第二章天然地基上浅基础设计.

第二章天然地基上浅基础设计第一节概述第二节浅基础的设计方内容及方法第三节浅基础的类型和基础材料第四节基础的埋深第五节地基计算第六节无筋扩展基础（刚性基础）设计第七节扩展基础设计第八节减轻建筑物不均匀沉降危害的措施§2.1概述地基：直接承托建筑物的场地土层。天然地基：不加处理直接用作建筑物地基的天然土层。人工地基：经过地基处理后才满足建筑物地基要求的土层。基础：建筑物在地面以下的结构部分。持力层：直接与基础底面接触的土层。下卧层：持力层以下的其它土层。天然地基：建筑物荷载不大或地基土强度较高时，天然土层不需要经过特殊处理就可承受建筑物荷重的地基。天然地基上的浅基础：天然地基上，基础埋置深度小于5m的一般基础(柱基或墙基)以及埋置深度超过5m，但小于基础宽度的大尺寸的基础(如箱形基础)。在选择地基基础类型时，主要考虑两个方面的因素：一、建筑物的性质(包括它的用途、重要性、结构型式、荷载性质和荷载大小等)；二、地基的地质条件(包括土层的分布、土的性质和地下水等)。§2.2浅基础的设计内容及方法§2.2.1浅基础设计内容1、选择基础的材料、类型，进行基础平面布置；2、确定地基持力层和基础埋置深度；3、确定地基承载力；4、确定基础的底面尺寸，必要时进行地基变形与稳定性验算；5、进行基础结构设计（对基础进行内力分析、截面计算并满足构造要求）；6、绘制基础施工图，提出施工说明。§2.2浅基础的设计方法和设计步骤§2.2.2地基基础的设计方法1、允许承载力设计方法2、极限状态设计方法3、可靠度设计方法4、我国现行《地基基础设计规范》设计方法要点§2.2浅基础的设计方法和设计步骤§2.2.2地基基础的设计方法1、允许承载力设计方法[R]——地基允许承载力RSA§2.2浅基础的设计方法和设计步骤§2.2.2地基基础的设计方法2、极限状态设计方法（1）承载力极限状态或稳定极限状态——承载能力极限状态a.整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡b.结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度塑性变形而不适于继续承载c.结构转变为机动体系d.结构或结构构件丧失稳定e.地基丧失承载能力而破坏suFppAS§2.2浅基础的设计方法和设计步骤§2.2.2地基基础的设计方法2、极限状态设计方法（2）正常使用极限状态或变形极限状态——正常使用极限状态a.影响正常使用或外观的变形b.影响正常使用或耐久性能的局部破坏c.影响正常使用的振动d.影响正常使用的其他特定状态ss§2.2.2地基基础的设计方法3、可靠度设计方法（1）荷载的标准值荷载的基本代表值，相当于设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，可以取均值或者某个分位值。（2）荷载的准永久值对于可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值（3）荷载的组合值；（4）荷载的频遇值（5）荷载的设计值荷载标准值与荷载分项系数的乘积§2.2浅基础的设计方法和设计步骤§2.2.2地基基础的设计方法3、可靠度设计方法●荷载效应规定：基本组合——可变荷载效应器控制作用时：——对由永久荷载效应控制的基本组合，可采用简化规则，荷载效应组合的设计值S：地基基础设计规范建议永久荷载和可变荷载分项系数均为1.35.121122kkknkGGQcQQcQQncnQSSSSS12121.35kkknkGcQcQcnQSSSSS§2.2浅基础的设计方法和设计步骤§2.2.2地基基础的设计方法3、可靠度设计方法●荷载效应规定：标准组合——按正常使用极限状态计算时常用的一种组合。当荷载分项系数均为1时，基本组合就成为标准组合。122kkknkGQcQcnQSSSSS§2.2浅基础的设计方法和设计步骤§2.2.2地基基础的设计方法3、可靠度设计方法●荷载效应规定：准永久组合——地基变形计算中永久荷载起主要作用，可变荷载的作用时间时间断的，所引起的变性效应较弱，所以用准永久值系数代替组合值系数。限制变形属于正常使用极限状态范畴，故荷载效应均用标准值而不必乘以分项系数。21kknkGqQqnQSSSS§2.2浅基础的设计方法和设计步骤§2.2.2地基基础的设计方法3、可靠度设计方法●荷载组合确定后，满足承载力极限状态的表达式为：为结构重要性系数。地基基础设计规范规定其不小于1.0.为抗力设计值。0SR§2.2浅基础的设计方法和设计步骤0R●作用于基础顶面的荷载组合：（1）+Mmax及相应的N，V（2）-Mmax及相应的N，V（3）+Nmax及相应的M，V（4）Nmin及相应的M，V●计算基础尺寸时，应用第三种情况。●计算基底最大、最小压力值时，应用第一、二种情况。●计算基础沉降变形时不应计入风荷载和地震荷载。§2.2浅基础的设计方法和设计步骤4、我国现行《地基基础设计规范》设计方法要点地基基础的设计与计算应满足承载力极限状态和正常使用极限状态，其规定为：(1)基础有应足够的强度、刚度与耐久性。(2)地基应具有足够的强度和稳定性。规范要求各级建筑物地基均应进行承载力计算；对经常承受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性，以保证地基在防止整体剪切破坏方面有足够的安全储备。(3)地基应满足变形方面的要求。设计等级为甲级、乙级的建筑物，应按地基变形设计；建筑物情况和地基条件复杂的丙级建筑物地基尚应做变形验算，以保证建筑物不因地基沉降影响正常使用。◆4、我国现行《地基基础设计规范》设计方法要点荷载取值规定地基基础设计时,所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。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载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0在确定基础高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力，确定配筋和验算材料强度时，上部结构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，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。由永久荷载效应控制的基本组合值可取标准组合值的1.35倍。§2.2浅基础的设计方法和设计步骤§2.2.3浅基础设计步骤天然地基上浅基础的设计步骤：(1)阅读和分析建筑物场地的地质勘察资料和建筑物的设计资料，进行相应的现场勘察和调查；(2)选择基础的结构类型和建筑材料；(3)选择持力层，决定合适的基础埋置深度；(4)确定地基的承载力和作用在基础上的荷载组合，计算基础的初步尺寸；§2.2浅基础的设计方法和设计步骤§2.2.3浅基础设计步骤(5)根据地基等级进行必要的地基计算，包括地基持力层和软弱下卧层的承载力验算，地基变形验算以及地基稳定验算。当地下水位埋藏较浅，地下室或地下构筑物存在上浮问题时尚应进行抗浮验算。依据验算结果，必要时修改基础尺寸甚至埋置深度；(6)进行基础的结构和构造设计；(7)当有深基坑开挖时，应考虑基坑开挖的支护和排水、降水问题；(8)编制基础的设计图和施工图；(9)编制工程预算书和工程设计说明书。§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.1浅基础的类型§2.3.2基础材料§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.1浅基础的类型（按基础结构形式分类）（1）单独基础柱下独立基础§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.1浅基础的类型墙下单独基础§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.1浅基础的类型（2）条形基础墙下条形基础§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.1浅基础的类型柱下条形基础§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.1浅基础的类型柱下交叉梁基础十字交叉基础纵向条形基础横向条形基础§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.1浅基础的类型（3）筏形基础和箱形基础筏形基础筏板基础土质更差,单独基础联成整体,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，往往需要把整个房屋地面做成一片连续的钢筋混凝土板，作为基础。Matfoundation筏板基础筏板基础§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.1浅基础的类型（3）筏形基础和箱形基础箱形基础箱形基础为增加刚度、将筏、外墙、内隔墙和顶板形成箱型结构，整体性更好。底板外墙内墙§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.1浅基础的类型（4）壳体基础§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.1浅基础的类型（按基础刚度分类）（1）无筋基础；（2）扩展基础§2.3.1浅基础的类型（按基础材料分类）砖砌体、石材及其砌体、混凝土和毛石混凝土、灰土和三合土、钢筋混凝土§2.3.2基础材料（1）砖和砂浆地基的潮湿程度粘土砖/蒸压灰砂砖石材混凝土砌块水泥砂浆严寒地区一般地区稍潮湿的MU10MU10MU30M7.5M5很潮湿的MU15MU10MU30M7.5M7.5含水饱和MU20MU15MU40M10M10§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.2基础材料（2）石料：料石、毛石、漂石；强度高、抗冻性好；石块厚度≥150mm；§2.3浅基础的类型和基础材料地基的潮湿程度粘土砖/蒸压灰砂砖石材混凝土砌块水泥砂浆严寒地区一般地区稍潮湿的MU10MU10MU30M7.5M5很潮湿的MU15MU10MU30M7.5M7.5含水饱和MU20MU15MU40M10M10§2.3.2基础材料（3）混凝土：耐久性、抗冻性和强度都比砖好，便于机械化施工和预制，造价高，强度等级一般用C15；若掺入20%~30%毛石，则成为毛石混凝土；（4）钢筋混凝土：钢筋混凝土具有较强的抗弯、抗剪性能，可用于荷载大、土质软弱的情况或地下水以下的扩展基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础。强度等级一般≥C20；§2.3浅基础的类型和基础材料§2.3.2基础材料（5）灰土：三七灰土：三分石灰和七分粘性土拌匀后夯实；二八灰土做法同上；施工时每层虚铺220~250mm，夯实后达150mm；施工后干容重不小于14.5~15.5kN/m3（6）三合土：石灰、砂和骨料拌合成三合土；配比为1:2:4或1:3:6，每层虚铺240mm，夯实后150mm，骨料可用粒径为20～60mm碎砖或碎石等§2.3浅基础的类型和基础材料§2.4基础的埋深几个概念：d基础地基埋深●基础埋置深度：指基础底面到室外设计地面的距离（在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但是填土在上部结构施工后完成的，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起）●综合考虑：1.建筑物的用途2.有无地下室、设备基础和地下设施3.基础的形式和构造4.作用在基础上的荷载大小和性质5.工程地质和水文地质条件6.相邻建筑物的埋置深度7.地基土冻胀和融沉因素●确定基础埋深的原则：在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋●基础底面不应浅于0.5m；顶面距设计地面的距离大于100mm§2.4基础的埋深§2.4基础的埋深§2.4.1建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小§2.4.2地基的地质和水文地质条件§2.4.3寒冷地区的冻胀性和地基的冻结深度§2.4.4场地环境条件§2.4.1建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小建筑结构条件：建筑物类型、规模；电梯缓冲坑：至少1.4m缓冲坑；高层建筑物基础：地震区，除岩石地基外，箱形和筏形基础埋深不宜小于高度的1/15；桩箱或桩筏基础埋深(不计桩长）不宜小于高度的1/18～1/20。§2.4基础的埋深§2.4.2工程地质条件持力层：多层土中，直接支撑基础的土层称为持力层下卧层：