建筑结构——地基和基础

地基和基础郭剑飞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地基及基础的概念地基及基础的重要性组成地层的土或岩石是自然界产物。建筑物建造在地层上面，所以建筑物场地的工程地质条件是决定地基基础设计和施工的先决条件。建筑物的地基和基础是建筑物的根本，它们一旦出现问题，建筑物的安全和正常使用必然受到影响。建筑物的事故，绝大多数都与地基和基础有关。土的工程性质及分类100%100%wsssmmmmm含水量:swswammmVVVV土的密度：vsVeV土的孔隙比：0固态半固态可塑状态流动状态缩限ws塑限wp液限wlw粘性土地基土（岩）的工程分类(1)岩石。岩石应为颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。作为建筑结构的地基，除应确定岩石的地质名称外，还应分别按表17-4、表17-5划分其坚硬程度和完整程度。地基土（岩）的工程分类(2)碎石土。碎石土为粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。碎石土可按粒组含量和颗粒形状分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾，如表17-6所示。地基土（岩）的工程分类(3)砂土。砂土为粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。砂土可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。砂土按表17-8所示分类。地基土（岩）的工程分类(4)粉土。粉土为塑性指数Ip≤10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%的土，它介于砂土与粘性土之间。(5)粘性土。粘性土是塑性指数Ip大于10的土，按表17-2分为粘土、粉质粘土。地基土（岩）的工程分类(6)人工填土。人工填土是指由于人类活动堆积的土。其物质成分杂乱且均匀性较差，堆积时间也各不相同，故用作地基时应特别慎重。人工填土根据其组成和成因可分为素填土、压实填土、杂填土、冲填土。素填土为由碎石、砂土、粘性土、粉土等组成的填土；经分层压实者统称为压实填土；杂填土为含有建筑垃圾、工业废物、生活垃圾等杂物的填土；冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土。(7)特殊土。特殊土指具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土。大体可分为软土、红粘土、黄土、膨胀土、多年冻土、湿陷性土、盐渍土等。地基勘察的目的地基勘察的目的在于以各种勘察手段和方法，调查研究和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件，为设计和施工提供所需的工程地质资料。工业与民用建筑工程的设计分为可行性研究、初步设计和施工图三个阶段。为了提供各设计阶段所需的工程地质资料，勘察工作也相应分为可行性研究勘察、初步勘察和详细勘察三个阶段。地基勘察的三个阶段某项目岩土工程勘察报告介绍土中应力及地基计算包括：自重应力+附加应力cz11221nnniiihhhh附加应力是由于建筑物荷载在土中引起的应力3Gγ20kN/mFd：上部结构传至地面标高处的荷载标准值；：基础及回填土的平均重度，取；：基础埋置深度。FGpA中心受压基础maxminFGMpAWmaxmin6(1)FGepbll偏心受压基础max2()3FGpkb地基基础的设计等级基础埋置深度确定基础埋置深度时，必须考虑把基础设置在变形较小，而强度又比较大的持力层上，以保证地基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。有无地下室、地下管道、设备基础和地下设施，基础的形式和构造对基础埋深影响很大。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度(不计桩长)不宜小于建筑物高度的1/18~1/20。工程地质和水文条件（1）在满足地基承载力、稳定和变形要求的前提条件下，基础应该尽量浅埋，基础顶面低于室外地面不小于0.1m；（2）基础宜埋置在地下水位以上。新建筑物靠近原有建筑物时，其基础埋置深度不宜大于原有建筑物基础。如新基础埋深大于原有建筑基础时，为保证相邻建筑物的安全和正常使用，两基础间应保持一定净距，其数值应视原有建筑荷载大小、基础形式和土质情况而定。当上述要求不能满足时，施工时应采取措施，如分段施工、设临时加固支撑、打板桩、构筑地下连续墙或加固原有建筑物的地基。需要考虑地基土冻涨和融陷的影响(3)(0.5)aakbdmmffbd—基础底面以下土的重度；—基础底面以上土的加权平均重度。30.5kfmm根据地质勘探报告得到不同地层的承载力特征值适用于基础宽度和埋置深度的情况地基承载力计算地基承载力修正系数JHD减轻地基不均匀沉降损伤的措施一、建筑措施（1）建筑体形立求简单、高差不宜过大；（2）控制建筑物的长高比及合理布置纵横墙；（3）设置沉降缝；（4）控制建筑物的间距；A90171151206188132JHD相对沉降曲线（mm）裂缝（1）建筑体形立求简单、高差不宜过大；纵墙的长高比达7.6的过长建筑物47m3915019419417581相对沉降曲线（mm）裂缝（2）控制建筑物的长高比及合理布置纵横墙；外纵墙多次转折，内纵墙中断的建筑物裂缝（2）控制建筑物的长高比及合理布置纵横墙；91108116127132438III-I沉降（mm）（4）控制建筑物的间距；减轻地基不均匀沉降损伤的措施—结构措施减轻建筑物自重设置圈量减少和调整基底附加压力将上部结构作成静定结构体系基础的类型及选用按材料分类砖基础的剖面呈阶梯状，这个阶梯称为大放脚。大放脚从垫层上开始砌筑，为保证其刚度应为两皮砖一收。广泛应用于六层及六层以下的民用房屋砖基础毛石基础毛石基础用强度较高又未风化的毛石砌筑。毛石是指未经加工整理的石料，毛石基础的宽度和每阶台阶高度不宜小于400mm；为保证锁结力，每一阶梯宜用两排或三排块石砌筑且每个台阶外伸宽度不宜大于200mm。基础应竖砌、错缝、缝内砂浆饱满。应用于石料取材容易、价格便宜的地区混凝土、毛石混凝土基础以上五种类型基础有个共同的弱点，就是没有配置钢筋，其组成材料的抗拉、抗弯强度都较低。如果悬臂过长，则易产生弯曲裂缝。需限制台阶宽高比以保证基础的强度安全。这类基础统称刚性基础，又称无筋扩展基础。浅基础单独基础墙下条形基础柱下条形基础筏形基础箱形基础基础按构造分类深基础——桩基础按埋置深度分柱下单独基础、墙下条形基础柱下单独基础、墙下条形基础柱下单独基础柱下十字交叉条形基础条形基础筏形基础箱形基础—深基础柱下钢筋混凝土独立基础设计kkkFGpAkaGFAfd≥kapf≤kGGAd轴心荷载作用下的基础kkkkmaxkkkkminFGMpAWFGMpAWkkkmax2()()36FGlpela，偏心荷载作用下的基础maxmin6(1)FGepbllkkmaxkminakmaxa/21.2pppfpf基础底面的压≤≤力要求：偏心荷载作用下的基础例17.3:在某粘性持力层上欲建一钢筋混凝土柱基础。柱截面为300mm×400mm，作用在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合上部结构传来的轴心荷载为800kN，弯矩值为100kN·m，水平荷载13kN，粘性土，重度，孔隙比e=0.7，液性指数IL=0.78，地基承载力特征值fak=230kPa，试计算基础底面尺寸。318/mkNm解(1)修正后的地基土承载力特征值。查表17-11得：ηb=0.3，ηd=1.6，先假设b3m，故只对基础埋置深度修正。aakdm0.52301.6181.00.5244.4kPaffd(2)先按轴心受压估算基础底面积计算基础和回填土重时的埋深0.31.01.15m2d2kaG8003.61m244.4201.15FAfd≥地基承载力修正系数(3)考虑偏心，将基础底面增大10%21.11.13.613.97mAA取矩形基础底板长短边之比：l/b=1.51.63m1.5Ab取b=1.7m＜3m,不需再进行基础宽度修正。l=1.5b=2.55m取l=2.6m基底最大最小土压力：kmaxkkkmina6901.6660.12111.72.62.6260.51kPa1.21.2244.4293.28kPa147.49kPaFGepAlf故基础底面尺寸取b=1.7m，l=2.6m符合设计要求。(4)验算持力层地基土承载力基础和回填土重：kGkkkkkk201.72.61.15101.66kN800101.66901.66kN100130.6107.8kNm107.82.60.120.43m901.6666GAdFGMMleFG端承桩按桩的传力方式摩擦桩预制桩按桩的制作工艺灌注桩桩基础设计上部结构承台软弱土层坚实土层桩软弱土层中密土层岩层，密实砂类或碎石类土层QQ摩擦桩端承桩图17.19沉管灌注桩施工流程图说明：(a)打桩机就位；(b)沉管；(c)浇灌混凝土；(d)边拔管边震动；(e)安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；(f)成型图17.20人工挖孔桩护壁图17.22爆扩桩图17.21人工挖孔桩大头震动沉管灌注桩动画静力压桩介绍片泥浆护壁钻孔灌注桩介绍片桩基础施工psaapapiiRqAql确定但桩竖向承载力特征值：图17.23桩位布置图桩位平面布置图桩位平面布置图基础平面布置及梁配筋图■墙下条形基础设计318.0/0.85180kkNmefkpa根据地质勘探报告得到持力层为份质黏土，，，3Gγ20kN/mFd：上部结构传至地面标高处的荷载标准值；：基础及回填土的平均重度，取；：基础埋置深度。中心受压基础aGFAfhGFbfhF若为条形基础：为基础每米长度上的外荷载标准值GaGAhFGpfA■确定墙体荷载和楼面荷载1、楼面恒荷载：(1)板厚100mm，自重标准值2.50kN/m2；(2)面层厚50mm，自重标准值1.00kN/m2；(3)底粉或吊顶，标准值0.5kN/m2；总计：板厚100mm时,恒载标准值4.0kN/m2。2、屋面恒荷载：屋面为不上人屋面(1)防水层，标准值0.5kg/m2；(2)保温层，标准值1.0kN/m2；(3)找平隔气层，标准值0.5kN/m2；(4)120mm厚屋面板，标准值3.0kN/m2；总计：板厚120mm时,恒载标准值5kN/m2。外墙恒荷载：墙厚190mm,q=3.1kN/m2，层高3.6m；h×q=3.6×3.1=11.20kN/m，恒荷载设计值11.2kN/m。外墙恒荷载标准值11.2kN/m，共4层，墙宽3.6m，故II截面的NII外=11.2×3.6×4×0.85=137.1kN。（0.85为开洞折减系数）楼面荷载标准值（4.0+2.0）=6.0kN/m2，受荷面积3.6×3.15=11.34m2；故II截面的NII楼=11.34×6.0×3=204.1kN。屋面荷载标准值（5+0.5）=5.5kN/m2，受荷面积3.6×3.15=11.34m2；故II截面的NII屋=11.34×5.5=62.4N。137.1204.162.4403.6IINkN403.6112.1/3.63.6IINFkNm112.10.66189201GFbmfh0(0.5)1801.018(1.00.5)189kdffdkpa700mm实取基础宽度00700190120243.7512tan21.25bbHmm基坑开挖基础垫层支模垫层混凝土浇筑柱下独立基础柱基坑回填墙下灰土夯实墙体砌筑地面平整地面压实钢结构进场钢柱吊装刚架拼装