第2章 浅基础设计1.docx
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第2章浅基础设计1
第2章浅基础设计
2.1概述
基础是连接工业与民用建筑上部结构或桥梁墩、台与地基之间的过渡结构。
它的作用是将结构承受的各种荷载安全传递给地基,并使地基在建筑物允许的沉降变形内正常工作,从而保证建筑物的正常使用。
基础工程的设计必须根据上部结构传力体系的特点、建筑物对地下空间使用功能的要求、地基土的物理力学性质,结合施工设备能力,坚持保护环境,考虑经济造价等方面的要求,合理选择地基基础设计方案。
2.1浅基础的设计方法和设计步骤
2.2.1地基基础的设计方法
1.允许承载力设计法
2.极限状态设计法:
从结构的可靠度指标(或失效概率)来度量结构的可靠度与结构极限状态方程关系,这种方
法就是以概率论为基础的极限状态设计法,简称为概率极限状态设计法。
这种方法一般要已知
基本变量的统计特性,然后根据预先规定的可靠度指标求出所需的结构抗力平均值,并选择截面。
极限状态
承载能力极限状态:
结构或结构构件达到最大承载能力或不适继续承载的变形或变位。
(1)整个结构或结构一部分作为刚体失去平衡(倾覆);
(2)结构构件或连接因超过材料的强度而破坏,或因过度塑性变形而不适继续承载;
(3)结构转变为机动机制;
(4)结构或结构构件丧失稳定(压屈)
(5)地基丧失承载能力而破坏(失稳)
正常使用极限状态:
结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某一规定限值。
(1)影响正常使用或外观的变形
(2)形象正常使用或耐久性能的局部破坏;
(3)影响正常使用的震动
(4)影响正常使用的其它状态
3.可靠度设计法
设计原则:
(1)各级建筑物均应进行地基承载力计算,防止地基土体剪切破坏,对于经常受水平荷载作
用的高层建筑、高耸建筑和挡土墙,以及建造在斜坡上的建筑物,尚应验算稳定性;
(2)进行必要的地基变形计算,控制地基的变形计算值不超过建筑物地基变形特征允许值,以
免影响建筑物的使用和外观;
(3)基础结构的尺寸,构造和材料应满足建筑物长期荷载作用下的强度、刚度和耐久性的要求。
荷载效应的最不利组合规定
1)按地基承载力确定基础底面积及埋深或单桩承载力确定桩数时,传于基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用状态下荷载效应的标准组合。
相应的抗力采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。
(2)计算地基变形时,传至基础地面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合,不应计入风荷载和地震作用。
相应的极限应力为地基变形允许值。
(3)计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时,荷载效应应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合,但其和在分项系数为1.0。
(4)在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋、验算材料强度时,上部荷载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。
当需要验算基础裂缝宽度时应采用正常使用状态荷载效应标准组合。
(5)结构重要性系数γ0取值不应小于1。
地基基础设计基本规定:
(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;
(2)甲、乙级建筑物均应按地基变形设计;
(3)下表所列范围内的丙级建筑物可不作变形验算;
(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,以及建在斜坡上或边坡附
近建筑物和构筑物,尚应验算其稳定性;
(5)基坑工程应进行稳定性验算;
(6)当地下水埋藏较浅,建筑地下室或地下构筑物存在地下室上浮问题时,尚应进行抗浮验算。
2.3浅基础的类型与基础材料
1.2.1按基础刚度分类:
基础可分为:
刚性基础和柔性基础。
刚性基础分为:
1、砖基础2、混凝土基础3、毛石混凝土基础4、毛石基础5、灰土基础6、三合土基础
柔性基础即钢筋混凝土基础
刚性基础
砖基础
1.2.2按基础构造分类:
基础可分为:
1、独立基础2、条形基础3、伐板基础4、箱形基础5、壳形基础
独立基础
条形基础
伐板基础
箱形基础
壳体基础
1.3基础埋置深度的选择
1.3.1建筑结构条件与场地环境条件
建筑结构条件包括建筑物用途、类型、规模与性质。
某些建筑物需要具备一定的使用功能或宜采用某些基础形式,这些要求常成为基础埋深的先决条件。
如:
设置地下室或设备层及人防;设置电梯处的电梯缓冲井;上、下水、煤气等各种管道。
1.3.2工程地质条件
1.3.3水文地质条件
选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态,以及地表水情况;基础底面筋可能在地下水位以上;
地下水位以下时,除考虑基坑排水、坑壁围护以及保护地基土不受扰动外还应注意:
涌土、流砂的可能性。
埋藏有承压水时,确定基础埋深时,要控制基坑开挖深度,防止基坑因挖土减压而隆起开裂。
1.3.4地基冻融条件
按《地基规范》地基土可分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀。
季节性冻土地基设计冻深计算:
1.5基础底面尺寸的确定
1.5.1按地基持力层的承载力计算基底尺寸
1、中心受荷基础
2.偏心受荷基础
偏心基础计算步骤:
(1)按中心荷载预估基底面积A0或基宽b0
(2)把A0或b0放大10%—40%得试算尺寸A或b
(3)根据A初选l和b
(4)根据l和b验算偏心距合基底边缘最大压力
(5)如满足
或稍有富余则l和b合适。
不满足,重新调整l和b,再进行验算,直至满足。
1.5.2软弱下卧层的验算
按双层地基应力分布概念,上硬下软时,应力分布将向四周更为扩散,也就是说Ea1/Ea2越大,应力扩散越快,故θ越大。
试验表明:
基底压力增加到一定程度后,传至软弱下卧层顶层的压力随之增加,即θ迅速减小,直到持力层冲剪破坏,一般θ不超过30°。
1.6地基变形验算
1.6.1地基特征变形
地基基础设计除保证地基的强度、稳定要求外,还要保证地基的变形控制在允许的范围内,以保证上部结构不因地基变形过大而丧失其使用功能。
调查研究表明,很多工程事故是因为地基基础的不恰当设计、施工以及部合理使用造成的,其中又以变形过大超过相应的允许值引起的事故居多。
1.6.2地基特征值变形验算
在常规设计中,一般针对结构特点、整体刚度和使用要求不同,计算地基变形某一特征值Δ,验证是否超过允许值[Δ],即:
Δ—地基变形某一特征值,对应荷载标准值计算基底附加压力,按土力学方法计算沉降量后求得,传至基底荷载按长期效应组合,不计风荷载和地震作用。
[Δ]—允许特征值,根据建筑物的结构特点、使用条件、地基土类别确定。
1.7钢筋混凝土扩展基础
7.7.1扩展基础的构造要求
1、基础边缘高度:
锥形基础:
不小于200不宜大于500
阶梯形基础:
宜300-500
2、基底垫层:
锥形基础:
一般100
阶梯形基础:
一般100
3、钢筋:
小于10毫米,间距100-200 b〉=2500时,0.9b
4、混凝土(如图所示)
1.7.1.2现浇柱下独立基础的构造要求
现浇钢筋混凝土剖面尺寸要求:
1.7.2.1墙下钢筋混凝土条形基础底板厚度和配筋
1.中心荷载作用
2.偏心荷载作用
1.7.2.2柱下钢筋混凝土单独基础底板厚度和配筋计算
1.8柱下钢筋混凝土条形基础设计
柱下基础设计时应首先考虑采用独立基础,但是,当柱荷载大地基承载力低或柱荷载差过大、地基土质变化较大时,采用独立基础无法满足设计要求时,可考虑采用柱下条形基础、伐基或箱基。
本节主要讲述柱下条形基础的构造和计算方法,并简单介绍伐基或箱基设计。
17.8.1地基基础与上部结构相互作用的概念
1、基本概念:
原则上应该以地基、基础和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提.
2、相对刚度的影响
实际工作中属于结构绝对柔性的框架结构是没有的,而以“屋架-柱-基础”为承重结构的木结构、排架结构与之接近,所以称这两种结构为“柔性结构。
结构绝对刚性
体形简单,长高比很小,采用框架、剪力墙或筒体结构的高层建筑及其烟囱、水塔等高耸结构属于这种情况,称之为刚性结构。
砌体承重结构和钢筋混凝土框架结构,其刚度一般都是有限的称为相对刚性或弹性结构。
3、工程处理中的规定
考虑上部结构、基础与地基共同作用时的工程处理方法可参照以下规定:
(1)按照具体条件可不考虑或计算整体弯曲时,必须采取措施同时满足整体弯曲的受力要求。
(2)从结构布置上,限制梁板基础(或称连续基础)在边柱或边墙以外的挑出尺寸,以减轻整体弯曲效应。
(3)在确定地基反力图形时,除箱形基础外。
柱下条形基础和筏基纵向两瑞起向内一定范围,如1—2开间,将平均反力加大10%—20%
(4)基础梁板的受拉钢筋至少应部分通常配置
1.8.2.1柱下混凝土条形基础设计
1.8.2.1构造要求
(1)外形尺寸
1.8.2.2柱下钢筋混凝土条形基础内力计算方法
(1)弹性地基梁方法
1)基床系数法(文克勒法)基本假定:
地面上任一点所受的压力强度p与该点的地基s成比.
2)半无限弹性体法:
基本假定:
假定地基为板无限弹性题,将柱下条形基础作为放在半无限弹性体表面上的梁,当荷载作用在半无限弹性体表面时,某点的沉降不仅与作用在该点上的压力大小有关,同时和邻近处作用的和在有关。
(2)简化的内力计算方法
1)倒梁法
基本假定:
基础板与地基土相比为绝对刚性,基础的弯曲挠度不致改变地基压力;地基的压力分布呈线性或平面分布,其重心与作用于板上的合力作用线向重合。
上部结构完全刚性,各柱间无沉降差,可把柱脚看成条形基础铰支座。
使用条件:
地基较均匀,上部结构刚度好,荷载分布较均匀,条形基础梁的高度大1/6柱距。
内力计算:
a.计算净反力
b.将柱底视为不动铰支座,地基净反力为荷载,按多跨连续梁计算内力。
c.倒梁法计算的有可能会不等于原先用于计算净反力的竖向荷载。
可理解为上部结构的刚度对基础的抑制作用时柱荷载分布均匀化;也反映了该方法计算的支座与基底反力不平衡这一主要缺点。
2)剪力平衡法(静力分析方法)
假定:
地基反力按直线分布,求出净反力分布后,基础上所有的作用力都已确定,可根据静力平衡条件(剪力平衡)计算出任一截面上的弯矩和剪力。
1.9减轻不均匀沉降损害的措施
一般地说,地基发生变形即建筑物出现沉降是难以避免的,但是,过量的地基变形将使建筑物损坏或影响其使用功能;
从地基角度处理沉降方法:
(1)采用柱下条形基础、筏基和箱基等;
(2)采用桩基或其它深基础;
(3)采用各种地基处理方法。
1.9.1建筑措施
1.建筑物体型力求简单
平面形状复杂(如L、T、E、Z、Π形等)的建筑物,单元交又处基础密集,附加应力互相重叠,使局部沉降量增加;同时,此类建筑物整体刚度差,不对称,不均匀沉降时,易产生扭曲应力,更易使建筑物开裂。
建筑物高低(或轻重)变化太大,地基各部分所受的荷载轻重不同,自然也容易出现过量的不均匀沉降。
据调查,软土地基上紧接高差超过一层的砌体承重结构房屋,低者很容易开裂。
因此,遇软弱地基时,要力求
(1)平面形状简单,如用“一”字形建筑物;
(2)立面体型变化不宜过大,砌体承重结构房屋高差不直超过l-2层。
2.控制建筑物长高比及合理布置纵横墙
纵横墙的连结和房屋的楼(屋)面共同形成砌体承重结构的空间刚度,当砌体承重房屋长高比较小时,建筑物的整体刚度好,能较好地防止不均匀沉降的危害。
相反,长高比大的建筑物体刚度小,纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂。
根据调查认为,二层以上的砌体承重房屋,当顶估的最大沉降量超过120mm时,长高比不宜大干2.5;平面简单,内外墙贯通,横墙间隔较小的房屋,长高比的限制可放宽至不大于3.0。
不符合上述条件时,可考虑设置沉降缝。
合理布置纵横墙,是增强砌体承重结构房屋整体刚度的重要措施之一。
一般地说,房屋的纵向刚度较弱,故地基不均匀沉降的损害主要表现为纵墙的挠曲破坏。
内、外纵墙的中断、转折,都会削弱建筑物的纵向刚度。
当遇地基不良时,应尽量使内、外纵墙都贯通,另外,缩小横墙的间距,也可有效地改善房屋的整体性,从而增强调整不均匀沉降的能力。
3.设置沉降缝
沉降缝是从屋面到基础把建筑物断开,将建筑物划分成若干个长高比较小、
体型简单、整体刚度较好、结构类型相同、自成沉降体系的独立单元。
①平面形状复杂的建筑物的转折部位
②建筑物的高度或荷载突变处;
③长高比较大的建筑物适当部位;
④地基土压缩性显著变化处;
⑤建筑结构(包括基础)类型不同处;
⑥分期建造房屋的分界处。
沉降缝的宽度:
2、3层房屋:
50-80;
4、5层房屋:
80-120
6层及以上:
≮120m
注意:
沉降缝的造价颇高,且要增加建筑及结构处理上的困难,所以不宜轻率使用。
沉降缝可结合伸缩缝设置,在抗震区,最好与抗震缝共
用。
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- 第2章 浅基础设计1 基础 设计