基础工程(同济大学第二版)

2020/4/181基础工程设计原理32020/4/182第一节概述第二节无筋扩展基础第三节墙下条形基础第四节柱下独立基础第五节柱下条形基础第六节十字交叉条形基础第七节筏板基础第三章浅基础结构设计2020/4/183第一节.概述1.浅基础结构受力第三章浅基础结构设计浅基础除受到来自上部结构的荷载作用外，同时还受到地基反力的作用，其截面内力(弯矩、剪力、扭矩等)是这两种荷载共同作用的结果。无筋扩展基础(刚性基础)：采用控制基础宽高比的方法使基础主要承受压应力，并保证基础内产生的拉应力和剪应力都不超过材料强度的设计值。2.浅基础结构设计内容浅基础结构设计内容与建造材料(基础类型)有关：2020/4/184钢筋混凝土扩展基础(柔性基础)：截面设计验算的内容主要包括基础底面尺寸、截面高度和截面配筋等。钢筋混凝土扩展基础的基底面积通常根据地基承载力和对沉降及不均匀沉降的要求确定；基础高度由混凝土的抗剪切条件确定；基础受力钢筋配筋量由基础验算截面抗弯能力确定。地基反力当用于不同的计算目的时，其取值应有所区别，例如：在确定基础底面尺寸或计算基础沉降时，应考虑设计地面以下基础及其上覆土重力的作用(平均总压力)；在进行基础截面设计(基础高度的确定、基础截面配筋)中，采用不计基础与上覆土重力作用时的地基净反力计算(地基净反力)。3.地基反力确定方法2020/4/185基底反力的分布假设是基础内力计算的前提，应根据基础形式和地基条件等正确确定。对墙下条形基础和柱下独立基础，地基反力通常采用直线分布；对柱下条形基础和筏板基础等，当地基持力层土质均匀，上部结构刚度较好，各柱距相差不大，柱荷载分布较均匀时，地基反力可认为符合直线分布，基础梁的内力可按简化的直线分布法计算；当不满足上述条件时，宜按弹性地基梁法计算。4.地基反力分布假定5.设计理论简介常规设计法：一般工程中常用的设计方法；共同作用设计方法：尚未推广至常规的工程设计中，但是，是今后地基基础设计的发展方向。2020/4/186在目前工程设计中，通常把上部结构与地基基础分离开来进行计算，视上部结构底端为固定支座或固定铰支座，不考虑荷载作用下各墙柱端部的相对位移，并按此进行内力分析，这种分析与设计方法称为常规设计法。地基、基础和上部结构之间实际上是互相影响、互相制约的，基础内力和地基变形除与基础刚度、地基土性质有关外，还与上部结构的荷载和刚度有关。它们在荷载作用下应满足变形协调条件，这种考虑上部结构与地基基础相互影响并满足变形协调条件的设计方法称为共同作用设计方法。变形协调条件：原来互相连接或接触的部位，在各部分荷载、位移和刚度的综合影响下，一般仍然保持连接或接触，如墙柱底端的位移与该处基础的变位及地基表面的沉降三者相一致。2020/4/187第二节.无筋扩展基础一、无筋扩展基础的设计原则无筋扩展基础通常是由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的，这些材料具有抗压强度高而抗拉、抗剪强度低的特点，所以在进行刚性基础设计时必须使基础主要承受压应力，并保证基础内产生的拉应力和剪应力都不超过材料强度的设计值。上述设计目标主要通过对基础的外伸宽度与基础高度的比值进行验算来实现。同时，其基础宽度还应满足地基承载力的要求。二、无筋扩展基础的构造要求刚性基础应按其材料特点满足相应的构造要求。2020/4/1881.砖基础砖基础采用的砖强度等级应不低于MU10，砂浆不低于M5，在地下水位以下或地基土潮湿时应采用水泥砂浆砌筑。基础底面以下一般先做100mm厚的混凝土垫层，混凝土强度等级为C10。2.毛石浆砌基础毛石基础采用的材料采用未加工或仅稍作修整的未风化的硬质岩石，高度一般不小于20cm。石灰三合土基础由石灰、砂和骨料加适量的水充分搅拌均匀后，铺在基槽内分层夯实而成。三合土的体积配合比为1∶2∶4或1∶3∶6，在基槽内夯实。3.石灰三合土基础4.灰土基础灰土基础由熟化石灰和粘土按比例拌和并夯实而成。常用的体积配合比有3∶7和2∶8。5.混凝土和毛石混凝土基础混凝土基础一般用C15以上的素混凝土做成。2020/4/189三、无筋扩展基础的设计计算步骤(1)根据构造及建筑模数初步确定基础高度H。(2)根据地基承载力初步确定基础宽度b。混凝土基础的高度不宜小于20cm，一般为30cm。对于石灰三合土基础和灰土基础，基础高度应为15cm的倍数。砖基础的高度应符合砖的模数，标准砖的规格为240×115×53。在布置基础剖面时，大放脚的每皮宽度b1和高度h1值见表3-1。dfFAGak(3)验算基础宽度是否满足。tg20Hbbtg─基础台阶宽高比的允许值；b2─基础的外伸长度。Hbg2t称为刚性角；2020/4/1810（a）墙下无筋扩展基础（b）柱下无筋扩展基础图3-1无筋扩展基础验算2020/4/1811基础材料质量要求台阶高宽比的允许值pk≤100100pk≤200200pk≤300混凝土基础C15混凝土1:1.001:1.001:1.25毛石混凝土基础C15混凝土1:1.001:1.251:1.50砖基础砖不低于MU10，砂浆不低于M51:1.501:1.501:1.50毛石基础砂浆不低于M51:1.251:1.50－灰土基础体积比为3：7或2：8的灰土，其最小干密度：粉土1.55t/m3粉质粘土1.05t/m3粘土1.45t/m31:1.251:1.50－三合土基础体积比为1：2：4～1：3：6（石灰：砂：骨料），每层约虚铺220mm，夯至150mm1:1.501:2.00－表3-2刚性基础台阶宽高比的允许值2020/4/1812(4)当无筋扩展基础由不同材料叠合而成时，应对叠合部分作抗压验算。(5)对混凝土基础，当基础底面平均压力超过300kPa时，尚应对台阶高度变化处的断面进行抗剪验算。如验算符合要求，则可采用选定的基础宽度和高度，否则应调整基础高度重新验算，直至满足要求为止。2020/4/18132020/4/1814（a）墙下无筋扩展基础（b）柱下无筋扩展基础图3-1无筋扩展基础验算2020/4/1815第三节墙下条形基础一、墙下条形基础的设计原则内力计算：一般可按平面应变问题处理；在长度方向可取单位长度计算。截面设计验算内容：主要包括基础底面宽度b、基础高度h及基础底板配筋等。基底宽度根据地基承载力要求确定；基础高度由混凝土的抗剪切条件确定；基础底板受力钢筋由基础验算截面的抗弯能力确定。荷载：基础截面设计(基础高度确定、底板配筋)中，应采用不计基础与上覆土重力作用时的地基净反力计算；确定基础底面尺寸或计算基础沉降时，应考虑设计地面以下基础及其上覆土重力的作用，即采用基底总压力。2020/4/1816二、基础截面的设计计算步骤1.地基净反力计算2.基础高度的确定地基净反力：仅由基础顶面的荷载设计值所产生的地基反力，以表示。jp2minmax6bMbNpj基础验算截面I的剪力设计值VI(kN/m)为为验算截面I距基础边缘的距离，m。minImaxII22jjIpbpbbbbVIb当墙体材料为混凝土时，验算截面I在墙脚处，等于基础边缘至墙脚的距离a；当墙体材料为砖墙且墙脚伸出14砖长时，验算截面I在墙面处，m，若砖长为240mm，则m。Ib06.0abI砖长4/1Iab2020/4/1817砖墙情况混凝土墙情况图3-3墙下条形基础的计算2020/4/1818minImaxIIminImaxImaxIminmaxIImaxII22)2(2b)(21jjjjjjjjpbpbbbbpbpbbpbppbbbpbV＝基础验算截面I的剪力设计值VI，式（3－3）的推导：IbmaxjpjIpmaxjp)(minmaxIjjppbb2020/4/1819当荷载无偏心时，验算截面的VI可简化为：基础有效高度h0（mm）由基础验算截面的抗剪切条件确定，即式中为截面高度影响系数，当h0800mm时，取h0=800mm；当h02000mm时，取h0=2000mm；ft混凝土轴心抗拉强度设计值（kPa）；h0基础截面有效高度（mm）。基础高度h为有效高度h0加上混凝土保护层厚度。设计时，可初选基础高度h=b/8。NbbVII0thsI7.0hfV4/10hs800hhs2020/4/18203.基础底板的配筋基础验算截面I的弯矩设计值MI可按下式计算：当轴心荷载作用时，基础验算截面I的弯矩设计值MI可简化为如下形式：每延米墙长的受力钢筋截面面积为：式中As—钢筋面积(m2)；fy—钢筋抗拉强度设计值(MPa)。IIIbVM2109.0hfMAyIs1min1max21I)3(6bpbbpbbMjj2020/4/18214.构造要求墙下条形基础一般采用梯形截面，其边缘高度一般不宜小于200mm，坡度i1:3。基础高度小于250mm时，也可做成等厚度板。基础混凝土的强度等级不宜低于C20。基底下宜设C10素混凝土垫层，厚度一般为100mm。底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm和小于100mm。当有垫层时，底板混凝土的保护层净厚度不宜小于40mm，无垫层时不宜小于70mm。底板纵向分布钢筋，直径8mm，间距不大于300mm。当地基软弱时，为了减小不均匀沉降的影响，基础截面可采用带肋梁的板，肋梁的纵向钢筋和箍筋按经验确定，如图3-4。2020/4/1822图3-4墙下钢筋混凝土条形基础的构造2020/4/18232020/4/18242020/4/18252020/4/1826第四节柱下独立基础一、柱下独立基础的设计计算柱下独立基础的设计，一般先由地基承载能力确定基础底面尺寸，然后再进行基础截面的设计验算。基础截面设计验算的主要内容包括基础截面的抗冲切验算和纵、横方向的抗弯验算，并由此确定基础的高度和底板纵、横方向的配筋量。1.基础截面的抗冲切验算与基础高度的确定基础高度由柱边抗冲切破坏的要求确定。设计时可先假设一个基础高度h，然后按下式验算抗冲切能力0mthp7.0hafFl2)(btmaaallApFj；2020/4/1827（a）基础剖面图3-7柱下独立基础的抗冲切验算2020/4/1828式中受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，取1.0；当2000mm时，取0.9，中间值线性内插；ft混凝土抗拉强度设计值（kPa）；h0基础冲切破坏锥体的有效高度（m）；am基础冲切破坏锥体最不利一侧的计算长度(m)；at基础冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，在验算柱与基础交接处的抗冲切能力时，取柱宽a；在验算柱与基础变阶处的抗冲切能力时，取上阶宽；ab基础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（如图3-7b），计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，ab取柱宽a加两倍基础有效高度h0；计算基础变阶处的受冲切承载力时，ab取上阶宽加该处的两倍基础有效高度。当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外(如图3-7c)，即此时，ab＝l；hplha022020/4/1829Fl相应于荷载效应基本组合时在Al上的地基土净反力设计值（kN）。pj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，偏心受压时可取基础边缘最大地基土单位面积净反力（kPa）；Al冲切截面的水平投影面积（m2）如图3-7b中的阴影面积ABCDEF或图3-7c中的阴影面积ABCD；设基础底面短边长度为l(m)；柱截面的宽度和长度为a和bc(m)；当计算变阶处抗冲切时，a、bc分别取相应台阶的宽度和长度。Al计算方法如下：2020/4/1830当(如图3-7b)lha022002222hlllhbbAcclh0a2020/4/1831式中h0为基础的有效高度(m)。当不满足式(3-9)的抗冲切能力验