第六章 柱下独立基础设计

第三章柱下独立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、平面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。地基基础设计的基本原则1.防止地基土发生剪切破坏和丧失稳定性，应具有足够的安全度；2.控制地基的变形量，使之不超过建筑物的地基特征变形允许值；3.基础本身应具有足够的强度、刚度和耐久性。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、桩基础。常用浅基础体型不大、结构简单，在计算单个基础时，一般既不遵循上部结构与基础的变形协调条件，也不考虑地基与基础的相互作用。这种简化法也经常用于其它复杂基础的初步设计，称为常规设计。基础材料1、砖石砌体砖的标号不应低于MU7.5，大放角基础。两皮一收或两皮一收与一皮一收相间。毛石：未经加工整平的石料。注意其构造要求及台阶高宽比要求。2、混凝土和毛石混凝土3、钢筋混凝土4、灰土石灰和土的体积比一般为3：7或2：8灰土干重度≥14.5~15.5KN/m,容许承载力可达250~300KPa。应：捏紧成团，落地开花。5、三合土其体积比一般为1：3：6或1：2：4（石灰：砂子：骨料）。基础构造类型1、独立基础。2、条形基础：长度远大于宽度的基础。3、筏板基础。4、箱形基础。目前在高层建筑中多采用箱形基础。5、壳体基础一般适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑物的基础。基础的设计，包括下述各项内容：1.选择基础的材料、类型和平面布置；2.选择基础的埋置深度；3.确定地基承载力；4.确定基础尺寸；5.进行地基变形与稳定性验算；6.进行基础结构设计；7.绘制基础施工图，提出施工说明。3.1基础埋深的选择一、概念：1、基础埋置深度：是指基础底面至地面（一般指设计地面）的距离。2、基础埋深选择的意义：影响：建筑物的安全和正常使用；基础施工技术措施；施工工期；工程造价。安全方面：对高层稳定、滑移的影响；地基强度、变形的影响；基础由于冻胀或水影响下的耐久性。3、基础埋深选择的原则：在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。除基岩外，一般不宜小于0.5米。另外，基础顶面应底于设计外地面100mm以上，以避免基础外露。一、与建筑物有关的条件包括建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的型式和构造等。二、作用在地基上的荷载大小和性质三、工程地质条件和水文地质条件合理选择地基持力层。另外，选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。（渗流力、浮托力）二、影响基础埋深的因素：四、相邻建筑物的基础埋深当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物的基础埋深。当埋深大于原有建筑物的基础埋深时，两基础之间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑物荷载大小、基础型式和土质情况而定。如上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物的地基。五、地基土冻胀和融陷的影响冻胀：冻胀是由于土中水的冻结和冰体（特别是凸镜状冰体）的增长引起土体膨胀、地表不均匀隆起的作用。冻胀一般会导致地面发生变形，形成冻胀垄岗。冻胀的原因包括土中原有的水结冰体积膨胀；同时也包括土冻结过程中下部未冻结土中的水分迁移并向冻结面富集，水分相对集中，水与土粒分异形成冰透镜体或冻夹层，使土体积膨胀。融陷：位于冻胀区的基础所受到的冻胀力如大于基底压力，基础就有被抬起的可能。当土体因温度升高而解冻后，含水量增加，使土体处于饱和及软化状态，承载力降低，建筑物下陷，这种现象称为融陷。冻胀融沉与土的颗粒大小和含水量有关，土颗粒愈粗，含水量愈小，冻胀融陷就愈小(如砂类土基本不冻胀)，反之就愈大(如粉砂粘性土)。3.2地基承载力的确定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、地基承载力的确定方法：a、根据《规范》表格确定；b、按静载荷试验方法确定；c、根据土的强度理论计算确定；d、根据相邻条件相似的建筑物经验确定。按地基载荷试验确定地基的承载力特征值：在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动较少的浅部地基土体直接加荷，所测得的成果一般能反映相当于1~2倍载荷板宽度的深度以内土体的平均性质。按载荷试验成果确定地基承载力特征值ps0承载力特征值的确定：1.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；2.当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；3.当不能按上述二点确定时，如压板面积为0.25~0.50m2，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。同一土层参加统计的试验点不应少于3点，各试验实测值的极差不得超过其平均值的30%，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。按理论公式计算凭当地经验确定kcmbacMdMdbMf承载力特征值的修正：5.03dbffmdbaka3.3钢筋混凝土独立基础设计一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸设计时，先选定埋深d并初步选择基底尺寸，求得持力层承载力设计值fa，在按下列条件验算并调整尺寸直至满足设计要求。Pk≤faAdAdGGk201、对于中心受压基础：fa——修正后的地基承载力特征值。Pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值。dfaFkAGdfaFkbG（矩形）（条形）Fk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值。Gk——基础自重和基础上的土重。AGkFkpkA——基础底面面积。注意：d为基础平均埋深。算法：涉及到fa的宽度修正。1、先假定B≤3m，不做宽度修正。2、如果B3m，则再考虑宽度修正。2、对于偏心受压基础：akfp2.1max6bGFMekkk同时满足：Pk≤faMk——相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值。akkfbepp2.161max由上式得：afW2.1MKkpmaxAGkFk即：则,6bekpmax3laGk)2(Fk+算法：1、按中心受压计算，求出A0。2、令A=（1.1~1.4）A0。3、验证Pkmax≤1.2fa式中l——垂直于力矩作用方向的基础底面边长；a——合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。b——力矩作用方向基础底面边长偏心荷载（ke＞b/6）下基底压力计算示意•在墙下条形基础相交处，不应重复计入基础面积。二、计算基础高度阶形基础的受冲切承载力验算（1）适用于矩形截面柱的矩形基础，对柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力验算。（2）受冲切承载力应按下列公式验算：受冲切承载力截面高度影响系数，当不大于800mm时，取1.0；当大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用；混凝土轴心抗拉强度设计值；基础冲切破坏锥体的有效高度；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斜截面的上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽；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（图a、b），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；当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。当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外，即a+2h0≥l时（图c），取ab=l；—扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合．．．．时的地基土单位面积净反力，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；冲切验算时取用的部分基底面积（图a、b中的阴影面积ABCDEF，或图c中的阴影面积ABCD）相应于荷载效应基本组合时作用在lA上的地基土净反力设计值。（a）柱与基础交接处；（b）基础变阶处1—冲切破坏锥体最不利一侧的斜截面；2—冲切破坏锥体的底面线三、计算基础最危险截面的最大弯矩及底板配筋在轴心荷载或单向偏心荷载作用下底板受弯可按下列简化方法计算：对于矩形基础，当台阶的宽高比小于或等于2.5和偏心距小于或等于1/6基础宽度时，任意截面的弯矩可按下列公式计算（3.12）：矩形基础底板的计算示意基础底板配筋计算ySfhMA019.0ySfdhMA)(9.002ySfhMA039.0ySfdhMA)(9.004轴心受压时，在l方向在b方向偏心或双向偏心受压时，在l方向在b方向3.4地基变形验算与不均匀沉降控制一、地基的变形特征1、沉降量是指基础某点的沉降值2、沉降差一般是指相邻柱基中点的沉降量之差3、倾斜是指基础倾斜方向两端点的沉降量差与其距离的比值4、局部倾斜是指砌体承重结构纵向6~10m内基础两点的沉降差与其距离的比值基础中心沉降量不超过表3.10所示的允许值，设计等级为丙级的建筑物，可不做倾斜验算。建筑物设计等级表3.11、表3.12防止不均匀沉降损害的措施地基的过量变形将使建筑物损坏或影响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物，如果考虑欠周，就更易因不均匀沉降而开裂损坏。如何防止或减轻不均匀沉降造成的损害，是设计中必须认真考虑的问题。一、建筑措施1.建筑物的体型力求简单2.在应力突变处，宜设置沉降缝（表3.13）3.相邻建筑物基础间的净距（表3.14）地基中附加应力的向外扩散，使得相邻建筑物的沉降相互影响。在软弱地基上，两建筑物基础的距离太近时，相邻影响产生的附加不均匀沉降，可能造成建筑物的开裂或互倾。为了避免相邻影响的损害，软弱地基上的建筑物基础之间要有一定的净距。4.调整建筑物某些组成部分的标高a.室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量予以提高。建筑物各部分（或设备之间）有联系时，可将沉降较大者标高提高。b.建筑物与设备之间，应留有足够的净空。当建筑物有管道穿过时，应预留足够尺寸的孔洞，或采用柔性的管道接头等。二、结构措施1.减轻建筑物的自重（减小基底压力）2.设置圈梁（增加建筑物的整体性）3.减小或调整基底附加压力三、施工措施在施工过程中，尽量不要扰动基地土，保持坑底约200mm厚的土层；若需要扰动，则应用砂、碎石回填夯实。当建筑物存在高低层或几个塔楼时，应先施工高层和重的部分，后施工轻的、底层的部分。高低层间的连接体应最后施工。柱下钢筋混凝土独立基础设计实例