1、天然地基上的浅基础设计,20120506,主要内容,1概述2浅基础的类型3地基基础的设计原则4基础埋深的确定5地基承载力和基底尺寸的初步确定6地基承载力和变形验算7基础结构设计8减轻不均匀沉降危害的措施,1概述,上部结构、基础和地基的基本概念基础：传递荷载地基：承担荷载,1概述,浅基础和深基础不是简单的深浅概念浅基础：埋深小于5m，或者埋深大于5m，但是小于基础宽度施工过程中，可用简单方法进行基坑开挖和降水两侧（四周）的摩阻力忽略不计深基础：埋深大于5m，或大于基础宽度施工过程中，需用特殊机械和方法进行基坑开挖和降水考虑侧壁阻力作用如：沉井基础、沉箱基础、桩基础,1概述,持力层和下卧层主要受力
2、层深度：条形基础3b；独立基础 1.5b且5m （二层以下民用建筑除外）,1概述,天然地基和人工地基天然地基：天然状态，未经人为处理人工地基：如换土垫层、水泥土桩、碎石桩复合地基等,2浅基础的类型,按基础刚度分无筋扩展基础（刚性基础）扩展基础（柔性基础）按基础的结构形式分独立基础条形基础筏板基础箱形基础壳体基础,无筋扩展基础,砖、石、素混凝土、灰土材料抗拉强度很低，不能承受拉力或弯矩要求基础台阶宽高比（刚性角）符合一定条件多层民用建筑、轻型厂房等的墙下条基或柱下独基,1:1.01:2.0与材料及荷载有关,扩展基础,钢筋混凝土具有良好的抗弯、抗剪能力要求满足抗弯、抗剪和抗冲切等结构性能要求柱下独
3、基、墙下条基、筏基、箱基等,独立基础、条形基础,十字交叉基础条形基础,筏形基础,箱形基础,由钢筋混凝土底板、顶板和纵横内外隔墙组成，形成一只刚度极大的箱子。其抗弯刚度比筏板基础更大，可视为绝对刚性基础,壳体基础,优点：节省材料和造价低；施工时不必支摸,土方挖运量小缺点：施工技术要求较高，目前主要用于筒形构筑物基础，如水塔烟囱料仓等,3地基基础的设计原则,设计要求：承载力；变形地基土要求1地基抵抗剪切破坏和防止丧失稳定，应具有足够安全度2基础的沉降量应小于地基的允许变形值基础结构要求基础结构应有足够的强度、刚度、耐久性及抗裂性能,3地基基础的设计原则,设计等级：甲级、乙级、丙级所有建筑物的地基计
4、算均应满足承载力计算有关规定设计等级为甲级、乙级建筑物，均应按地基变形设计部分设计等级为丙级建筑物可不作变形验算，但特殊情况下，仍应作变形验算,3地基基础的设计原则,荷载组合基本组合：水平荷载较大的建筑物、挡土墙等，承载力极限状态下的稳定验算；（基础结构的内力及配筋计算）标准组合：正常使用极限状态下的承载力验算；（基础结构抗裂验算）准永久组合：正常使用极限状态下的变形验算，不记入风荷载和地震作用,3地基基础的设计原则,设计内容：1选择基础类型、材料，进行平面布置2确定基础埋深d3确定地基土承载力fa：pcr/pu，载荷试验，宽深修正4地基计算4.1持力层/下卧层承载力计算：由fa确定基底面积A
5、，使其满足承载力要求4.2地基变形计算：沉降量/沉降差/倾斜/局部倾斜允许值5基础结构设计5.1强度设计：假定截面形状及尺寸内力分析求M、V、N根据强度要求确定材料及配筋5.2刚度验算：抗裂性能及裂缝宽度验算5.3耐久性要求：构造措施满足,3地基基础的设计原则,常规设计常用浅基础体型不大、结构简单既不考虑上部结构与基础的变形协调条件，也不考虑地基与基础的相互作用。这种简化法也经常用于其它复杂基础的初步设计，称为常规设计设计方法容许承载力设计方法极限状态设计方法,4基础埋深的确定,基础埋深：基础底面到地表面的垂直距离合理确定基础埋深的重要性：关系到建筑物的安全和正常使用、施工难易程度、工期长短和
6、造价高低浅基础埋深的确定原则：满足承载力及变形条件下尽量浅埋不宜小于0.5m（表土扰动、植物、冻融、冲蚀）基础顶距离地表土大于0.1m（保护基础）,基础埋深的影响因素,建筑物的用途类型及荷载大小性质建筑物有无地下室、设备基础、地下设施等抗震设防区高层建筑，除岩石地基外，天然地基上筏(箱)形基础埋深不宜小于建筑物高度1/15，桩筏 (箱) 1/18 1/20地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修新旧及相邻建筑物有一定距离基础埋深不宜深于相邻原有建筑物的埋深若基础埋深一定要超过原有建筑物，设计时应考虑与原有基础保持一定的净距，一般取相邻两基础底面高差的12倍或采取支护等加固措施, 并且
7、要严格限制支护的水平位移,基础埋深的影响因素,工程地质和水文地质条件尽量在地下水位以上,否则开挖降水,费用大有承压水时，防止承压水顶破基底（渗流力、浮托力）根据土层分布情况确定,在满足其他要求下尽量浅埋,仅低层房屋可用，否则处理,尽量浅埋。但是如h1太小就为II,h1 5m桩基或处理,基础埋深的影响因素,地基土的冻融条件在季节性冻土地区，基础宜埋在冻结深度以下；或基底以下允许有一定厚度的冻土层补偿性地基若基础的埋深d达到N/Am，此时基底附加压力P0等于零，亦即建筑物的重力等于挖去的总土重。这样的基础称为全补偿基础。若P0大于零的基础称为部分补偿基础。以上二者统称为补偿基础,5地基承载力和基底
8、尺寸的确定,地基承载力fa的确定理论公式fak临塑荷载pcr，临界荷载p1/4、p1/3极限荷载pu（太沙基公式）载荷试验fakp-s曲线上的特征点pcr、pu对fak进行基础宽深修正得fa规范修正公式fa：p82（4-26）当e0.033b时，可由规范公式直接计算得fa规范公式fa：p78（4-25）,基底尺寸的确定,基础埋深d和基底尺寸A（lxb）确定后，地基土和基础所受的荷载p以及持力层的承载力特征值fa（宽深修正）才能最终确定基底尺寸的限制条件持力层的承载力软弱下卧层的承载力地基变形的允许值基底尺寸的初步确定：依据持力层的承载力确定基底平均压力pkfa基底最大压力pkmax 1.2fa
9、,基底尺寸的初步确定,独立基础，中心荷载其中fa为地基承载力，暂不作宽度修正一般取l/b=12,fa=fak+dm(d-0.5),基底尺寸的初步确定,独立基础，偏心荷载先按照中心荷载初步估算A0再根据偏心程度，令实际A=（1.11.4）A0，选取合适的基础长宽比例，确定l和b计算pk和pkmax，满足pkfa， pkmax1.2fa；若不满足，调整A，重算直至满足。条形基础，不论是否偏心，取1m长，按相应独立基础计算,6地基承载力和变形验算,持力层承载力验算根据初步确定的l和b，计算fa基本要求：pkfa，pkmax1.2fa对于高层建筑(筏、箱基) ：pkmin0考虑地震可能出现 el/6,
10、 此时允许 pkmin0，但零应力区不能超过 15%若不满足上述承载力要求，可考虑增加面积 AA不变，改变 b 和 l，具体看偏心方向,6地基承载力和变形验算,软弱下卧层承载力验算f(d+z):下卧层顶面处地基承载力特征值pz：下卧层顶面处的附加压力pcz：下卧层顶面处的自重压力：地基压力扩散角,软弱下卧层承载力验算,6地基承载力和变形验算,其他验算水平荷载较大时，稳定验算建筑在斜坡上时，稳定验算抗震验算,6地基承载力和变形验算,地基变形验算要求：沉降量/沉降差/倾斜/局部倾斜允许值方法：应力面积法注意：部分建筑无须进行变形验算荷载采用正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地
11、震荷载沉降不满足要求时，需考虑：增大尺寸(减少p0)增加埋深(减少p0)，尤其增加地下室补偿基础地基处理调整荷载,地基的变形特征,7基础结构设计已知基底尺寸,无筋扩展基础（刚性基础）选择基础材料，形式（台阶、锥形）由刚性角a或宽高比（bt/ho）限值确定基础高度h0,无筋扩展基础,无筋扩展基础构造,垫层：100150mm基础常用尺寸（阶梯形）：砖基础：大放脚两皮一收，二一间隔收，P112图6-1毛石基础：b1200，h1300、400、450，P112图6-2素混凝土：柱脚尺寸b1、h1P122图6-16台阶高度h2500，常用350、400、450、500基础顶面距地表面0.1m,扩展基础的
12、破坏形式,冲切破坏剪切破坏 弯曲破坏,扩展基础设计已知基底尺寸,材料：钢筋混凝土类型：墙下条基，柱下独基特点：由钢筋承担弯曲产生的拉应力，基础高度无需满足刚性角要求，高度较小基础高度由抗剪切、抗冲切要求确定底板配筋须计算，且满足抗弯要求,扩展基础的计算规定2011规范,对柱下独立基础，当冲切破坏锥体落在基础底面以内时，应验算柱与基础交接处及基础变阶处的受冲切承载力对基础底面短边尺寸柱宽+2h0的柱下独基，及墙下条基，应验算柱（墙）与基础交接处的受剪切承载力基础底板的配筋，应按抗弯计算确定若基础混凝土强度等级柱，应验算柱下基础顶面处的局部受压承载力,冲切计算中心荷载,冲切计算偏心荷载,冲切计算示
13、意,剪切计算示意,剪切计算,对墙下条基，应验算墙与基础交接处截面受剪切承载力，其中A0为验算截面处基础底板的单位长度垂直截面有效面积，Vs为验算截面处由基底平均净反力产生的单位长度剪力设计值,抗弯计算墙下条基,单向弯矩任意截面每延米宽的弯矩,抗弯计算柱下独立基础,中心荷载或单向偏心荷载下台阶宽高比2.5偏心距e b/6双向弯矩MI，MII,扩展基础构造要求,几何尺寸垫层厚度、强度基础混凝土强度配筋率，分布钢筋的最小直径、最大间距，保护层厚底板钢筋布置调整,扩展基础构造要求,扩展基础构造要求,扩展基础构造要求,附录U 阶梯形承台及锥形承台斜截面受剪的截面宽度,附录U 变截面计算宽度,附录U 变截面计算宽度,附录U 变截面计算宽度,地基基础设计说明,1.工程地质概况1.1场地地形1.2主要土层分布情况及土层参数1.3地下水位情况，对基础的侵蚀性2.基础选型及方案说明3.基础埋深及持力层情况4.设计依据GB50007-2011，地基基础设计等级；GB50010-2010；GB50068-2001，设计使用年限，安全等级，重要性系数5.基础材料选择及说明保护层，基础，钢筋,基础例图,
