《基础工程》总结宽屏版.

浅基础、深基础设计哈尔滨工程大学王滨生0.课件介绍0.1.课程主线•浅基础设计步骤•桩基础设计步骤0.2.依据•建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)•建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)•混凝土结构设计规范(GB50010-2010)•建筑抗震设计规范(GB50011-2010)•荷载规范(GB50009-2012)•扩展基础：是指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。•无筋扩展基础：由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的，且不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础，也称刚性基础。•连续基础：是指柱下条形基础、交叉条形基础、筏形基础和箱形基础。1.基本概念•地基承载力基本值：是指按相关规范规定的标准方法试验，未经数理统计处理的数据。可由土的物理性质指标查规范得出的承载力。•地基承载力标准值：是指按相关规范规定的标准方法试验并经统计处理后的承载力值。可根据承载力基本值经过统计修正得出。•地基承载力设计值：地基承载力设计值是地基承载力标准值经深宽修正后的承载力值或按载荷试验和用实际基础宽度、深度按理论公式计算所得的地基承载力值。•地基承载力特征值：是指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，除以安全系数后的值。它是正常使用极限状态计算时的地基承载力。•地基容许承载力：是指地基稳定有足够安全度的承载能力，也即地基极限承载力除以一安全系数。同时必须验算地基变形不超过允许变形值。1.基本概念在设计建筑物基础时，各行业使用《规范》不同，地基容许承载力(路规的提法)、地基承载力设计值(JGJ94规范的提法)与地基承载力特征值(GB50007规范的提法)在概念上有所不同，但在使用含义上相当。1.基本概念2.1.基础按基础材料和受力特点分为无筋扩展基础(刚性基础)和钢筋混凝土基础(柔性基础)。2.2.无筋扩展基础(刚性基础)•刚性材料：是指抗压强度高，而抗拉、抗剪强度低的材料。如砖、石、素混凝土等。•刚性基础：用刚性材料制作的基础，底面宽度扩大受刚性角限制。•砖基础•毛石基础•混凝土基础2.基础分类2.3.基础按构造分类(柔性基础)•独立基础•柱下钢筋混凝土独立基础•墙下钢筋混凝土独立基础•条形基础•墙下钢筋混凝土条形基础•柱下钢筋混凝土条形基础•交叉条形基础•筏形基础•平板式•梁板式•箱形基础2.基础分类基础设计时，须保证•基础结构本身具有足够的强度、刚度和耐久性。•须使地基的反力(承载力)和沉降(变形)在允许的范围之内因此，基础设计包括地基与基础两部分，又常称为地基基础设计。3.地基基础的设计原则•所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；•设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；•设计等级为丙级的建筑物有下列情况之一是应作变形验算：•地基承载力特征值130kPa，且体型复杂的建筑；•在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；•软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；•相邻建筑距离近，可能发生倾斜时；•地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。•对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，应进行稳定性验算；•基坑工程应进行稳定性验算;•建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。4.地基设计计算内容GB50007-2011第3.0.2条5.浅基础设计步骤序号步骤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5如持力层中存在软弱下卧层，尚需验算软弱下卧层的承载力6如需要，进行地基变形验算7如是钢筋混凝土基础，还需确定基础剖面尺寸、进行配筋计算；如式刚性基础验算刚性角8绘制基础施工图，编写施工说明地基承载力特征值可由载荷试验或其它原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定。6.1.载荷试验载荷试验示意图1.承压板；2.千斤顶；3.百分表；4.平台；5.支墩；6.堆载.6.地基承载力特征值GB50007-2011第5.1.7、5.2.3条现场荷载试验表明：地基从开始发生变形到失去稳定的发展过程，典型的p-s曲线可以分成顺序发生的三个阶段：•压密变形阶段(oa)•局部剪切阶段(ab)•整体剪切破坏阶段(b以后)三个阶段之间存在着两个界限荷载：•比例界限荷载pcr•极限承载力pu。0sppcrpuabc6.地基承载力特征值数据处理：①承载力特征值的确定：•当p-s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值pcr；•当极限荷载pu小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值pu的一半；•当不能按上述两款要求确定时，当压板面积为0.25~0.5m2，可取s/b=0.01~0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。②同一土层参加统计的试验点不应少于3点，各实验实测值的极差不得超过其平均值的30%，取其平均值为该土层的地基承载力特征值。6.地基承载力特征值GB50007-2011第C.0.7、C.0.8条6.2.理论公式确定地基承载力特征值•当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并应满足变形要求：fa—由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值，kPa；Mb、Md、Mc—承载力系数(查表)；b—基础底面宽度，m，6m时按6m取，对于砂土3m时按3m值；ck—基底下一倍短边宽度的深度范围内土的粘聚力标准值，kPa；gm—基底以上土的加权平均重度，kN/m3，地下水位以下取浮重度；g—基底以下土的重度，kN/m3，地下水位以下取浮重度。6.地基承载力特征值abdmckfMbMdMcggGB50007-2011第5.2.5条6.3.修正后的地基承载力特征值当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：fa—修正后的地基承载力特征值，kPa；fak—地基承载力特征值，kPa；hb、hd—基础宽度和埋深的地基承载力修正系数(查表)；g—础底以下土的重度，kN/m3，地下水位以下取浮重度；b—基础底面宽度，m，3m时按3m取，6m时按6m取；gm—基底以上土的加权平均重度，kN/m3，地下水位以下取浮重度；d—基础埋置深度，m，宜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。6.地基承载力特征值(3)(0.5)abdmakffbdhghg7.1.按正常使用极限状态下作用的标准组合Sd—荷载组合的效应设计值;SGjk—按第j个永久荷载标准值GJk计算的荷载效应值；SQik—按第i个可变荷载标准值Qik计算荷载效应值，其中SQ1k为诸可变荷载效应中起控制作用者；m、n—分别为参与组合的永久荷载数和可变荷载数；ci—第i个可变荷载Qi的组合值系数。用于：确定基础底面积、埋深或桩基础的桩数、验算基础裂缝宽度。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。7.荷载组合GB50007-2011第3.0.5条112mndGjkQkciQikjiSSSSGB50009-2012第3.2.8条7.2.按正常使用极限状态下作用的准永久组合用于：地基变形验算(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)、基础重心校核计算。7.荷载组合11mndGjkciQikjiSSSGB50009-2012第3.2.10条GB50007-2011第3.0.5、8.4.2条7.3.按承载能力极限状态下由可变荷载控制的基本组合•由可变荷载控制的效应设计值gGj—第j个永久荷载的分项系数;gQj—第i个可变荷载的分项系数，其中gQ1为主导可变荷载Q1的分项系数;gLji—第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，其中gL1为主导可变荷载Ql考虑设计使用年限的调整系数;7.荷载组合11112mndGjGjkQLQkQiLiciQikjiSSSSgggggGB50009-2012第3.2.3条•由永久荷载控制的效应设计值用于：计算土压力、斜坡稳定、确定基础高度、基础配筋计算和承台高度。但其分项系数均为1.0。7.荷载组合11mndGjGjkQiLiciQikjiSSSgggGB50009-2012第3.2.3条GB50007-2011第3.0.5、8.2.8、8.2.9、8.2.11条7.荷载组合组合依据应用标准组合《GB50009-2012》3.2.8条，《GB50007-2011》3.0.5条基础底面积、埋深或桩基础的桩数、基础裂缝宽度准永久组合《GB50009-2012》3.2.10条，《GB50007-2011》3.0.5、8.4.2条地基变形验算、基础重心校核基本组合《GB50009-2012》3.2.3、3.2.4、3.2.5条，《GB50007-2011》3.0.5、8.2.8、8.2.9、8.2.11条计算土压力、斜坡稳定、确定基础高度、基础配筋计算和承台高度8.1.基础底面的压力，应符合•轴心•偏心pk—相应于作用的标准组合时，基础底面处的平均压力值，kPa；fa—修正后的地基承载力特征值，kPa；pkmax—相应于作用的标准组合时，基础底面边缘的最大压力值，kPa。8.底面尺寸的确定kapf,max1.2kapfGB50007-2011第5.2.1条8.2.基础底面的压力，可按下列公式确定•轴心荷载作用Fk—相应于作用的标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值，kN；Gk—基础自重和基础上的土重，kN；A—基础底面面积，m2。8.底面尺寸的确定kkkaFGpfAkaGFAfdgkaGwwFAfdhggGB50007-2011第5.2.2条•偏心荷载作用：Mk—相应于作用的标准组合时，作用于基础底面的力矩值，kN·m；W—基础底面的抵抗矩，m3；pkmin—相应于作用的标准组合时，基础底面边缘的最小压力值，kPa。•确定基底面积的步骤：•按中心受压求A0•考虑偏心将A0扩大10%~40%得A•验算8.底面尺寸的确定maxminkkkkkpFGMpAWmaxmin2kkappfmax1.2kapfmin0kpGB50007-2011第5.2.2条当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应符合下列规定8.1.验算软弱下卧层的地基承载力sz—相应于作用的标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力，kPa；scz—软弱下卧层顶面处土的自重压力值，kPa；faz—软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值，kPa。8.软弱下卧层承载力验算zczazfssGB50007-2011第5.2.7条8.2.对条形基础和矩形基础的sz值•条形基础：•矩形基础：b—矩形基础或条形基础底边的宽度，m；l—矩形基础底边的长度，m；pc—基础底面处土的自重压力，kPa；z—基础底面至软弱下卧层顶面的距离，m；q—地基压力扩散线与垂直线的夹角，°。8.软弱下卧层承载力验算()2tankczbppbzsq()(2tan)(2tan)kczblppbzlzsqq0cpdgGB50007-2011第5.2.7条由于建筑地基不均匀、荷载差异很大、体型复杂等因素引起的地基变形•对于砌体承重结构应由局部倾斜值控制；•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；必要时尚应控制平均沉降量。9.地基变形验算GB50007-2011第5.3.3条s—地基变形的某一特征变形值(不考虑风与地震作用，按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合计算)；[s]—容许值。9.地基变形验算[]ssGB50007-2011第5.3.1、5.3.4条柱下条形基础的计算，应符合下列规定：•在比较均匀的地基上，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度不小于1/6柱距时，地基反力可按直线分布，