建筑地基基础设计

建筑地基基础设计钢结构一体化2015.12.06授课内容及目标针对目前各个部门遇到的实际问题，适当结合工程实例，解决工作中的实际问题，做到既符合国家规范规定，又通俗、易懂、简单、实用。本课件主要包含以下内容；1.地基基础的设计目标2.GB50007-2011的适用范围(以下简称《地基规范》)3.常用术语及符号4.基础设计等级的确定、地基变形、地基抗震验算5.基础设计时作用效应的选用6.基础设计时应注意的基本问题7.地基承载力的确定及计算8.常用的几种基础设计方法及应注意的问题地基基础的设计目标1在长期荷载作用下，地基变形不致造成承重结构的损坏；（承载力能力极限状态）2在最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象；（变形能力）3具有足够的耐久性能。（耐久性：工程设计时应规定结构的设计使用年限，地基基础设计必须满足上部结构设计使用年限的要求。地基基础的设计使用年限不应小于建筑结构的设计使用年限).使用年限、安全等级见《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2011100年（安全等级一级，γ0=1.1）、50年（二级,γ0=1.0）、25年（三级,γ0=0.95）、5年（三级，γ0=0.9）；使用年限为25年时，γ0的取值不统一承载能力极限状态正常使用极限状态结构的设计使用年限结构的安全等级建筑地基基础设计规范的适用范围1．0．2本规范适用于工业与民用建筑（包括构筑物）的地基基础设计。对于湿陷性黄土、多年冻土、膨胀土以及在地震和机械振动荷载作用下的地基基础设计，尚应符合国家现行相应专业标准的规定。《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004（国标）《膨胀土地区建筑技术规范》GB50112-2013（国标）《冻土地区建筑地基基础设计规范》JGJ118-2011（行业）《动力机器基础设计规范》GB50040-96（国标）《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011（国标）基本术语和符号-1•2．1．1地基Subgrade,Foundationsoils•支承基础的土体或岩体。•2．1．2基础Foundation•将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。•2．1．3地基承载力特征值Characteristicvalueofsubgradebearingcapacity•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，其最大值为比例界限值。•2．1．6标准冻结深度Standardfrostpenetration（规范附录F）在地面平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于10年的实测最大冻结深度的平均值•2．1．7地基变形允许值Allowablesubsoildeformation•为保证建筑物正常使用而确定的变形控制值。•2．1．8土岩组合地基Soil-rockcompositesubgrade在建筑地基的主要受力层范围内，有下卧基岩表面坡度较大的地基；或石芽密布并有出露的地基；或大块孤石或个别石芽出露的地基。3.0.3条注：1地基主要受力层系指条形基础底面下深度为3b(b为基础底面宽度)，独立基础下为1.5b,且厚度均不小于5m的范围（二层以下一般的民用建筑除外）•2．1．9地基处理Groundtreatment,Groundimprovement为提高地基强度，或改善其变形性质或渗透性质而采取的工程措施。•2．1．10复合地基Compositesubgrade，Compositefoundation部分土体被增强或被置换，而形成的由地基土和增强体共同承担荷载的人工地基。基本术语和符号-2•2．1．11扩展基础Spreadfoundation为扩散上部结构传来的荷载，使作用在基底的压应力满足地基承载力的设计要求，且基础内部的应力满足材料强度的设计要求，通过向侧边扩展一定底面积的基础。•2．1．12无筋扩展基础Non-reinforcedspreadfoundation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。•2．1．13桩基础Pilefoundation由设置于岩土中的桩和连接于桩顶端的承台组成的基础。•2.2.1作用和作用效应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；Gk——基础自重和基础上的土重；Mk——相应于作用的标准组合时，作用于基础底面的力矩值；pk——相应于作用的标准组合时，基础底面处的平均压力值；p0——基础底面处平均附加压力；Qk——相应于作用的标准组合时，轴心竖向力作用下桩基中单桩所受竖向力。•2.2.3几何参数A——基础底面面积；b——基础底面宽度（最小边长）；或力矩作用方向的基础底面边长；d——基础埋置深度，桩身直径；h0——基础高度；l——基础底面长度；z0——标准冻深；•2.2.4计算系数ηb——基础宽度的承载力修正系数；ηd——基础埋深的承载力修正系数；地基基础设计等级设计等级为丙级的可不作地基变形验算的范围设计等级为丙级的必须作地基变形验算的条件•3．0．2根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：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设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；3设计等级为丙级的建筑物有下列情况之一时应作变形验算：l）地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；2）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；3）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；4）相邻建筑距离近，可能发生倾斜时；5）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。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；5基坑工程应进行稳定性验算；6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。地基及基础的抗震验算《建筑抗震设计抗规》GB50011-2010第4.2章节，对地基及基础的抗震验算做出规定，并提出了相关的计算方法，不做抗震验算要符合下列条件：3．1．2抗震设防烈度为6度时，除本规范有具体规定外，对乙、丙、丁类的建筑可不进行地震作用计算。4．2．1下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算：1本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。（3.1.2条）2地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层的下列建筑：1)一般的单层厂房和单层空旷房屋；2)砌体房屋；3)不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架-抗震墙房屋4)基础荷载与3)项相当的多层框架厂房和多层混凝土抗震墙房屋注：软弱黏性土层指7度、8度和9度时，地基承载力特征值分别小于80、100和120kPa的土层。地基基础设计时荷载组合3.0.5地基基础设计时，所采用的作用效应与相应的抗力限值应符合下列规定：1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作用效应应按正常使用极限状态下作用的标准组合。相应的抗力应采用地基承特征值或单桩承载力特征值载力；2计算地基变形时，传至基础底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的准永久组合，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；3计算挡土墙、地基或滑坡稳定以及基础抗浮稳定时，作用效应应按承载能力极限状态下作用的基本组合，但其分项系数均为1.0；4在确定基础或桩基承台高度、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，上部结构传来的作用效应和相应的基底反力、挡土墙土压力以及滑坡推力，应按承载能力极限状态下作用的基本组合，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作用的标准组合（混凝土规范规定：计算裂缝时取准永久组合）；5基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数（γ0）不应小于1.0。•维护墙（砌体墙）可采用条形基础、基础拉梁（基础梁）的方式解决•基础梁应按照拉梁配置上下部配筋•注意不要遗漏维护墙和基础梁的自重荷载组合的3种使用条件：A.标准组合：底面积、埋深、桩数、裂缝宽度（砼规范3.4.2条准永久组合）B.基本组合：基础内力、配筋计算C.准永久组合：沉降计算基础埋置深度的确定5.1.2在满足地基稳定和变形要求的前提下，当上层地基的承载力大于下层土时，宜利上层土作持力层。除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。5.1.5基础宜埋置在地下水位以上，当必须埋在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施。当基础埋置在易风化的岩层上，施工时应在基坑开挖后立即铺筑垫层。5.1.6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基础。当埋深大于原有建筑基础时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定。*当持力层范围内（条形基础地面下3b(b为基础底面宽度)、独立基础下1.5b，且厚度不小于5M）有承载力较低的土层时，应进行软弱下卧层验算。基础规范5.2.7条基础防冻胀、防冻害措施5.1.9-1对在地下水位以上的基础，基础侧表面应回填不冻胀的中、粗砂，其厚度不应小于200mm；对在地下水位以下的基础，可采用桩基础、保温性基础、自锚式基础（冻土层下有扩大板或扩底短桩），也可将独立基础或条形基础做成正梯形的斜面基础。5.1.9-5当独立基础联系梁下或桩基础承台下有冻土时，应在梁或承台下留有相当于该土层冻胀量的空隙。（通常在梁底或承台底回填不小于200厚中、粗砂，范围要适当外扩）注：冻害易发生于基础埋置较浅且建筑层数较少；埋置于冻结深度以上。（实际工程中±0.000以下不宜采用多孔砖，采用实心砌体时，砌体墙2侧摸防渗砂浆）；《砼规范》3.5章节和《砌体》4.3章节，对地面以下砼强度、砼保护层厚度、砌体强度、砂浆强度做出规定；基础砼C30，保护层40mm，砌体及砂浆，根据材料不同，也不相同，详见《砌体》4.3.5条地基承载力特征值土为大变形材料，当荷载增加时，随着地基变形的相应增长（固结过程），地基承载力也在逐渐加大，很难界定出一个真正的“极限值”；另一方面，建筑物的使用有一个功能要求，常常是地基承载力还有潜力可挖，而变形已达到或超过按正常使用的限值。因此，基础设计是采用正常使用极限状态这一原则来进行设计的。对于地基和基础的计算（底面积、变形、稳定、配筋），根据设计目标的不同要采用不同的荷载组合来进行计算，避免在基础设计过程中造成不必要的浪费，使设计结果偏于安全或低于国家设计标准。地基承载力特征值修正fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm(d-0.5)式中：fa——修正后的地基承载力特征值（kPa）；fak——地基承载力特征值（kPa），按本规范第5.2.3条的原则确定；ηb、ηd——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表5.2.4值；（ηb、ηd只与基础底面处土的性质有关，与基础底面以上土的性质无关）γ——基础底面以下土的重度（kN/m3），地下水位以下取浮重度；b——基础底面宽度（m），当基础底面宽度小于3m时按3m取值，大于6m时按6m取值；(底面宽度小于3M时不进行宽度修正，大于3M时最大取6M)γm——基础底面以上土的加权平均重度（kN/m3），位于地下水位以下的土层取有效重度；d——基础埋置深度（m），宜自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，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。（修正原理：即基础底面以上土对地基变形的约束作用）不同情况下的基础埋深计算对主楼和裙楼一体的结构，当B1+B22B时，主楼基础的埋深计算时可将基础底面以上范围内的荷载，作为基础两侧的超载考虑并将其折算成等效埋深。注意：当地质资料不准确或无资料时，ηd深度修正系数不宜大于1.4，岩石不做修正承载力计算5．2．1基础底面的压力，应符合下列规定：1当轴心荷载