了保证上一层砌石的

40、边能压紧下一层砌石的边块，每个台阶伸出的长度不应大于150mm，实际的刚性角小于允许的刚性角。因此往往要求基础要有比较大的高度。为了减少基础的高度，可以把断面做成梯形。第41页/共74页42/70扩展基础的设计扩展基础的设计基础的结构 刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。l 素混凝土 素混凝土基础可以做成台阶形或梯形断面。做成台阶形时，总高度在350 mm 以内作一层台阶；总高度为350mmH900mm时，作成二层台阶；总高度大于 900mm时，作成三层台阶。每个台阶的高度不宜大于500

41、mm。第42页/共74页43/70扩展基础的设计扩展基础的设计基础的结构 刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。l 灰土基础 灰土基础一般与砖、砌石、混凝土等材料配合使用，厚度通常用300至450 mm(2步或3步)，台阶宽高比为1/1.5。由于基槽边角处灰土不容易夯实。所以用灰土基础时，实际的施工宽度应该比计算宽度每边各放出50mm以上。第43页/共74页44/70扩展基础的设计扩展基础的设计基础的结构 刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面

42、各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。l 刚性基础上钢筋混凝土柱的构造要求 采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱其柱脚高度h1 不得小于b1并不应小于300mm 且不小于20d(d 为柱中的纵向受力钢筋的最大直径)当柱纵向钢筋在柱脚内的竖向锚固长度不满足锚固要求时可沿水平方向弯折，弯折后的水平锚固长度不应小于10d 也不应大于20d。第44页/共74页45/70 特特点点：不受刚性角的限制，设计上可以做到宽基潜埋，充分利用表层好土层作为持力层。与刚性基础相比，混凝土基础具有较较大大的的抗抗拉拉、抗抗弯弯能能力力，能承承受受较较大大的的竖竖向向荷荷载载和和弯弯矩矩。广泛使用在单层

43、和多层结构中。扩展基础的设计扩展基础的设计（二）钢筋混凝土柱下单独基础的设计（二）钢筋混凝土柱下单独基础的设计 单独基础的结构计算主要包括冲切、局部受压计算(当基础混凝土强度小于柱时)和受弯。由冲切强度条件控制柱边处基础高度和变阶处高度；由基础底板弯矩决定配筋量。第45页/共74页46/70第46页/共74页47/701.1.构造要求构造要求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；阶梯形基础的每阶高度宜为宜为300500mm。混凝土强度等级不宜低于混凝土强度等级不宜低于C20,垫层的厚度不宜小于垫层的厚度不宜小于70mm；垫垫层混凝土强度等级应为层

44、混凝土强度等级应为C10。基础受力钢筋最小配筋率不应小于基础受力钢筋最小配筋率不应小于0.15%，底板受力钢筋的最小，底板受力钢筋的最小直径不宜小于直径不宜小于10mm；间距不宜大于；间距不宜大于200mm,也不宜小于也不宜小于100mm。当基础下有垫层时，钢筋保护层厚度不应小于。当基础下有垫层时，钢筋保护层厚度不应小于40mm，无垫层时不小于，无垫层时不小于70mm.第47页/共74页48/701.1.构造要求构造要求当柱下钢筋混凝土独立当柱下钢筋混凝土独立基础的边长或宽度大于基础的边长或宽度大于或等于或等于2.5m 时，底板时，底板受力钢筋的长度可取边受力钢筋的长度可取边长或宽度的长或宽度

45、的0.9 倍，并倍，并宜交错布置。宜交错布置。第48页/共74页49/702 2基础高度的确定基础高度的确定 基础在柱荷载和基底反力的共同作用下，柱脚四周会形成较大的主拉应力，当主拉应力超过混凝土抗拉强度时，则自柱脚四周沿4545 方方向向出现斜裂缝，在基础内形成锥体斜截面破坏。其宏观破坏形式如从基础中冲切而成，故该破坏模式为“冲切破坏”。这种现象还可以基础变阶处产生。抵抗冲切破坏能力来源于冲切破坏锥面的混凝土抗拉强度，故基础高度越大，破坏锥体表面积越大，可提供的抗冲切能力越大，冲切破坏可能性越小。基础高度满足一定要求可防止冲切破坏。冲切荷载即冲切力为基础底面上作用的破坏锥体以外面积上的基底净

46、反力。第49页/共74页50/70Fl相应于荷载效应基本组合时作用在相应于荷载效应基本组合时作用在Al上上地基土的净反力地基土的净反力设计值；设计值；b bhp 受冲切承载力截面高度影响系数，当受冲切承载力截面高度影响系数，当h800mm时，时，b bhp1.0；h2000mm时，时，b bhp0.9，其间按线性内插法取用；，其间按线性内插法取用；ft 混凝土轴心抗拉设计强度；混凝土轴心抗拉设计强度；am冲切破坏锥体最不利一侧计算长度，冲切破坏锥体最不利一侧计算长度，am(atab)2；at 冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的

47、上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力 时，时，取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽；取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽；ab 冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内时，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍基础有效落在基础底面以内时，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍基础有效高度；计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽加两倍该处的基础有效高度；当冲高度；计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽加两倍该处的

48、基础有效高度；当冲切破坏锥体的底面在切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外时，即方向落在基础底面以外时，即a+2h0l时，时，abl；h0 冲切破坏锥体的有效高度，有垫层时，冲切破坏锥体的有效高度，有垫层时，h0h45mm，无垫层时，无垫层时，h0h75mm；pj 扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的基底净反力，对偏心受压基础扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的基底净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；Al冲切验算时取用的部分基底面积。冲切验算时取用的部分基底面积。满足抗冲切要求的基础高度应符合：第5

49、0页/共74页51/70第51页/共74页52/70at第52页/共74页53/703弯矩计算 基础底板在荷载效应基本组合时的净反力作用下，如同固定于台阶根部或基础底板在荷载效应基本组合时的净反力作用下，如同固定于台阶根部或柱边的柱边的倒置悬臂板倒置悬臂板，一般属于双向受弯构件，弯矩控制截面在，一般属于双向受弯构件，弯矩控制截面在柱边缘处柱边缘处或或变台阶变台阶处。处。第53页/共74页54/7054 54 轴心或偏心荷载作用下，对矩形基础，当满足：l 台阶宽高比2.5 l 偏心距el/6 基础长、宽两个方向任意截面-和-的弯矩可按下式计算：图图2.25 2.25 矩形基础底板计算矩形基础底板

50、计算偏心受压基础第54页/共74页55/70中心受压基础 将基底分成四块梯形面积，将基底分成四块梯形面积，截面截面-的弯矩：的弯矩：第55页/共74页56/704配筋计算基础底板两个方向上的钢筋面积可近似按下式计算：第56页/共74页57/705抗剪切验算 剪切破坏也是发生在柱与基础交接处或阶梯形基础变阶处的一种破坏形式。剪切破坏的破坏面接近于平面，抗剪承载力同样为受剪截面混凝土的抗拉强度控制。当基础底面边长比值大于2时，基础底板近似于单向受力，必须进行抗剪验算。建筑地基基础设计规范规定，对基础底面短边小于或等于柱宽加两倍基础有效高度的柱下单独基础，应按下式验算基础的受剪承载力：第57页/共7