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1、土力学与地基基础课程 多媒体课件,讲授班级：10建筑工程技术 2011年9月,主讲老师：高始慧,第七章天然地基上的浅基础设计,第七章 天然地基上的浅基础设计地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、建筑布置和上部结构类型，充分考 虑建筑场地和地基岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面要求，合理选择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建筑物的安全和正常使用。地基基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则：1对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度，2应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地基变形允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观，
2、3基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、满足使用功能外，还需满足地基承载力(稳定性)和变形要求，,第一节、地基基础方案概述天然地基：未经加固处理，能直接支承建筑物的地基。人工地基：若地基土层较软弱，建筑物的荷重又较大，地基的承载力和变形都不能满足设计要求时，通过人工加固处理的地基。浅基础：大多数建筑物基础的埋深不会很大（一般不大于5米），可以用普通开挖基坑和敞坑排水的方法修建。如条形基础、片筏基础和箱形基础等。深基础：如桩基、沉井和地下连续墙等。地基基础方案：1、天然地基上的浅基础2、人工地基上的浅基础3、天然地基上的深基础4、深浅结合基础,第七章天然地基上的浅基础设计,第二节：基础材料
3、一、刚性基础的材料砖基础毛石基础混凝土和毛石基础灰土基础三合土基础二、钢筋混凝土基础（无筋扩展基础）,第七章天然地基上的浅基础设计,第三节：浅基础的类型及构造 一、浅基础的结构类型:,1、无筋扩展基础(刚性基础)无筋扩展基础是指由砖、毛石、混凝土等材料组成的无需配筋的墙下条形基础或柱下独立基础。,砖基础,毛石基础,混凝土基础,第七章天然地基上的浅基础设计,第七章天然地基上的浅基础设计,2、钢筋混凝土扩展基础,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情况下使用。墙下钢筋混凝土条形基础多用于地质条件较差的多层建筑物，其截面形式为有肋或无肋。见图6-1
4、3；柱基础的构造见图6-14，其中现浇柱下基础的截面常为阶梯或锥形；而预制柱下基础一般做成杯形。,第七章天然地基上的浅基础设计,3、柱下钢筋混凝土条形基础和柱下十字交叉基础,当地基承载力较低且柱下钢筋混凝土独立基础的底面积不能承受上部结构荷载的作用时，常常把若干柱下的基础连成一条，从而构成柱下条形基础。其目的是将承受的集中荷载较均匀地分布到条形基础底面积上，以减小地基反力，并通过形成的基础刚度来调整可能产生的不均匀沉降。,第七章天然地基上的浅基础设计,柱下十字交叉基础：土质更差,或荷载很大,四面基础相连,第七章天然地基上的浅基础设计,4、片筏基础,土质更差,单独基础联成整体,特别对于有地下室的
5、房屋或大型储液结构,如游泳池、油库等。,Mat foundation,第七章天然地基上的浅基础设计,有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好,5、箱型基础,第七章天然地基上的浅基础设计,6、其它基础：壳体基础、圆板基础、圆环基础等,二、浅基础设计内容及步骤,1选择基础所用材料及结构形式；2确定基础埋深；3确定地基承载力特征值；4确定基础底面尺寸，并验算承载力。若持力层中存在软弱下卧层，尚需验算软弱下卧层的承载力；5按规范规定进行地基变形验算。如重要建筑物、经常受水平荷载的高层建筑物、高耸构筑物等；6确定基础剖面尺寸。如是钢筋混凝土基础，还需进行配筋计算；7、绘制基础施工图，编写施工说明。,第七章天然地
6、基上的浅基础设计,基础埋深确定的基本原则 在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省料，但是有如下基本要求：1）D大于50cm，表土扰动，植物，冻融，冲蚀2）基础顶距离表土大于10cm，保护3）桥要求在冲刷深度以下还有三项控制因素,第四节：基础埋置深度的选择,第七章天然地基上的浅基础设计,1、建筑物的用途、类型、规模、建筑物的用途影响基础埋深的选择。如有地下室的建筑，埋深由地下室标高决定；工业建筑中的地下设施和设备基础，不能离建筑物基础太近。基础类型是影响埋深的另一个主要因素。对于由砖石材料砌筑的刚性基础，因其高度相对较大，若埋深较小则有露的可能。因此，基础的埋深由基础的构造高度决定。2、荷载大
7、小及性质对于竖向荷载大、地震力和风力等水平荷载作用也大的高层建筑以及其他承受水平荷载作用的挡土墙、厂房柱基、烟囱、水塔等构筑物的基础，则应加大埋深，以增强土层对基础的嵌固作用，保证构筑物的稳定性。如果基础位于岩石地基之上，基础埋深则需满足抗滑要求。,第七章天然地基上的浅基础设计,3、工程地质和水文地质条件 基础底面应尽量埋于地下水位以上，以避免地下水对基坑施工的影响，如必须埋在地下水位以下时，则应采取相应措施（如基坑排水、坑壁围护等），以保证地基土施工时不受扰动。地下水对基础材料的侵蚀作用及防护措施也应充分考虑。,基础是浅基础还是深基础(桩基础)？天然还是人工地基？如果是天然地基,基础埋深的确
8、定根据土层分布,第七章天然地基上的浅基础设计,在满足其他要求下尽量浅埋,只有低层房屋可用,否则处理,尽量浅埋但是如h1太小就为II,h14 m 桩基或处理,软土(很深),好土,软土,软土,好土,I II III IV,h1,h1,第七章天然地基上的浅基础设计,4、相邻建筑物基础埋深 为保证相邻原有建筑物在施工期间的安全和正常使用，基础埋深不宜深于相邻原有建筑物的基础。,新旧相邻建筑物有一定距离否则要求支护并且要严格限制支护的水平位移 L/H=12,第七章天然地基上的浅基础设计,5、地基土的冻胀和融陷 在有冻胀性土的地区建设时，除基础埋深必须符合上述规定外，还应根据土的冻胀性和冻深的大小，采取一
9、些相应的防冻害措施。,dmin z0 t dfrZ0 标准冻深；dfr残留冻土层厚度,第七章天然地基上的浅基础设计,第七章天然地基上的浅基础设计,第五节 地基承载力特征值的确定1、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 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。该值与土的物理、力学性质指标有关，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。3、地基承载力特征值的确定方法：1）原位测试方法：包括现场载荷试验和其他原位试验,第七章天然地基上的浅基础设计,对于粘性土土：,对于砂土：,载
10、荷试验最可靠的方法,第七章天然地基上的浅基础设计,2）、根据土的抗剪强度指标确定（理论公式）,1）取临界荷载P1/4或用太沙基、汉森、魏锡克等公式的极限荷载Pu除以安全系数Fs,2）当荷载偏心距e0.033倍基础底面宽(b为偏心方向基础边长)时，规范推荐按下式计算地基承载力特征值，并需满足变形要求：,第七章天然地基上的浅基础设计,3）、地基承载力特征值的修正,建筑地基基础设计规范规定：当基础宽度大于3m，或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位试验、公式计算、经验值等方法确定的地基承载力特征值需按下式修正：,第七章天然地基上的浅基础设计,当地基持力层范围内存在软弱下卧层时，还必须对下卧层
11、进行验算。,pz,4、软弱下卧层验算,条形基础,矩形基础,第七章天然地基上的浅基础设计,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,第七章天然地基上的浅基础设计,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,持力层承载力验算,查表7-12得修正系数：b=0.3,d=1.6，并计算基础底面以上土的加权重度：,基底平均压力,第七章天然地基上的浅基础设计,基底最大压力,所以，持力层地基承载力满足,由于,则
12、,第七章天然地基上的浅基础设计,软弱下卧层承载力验算,因为下卧层系淤泥质土，查表7-9得修正系数：b=0,d=1.0，,基础底面附加应力,下卧层顶面埋d=2.3+3.5=5.8m，顶面以上土的平均重度为：,第七章天然地基上的浅基础设计,角的计算：,下卧层顶面处应力：,自重应力,附加应力,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,第七章天然地基上的浅基础设计,一、基础尺寸的确定,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作用在基础底面的荷载值，进行基础尺寸设计。,基本条件：基底压力的标准值不大于承载力的特征值 pk
13、fa(中心受荷)pmax 1.2fa(偏心受荷),第六节：天然地基浅基础设计与计算,第七章天然地基上的浅基础设计,基础底面积A的确定*荷载Fk+Gk Gk=Ad,是基础加土=20KN/m3,*基底面积Fk+Gk Afa,一、轴心荷载作用下基础尺寸的确定,d,矩形基础,条形基础，为基础每米长度上的外荷载(kNm)，此时，沿基础长度方向取单位长度(1m)计算，故上式可改写为：,第七章天然地基上的浅基础设计,满足浅基础地基持力层的稳定条件是：,二、偏心荷载作用下基础尺寸的确定,单向偏心荷载下的基底压力,为了保证不致过分倾斜，要求边缘最小基底压力,对于矩形基础，根据上面两式可建立下式,即要求偏心距满足
14、条件：,第七章天然地基上的浅基础设计,归纳起来说，按规范设计矩形(或条形)基础底面尺寸，就是要依次满足以下三项条件。即,注意：这一计算过程可能要经过几次试算方能确定合适的基础底面尺寸,第七章天然地基上的浅基础设计,(1)按中心荷载确定底面积A0,(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/b2,l=nb,在偏心荷载作用下，基础底面受力不均匀，需要加大基础底面尺寸，通常是根据轴心荷载下计算得到的基础底面积增大10%40%进行试估。具体步骤如下：（以柱下独立基础为例）,第七章天然地基上的浅基础设计,例题7-2,有一个工业厂房，柱截面350mm400mm，作用在
15、柱底的荷载为：Fk=700kN,Mk=80kN.m,Vk=15kN。土层为粘性土，=17.5kN/m3，e=0.70,IL=0.78，fak=226kPa，基础底面埋深1.3m，基础高0.6m。试根据持力层地基承载力确定基础底面积。,解题步骤,先求地基承载力,初步选择基底尺寸,验算持力层地基承载力,重新调整尺寸,根据b判断是否对地基特征值进行修正,确定,不满足,满足,第七章天然地基上的浅基础设计,先求地基承载力,初步选择基底尺寸,查表7-9得修正系数：b=0.3,d=1.6,由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即,取b=1.6，l=2.5，A=4m2,因b不大于3，故不需对承载力特征值进行修
16、正,第七章天然地基上的浅基础设计,验算持力层地基承载力,基底平均压力,基底最大压力,所以，持力层地基承载力满足,基础和回填土重,偏心矩,第七章天然地基上的浅基础设计,三、基础剖面尺寸的确定包括基础剖面尺寸的确定和基础配筋计算等。,第七章天然地基上的浅基础设计,例题7-4,某承重砖墙混凝土基础的埋深为1.5m，如图所示，上部结构传来的轴向压力Fk=200kN/m,持力层为粉质粘土，其天然重度=17.5kN/m3，承载力特征值fak=150kPa，地下水位在基础底面以下。试设计此基础。,解：,根据承载力条件初步确定基础宽度,基底剖面设计,初步选定基础宽度为1.4m。,初步选定基础高度为0.3m。大
17、放脚采用标准砖砌筑，每皮宽度b1=60mm,h1=120mm，共砌5皮砖，大放脚的底面宽度,第七章天然地基上的浅基础设计,查表7-12得台阶的允许宽高比,取基础宽度为1.40m满足设计要求,于是,按台阶的宽高比要求验算基础的宽度,基础采用C10素混凝土砌筑，而基底的平均压力为：,第七章天然地基上的浅基础设计,四、地基变形的验算（第三章内容）五、地基稳定性验算地基规范规定，对经常受水平荷载作用的高层建筑物、高耸结构、挡土墙以及建造在斜坡或边坡附近的建筑物和构筑物尚应验算其稳定性；对基坑工程应进行稳定性验算。,第七章天然地基上的浅基础设计,第七节 上部结构、基础和地基共同作用的概念（了解）一、地基
18、基础与上部结构的关系二、基础刚度的影响三、地基软硬的影响四、上部结构刚度的影响,第七章天然地基上的浅基础设计,(1)采用柱下条形基础、筏基和箱基等结构刚度较 大、整体性较好的浅基础；(2)采用桩基或其他深基础；(3)采用各种地基处理方法。,从基础角度出发,调整基础,上部结构,适应,第七章天然地基上的浅基础设计,第八节减轻不均匀沉降的措施,建筑措施；结构措施；施工措施。,从上部结构出发,调整上部结构,地基基础,适应,第七章天然地基上的浅基础设计,第七章天然地基上的浅基础设计,一、建筑措施,第七章天然地基上的浅基础设计,（建 筑 物 相 差 太 大 而 开 裂）,第七章天然地基上的浅基础设计,(2
19、)控制长高比及合理布置纵横墙,长高比小的建筑物，整体刚度好，能较好地防止不均匀沉降的危害。相反，长高比大的建筑物整体刚度小，纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂。,第七章天然地基上的浅基础设计,第七章天然地基上的浅基础设计,第七章天然地基上的浅基础设计,第七章天然地基上的浅基础设计,第七章天然地基上的浅基础设计,(3)设置沉降缝,平面形状复杂的建筑物的转折部位；建筑物的高度或荷载突变处；长高比较大的建筑物适当部位；地基土压缩性显著变化处；建筑结构（包括基础）类型不同处；分期建造房屋的交界处。,划分为多个长高比较小、体型简单、整体刚度好、结构类型相同的独立单元。,第七章天然地基上的浅基础设计,原理：避
20、免引起附加应力，导致互倾开裂。轻者受重者影响旧的受新的影响,(4)控制相邻建筑物基础的间距,第七章天然地基上的浅基础设计,第七章天然地基上的浅基础设计,(5)调整建筑物的局部标高,适当提高室内地坪和地下设施的标高；适当提高相互有联系的建筑物各部分(包括设备)中预估沉降较大者的标高；建筑物与设备之间应留有足够的净空；有管道穿过建筑物时，应留有足够尺寸的孔洞，或采用柔性管道接头。,第七章天然地基上的浅基础设计,第七章天然地基上的浅基础设计,二、结构措施,减轻建筑物自重,设置圈梁,减小或调整基底附加压力,采用非敏感性的结构,第七章天然地基上的浅基础设计,二、结构措施,第七章天然地基上的浅基础设计,(
21、2)设置圈梁,圈梁作用：犹如钢筋混凝土梁内的受拉钢筋设置部位：基础顶面附近 俗称“地圈梁”门窗顶部楼(层)面处 要求：应尽量贯通外墙、承重内纵墙及主要内横墙，并在平面内形成闭合的网状系统。,第七章天然地基上的浅基础设计,（圈梁截面示意图）（a）钢筋混凝土圈梁（b）钢筋砖带圈梁,第七章天然地基上的浅基础设计,（3）减小或调整基底附加压力,设置地下室（补偿性基础设计）改变基础底面尺寸,第七章天然地基上的浅基础设计,(4)增强上部结构刚度或采用非敏感性结构,采用排架、三铰拱(架)等铰接（非敏感性结构，或称静定结构）结构。,第七章天然地基上的浅基础设计,三、施工措施,第七章天然地基上的浅基础设计,2,第七章天然地基上的浅基础设计,2,第七章天然地基上的浅基础设计,2,第七章天然地基上的浅基础设计,
