第1章 天然地基上浅基础的常规设计.ppt

1、1. 天然地基上浅基础 的常规设计,1.1 概述 1.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念 1.3 基础设计的基本规定 1.4 浅基础的类型及其适应条件 1.5 基础埋置深度的选择 1.6 地基承载力的确定 1.7 基础底面尺寸的确定 1.8 地基变形验算及基底尺寸的调整 1.9 减轻建筑物不均匀沉降的措施,浅 基 础,几个基本概念,浅基础：一般埋置深度在5m左右，能用一般方 法施工的基础称为浅基础（四周的摩阻 力忽略不计。所以不是简单的深浅概念）。 深基础：当基础需要埋置在较深的土层上，采 用特殊方法施工的基础则称为深基础。天然地基上的浅基础方案：当基础埋置深度小于5m,且基础下地基未经过

2、人工处理， 这样的地基基础设计方案称为天然地基上的浅基础方案 。,浅 基 础,1.1 概述,1.1.1基础设计的原则 1.1.2 基础设计的内容及步骤 1.1.3基础设计存在的问题 1.1.4发展史 ,浅 基 础,1.1.1 基础设计的原则,在防止地基剪切破坏和丧失稳定性方面，应具 有足够的安全度。 控制地基变形量，使建筑物的变形量不超过 允许值。 基础的形式、构造和尺寸应能适应上部结构 构造及使用要求，基础的结构应满足强度、刚 度 和耐久性的要求。 经济合理,浅 基 础,1.1.2 基础设计的内容及步骤, 根据建筑物传来的荷载大小和地基条件提出基础类型及地基处理的初步方案，并考虑使用要求、施

3、工技术、材料供应和造价等条件，综合分析比较确定； 选择基础的埋置深度(d)； 确定地基承载力(fa)； 根据地基承载力，作用在基础上的荷载，计算确定基础的底面尺寸，必要时进行地基软弱下卧层强度验算； 对安全等级为一级或具有特殊情况的二级建筑物、需进行地基变形验算； 对建于斜坡上的建筑物，经常承受较大水平荷载的构筑物，需进行地基稳定性验算； 确定基础剖面尺寸，进行基础结构和构造设计计算； 绘制基础施工图，编写施工说明。,浅 基 础,1.1.3 基础设计存在的问题,浅基础的常规设计：常用浅基础体型不大，结构简单，在计算单个基础时，一般既不遵循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

4、用，这种简化的初步设计称为常规设计。 合理设计:地基、基础和上部结构之间必须同时满足1) 静力平衡2) 变形协调两个条件 合理设计，还处于研究阶段，一般基础设计仍然采用常规设计方法,浅 基 础,2. 设计浅基础一般要妥善处理 五个方面问题,(1)充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察资料； (2)选择先进的施工技术和经济、可行的地基处理方法； (3)选择基础类型和平面布置方案，并确定地基持力层和基础埋置深度； (4)按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的地基稳定性和特征变形验算； (5)进行基础结构的内力分析和截面设计，并最后绘制施工详图作出施工说明。,浅 基 础,1.1.4 发 展 史,

5、浅 基 础,浅 基 础,悬空寺,悬空寺位于山西浑源县，距大同市65公里，全国重点文物保持单位，是国内仅存的佛、道、儒三教合一的独特寺庙。,浅 基 础,悬空寺,1.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念,常规分析方法：常规的建筑结构设计总是把上部结构、基础与地基三者作为彼此离散独立结构单 元进行力学分析的。,上部结构,基础,地基,浅 基 础,1. 分析时把框架分离出来后将底层柱脚固定(或铰接于不沉降的基础)，如图 (b)，从而计算在荷载作用下的框架内力。 2. 把与求得柱脚反力相等但方向相反的力系作为基础荷载(如图(c)，从而按直线分布假设计算基底反力，这样就不难求得基础截面内力了。 3. 进行

6、地基计算时，则将基底反力反向施加于地基(如图(d)，并作为柔性荷载(不考虑基础刚度)来验算地基承载力和基础沉降。,b,c,d,常规分析方法,浅 基 础,常规分析方法的缺点,地基、基础和上部结构沿接触点(面)分离后，虽然要求满足静力平衡条件，但却完全忽略了三者之间受荷前后的变形连续性。其实，地基、基础和上部结构三者是相互联系成整体来承担荷载而发生变形的。这时，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用，从而使整个体系的内力(包括柱脚和基底的反力)和变形(包括基础沉降)发生变化。显然，当地基软弱、结构物对不均匀沉降敏感时，上述常规分析结果与实际情况的差别就愈大。,浅 基 础,1.2.1 地基与

7、基础的相互作用,从以下五个方面进行讨论 1） 柔性基础 2） 刚性基础 3） 架越作用 4） 基础相对刚度的影响 5） 地基非均质性的影响,建筑物基础的沉降、内力以及基底反力的分布，除了与地基因素有关外，还受基础及上部结构的制约。此处只限于考虑基础本身刚度的作用而忽略上部结构的影响。,浅 基 础,1) 柔性基础,柔性基础的抗弯刚度很小，任一点的荷载传递到基底时不可能向旁边扩散分布，就像直接作用在地基上一样。柔性基础的基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致,浅 基 础,2) 刚性基础,刚性基础具有非常大的抗弯刚度，受荷后基础不挠曲，因此，原来是平面的基底，沉降后仍然保持平面。中心荷载下刚性

8、基础基底反力的分布也应该是边缘大、中部小。当荷载偏心时，沉降后基底为一倾斜平面。,浅 基 础,3）架越作用,架越作用：刚性基础，在迫使基底沉降趋于均匀的同时，也使基底压力发生由中部向边缘转移。此处把刚性基础能跨越基底中部，将所承担荷载相对集中地传至基底边缘的现象叫做基础的“架越作用”。 实际上，由于地基局部剪切破坏，边缘处的接触压力不可能超过一定的数值，因而引起反力的重新分布，基底反力呈马鞍形。 在基础的架越作用及土中塑性区反力重分布两个因素的影响下，基底反力分布变得更为复杂。,浅 基 础,圆形刚性基础模型底面反力分布图,浅 基 础,4) 基础相对刚度的影响,基础架越作用的强弱取决于以下三个因

9、素： 基础与地基的相对刚度 土的压缩性 基底下塑性区的大小,浅 基 础,(a) 表示粘性土地基上相对刚度较大的基础，如土中不存在塑性区或基础范围相对很小时，则基础的架越作用很强。刚性基础基底反力的分布只与基础荷载合力的大小和作用点位置有关，而与荷载的分布情况无关。,基础相对刚度较大情况,浅 基 础,(c) 则表示位于岩石或压缩性很低的地基上抗弯刚度相对很小的基础，其架越作用甚微。 基础荷载与基底反力二者的分布有着明显的一致性,基础相对刚度较小情况,浅 基 础,(a) 对于相对刚性基础，当荷载合力偏心较大时，相反一侧的基底可能与地基脱离接触。 (b) 相对柔性基础在远离集中荷载作用点的基底容易出

10、现与地基脱开的现象。,基础和地基脱离情况,浅 基 础,5) 地基非均质性的影响,地基土土层分布的变化和非均质性对基础挠曲和内力的影响也很大，应当给予足够的重视。,下面从两种情况进行讨论：地基压缩性不均匀上部荷载分布变化,浅 基 础, 地基压缩性不均匀的影响,浅 基 础, 荷载分布变化的影响,浅 基 础,1.2.2 基础与上部结构的相互作用,上部结构的刚度：是指整个上部结构对基础不均匀沉降或挠曲的抵抗能力,建筑结构按刚度可分为三类： 1.柔性结构 2.敏感性结构 3.刚性结构,浅 基 础,1) 柔性结构,以屋架柱基础为承重体系的木结构和排架结构是典型的柔性结构。二跨对称排架，设三个柱基的条件相同

11、，由于屋架铰接于柱顶，整个承重体系对基础的不均匀沉降有很大的顺从性，故在图示柱顶荷载作用下发生的柱基沉降差不会引起主体结构附加应力，传给基础的柱荷载也不因此而有所变动。,浅 基 础,2) 敏感性结构,最常见的砖石砌体承重结构和钢筋混凝土框架结构，对基础不均匀沉降的反应都很灵敏，特称之为敏感性结构。,砖石砌体承重结构 整个墙体(地基上的“深梁”)看成“基”，并设想它在顶面上的均布荷载作用下发生纵向挠曲，此时由于架越作用，墙下基底反力将呈与荷载分布不一致的马鞍形，而使墙身产生前述柔性基础所没有的次应力。,浅 基 础,2) 敏感性结构,(a) 扩展基础上的框架结构框架结构构件之间的刚性联结，使之在调

12、整地基不均匀沉降的同时，也可使中柱一部荷载向边柱转移，基础转动、梁柱挠曲而出现次应力，严重时可以导致结构的损坏 。,浅 基 础,(b) 条形基础上的框架结构,按柱分离配置的扩展基础改为三柱共用的条形基础(图(b)所示)，则可借助条形基础的抗弯刚度来加强框架结构调整各柱不均匀沉降的能力，并使框架的变形和次应力都得到改善。由于地基、基础和框架三者相互作用的结果，中柱作用于基础的荷载向边柱有所转移，边柱柱脚出现减少基础正向挠曲的力矩增量，使柱间基础的弯矩图上移，从而减少了基础的正弯矩。,浅 基 础,(c) 条基上多层框架结构,框架整体刚度和传至基础的柱荷载都随层数增加。在地基沉降和基础挠曲都相应增加

13、的同时，框架与条形基础双方都将发挥与其刚度相适应的作用，共同参与调整地基的不均匀沉降。此时，基础分担内力的比例将随框架层数的增加而降低，简单说，就是出现了基础内力向上部结构转移的现象。,浅 基 础,3) 刚性结构, 烟囱、水塔、高炉、筒仓这类的高耸结构物之下整体配置的独立基础与上部结构浑然一体，使整个体系具有很大的刚度当地基不均匀或在邻近建筑物荷载或地面大面积堆载的影响下，基础转动倾斜，但几乎不会发生相对挠曲。,浅 基 础,随着地基抵抗变形能力的增强，考虑地基基础上部结构三者相互作用的意义也将相应降低。可以说：在相互作用中起主导作用的是地基，其次是基础，而上部结构则是在压缩性地基上基础整体刚度

14、有限时起重要作用的因素。,结 论,浅 基 础,1.3 基础设计的基本规定,基础在上部结构传来荷载及地基反力作用下产生内力，同时在基底压力作用下在地基内产生附加应力和变形。故基础设计不仅要使基础在内力或其它因素作用下本身应具有足够的强度、刚度和耐久性外，还要满足地基的设计要求，使地基具有足够的强度和稳定性，并不产生过大的沉降或不均匀沉降，因而基础设计又统称为地基基础设计。,1.3.1 一般原则,浅 基 础,表 3.0.1 地基基础设计等级,1.3.2 地基基础设计等级的划分,浅 基 础,1.3.3地基基础设计的基本规定,1 .所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定； 2 .设计等级为甲

15、级、乙级的建筑物，均应按地基变形规定； 3.一些设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算 4.对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性； 5.基坑工程应进行稳定验算； 6.当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。,浅 基 础,浅 基 础,强度条件,地基变形条件,地基强度条件,可不作为变形计算设计等级为丙级的建筑物范围,浅 基 础,仍须作变形验算的丙级建筑物,如有下列情况之一时，仍应作变形验算： 地基承载力特征值小于130kpa，且体型复杂的 建筑； 在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异

16、较大，可能引起地基产生过大不均匀沉降； 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时； 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； 地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。,1.4 浅基础的类型及其适应条件,基础的作用就是把建筑物的荷载安全可靠地传给地基，保证地基不会发生强度破坏或者产生过大变形，同时还要充分发挥地基的承载能力，因此，基础的结构类型必须根据建筑物的特点(结构型式、荷载的性质和大小等)和地基土层的情况来选定，浅基础的基本结构类型可分为三大类：,1）扩展基础 2）联合基础 3）独立基础,浅 基 础,1) 扩展基础 spread foundation,上部结构通过墙、柱等承受构件传递的荷载

17、，在其底部横截面上引起的压强通常远大于地基承载力。这就有必要在墙、柱之下设置水平截面向下扩大的基础扩展基础，以便将墙式柱荷载扩散分布于基础底面，使之满足地基承载力和变形的要求。扩展基础包括配筋或不配筋的条形墙基础和单独柱基础。,浅 基 础,（1） 无筋扩展基础(刚性基础),浅 基 础,毛石基础,浅 基 础,灰土地基,浅 基 础,灰土地基上砖基础,浅 基 础,灰土地基,（1） 无筋扩展基础(刚性基础),刚性角：与容许的bth值相应的角度称为基础的刚性角。,构造形态,浅 基 础,基础的构造高度应满足下列要求：,无筋扩展基础一般用于6层和6层以下的民用建筑和承重墙的轻型厂房，超过此范围时，必须验算基

18、础强度，三合土的基础不宜用于4层以上的建筑。,无筋扩展基础构造高度,浅 基 础,无筋扩展基础的设计,浅 基 础,钢筋混凝土扩展基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。由于这类基础的高度不受台阶宽高比的限制，故适宜需要“宽基浅埋”的场合下采用。例如当软土地基的表层具有一定厚度的所谓“硬壳层”、并拟利用该层作为持力层时，便可考虑采用这类基础型式。,（2）钢筋混凝土扩展基础,浅 基 础,墙下钢筋混凝土扩展基础,浅 基 础,墙下钢筋混凝土扩展基础,浅 基 础,浅 基 础,独立柱基础,浅 基 础,独立柱基础,浅 基 础,独立柱基础,浅 基 础,独立

19、柱基础,浅 基 础,柱下条形基础,浅 基 础,柱下条形基础,基底净反力：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 。,柱下钢筋混凝土扩展基础计算,浅 基 础,墙下钢筋混凝土扩展基础构造,扩展基础的构造，应符合下列要求： 1. 锥形基础的边缘高度，不宜小于200mm；阶梯形基础的每阶高度，宜为300-500mm； 2. 垫层的厚度不宜小于70mm，垫层混凝土强度等级应为C10； 3 .扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm；间距不宜大于200mm，也不宜小于 100mm。墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不小于8mm；间距不大于300mm；每延米分布钢

20、筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10。当有垫层时钢筋保护层的厚度不小于40mm；无垫层时不小于70mm；,浅 基 础,墙下钢筋混凝土扩展基础构造,4 .混凝土强度等级不应低于C20； 5 .当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5m时，底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9倍，并宜交错布置(图8.2.2a)； 6 .钢筋混凝土条形基础底板在T形及十字形交接处，底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置，另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度1/4处(图8.2.2b)。在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置(图8.2.2c)。,浅 基 础,

21、墙下钢筋混凝土扩展基础构造,浅 基 础,等效梁宽度：,2）联合基础(矩形、梯形、联梁式）,浅 基 础,独立基础是配置于整个结构物之下的无筋或配筋的单个基础。,常见类型：圆板基础、实体基础、圆环基础、壳体基础。,3）独立基础,浅 基 础,壳体基础,为改善基础的受力性能，在基础工程中常采用正圆锥壳及其组合型式作为基础的断面，这种基础称为壳体基础。烟囱、水塔、电视塔、贮仓及中、小型高炉等筒形构筑物,浅 基 础,1.5 基础埋置深度的选择,1. 基础埋置深度 2.基础埋置深度的大小对建筑物影响 3. 基础埋置深度的原则 4. 影响基础埋置深度的因素,浅 基 础,1. 基础埋置深度,埋置深度：是指从设计

22、地面(一般从室外地面算起)到基础底面的距离。,浅 基 础,2.基础埋置深度的大小对建筑物 影响,对建筑物的造价、施工措施、施工期限以及保证房屋正常使用等都有影响。埋置太深，会增加房屋造价，埋置太浅，又不能保证建筑物的稳定性。,3.基础埋置深度的确定原则,在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础宜浅埋，当上层地基的承载力大于下层土时，宜利用上层土作持力层。除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。,浅 基 础,4. 影响基础埋深选择的因素,影响基础埋深选择的因素很多，一般应考虑以下几个条件： 1)与建筑物有关的条件 2)工程地质条件 3)水文地质条件 4)地基冻融条件 5)场地环境条件,浅 基 础,

23、1）与建筑物有关的条件,基础埋置深度首先决定于建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础形式和构造； 高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。 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1/181/20。 位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑要求。,浅 基 础,2）工程地质条件,上软下硬 上硬下软 土层不均 持力层顶面倾斜,浅 基 础,根据土层分布情况确定,在满足其他要求下尽量浅埋,只有低层房屋可用，否则处理,尽量浅埋。但是如h1太小就为II

24、,h1 5m桩基或处理；,坡面基础,坡面基础埋深应满足下列公式：,浅 基 础,基础宜埋置在地下水位以上，当必须埋在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施。 对底面低于潜水面的基础，考虑基坑排水、坑壁围护以及保持基土不受扰动等措施外； 应考虑可能出现的其他施工与设计问题a.出现涌土、流砂现象的可能性；b.地下水对基础材料的化学腐蚀作用；c.地下防渗；d.轻型结构物由于地下水顶托而上浮的可能性；e.地下水浮托力引起基础底板的内力变化等。,浅 基 础,3)水文地质条件,持力层为隔水层而其下方存在承压水层的情况,式中 隔水层土的重度，kN/m3； w水的重度，取10kN/m3； h承压水上

25、升高度(从隔水层底面起算)，m h0隔水层剩余厚度(槽底安全厚度)，m；,槽底安全厚度应满足下式要求：,浅 基 础,冻结深度：地基土冻结的极限深度 冻土多年冻土： 含有固态水，且冻结状态持续二年或二年以上的土应判为多年冻土 季节性冻土：而在一个年度周期内经历着冻结和未冻结两种状态的土则称为季节性冻土 冻胀和溶陷 冻胀性分类 建筑基底下允许残留冻土层厚度hmax(m),浅 基 础,4) 地基冻融条件,冻胀和溶陷,地基土的冻胀性分类，按建筑地基基础设计规范GB500072002附录G.0.1分为：不冻胀；弱冻胀；冻胀；强冻胀； 特强冻胀。,浅 基 础,若冻胀产生的上抬力大于作用在基底的竖向力，会引

26、起建筑物开裂甚至破坏。而土层解冻时，土中的冰晶体融化，使土体软化，含水量增大，强度降低，将产生很大的附加沉降，称为融陷。季节性冻土的冻胀性与融陷性是相互关联的，故常以冻胀性加以概括。,地基土冻胀性分类,冻土,多年冻土（冻结时间3年）,季节性冻土,发生冻胀的条件,（1）土的条件 一般是细颗粒土,（2）温度条件 低于冻结温度,（3）水力条件含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重,外因,内因,土的冻胀性,土的冻胀性,衡量指标,冻胀性分类,平均冻胀率：,不冻胀 1% 弱冻胀 1% 12%,注意：碎石、砂等中粒径小于0.075mm的颗粒含量太高也会导致冻胀,浅 基 础,地基土冻胀性分类表,浅 基 础,

27、地基土冻胀性分类续表,dmin允许有一定厚度冻土层时， 基础的最小埋深； Zd 设计冻深； hmax基础底面下允许残留冻土层的最大厚度，按 建筑地基基础设计规范GB500072002 附录G.0.2查取。,浅 基 础, 建筑基底下允许残留冻土层厚度hmax(m),考虑冻胀的基础埋深,按02规范,dmin zd - hmax,zd: 设计冻深 hmax：容许残留冻土层最大厚度,zd=z0 zs zw ze,标 准 冻 深,土 类 别,冻 胀 性,环境,影响系数,Z0 标准冻深： 北 京 0.81.0m 哈尔滨 2.0m 满洲里 2.8m,10年的实测最大冻深平均值,浅 基 础,建筑基底下允许残留

28、冻土层厚度hmax(m) 表G.0.2,5) 场地环境条件,生物活动的影响基础埋深应大于因气候变化或树木生长导致地基土胀缩，以及其它生物活动形成孔洞等可能到达的深度，除岩石地基外，不宜小于0.5m。为了保护基础，一般要求基础顶面低于设计地面至少100mm以上。,地下管线和地表水体的影响 如果基础邻近有管道或沟、坑等设施时，基础底面一般应低于这些设施的底面。濒临河、湖等水体修建的建筑物基础，如受到流水或波浪冲刷的影响，其底面应位于冲刷线之下。,浅 基 础,如果基础深于原有建筑物基础时，要使二基础之间保持一定距离，其净距L一般为相邻两基础底面高差H的1倍(见图1-)，以免开挖基坑时，坑壁塌落，影响

29、原有建筑物地基的稳定。,浅 基 础, 相邻基础的影响,浅 基 础,1.6 地基承载力的确定,1.6.1 相关定义 地基承载力 地基承载力基本值(f0) 地基承载力特征值(fak)：characteristicvalue of subgrade bearing capacity 修正后的地基承载力特征值(fa),极限承载力,承载力,容许承载力：设计承载力,通常所说的承载力指容许承载力,地基承载力：是地基所具有的承受荷载的能力。即地基受荷后塑性区限在一定范围内，保证不产生剪切的破坏而丧失稳定，且地基变形不超过容许值时的承载力。,浅 基 础, 地基承载力及基本值,地基承载力：是地基所具有的承受荷载的

30、能力。即地基受荷后塑性区限在一定范围内，保证不产生剪切的破坏而丧失稳定，且地基变形不超过容许值时的承载力。 地基承载力基本值(f0)：是指按有关规范规定的一定的基础宽度和埋置深度条件下的地基承载力，按有关规范查表确定。,浅 基 础,地基承载力特征值及修正值,地基承载力特征值(fak)：characteristic value of subgrade bearing capacity，载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。地基承载力特征值可由载荷试验或其它原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定。 修正后的地基承载力特征值(fa)：

31、当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，应进行深度和宽度修正，即为修正后的地基承载力特征值。,1.6.2 地基承载力的确定方法,根据土的强度理论计算确定； 按静载荷试验等原位测试方法确定； 根据规范查表确定； 根据邻近条件相似的建筑物经验确定。,浅 基 础,理论公式计算承载力：,临界荷载 P1/4、P1/3,临塑荷载 Pcr,阶段1：弹性段,阶段2：局部塑性区,阶段3：完全破坏段,极限荷载Pu （极限承载力）,Zmax=0 ：,Zmax= B/4 或 B/3 ：,Pcr = 0 dNq+cNc,P1/4 = B N1/4+0 d

32、 Nq+cNc,临界荷载,P1/3= B N1/3+0 d Nq+cNc,临塑荷载,理论公式计算承载力（总结）：,临界荷载 P1/4、P1/3,临塑荷载 Pcr,极限荷载Pu （极限承载力）,普朗特尔-雷斯诺公式,太沙基公式,斯凯普顿公式,汉森公式,5.3 地基承载力和基础尺寸初步确定,按理论公式计算地基承载力,当荷载偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度(即e0.033b,b是指弯矩作用平面内的基础底面尺寸)时，根据试验和统计得到的土的抗剪强度指标标准值，可按下式计算地基承载力特征值：,浅 基 础,式中fa由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值； Mb,Md,Mc承载力系数，按表1-6

33、确定； b基础底面宽度，大于6m时按6m取值，对于砂土小于3m时按3m取值； ck基底下一倍短边宽深度内土粘聚力标准值。,浅 基 础,承载力系数表, 按载荷试验确定地基承载力,浅 基 础,(1)当载荷试验ps曲线上有明显的比例界限时，取该比例界限所对应的荷载pcr作为地基承载力基本值f0。 (2)当极限荷载能确定，且该值pu小于比例界限荷载值Pcr的1.5倍时，取极限荷载Pu的一半作为地基承载力基本值f0。 (3)不能按上述两种方法确定时，可按图 (b)中限制沉降量s对应的p值取值，即在ps曲线中，以一定的试验容许沉降值所对应的荷载作为地基的承载力基本值f0 。,浅 基 础,按下述原则确定地基

34、承载力,浅 基 础,载 荷 试 验,载荷板的尺寸一般比实际基础小，影响深度较小，试验只反映这个范围内土层的承载力。如果载荷板影响深度之下存在软弱下卧层，而该层又处于基础的主要受力层内，此时除非采用大尺寸载荷板做试验，否则意义不大。,浅 基 础,荷载板面积对试验值的影响, 按规范查表确定承载力,浅 基 础,根据野外鉴别结果确定a 岩石按风化程度，确定其承载力特征值。b 碎石土按密实程度，确定其承载力特征值 土的物理、力学性质指标确定a 对于粉土按第一指标孔隙比e、第二指标含水量w，查表18确定其承载力基本值f0。b 对于粘性土按第一指标孔隙比e、第二指标液性指数IL，按表110确定其承载力基本值

35、f0。c 根据公式确定地基承载力特征值： 根据标准贯入和轻便触探试验确定根据N63.5或N 10(取整位数),根据邻近条件相似的建筑物经验确定,查表计算：,GBJ7-89 规范,fk=f f0, fk：承载力标准值, f0：承载力基本值（查表）, f ：承载力修正系数,变异系数,粘性土 e、IL 粉 土 e、w 砂 土 N63.5 淤 泥 w,1.6.3 修正后的地基承载力特征值,当基础底面宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，除岩石地基外，地基承载力特征值值fak应按下式进行宽度和埋深修正 ：,浅 基 础,式中fa修正后的地基承载力特征值； fak地基承载力特征值，按本规范第5.2.3条原则

36、确定； b、d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表5.2.4取值； 基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度； b基础底面宽度(m)，基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值； 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； d基础埋置深度(m)，一般自室外地面标高算起。,承载力修正系数,注：1.强风化和全风化的岩石，参照所风化成的相应土类取值；其他状态下的岩石不修正； 2.地基承载力特征值按本规范附录D深层平板载荷试验确定时d取0。,浅 基 础,1.7 基础底面尺寸的确定,在初步选择基础类型和埋置深度后，就可以根据持力层承载力设计值计算基础底面的尺寸。如果持力

37、层较薄，且其下存在着承载力显著低于持力层的下卧层时，尚须对软弱下卧层进行承载力验算。根据地基承载力确定基础底面尺寸后，必要时尚应对地基变形或稳定性进行验算。,浅 基 础,1.7.1 根据持力层承载力计算基础底面尺寸,1) 中心荷载作用下的基础,浅 基 础,中心荷载作用下的基底面积确定步骤,浅 基 础,首先要确定修正后的地基承载力特征值fa，但 fa与基础底面宽度b有关，也就是说b与f都是 未知数，因此必须通过试算确定。 计算时可先对地基承载力标准值按基础埋深进行修正并按规定确定f值， 然后按下面公式计算出所需基础底面积和宽度b，再考虑是否需要进行宽度修正。,2) 偏心荷载作用下的基础,浅 基

38、础,偏心荷载作用下的基础底面尺寸 通常通过试算确定,按中心荷载作用的公式求基础底面积A0； 因偏心荷载下应力分布不均允，按偏心程度将计算的基础底面积增加1040，即,浅 基 础,按矩形或条形基础计算公式计算基底压力、验算地基承载力。反复试算直至满足要求。,1.7.2 软弱下卧层的验算,pz软弱下卧层顶面处的附 加应力设计值，kPa； pcz软弱下卧层顶面处土的自重应力，kPa； fz软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力设计值，kPa。,浅 基 础,软弱下卧层顶面处的总应力不超过下卧层的承载力,软弱下卧层处附加应力的计算,b、l矩形基础的宽度和长，m； pk基底压力设计值，kPa; pc基底处

39、土的自重应力标准值，kPa； z基础底面至软弱下卧层顶面的距离，m； 地基压力扩散线与垂直线的夹角，即压力扩散角， 可按表1-23采用(度)。 对条形基础，仅考虑宽度方向的扩散，并沿基础纵向单位长度为计算单元。,浅 基 础,基础尺寸初步确定：,F 作用在顶面的荷载，kN,G 基础及台阶上填土总重，kN,A 基底面积，m2,G 平均重度，一般取 20 kN/m3,d 基础埋深，m,f=fak+dm(d-0.5),暂不做宽度修正,单独基础，中心荷载,小 结,条形基础，中心荷载,偏心荷载时：,将上面计算的 A 或 b 扩大至 1.11.4 倍,根据 A 可初步确定 b 和 L,持力层承载力验算：,根

40、据初步确定的埋深d与b，确定f,承载力验算,偏心荷载时：,pmax1.2f 高层建筑(筏,箱基) ：pmin0 考虑地震可能出现 eb/6, 此时允许 pmin0，但0应力区不能超过 25%,要求：,以条形面积为例,eb/6: 梯形,eb/6: 三角形,偏心荷载时：,偏心荷载时：,增加面积 A A不变，改变 b 和 l，具体看偏心方向 采用不对称柱,若不满足承载力要求，则考虑：,1.8 地基变形验算及基底尺寸的调整,1.8.1 地基特征变形验算,对于各类建筑结构，如何控制对其不利的沉降形式地基的特征变形，使之不会导致建筑物开裂损坏，有损其使用条件和外观，这是地基基础设计必须予以充分考虑的另一基

41、本问题。在常规设计中，一般都针对各类建筑物的结构特点、整体刚度和使用要求的不同，计算地基沉降的某一特征值，验证其是否不超过相应的允许值，即满足下列条件 ,浅 基 础,浅 基 础,建筑物的地基变形允许值 表5.3.4,浅 基 础,建筑物的地基变形允许值 表5.3.4,1.8.2 地基特征变形,可以分为四类： 沉降量基础某点的沉降值； 沉降差基础两点或相邻柱基中点的沉降量之差； 倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值； 局部倾斜砌体承重结构沿纵向610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。,浅 基 础,基础沉降分类,浅 基 础,框架结构和单层排架结构应由相邻柱基的沉降差控制,砌体承重结构应由局

42、部倾斜控制,多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制,浅 基 础,具体建筑物所需验算的地基特征变形取决于建筑物结构类型、整体刚度和使用要求。以下按柔性、敏感性和刚性三类结构分述与其有关的地基特征变形及其可能导致的损害特点。,一般多层建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可认为其最终沉降量已完成80%以上，对于其它低压缩性土可认为已完成最终沉降量的50%-80%，对于中压缩性土可认为已完成20%-50%，对于高压缩性土可认为已完成5%-20%。,1)与柔性结构有关的地基特征变形,以屋架、柱和基础为主体的木结构和排架结构是典型的柔性结构，在高压缩性地基上应注意的地基特征变形：开窗面积不大的墙砌体填充

43、的边排柱、尤其是房屋端部抗风柱之间的沉降差；单层排架结构柱基的沉降量、多跨排架中受荷较大的中排柱基的下沉量，以免支承于其上的相邻屋架发生对倾而使端部相碰；相邻柱基的沉降差所形成的桥式吊车轨面沿纵向或横向的倾斜，会导致吊车滑行或卡轨；由于厂房内部大面积堆载引起桩基向内转动倾斜，使柱受屋架的顶撑作用而弯曲。由地面荷载引起的柱基倾斜允许值为0.008。,浅 基 础,2) 与敏感性结构有关的地基变形特征,砌体承重结构房屋外纵墙由拉应变形成的裂缝。图(a)中部沉降较大，墙体正向挠曲(下凹)，裂缝呈正“八”字形开展；图(b)两翼沉降较大，墙体反向挠曲(拱起)，裂缝呈倒“八”字形 。,浅 基 础,高耸结构物

44、地基主要特征变形是建筑物整体倾斜。 倾斜的重要原因是地基土层的不均匀分布以及邻近建筑物的影响。 如果地基的压缩性比较均匀，且无邻近荷载的影响，对高耸结构，只要基础中心沉降量不超过建筑物的地基变形允许值（上表），便可不作倾斜验算。 高层建筑横向整体倾斜允许值主要取决于人们视觉的敏税程度，倾斜值到达明显可见的程度时大致为1250，而结构损坏则大致当倾斜值达到1150时开始。,3）与刚性结构有关的地基特征变形,浅 基 础,考虑到倾斜允许值应随建筑物高度增加而递减，建筑地基基础设计规范根据基础倾斜引起矩形基底边缘压力增量P不得超过平均压力P的140这一条件，制定允许倾斜值的控制标准。据此，并按基底边缘

45、最大压力Pmax的表达式得：,浅 基 础,高耸建筑物允许倾斜值,1.9 减轻建筑物不均匀沉降的措施,通常的方法有： 采用柱下条形基础、筏基和箱基等； 采用桩基或其它深基础； 采用各种地基处理方法； 从地基、基础、上部结构相互作用的观点出发，在建筑、结构或施工方面采取 措施。,浅 基 础,1. 建筑设计措施,浅 基 础,(1)建筑物的体型应力求简单 (2)控制建筑物的长高比长高比大的砌体承重房屋，其整体刚度差，纵墙很容易因挠曲过度而开裂 (3) 合理布置纵横墙一般地基不匀匀沉降最易产生在纵向挠曲上，要避免纵墙开洞、转折、中断而削弱纵墙刚度。 (4)合理安排相邻建筑物之间的距离地基中附加应力的向外

46、扩散，使得相邻建筑物的沉降互相影响，软弱地基上的建筑物基础之间要有一定的净距。 (5)设置沉降缝用沉降缝将建筑物分割成若干独立的沉降单元，自成沉降体系，避免不均匀沉降带来的危害。 (6)控制与调整建筑物各部分标高,2. 结构措施,减轻建筑物的自重采用轻质材料或构件，减少墙体的重量。选用轻型结构 减少基础和回填土的重量。 减小或调整基底的附加压力设置地下室或半地下室， 增强基础刚度采用整体刚度较大的交叉梁、筏式和箱形基础 采用对不均匀沉降不敏感的结构铰接排架、三角拱等结构 设置圈梁,浅 基 础,浅 基 础,3. 施工措施,施工顺序拟建相邻建筑物之间轻(低)重(高)悬殊时，应按照先重后轻的原则进行施工；在高或重的建筑物竣工之后间歇一段时间再建低或轻的建筑物，以达到减少部分沉降差的目的。 保护原状土灵敏度较高的软粘土，注意不要破坏其原状结构，须留约200mm覆盖土层，待浇注基础时再清除。 减轻堆载轻型建筑物周围，不宜堆放大量的建筑材料或弃土方等重物，以免地面堆载引起建筑物产生附加沉降。 注意降水影响在进行井点排水降低地下水位及开挖深基坑修建地下室时，应密切注意到对邻近建筑物可能产生的不良影响,