建筑物的基本组成—地基、基础

•一般民用建筑是由基础、墙或柱、楼地层、楼梯、屋顶、门窗等主要部分组成。图4.1所示为一幢住宅构造组成。建筑物的基本组成图4.1住宅的建筑构成•基础是房屋最下面的部分，它承受房屋的全部荷载，并把这些荷载传给下面的土层（地基）。•墙或柱是房屋的垂直承重构件，它承受楼地层和屋顶传给它的荷载，并把这些荷载传给基础。墙起承重、围护、保温、隔热、隔声、分隔建筑空间的作用。（内墙、外墙）建筑物的基本组成•屋顶屋顶是房屋建筑顶部的水平构件。屋顶既是承重构件又是维护构件。•楼地层楼地层是房屋建筑水平方向的构件。建筑物的基本组成•楼梯是房屋建筑中联系上下各层的垂直交通设施。（坚固、耐磨、防滑）•门是建筑物的出入口，它的作用是供人们通行，并兼有围护、分隔的作用。窗的主要作用是采光、通风、供人眺望。•房屋除上述基本组成外，还有台阶、散水、雨篷、雨水管、明沟、通风道、烟道等。1.地基、基础及其与荷载的关系•基础——建筑工程中，位于建筑物的最下部位、埋入地下、直接作用于土层上的承重构件。它承受建筑物上部结构传下来的全部荷载，并把这些荷载连同本身的重量一起传到地基上。一、地基、基础的概念•地基——基础下面支承建筑物总荷载的土层或岩体。建筑物总荷载是通过基础传给地基的。地基承受建筑物荷载而产生的应力和应变随着土层深度的增加而减小，在达到一定深度后就可忽略不计。•直接承受建筑荷载的土层为持力层，持力层以下的土层为下卧层。•基础是房屋的重要组成部分，而地基与基础又密切相关，若地基基础一旦出现问题，就难以补救。建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层称为地基；建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础。建筑物上部结构基础地基基础上部结构地基建筑物三部分示意图基础的基本组成地基承受荷载的能力是有一定限度的。地基承载力：地基每平方米所承受的最大压力，也叫地耐力。为了保证建筑物的稳定和安全，必须控制建筑物基础底面的平均压力不超过地基承载力。f≥N/A式中f—地基承载力N—建筑物总荷载A—基础底面积当基础对地基的压力超过地基承载力时，地基将出现较大的沉降变形，甚至地基土会滑出挤出而破坏。二、地基的分类•地基可分为天然地基和人工地基两大类。•天然地基——是指天然土层具有足够的承载力，不需经人工改善或加固便可直接承受建筑物荷载的地基。岩石、碎石、砂石、粘性土等，一般可视为天然地基。•人工地基——是指天然土层承载力较弱，缺乏足够的稳定性，不能满足承受上部荷载的要求，必须对其进行人工加固，以提高其承载力和稳定性的地基，如淤泥、人工填土等。人工加固地基的方法•压实法——用各种机械对土层进行夯打、碾压、振动来压实松散土的方法为压实法。（排出土中的空气，提高土的密实度）•换填法——当基础下土层比较软弱，不能满足上部荷载对地基的要求时，可将较弱土层全部或部分挖去，换成其他较坚硬的材料（如好土、砂石、灰土、混凝土等），这种方法叫换填法。•打桩法——当建筑物荷载很大，地基土层很弱，地基承载力不够满足要求时，可以采用桩基，即采取措施将桩基打入地基土层中，从而使得基础上的荷载经过桩传给地基土层，这也是一种加固地基的方式。压实法加固地基换土法加固地基三、对地基和基础的要求•地基应具有较高的承载力和均匀程度建筑物的场址首先应尽可能选在承载力高且分布均匀的地段，如岩石类、碎石类、砂性土类等地段。地质均匀才能保证均匀沉降。•基础应具有足够的强度和耐久性基础是建筑物的重要承重构件，又是埋于地下的隐蔽工程，易受潮，且很难观察、维修、加固和更换。所以，在构造形式上必须使其具备足够的强度和与上部结构相适应的耐久性。•基础工程应注意经济效果基础工程约占建筑总造价的10％一40％，甚至更高，要使工程总投资降低，首先要降低基础工程的投资。这就要选择地质好的地段，以减少地基处理费用；需要处理的地基，也尽可能的选用地材和合理的构造形式，从而减低工程投资。四、基础的埋置深度及影响因素1.基础的埋置深度•埋置深度——从室外设计地面到基础底面的垂直距离称为基础的埋置深度。•基础的埋深最小不能小于500mm。否则，地基受到压力后可能将四周土挤走，使基础失稳，或受各种侵蚀、雨水冲刷、机械破坏而导致基础暴露，影响建筑安全。•根据基础埋置深度的不同，基础可分为浅基础、深基础。一般的，埋深小于5m的称浅基础；埋深大于5m的称深基础；当基础直接做在地表面上时，称不埋基础。从施工和造价方面考虑，一般民用建筑，基础应优先选用浅基础。2.影响基础埋深的因素•建筑物的用途•工程地质条件•地下水位的影响•土的冻结深度的影响•相邻建筑物的基础埋深1）工程地质条件的影响(1)地基土层为均匀好土时，基础应尽量浅埋，但不得浅于500毫米。(2)地基土层的上层为软土，且厚度在2m以内，下层为好土时，基础应埋在好土层之上，此时既经济又可靠。(3)地基土层的上层为软土，且厚度在2—5m时，对低层、荷载小的轻型建筑，在加强上部结构的整体性和加宽基础底面积后仍可埋在软土层内。而对高层荷载较大的重型建筑，则应将基础埋在好土上，以保证安全。(4)地基土层的上层软土厚度大于6m时，建筑荷载小的建筑应尽量利用原状土，将基础埋在软土层中，此时应加强上部结构，增大基础底面积；建筑荷载大的建筑可作地基加固处理，或将基础埋在好土上，需作技术经济比较后确定。(5)地基土层的上层为好土，下层为软土时，应力争将基础埋在好土内，适当提高基础底面。(6)地基土层由好土和软土交替构成时，总荷载小的低层轻型建筑应尽可能将基础埋在好土内；总荷载大的建筑可采用人工地基或将基础深埋到下层好土中，两方案经技术经济比较后选定。（7）当地面上有较多的硫酸、氢氧化钠、硫酸钠等腐蚀液体作用时，基础埋置深度不宜小于1.5m，必要时，需对基础作防护处理。2）地下水位的影响建筑物的基础应尽量埋在地下水位以上，如不能满足这一要求，基础必须埋在地下水位以下时，应将基础底面埋置在低于地下水位200mm以下，使基础避免因水位变化，而遭受的水的浮力的影响。埋在地下水位以下的基础，在材料上要选择具有良好的耐水性能的材料，如选用石材、混凝土等。当地下水中含有腐蚀性物质时，基础应采取防腐措施。地下水位与基础埋深3）土的冻结深度的影响土的冻结深度即冰冻线，是地面以下的冻结土与非冻结土的分界线。土的冻结是指土中的水分受冷，冻结成冰，使土体冻胀的现象。土的冻胀会把基础抬起，而解冻后，基础又将下沉。在这个过程中，冻融是不均匀的，致使建筑物周期性的处于不均匀的升降状态中，势必会导致建筑物产生变形、开裂、倾斜等一系列的冻害。冻结深度主要是由当地的气温条件决定的，气温越低，持续时间越长，冻结深度就越大。如北京地区为0.8—1.0m，哈尔滨是2m，重庆地区则基本无冻结土。一般基础应埋置在冰冻线以下200mm的地方，当冻土深度小于500mm时，基础埋深不受影响。4）相邻建筑物基础埋深的影响当新建房屋建在原有房屋附近时，一般新建房屋基础的埋置深度，应小于原有房屋基础的埋置深度。当新建房屋基础的埋深必须大于原有房屋时，应使两基础间留出相邻基础底面高差的1—2倍距离，以保证原有房屋的安全。•基础的构造类型与建筑物的上部结构形式、荷载大小、地基的承载力以及它所选用的材料性能有关。•基础按受力特点分有刚性基础和柔性基础；按其使用材料分有砖基础、毛石基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础等；按构造形式分有条形基础、独立基础、筏形基础和桩基础等。五、基础的类型与构造1、按传力情况分类可分为刚性基础和柔性基础两种。当采用砖、石、混凝土、灰土等抗压强度好而抗弯、抗剪等强度很低的材料做基础时，基础底宽应根据材料的刚性角来决定。刚性角是基础放宽的引线与墙体垂直线之间的夹角。凡受刚性角限制的为刚性基础；反之，不受材料刚性角限制，不仅能承受较大的压应力，还能承受较大的拉应力的基础为柔性基础。刚性基础刚性基础构造•砖基础•毛石基础•混凝土以及毛石混凝土基础•灰土基础•三合土基础•砖基础一般采用普通粘土砖和砂浆砌筑而成。常采用台阶式逐级向下放大的砌筑方法，称为大放脚。特点：价格低廉、施工方便、强度耐久性差常用于地基土质好，地下水位较低、五层以下的砖混结构中。•毛石基础构造毛石基础由未加工成型的石块和砂浆砌筑而成，具有强度较高、抗冻、耐水、经济等优点，故可以用在受地下水侵蚀和冰冻作用的多层建筑，但其整体性欠佳，不宜用在有震动的地方。•毛石基础构造毛石基础的剖面一般为阶梯形，基础顶部宽度不宜小于500mm，且要比墙或柱每边宽出100mm。为满足刚性角，每个台阶的高度不宜小于400mm，每个台阶挑出的宽度不应大于200mm。当基础底面宽度小于700mm时，毛石基础应做成矩形截面。毛石顶面砌墙前应先铺一层水泥砂浆。•混凝土以及毛石混凝土基础•混凝土基础坚固、耐久、抗水、抗冻、刚性角大，可用于有地下水和冰冻作用的基础。混凝土基础不仅能做成矩形和阶梯形，当底面宽度大于等于2000mm时，还可以做成锥形。锥形断面能节省混凝土、减轻基础自重。•毛石混凝土基础对于体积较大的混凝土基础，可以在浇筑混凝土时加入粒径不超过300mm的毛石，可形成毛石混凝土基础，可节约混凝土用量。毛石混凝土基础所用毛石的尺寸不得大于基础宽度的1／3。毛石的体积一般为总体积的20％～30％，且毛石在混凝土中应均匀分布。（毛石）混凝土基础•灰土基础由石灰与粘土按一定比例加水拌和夯实而成的石灰垫层，便形成灰土基础。灰土基础的石灰与粘土的体积比为3：7或2：8，灰土每层均需铺220mm，夯实厚度为150mm，此为第一步。三层及三层以下的房屋用二步，三层以上的建筑用三步。•三合土基础如将砖基础下的灰土换成由石灰、砂，骨料(碎砖、碎石或矿渣)组成的三合土，则形成三合土基础。三合土的体积比为l：3：6或1：2：4，加适量水拌合夯实，每层厚150mm，总厚度H≥300mm，宽度B≥600mm。这种基础适用于四层及四层以下的建筑，基础应埋置在地下水位以上。灰土基础三合土基础柔性基础当建筑物的荷载较大而地基承载能力较小时，基础底面必须加宽，如果采用刚性材料，基础埋深就要加大，不经济。所以在混凝土基础的底部配以钢筋，使基础的底部能够承受较大的弯矩，这时，基础不再受刚性角的限制。柔性基础柔性基础构造钢筋混凝土柔性基础因其不受刚性角的限制，基础就可做得很宽、很薄，还可尽量浅埋。这种基础相当于一个倒置的悬臂板，钢筋的用量通过计算而定，但直径不宜小于8mm，间距不宜小于200mm。混凝土的强度等级也不宜低于C20。当等级较低混凝土作垫层时，为使基础底面受力均匀，垫层厚度一般为60一l00mm。为保护基础钢筋不受锈蚀，当有垫层时，保护层厚度不宜小于35mm，不设垫层时，保护层厚度不宜小于70mm。钢筋混凝土板式基础按基础的形式分类基础的类型按其形式不同可以分为条形基础、独立式基础、桩基础和联合基础。（1）条形基础基础为连续的带形，也叫带形基础。有墙下条形基础和柱下条形基础两类。当地基条件较好、基础埋置深度较浅时，墙承式的建筑多采用带形基础，以便传递连续的条形荷载。条形基础常用砖、石、混凝土等材料建造。当地基承载能力较小，荷载较大时，承重墙下也可采用钢筋混凝土条形基础。（2）独立式基础独立式基础呈独立的块状，形式有台阶形、锥形、杯形等,当须满足局部工程条件变化的需要时，要将个别柱基础底面降低，做成高杯口基础少为长颈基础。独立式基础主要用于柱下，在墙承式建筑中，当地基承载力较弱或埋深较大时，为了节约基础材料，减少土石方工程量，加快工程进度，亦可采用独立式基础。为了支承上部墙体，在独立基础上可设梁或拱等连续构件。独立基础形式墙下独立基础•当建筑物荷载较大，地基的软弱土层厚度在5m以上，基础不能埋在软弱土层内时，可采用桩基础。•桩基础按其受力性能可分为端承桩和摩擦桩两种。端承桩是将建筑物的荷载通过桩端传给坚硬土层，而摩擦桩是通过桩侧表面与周围土壤的摩擦力传给地基。目前采用最多的是钢筋混凝土桩，包括预制桩和灌注桩两大类。（3）桩基础（4）联合基础联合基础类型较多，常见的有柱下条形基础、柱下十字交叉基础、片筏基础和箱形基础。当柱子