1、,基 础 工 程,第7章 天然地基上的浅基础,连续基础设计 浅基础施工要点 减轻地基不均匀沉降的措施,2019年4月29日星期一,7.8 地基基础与上部结构相互作用,建筑结构设计通常将上部结构、基础、地基三部分独立进行力学分析，虽然满足静力平衡，但没有考虑三者之间受力前后变形的连续性。,事实上，三者按各自的刚度对变形产生相互制约作用，从而使整个结构的内力和变形发生了变化。,按地基、基础和上部结构共同作用的分析方法相当复杂，包括： 1）全面反应结构影响的分析理论； 2）便于借助计算机的有效计算方法； 3）合理反映土的变形特征的地基计算模型及参数。,2019年4月29日星期一,在上部结构、基础与地
2、基的共同作用中，通常将“上部结构+基础”与地基之间的刚度比称为“相对刚度”。,7.8.2 相对刚度的影响,结构相对刚度为零，即结构绝对柔性时，上部结构不会对地基变形产生影响。地基的变形与弯矩呈同一趋势，即所谓的正向挠曲或整体弯曲。,(a)结构绝对柔性 (b)结构绝对刚性 (c)结构相对刚性 图7.39 相对刚度的影响,2019年4月29日星期一,结构相对刚度趋于无穷大时，即结构绝对刚性，上部结构和基础受力后总体没有弯曲的趋势，但在柱间因的地基反力作用，产生了类似于连续梁的弯曲。即所谓的局部弯曲。建筑中常见的砌体结构和钢筋混凝土框架结构属有限刚度，对地基的不均匀沉降反应敏感，一方面可以调整地基的
3、不均匀沉降，同时在结构内部产生附加应力，并导致结构的变形乃至开裂，称之为敏感性结构，其内力和变形可视为整体弯曲与局部弯曲的叠加（见前页图） 。,7.8.2 相对刚度的影响,2019年4月29日星期一,7.8.3 工程处理中的规定,2019年4月29日星期一,(1)不考虑共同作用分析法,7.8.4 基础的分析方法分类,图7.42 不考虑共同作用的分析方法示意,2019年4月29日星期一,(2)考虑基础地基共同作用分析法,7.8.4 基础的分析方法分类,图7.43 考虑共同作用的分析方法示意,2019年4月29日星期一,(3)考虑上部结构-基础-地基共同作用分析法,7.8.4 基础的分析方法分类,
4、基底任一点的位移wi与该点的地基变形si也相一致：,2019年4月29日星期一,7.9.1 柱下钢筋混凝土条形基础的构造要求,7.9 柱下钢筋混凝土条形基础设计,图7.40 柱下条形基础的构造,2019年4月29日星期一,7.9 柱下钢筋混凝土条形基础设计,2019年4月29日星期一,(1)基础底面尺寸的确定,7.9.2 柱下钢筋混凝土条形基础简化计算方法,2019年4月29日星期一,7.9.2 柱下钢筋混凝土条形基础简化计算方法,图7.45 简化计算法的基底反力分布,如果荷载合力不可能调到与基底形心重合，或者偏心距超过基础长度的3%，基底反力按梯形分布(见图7.45(b)，并按下式计算：,2
5、019年4月29日星期一,7.9.2 柱下钢筋混凝土条形基础简化计算方法,(2)翼板的计算,基底宽度b方向的净反力为：,计算弯矩和剪力,2019年4月29日星期一,7.9.2 柱下钢筋混凝土条形基础简化计算方法,(3)内力分析方法 实用中有两种简化的内力计算方法倒梁法和静力平衡法(静定分析方法) 1)静力平衡法 用基础各截面的静力平衡条件求解内力的方法称静力平衡法。,图7.47 静力平衡法示意,2019年4月29日星期一,7.9.2 柱下钢筋混凝土条形基础简化计算方法,2019年4月29日星期一,P60例题,图2.48 例2.5图,图2.48 例2.5图,2019年4月29日星期一,2)倒梁法
6、,(3)内力分析方法,图7.49 倒梁法计算简图,2019年4月29日星期一,P62例题,图2.50 例2.6图,2019年4月29日星期一,7.9.3 弹性地基梁方法 基床系数法(又称“文克勒法”，E.WinKLer，1867年)。 (1)基本假定 文克勒地基模型假定地基上任一点所受的压力强度p与该点的地基沉降s成正比，即：(2)挠曲微分方程及其通解,2019年4月29日星期一,图2.52 文克尔地基模型,2019年4月29日星期一,图2.53 弹性地基梁受力计算简图 根据文克尔假设，上式可写成,2019年4月29日星期一,(3)无限长梁和半无限长梁的解 1)无限长梁受集中荷载(a)受集中荷
7、载作用 (b)受力偶作用 图2.54 无限长梁,2019年4月29日星期一,图2.55 F1(x)、F2(x)、F3(x)、F4(x)与x之间关系图,2019年4月29日星期一,2)无限长梁受力偶作用,2019年4月29日星期一,3)无限长梁受均布载荷图2.56 无限长梁受均布荷载作用,2019年4月29日星期一,4)半无限长梁受集中力作用,2019年4月29日星期一,图2.57 半无限长梁,2019年4月29日星期一,5)半无限长梁受力偶作用图2.58 有限长梁,2019年4月29日星期一,6)有限长梁 解析解叠加法,2019年4月29日星期一,图2.59 弹性地基梁,2019年4月29日星
8、期一,2019年4月29日星期一,2.10 十字交叉条形基础 当上部结构荷载较大而地基承载力又较低时，为了扩大基础的底面积和增强基础的刚性，常采用由纵向、横向条形基础组成的十字交叉条形基础。 2.10.1 构造要求2.10.2 节点荷载分配2.60 十字交叉条形基础节点荷载分配,2019年4月29日星期一,(1)静力平衡条件 分配在x,y方向的竖向荷载之和应等于节点处荷载，即：(2)节点变形协调条件 x和y方向基础在交叉处的沉降相等。即:,2019年4月29日星期一,2.10.3 节点荷载的简化计算公式 节点类型如图2.61所示。图2.61 交叉条形基础节点类型,2019年4月29日星期一,(
9、1)内柱节点 x向基础在Pix作用下i节点产生的沉降为同理可得y向基础在Piy作用下节点I的沉降为(2)边柱节点,2019年4月29日星期一,(3)角柱节点2.10.4 节点分配荷载的调整 设调整前的地基平均反力为,2019年4月29日星期一,调整后地基平均反力为 分配荷载增量为：,2019年4月29日星期一,图2.62 例2.7图,2019年4月29日星期一,于是,调整后节点荷载在x、y两向的分配荷载分别为2.11 筏板基础设计 2.11.1 构造要求 筏板基础的底面形状和尺寸应考虑使上部结构荷载的合力点接近基础底面的形心。 梁板式筏基底板的板格应满足冲切承载力的要求。 筏基础配筋要满足计算
10、和构造要求。 地下室底层柱、剪力墙与梁板式筏基的基础梁连接的构造要求，柱、墙的边缘至基础梁边缘的距离不应小于50mm，如图2.64所示。,2019年4月29日星期一,图2.63 筏基础角部配筋构造,2019年4月29日星期一,图2.64 地下室底层柱或剪力墙与基础梁连接的构造要求,2019年4月29日星期一,2.11.2 设计原则 (1)地基承载力验算 则基底反力可按式(2.124)计算：对于矩形筏板基础，基底反力可按下列偏心受压公式进行简化计算(图2.65)：,2019年4月29日星期一,图2.65 矩形筏板基础,2019年4月29日星期一,表2.23 地基土抗震承载力调整系数s注：fak为
11、地基土承载力的特征值。 (2)地基变形计算 最终沉降,2019年4月29日星期一,当采用土的变形模量计算箱形和筏形基础的最终沉降量s时，可按式(2.135)计算沉降计算深度zn，,2019年4月29日星期一,(3)整体倾斜 横向整体倾斜计算值T(4)筏基抗冲切验算 最大剪应力max,2019年4月29日星期一,图2.66 内柱冲切临界截面示意图 图2.67 刚性板条法,2019年4月29日星期一,2.11.3 筏板基础的内力分析 (1)倒楼盖法 (2)刚性板条法 以图2.67(a)中的ABCH板条为例。 柱荷载总和为：基底的净平均值为：,2019年4月29日星期一,柱荷载的修正系数为：修正的基
12、底平均净反力可按式(2.145)计算：图2.68 例2.8图,2019年4月29日星期一,2.12 箱形基础设计 箱形基础是由顶板、底板、外墙和内墙组成的空间整体结构，一般由钢筋混凝土建造，空间部分可结合建筑使用功能设计成地下室，是多层和高层建筑中广泛采用的一种基础形式。 2.12.1 构造要求 箱型基础的平面尺寸应根据地基强度、上部结构的布局和荷载分布等条件确定。 偏心距e宜符合,2019年4月29日星期一,箱形基础的高度(底板底面到顶面的外包尺寸)应满足结构强度、结构刚度和使用要求，一般取建筑物高度1/81/12，也不宜小于箱形基础长度的1/8。 开口系数应符合下式要求： 图2.71 施工
13、缝构造要求,2019年4月29日星期一,图2.72 采用箱形基础时上部结构的嵌固部位,2019年4月29日星期一,非抗震设计 抗震设计 2.12.2 箱基设计原则 对于天然地基上的箱形基础，箱基设计包括地基承载力验算、地基变形计算、整体倾斜验算等，验算方法与筏形基础相同。 2.12.3 基底反力 在大量实测资料整理统计的基础上，提出了高层建筑箱形基础底反力实用计算法,2019年4月29日星期一,2019年4月29日星期一,图2.73 箱形基础基底反力实测分布曲线,2019年4月29日星期一,2019年4月29日星期一,2.12.4 箱形基础的内力分析 (1)上部结构为现浇剪力墙体系时 (2)当
14、上部结构为框架体系时 上部结构的总折算刚度。,2019年4月29日星期一,图2.74 公式(2.151)中符号示意 箱形基础的整体弯曲弯矩。,2019年4月29日星期一,2.12.5 基础强度计算 (1)顶板与底板 底板受冲切承载力按下式计算：当底板区格为矩形双向板时，底板受冲切所需的厚度h0按下式计算：底板斜截面受剪承载力应符合下式要求：,2019年4月29日星期一,(2)内墙与外墙 箱形基础的内、外墙，除与剪力墙连接外，其墙身截面应按下式验算：(3)洞口 1)洞口过梁正截面抗弯承载力计算上梁下梁,2019年4月29日星期一,2)洞口过梁截面抗剪强度验算 其中,2019年4月29日星期一,3
15、)洞口加强钢筋图2.77 洞口上下过梁的有效截面积,2019年4月29日星期一,图 2.78 例题2.9图,2019年4月29日星期一,图2.79 工程地质剖面,2019年4月29日星期一,图2.80 荷载计算结果,2019年4月29日星期一,表2.30 基础沉降计算,2019年4月29日星期一,图2.81 基础横向倾斜计算简图,2019年4月29日星期一,图2.82 基底反力,2019年4月29日星期一,图2.83 整体弯曲计算简图,2019年4月29日星期一,图2.84 箱基横截面惯性矩计算简图 图2.85 局部弯曲计算简图,2019年4月29日星期一,图2.86 底板抗剪强度验算,201
16、9年4月29日星期一,2.13 浅基础施工要点 本节简要介绍浅基础施工中的主要问题，包括基坑开挖、放坡及支挡、坑内排水与降低地下水位，基础结构制作等。 2.13.1 基坑开挖 1)准备工作 2)土方开挖 3)验槽 4)异常情况的处理 松软土的处理 局部软硬、高差的处理,2019年4月29日星期一,表2.31 一般常用土方机械的特性及适用范围,2019年4月29日星期一,空穴处理 流砂处理 橡皮土的处理 5)地面排水 6)基坑开挖的安全措施 2.13.2 基坑边坡 (1)竖直开挖坑壁的条件 粘性土由于具有内聚力，可以保持一定高度的竖直坑壁，其高度可按式(2.170)计算：,2019年4月29日星
17、期一,(2)基坑边坡的坡度 (3)坑壁支护 根据支撑的材料可以分为钢(木)支撑、钢(木)板桩、钢筋混凝土护坡桩和地下连续墙。,2019年4月29日星期一,2.13.3 坑内排水的一般规定 浅基坑或排水量不大的基坑可在基坑底做成一定的坡度，并按需要在基坑边设置排水沟，在四角或每隔3040m设置一个直径为7080cm的集水井。 2.13.4 人工降低地下水位 人工降低地下水位常用井点降水的方法。 2.13.5 钢筋混凝土基础的制作 (1)柱基础浇筑 (2)条形基础浇筑 (3)大体积混凝土浇筑 1)大体积混凝土基础的整体性要求 2)大体积混凝土基础的浇筑方案，分为全面分层、分段分层和斜面分层3种,2
18、019年4月29日星期一,3)浇筑大体积混凝土的防裂措施 4)节省混凝土的措施 2.14 减轻地基不均匀沉降的措施 2.14.1 建筑措施 (1)建筑物体型力求简单 建筑物体型是指其平面形状与立面轮廓。 (2)控制建筑物长高比及合理布置纵横墙 长高比大的建筑物整体刚度小，纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂(图2.88)。 (3)设置沉降缝 根据经验，沉降缝的位置通常选择在下列部位上。,2019年4月29日星期一,平面形状复杂的建筑物的转折部位； 建筑物的高度或荷载突变处；图2.89 基础沉降缝构造,2019年4月29日星期一,长高比较大的建筑物适当部位； 地基土压缩性显著变化处； 建筑结构(包括基
19、础)类型不同处； 分期建造房屋的交界处。 (4)控制相邻建筑物基础的间距,2019年4月29日星期一,(5)调整建筑物的局部标高 2.14.2 结构措施 (1)减轻建筑物自重 (2)设置圈梁 (3)减小或调整基底附加压力 (4)增强上部结构刚度或采用非敏感性结构 2.14.3 施工措施 施工顺序 预压沉降期,2019年4月29日星期一,本章小结,地基基础与上部结构的相互作用的概念 柱下钢筋混凝土条形基础设计 构造要求 简化计算方法 弹性地基梁法（了解） 十字交叉条形基础设计 构造要求 节点荷载的分配 节点荷载的简化计算 伐板基础设计（了解） 简化计算方法：倒楼盖法、刚性板条法 箱形基础设计（了解） 浅基础施工 基坑的开挖、放坡及支挡 坑内排水与降低地下水位 基础结构制作 减轻地基不均匀沉降的措施 建筑措施 结构措施 施工措施,作业：阅读教材及参考书，预习下一讲内容桩基础。,
