基础工程-连续基础部分(史上最全面)

第3章连续基础部分本章教学目标1．了解连续基础的特点。2．熟悉地基、基础与上部结构相互作用的概念。3．熟悉常用地基计算模型。柱4．熟悉文克勒地基上梁的计算。5．掌握常用基础（柱下条形基础、下交叉条形基础、筏基等）结构设计与计算方法。3.1概述1、连续基础的特点1）基础底面大，能承受荷载较大，易满足承载力要求。2）可加大建筑整体刚度，减小不均匀沉降，提高抗震性能。3）箱基或设置了地下室的筏基础，以挖去土重量补偿建筑的部分重量。连续基础可看成是地基上的受弯构件，它挠曲特征、基底反力和截面内力都与地基基础及上部结构的相对刚度有关。应从三者相互作用观点出发，采用适当的方法进行计算。地基模型选择尤为重要。3.2地基基础与上部结构相互作用的概念3..2.1地基与基础的相互作用1、基底反力的分布规律仅考虑基础本身刚度影响。1）柔性基础抗弯刚度很小的基础，随着地基变形任意弯曲，不能扩散应力，因此基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致。沉降呈碟形，若要使柔性基础的沉降趋于均匀，就必须增大基础边缘的荷载。柔性基础2）刚性基础抗弯刚度极大，原来是平面的基底，沉降后依然保持平面。基底反力呈马鞍形。架越作用：刚性基础能跨越基底中部，将所承担荷载相对集中地传至基底边缘，这种现象称基础的“架越作用”。刚性基础3）基础相对地基刚度影响基础相对地基的刚度越强沉降越均匀，但内力增大，局部软硬变化时，采用连续基础。当地基为岩石或压缩性很低的土层时，优先考虑采用扩展基础。4）临近荷载影响受影响一侧沉降加大，引起反力卸载，反力向基础中部转移。2.地基非均质性影响同样荷载在不同地基上，情况不同。荷载分布不同，地基相同情况不同，注意功能布置。3.2.2地基变形对上部结构影响上部结构刚度：上部结构对基础不均匀沉降抵抗能力称为上部结构刚度。分为柔性、敏感性、刚性三类。排架结构、柔性，基础沉降不会对结构内力产生大附加应力，围护结构开裂。砌体结构、框架结构，属敏感结构，基础沉降会引起较大附加内力。烟囱、水塔、剪力墙,刚性结构,只发生倾斜、不会挠曲。3.2.3上部结构刚度对基础受力状况影响绝对刚性上部结构,上部柱可视为铰支座。完全柔性上部结构,上部不参与工作。绝大多数建筑介于二者之间。现在不能定量判断，只能定性判断。剪力墙体系和筒体结构→刚性排架→柔性地基压缩性低→沉降小考虑三者作用不大，起主导作用是地基。3.3地基计算模型进行地基上梁和板分析时，必须解决基地压力分布和沉降计算问题，它涉及土应力应变关系，表达这种关系模式称为地基模型。3.3.1文克勒地基模型1、捷克工程师，提出如下假设。p=kS1）把地基划分许多竖直土柱，每条土柱可由一根弹簧代替。2）基底反力图形与竖向位移相似，如刚度大（基础）受荷后基础底面仍保持平面，基底反力图形按直线规律变化。简化计算法→依据模式2、下列情况运用1）地基主要受力层为软土。2）薄压缩层，hb/23）塑性区较大4）支承在桩上的连续基础，可以用弹簧体系代替群桩。3.3.2弹性半空间地基模型1、假定将地基视为均质的线性变形半空间，用弹性力学求解地基附加应力或位移，地基上任意点沉降与整个基底反力及相邻荷载分布有关。1）作用P时距r表面沉降s为2）均荷作用下，矩形中心点沉降，可对上式积分(LIn(b++bIn(p0rEpS02/)1(02/)1(2ESlbl/)22)/)22bbll基底平面即对于整个基础njjijniniiRRR111nnnnnnnnRRRSSS212122221112112102/1Eij)()()(1)](ln1ln1[2222222jiYYxxjibbllllblbbjijijjjjjjjjjj优点：1）能扩散应力和变形，可以反应临近荷载的影响。2）扩散能力超过地基实际情况。3）计算沉降量和地表的沉降范围较实测大。未考虑地基成层性，非均质性，土体应力应变关系的非线性等因素。02/1Eij02/1Eij3.3.3有限压缩层地基模型把计算沉降的分层总和法应用于地基上梁和板的分析，地基沉降等于各计算分层在侧限条件下压缩量之和。σtij—第i个棱柱体中第t分层由P=1/f引起的竖向附加应力的平均值(取中点)cntstititijijEh13.3.4相互作用基本条件两个条件1）静力平衡外荷载和基底反力作用下满足2）变形协调挠度=沉降量00MFiiSW3.4文克勒地基上梁计算3.4.1无限长梁的解答挠曲微分方程式ws04444wEIkbdxwdbkwdxwdEI44EIkb04444wdxwd)cos()cos(4321xSincxcexSincxcewxx柔度特征值KSPbPdxwdEI44AFxkb20集中力作用下BFxkb20CFxM40DFxV20ws无限长梁3.4.2有限长梁3.4.3柔度指数长梁（柔性）有限长梁短梁（刚性）柔度指数—)(4/4/LLLL44EIkbsiissszmmEhkhEkhspkEhpEhs/1////14.4.300有分层时的薄压缩地基对于厚度为）按预估沉降量计算基床系数的的确定按载荷试验成果确定p)/(,/kbbkspspkpp对粘土板沉降值为平均反力，3.5地基上梁的数值分析当用文克勒计算方法求梁的解析解时，K沿梁长方向不是常量，或采用了非文克勒地基模型，那么无法求解析解，只能求近似的数值解。iiispk/分析方法很多，常用有限元法有限元法3.6柱下条形基适用条件：地基软弱，承载力较低，荷载较大，地基压缩不均匀时。荷载分布不均匀，有可能有不均匀沉降时。上部为敏感性建筑3.6.1构造要求柱下条基除满足钢筋混凝土独立基础构造要求外，应满足：1、采用倒T形截面，由肋梁和翼板组成2、肋深高度1/4~1/8柱矩，并满足受剪要求，当柱荷载加大时可加腋。3、梁沿纵向取等截面，梁比柱至少宽出50mm，柱长400mm时肋加宽。4、翼板厚度不小于200mm,200~250时用等厚度翼板250变厚度翼板，其坡度小于等于1:35、端部外伸长度为跨跨距的0.25倍。6、梁顶底纵向受力钢筋除应满足计算要求外，顶部受力钢筋全部贯通，底面通常钢筋面积不少于底面受力钢筋总面积的1/3。（可能出现整体弯曲，内力分析不准）7、h450mm时，在梁的两侧面应沿高度配置纵向构造钢筋，不小于截面0.1%，间距≤200，拉筋连接，直径同箍筋，500~700，箍筋通常6~12；h800时，直径不宜小于8mm，宽350，采用双肢箍筋；宽800时，采用六肢箍筋。翼板横向受力钢筋由计算确定，直径不应小于10mm，间距100~200mm。分布筋8~10mm，间距不大于300mm。构造构造3.6.2内力计算1、简化计算法假定基底反力为直线分布，有足够刚度弹性地基梁法和倒梁法简化计算法：静定分析44/)1(75.1EIkblm1/λ为文克勒地基上梁的特征长度，条形基础的高度不小于平均柱矩的1/61）上部结构刚度很小时采用静定法，先按直线分布假定求出基底净反力，柱荷载作用在梁上。按静力平衡求出任一点M,V，上部结构均为柔性，梁产生整体弯曲的结果偏大。2）倒梁法：假定上部结构为绝对刚性。柱为条基铰支座。按倒置的连续梁计算。3）地基均匀，上部结构刚度好，h1/6L，基底按直线分布。相对刚度较大时，由于基础架越作用，两边边跨基底反力增大，两边跨中及第一支座乘1.2，当荷载大时，土压缩性高时，架越作用弱，反力从端内移。2、计算步骤1）基础底面尺寸确定伸出边柱长度，尽量使荷载作用点与基底面形心重合。求L轴心荷载偏心荷载akwkkkwwGawkkfblMblGGFplhrdrfGFb2.16)(2max2）基础底板计算与墙下钢筋混凝土条形基础相同，沿纵向各跨净反力不同，本跨认为相同。3）基础梁内力计算计算基底净反力设计值，沿基础纵向分布力矩设计值代数和各荷载对基础梁中点的—值之和各柱传来的竖向力设计—MFlMlFbp2minmax6内力计算当上部结构刚度很小时，静定分析；当上部结构刚度很大时，倒梁法求得反力与支座力不符（20%），采用基底反力调整法，将基底反力与柱轴力差分布在支座两侧各三分之一跨度范围内。肋梁配筋：对跨中按T形、对支座按矩形截面计算。有扭力时，计算按抗扭。两种计算方法极端情况，前提条件，结合实际调整配筋。2、弹性地基梁法1)当不满足简化计算方法时采用。2）基础宽度满足情况1）要求沿纵向压缩性不均匀，可按纵向将地基划分若干段按文克勒数值分析（有限元）计算。3）邻进堆荷载影响用非文克勒数值分析迭代。siisEhkhEkhb/1/3.4,2基座系数：节解析法计算匀，按文克勒薄压缩层地基，压缩均siiEhk/13.7柱下交叉条形基础1、组成：纵横两个方向柱下条基组成的一种空间结构，柱位于交叉节点处。2、作用：可以进一步扩大基础底面，利用巨大的空间刚度以调整不均匀沉降。3、适用于：软弱地基上框架结构，构造同柱下条形基础。4、计算方法：将基础作为二方向连续梁来对待，把交叉结点处柱荷载分到纵横两方向梁上，按两方向柱下条基计算。1）满足简化计算方法条件，当上部结构刚度大时两组连续梁按倒梁法计算。2）满足简化计算方法条件，当上部结构刚度小时两组连续梁按静定分析法计算。3）不满足简化计算方法条件，两组连续梁按弹性地基梁计算。4）简化计算假定a．设结点处纵横梁为铰接，当一个方向梁有转角时，另一方向梁内不产生扭矩。b．两方向弯矩由同向的基础梁承担，忽略了梁的扭转。c．构造上保证，柱位配封闭抗扭箍筋(用Φ10—12)，并适当增加基础梁的纵向配筋量5）满足两个条件a静力平衡条件b变形协调条件6）力的分配iyixiyixiwwFFF按文克勒地基上梁的分析方法，忽略相邻荷载的影响。外伸的半无限长梁，i点竖向位移444141yx,22yyyyxxxxyxyyiyiyxxxixixkbEISkbEISSSZSkbFwZSkbFwy方向基础梁特征长度，—角柱节点iyxxyyxxyyiyixyyxxyyxxixyyiyyxxixxxxxxxFZSbSbZZSbFFZSbSbZZSbFSbFZSbFZxxSinxeZx)cos2cos21(122y方向为无限iyyxxxyyxiyiyyxxxxxixyyyFSbZSbSbZFFSbZSbSbFZeeyyy10122c．内柱结点两方向无限长iyyxxyyiyiyyxxxxixyxFSbSbSbFFSbSbSbFZyZx117）结点荷载调整两方向分别计算时，两方向面积在结点处重叠，较大时，偏不安全，加大结点荷载方法调整原结点力yxiyxiiyixjiiiyiyiyjiiixixixixixbbAbbAiAiFFPAFFFPAFFFFFFF21yx,i''中间角点重叠面积—方向的荷载增量，结点在—筏基与箱基1、用于高层建筑，执行高层建筑箱筏技术规范。2、设计内容：地基计算抗震区执行抗震规范01.02.1p)1minmaxpAweffpaa偏心轴压时2）高层建筑箱基、筏基深度较大，应将地基回弹再压缩变形考虑在内。实际决定层土回弹再压缩横量，—压力系数层底面范围内平均附加，基础底面计算点到第—层深度，基础底面到第—压力标准值。基础底面处地基土自重—沉降计算经抗系数—＝抗系数，无经抗时考虑回弹的沉降计算经—‘i,1-ii,1-ii,1))(('11'1110''sisiiiiicsniiiiis