基础工程设计原理-期末复习资料(全)同济大学

同济大学基础工程设计原理期末复习资料1150899陈力畅《基础工程设计原理》总复习建筑物通常是由上部结构、基础和地基三部分组成。承受建筑物荷载的地层称为地基，建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础。一、地基模型——亦称土的本构定律，就是描述地基土在受力状态下应力和应变之间关系的数学表达式1、线性弹性地基模型（地基土在荷载作用下其应力应变为直线关系）1.1、文克勒地基模型1(,0)iiijiiffkab假定地基任一点所受的压力强度p只与该点的地基变形s成正比，而p不影响该点以外的变形。p=ks，（k为地基基床系数，表示产生单位变形所需的压力强度kN/m3）该模型计算简便，只要k值选择得当，即可获得较为满意的结果；但是理论不够严格，忽略了地基中剪应力，变形与实际情况不符合。基础位于无粘性土上（特别是基础比较柔软又有局部荷载）；位于软弱粘性土上的建筑物且上部结构和基础的刚度不是很大1.2、弹性半空间地基模型将地基视作均匀的、各向同性的弹性半空间体具有扩散应力和变形的优点，比文克勒地基模型合理，但是其扩散能力往往超过了地基的实际情况，造成计算结果较实测结果的大，而且不能反映地基土的分层特性1.3、分层地基模型我国地基基础规范中用以计算地基最终沉降量的分层总和法（完全侧限）能较好得反映地基土扩散应力和变形的能力，能较容易考虑土层非均质性沿深度的变化，计算结果比较符合实际情况；但是仍为弹性模型，未能考虑土的非线性和过大的地基反力引起的地基土的塑性变形2、非线性弹性地基模型弹性模量与泊松比是随应力变化的。3、弹塑性地基模型4、柔度矩阵及柔度系数（m/kN）柔度矩阵表示地基变形与反力之间的关系，反映了地基模型在外力作用下界面的位移特征。柔度系数ijf是指在网格j处作用单位集中力而在网格i处引起的变形5、选择地基模型原则：1）被选模型应尽可能准确反映土体受外力作用时的主要力学性状。2）便于利用已有的数学方法和计算手段进行分析3）模型参数容易确定二、浅基础地基计算1、浅基础与深基础（桩基础、沉井、地下连续墙）：设计计算时是否考虑基础侧壁摩阻力影响2、荷载代表值：标准值（承载力验算）、准永久值（沉降计算）、组合值（1.35倍标准值，基础截面设计）3、地基基础设计基本要求：1）地基强度要求2）地基变形要求3）基础结构强度、刚度及耐久性要求。（按变形控制设计的原则是地基基础设计的总原则）同济大学基础工程设计原理期末复习资料1150899陈力畅4、容许承载力法和安全系数法采用荷载标准值、标准组合，分项系数法采用荷载设计值、基本组合；容许承载力法采用容许承载力（安全度由其取值控制），安全系数法和分项系数法采用极限承载力（安全度由系数取值控制）；5、地基承载力验算（容许承载力法）；地基稳定性验算（安全系数法）；基础结构设计（分项系数法）6、浅基础设计步骤：基础类型埋深选择地基承载力计算确定基底尺寸地基验算7、浅基础类型：无筋扩展基础（刚性基础，又分为墙下条形基础和柱下独立基础）；扩展基础（柔性基础，又分为柱下钢砼独立基础和墙下钢砼条形基础）；柱下钢砼条形基础；筏形基础；箱形基础。8、基础的埋深：指基础底面到天然地面的垂直距离。原则是凡能浅埋的应尽可能浅埋（除岩石地基外，基础最小埋深不宜小于0.5m，且基础顶面宜低于室外设计地面以下0.1m）影响因素：建筑物的用途及基础类型；荷载的大小和性质；工程地质和水文地质条件（直接支撑基础的土层称为持力层，其下各土层称为下卧层）；相邻建筑物基础埋深影响；地基土冻胀和融陷的影响；补偿基础（基地附加应力为0，一般有筏形基础和箱形基础）9、地基容许承载力的确定：9.1理论公式（根据地基临界荷载1/4p）abdmckfMbMdMc——基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度m——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度kc——基底下一倍短边宽深度内土的黏聚力标准值b——基础底面宽度，大于6m时按6m取，对于砂土小于3m时按3m取d——基础埋深，一般自室外地面高程算起9.2荷载试验（p-s曲线比例界限对应荷载值；极限荷载小于对应比例界限荷载值的2倍时取极限荷载的一半）当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时进行修正(b3)(d0.5)aakbdmff各符号意义同上，其中b当基础宽度小于3m时取3m，大于6m时按6m计9.3规范承载力表01122[][]k(b2)k(h3)10、基底尺寸确定()kaGFAbfd（af按未修正值计算，受偏心荷载作用时，考虑增大10%-30%）11、地基验算：★地基验算一般由变形控制，一般情况下只要变形要求能满足，地基强度要求也可以满足。所以地基承载力验算是指保证建筑物正常使用的承载力，而不是地基稳定性中的极限承载力。11.1承载力验算11.1.1持力层验算（力矩应作用在基础底面，考虑水平荷载引起弯矩）同济大学基础工程设计原理期末复习资料1150899陈力畅maxminmaxmin,(,1.2,0)kkkFGMppfpfpAW11.1.2软下卧层验算（软下卧层顶面处）zczazfz——附加应力标准值（应力扩散法）()(2tan)(2tan)kczpblbzlzcz——自重应力标准组合值azf——经深度修正后的地基承载力特征值11.2变形验算（分层总和法，荷载取准永久组合值）11.2.1变形特征沉降量是指独立基础或刚性特别大的基础中心沉降量沉降差是指相邻两个单独基础的沉降量之差倾斜是指独立基础在倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值局部倾斜是指纵向6-10m内基础两点沉降差与其距离的比值11.2.2控制特征对于砌体承重结构，应由局部倾斜控制；对于框架结构和单排框架结构，应由相邻柱基础的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸结构，应由倾斜控制，必要时控制平均沉降量。11.3稳定性验算（经常受水平荷载作用或建在斜坡上的建筑物）基础倾覆稳定性基础滑动稳定性地基稳定性土坡坡顶上建筑物地基稳定性12、减轻不均匀沉降危害的措施（减少建筑物的总沉降量和增强上部结构对沉降和不均匀沉降的适应能力）12.1、采用桩基础或其他深基础，以减少总沉降量12.2、对地基进行处理，以提高原地基的承载力和压缩模量12.3、在建筑、结构和施工中采取措施12.3.1建筑措施建筑物的体型力求简单、增强结构的整体刚度、设置沉降缝、相邻建筑物基础间应有合适的净距、调整某些设计高程12.3.2结构措施设置圈梁增强建筑物的刚度、选用合适的结构形式、减轻建筑物和基础的自重、减小或调正基底附加应力、加强基础刚度12.3.3施工措施遵照先建重（高）建筑后建轻（低）建筑的程序、建筑物施工前使地基预先沉降、注意沉桩降水对邻近建筑物的影响、基坑开挖坑底土的保护三、浅基础结构设计承受上部结构荷载作用和地基反力；确定截面尺寸和截面配筋满足结构内力要求并且满足构造要求。基础高度由混凝土抗剪切抗冲切条件确定，配筋由基础验算截面抗弯能力确定。设计方法：1）不考虑共同作用分析法（刚性设计，适用于基础相对刚度比较大）2）部分共同作用分析法（基础-地基）（弹性地基梁板法，适用于基础相对刚度比较小）3）全部共同作用分析法（上部结构-基础-地基）同济大学基础工程设计原理期末复习资料1150899陈力畅1、共同作用不考虑共同作用，忽略了三者之间受荷前后的变形连续性，导致底层和边跨梁柱的实际内力大于计算值而基础实际内力比计算值小很多。★概念：上部结构、基础与地基三者是一个共同工作的整体，三者通过各自的刚度在体系的共同工作中发挥作用。三者之间既满足静力平衡条件，还满足变形协调条件。上部结构与基础共同作用：上部结构为绝对刚性：基础均匀沉降，不发生整体弯曲，发生局部弯曲上部结构为完全柔性：发生整体弯曲和局部弯曲地基与基础共同作用完全柔性基础：基础和地基的力的分布以及变形完全一致绝对刚性基础：刚性基础对荷载的传递和地基的变形有调整和约束作用（抛物线形-马鞍形-倒抛物线形-钟形）；刚性基础能把中心集中荷载调整到基础边缘（架越作用）其基底反力的分布只与基础荷载合力的大小和作用点有关；2、刚性基础（主要承受压应力，并保证基础内产生拉应力和剪应力不超过限值）2.1设计原则：刚性角验算（台阶宽高比验算）/taniibH（不够安全or不够经济）2.2构造要求1）砖基础标准砖240mm×115mm×53mm，标准砖加灰缝240mm×120mm×60mm一般做成台阶式，俗称“大放脚”，顶层和底层为两皮砖；二、一间隔收（节省材料）、三皮两收、两皮一收垫层混凝土高度200mm以上时可作为基础结构一部分进行计算2）砼基础一般做台阶形或阶梯形，每层台阶高度不宜大于500mm，不超过三层台阶（350mm和900mm）2.3设计计算步骤1）初步选定基础高度H（砖基础高度一般为60的倍数mm；砼基础高度不宜小于200mm；石灰三合土基础和灰土基础高度应为150的倍数mm）2）按地基承载力条件确定minb（做深度修正）3）按刚性角确定max02tanbbH4）选择合适b值5）若下部材料强度小于上部材料，应对接触部分做抗压验算6）对砼基础，基底平均压力超过300kPa时，应对台阶变化处断面进行抗剪验算3、墙下条形基础（平面应变问题）3.1设计原则（截面设计时采用不计基础与上覆土重力作用时的地基净反力）基础底面宽度b——地基承载力要求确定基础高度h——砼抗剪切条件确定基础底板配筋——验算截面抗弯能力确定3.2构造要求墙下条形基础一般采用梯形截面，边缘高度一般不宜小于200mm，坡度i≤1:3；同济大学基础工程设计原理期末复习资料1150899陈力畅基础高度小于250mm时可做成等厚度板；基底下宜设C10素混凝土垫层，厚度100mm；底板受力钢筋大于ϕ10~@100mm~200mm，分布钢筋ϕ8@~300mm，保护层厚度有垫层时40mm，无垫层时70mm；3.3设计计算步骤1）计算地基净反力（仅由基础顶面的荷载设计值所产生的地基反力）maxmin26jNMpbb2）基础验算截面选取及其剪力计算当墙体材料为混凝土时，验算截面在墙角处；当墙体材料为砖墙且墙脚伸出不大于1/4砖长时，验算截面在墙面处；3）基础高度的确定00.7IhtVfh截面高度影响系数140800()hh（800mmh02000mm）基础高度h为有效高度0h加上混凝土保护层厚度4）基础底板的配筋00.9IsyMAfh4、柱下独立基础4.1设计原则底面尺寸——地基承载能力基础高度——抗冲切验算纵、横向配筋——纵、横向抗弯验算4.2构造要求长宽比1~1.5；锥形基础边缘高度200mm~500mm，坡角一般25º最大不超过35º，顶部每边宜沿柱边放出50mm；受力钢筋双向配置（0.9）4.3设计计算步骤1）基础截面抗冲切验算与截面高度确定00.7ljlhptmFpAfahhp——受冲切承载力截面高度影响系数，1.0（800mm）-0.9（2000mm）ma——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度lA——面积确定见p65，由基础有效高度控制2）基础截面抗弯验算和底板配筋（按四周挑出悬臂板，反力按对角线划分）21maxmax1[(2')()()]12IjjIjjIMalappppl2maxmin1(')(2')()48IIjjMlabbpp同济大学基础工程设计原理期末复习资料1150899陈力畅00.9IsIyMAfh，00.9()IIsIIyMAfhd（钢筋叠层放置）5、柱下条形基础5.1受力特点横纵两个方向均存在剪力和弯矩，横向剪力和弯矩由翼板承担（同墙下条基），纵向剪力和弯矩由基础梁承担5.2内力计算1）线性分布法地基持力层土质均匀，各柱距相差不大，柱荷载分布较均匀，建筑物整体相对刚度较大时。①静定分析法（未考虑基础和上部结构的相互作用，计算值偏大）适用于上部为柔性结构，基础本身刚度较大的条形基础。②倒梁法（不平衡力分布在1/3跨度范围内，忽略了基础整体弯曲，计算值偏小）适用于上部结构