建筑概论幻灯片第一章-基础

第一章 基 础,§1 设计原理 §2 地基 §3 基础,§1 设计原理,几个基本概念： 基 础是位于建筑物的最下部、直接作用在土层上并埋入土层中的承载构件。 地 基是在基础之下、承受由基础传来的建筑物荷载而发生应力和应变的土层。（包括持力层和下卧层） 持力层直接承受建筑荷载的土层。 下卧层持力层以下的土层。,一、基础、地基及其与荷载的关系。,地耐力：在稳定的条件下，单位面积地基所能承受的最大压力，称为地基容许承载力，简称地耐力。 建筑物荷载是由上部建筑物至基础顶面的竖向荷载、基础自重以及基础上部土层的重力荷载组成，而全部这些荷载都是通过基础的底面传递给地基。 RN/P R基础的底面积， N传递至基础底面处的建筑物荷载， P地基容许承载力（地耐力）。 当地耐力一定时，传至基础底面处的荷载愈大，需要的基础底面积愈大； 当传至基础底面处的荷载一定时，地耐力愈小，需要的基础底面积将愈大。,二、地基、基础的设计要求,1、承载能力、稳定性和均匀沉降的要求 基础具有足够的承载能力 地基具有足够的地耐力和良好的稳定性，并保证建筑物的均匀沉降。,2、耐久性的要求 基础是埋在地下的隐蔽工程。 在选择基础的材料和构造形式等的时候，应与上部结构的耐久性和使用年限相适应，防止基础提前破坏。 3、经济方面的要求 地基与基础工程的工期、工程量及造价在整个建筑工程中占10至40甚至更多。 尽量选择天然地基，浅基础，当地产量丰富、价格低廉的材料，先进的施工技术。,三、需要掌握的资料。,1、地形图。反映拟建建筑物地块及其周围的地形、地貌等等。 2、工程地质的勘测资料。 有实际钻孔点分布图（钻孔逐层取土样，观察，实验，分析土层情况）； 有土质分布曲线图（即地质剖面图）； 地下水位、水质资料； 对地基土稳定性的评价资料。,§2 地基,相对于基础来说，地基是建筑之外的部分。 从工程设计的角度，一般将地基分为天然地基和人工地基两大类。 一、天然地基 1、概念：具有足够的承载能力、可以直接在其上建造基础的天然土层。 2、地基土的种类：岩石、碎石、砂石、粘性土、人工填土、湿陷性黄土、季节性冻土等。 其中岩石、碎石、砂石、粘性土等一般可作为天然地基。岩石、碎石土情况最好，其次砂石、粘性土承载力标准值也可以。 人工填土、湿陷性黄土、季节性冻土等必须进行地基处理。,3、土的地基特性：土基本上由固体颗粒、空气和水组成。 土的压缩量f，就是建筑的沉降量； 抗剪性与滑坡； 土中水：液态、气态、固态。 地下水：注意建筑防水 自由水：注意建筑防潮 冻 土：注意建筑的沉降。 砂土液化。,二、人工地基。 1、概念：当天然土层的承载力不能满足承载的要求，不能在其上直接建造基础，必须对这种土层进行人工加固以提高其承载能力，这种经过人工加固的地基叫做人工地基。 2、人工地基处理方法： （1） 压实法； （2） 换土法； （3） 桩基。,（1）、压实法：土的压实法是采用重锤、压路机、振动压实机等压实机械对地基土层进行压实加固以提高其承载力的方法。 基本原理：通过减小土颗粒间的孔隙，把细土粒压入大颗粒间的孔隙中去，并及时排去孔隙中的空气，从而增加土的密实度，减少土的压缩性，达到提高地基承载力的目的。 压实法优点：不需增加额外的建筑材料，对提高地基承载力收效较大，但用轻便机械处理表面不能提高地基的承载力。,（2）、换土法：当地基持力层比较软弱，或部分地基有一定厚度的软弱土层时，将软弱土层的部分或全部挖去，回填以强度较大的土并夯至密实。 基本原理：一般情况下，换土法填入的是无粘聚性的松散材料，这些松散材料是被基坑侧面土壁所约束，借助于骨料颗粒相互咬合嵌固而获得一定的强度和稳定性的。 换土法处理地基的优点是，能够充分利用地方材料，节约钢材、木材、水泥等。能减少基础沉降量，调整基础间的不均匀沉降，提高地基强度和稳定性，减小基础埋深。,（3）、桩基 概念：当建筑物荷载很大，或建筑物很高的情况下，而地基土层较弱，这时建筑物可以采用桩基，使基础上的荷载经过桩传给地基土层。 按受力情况的分类： 端承桩：通过柱形的桩，穿过深达十几米、甚至几十米的软弱土层，直接支承在坚硬的岩层上，这种桩称端承桩； 摩擦桩：当软弱土层很厚，坚硬土层离基础底面很远，桩是借土的挤实，利用土与桩的表面摩擦力来支承建筑荷载的，这种桩称摩擦桩。,特点：承载力高、沉降量小而均匀，能承受竖向荷载、水平荷载、上拔力及由机器产生的振动和各种动荷载的作用。 地基上部为坚实土层，下部为软弱土层时，不宜采用桩基。 施工方式：桩基主要采用钢筋混凝土桩。分为预制桩和灌注桩两类。 预制桩通常在构件厂或施工现场预制，借助打桩机打入土中。 灌注桩是在现场采用钻孔机械钻孔成型并灌入混凝土后形成的。 扩大头（承载力较高） 无扩大头,桩基的构成：桩身、承台板或承台梁，桩身断面有方形、圆柱形及管形等。 由于桩与基础的紧密联结，所以常称桩基础。,桩可以是单根起作用，也可以是两根、三根、或更多根成群组织在一起，可以成行列式或交错式布置。,短桩法：当地基加固深度较小（如28m）的情况下，也可以利用成群的短桩，将地基土挤实，称短桩法。 短桩材料：混凝土、钢筋混凝土、各种廉价的地方材料（土桩、沙桩）。,§3 基础,足够的承载能力 合理的埋置深度 合理的基础底面宽度 一、基础的埋置深度及其影响因素。 1、基础埋深：指由室外的设计地坪至基础底面之间的距离。 自然地坪：施工建造场地的原有地坪。 室外地坪 设计地坪：按设计要求工程竣工后室外场地经过挖掉部分土层（或填垫部分土层）后的地坪。 基础埋深是从室外设计地坪算起的。,2、影响基础埋深的因素 （1）、与建筑物有关的因素 常成为其基础埋置深度选择的先决条件。,（2）、工程地质条件的因素 为了保证建筑物的安全，必须根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层。 上层土的承载力大于下层土时，如有可能，宜取上层土作持力层。 当上层土的承载力低于下层土时，取下层土为持力层，埋深较大；取上层土为持力层，埋深较小。 当基础存在软弱下卧层时，基础宜尽量浅埋。,尽量做浅基础，情况不具备时以选择可靠的持力层为先决条件。,（3）、地下水位的影响 地下水对某些土层的承载力有很大影响 ，一般基础应争取埋置在地下水位以上，当地下水位较高，基础不能埋置在地下水位以上时，应将基础底面埋置在最低地下水位以下、且不少于200mm的深度 。,（4）、冰冻线的影响 冰冻线冻结土与非冻结土的分界线 北京0.8-1m，天津0.6 -0.8m，哈尔滨2m；有的地区不会冻结，如广州、海南岛；有的地区冻结深度很小，上海、南京0.12-0.2m 。 颗粒细的土（粉砂、轻亚粘土等）有冻胀现象对建筑物会产生不良影响。 基础应根据地基土的冻胀现象调整其埋置深度。如果地基土存在冻胀现象（特别是粉砂、轻亚粘土等），基础应埋置在冰冻线200mm以下。,（5）、场地环境条件的因素 基础埋置深度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0.1m。 对靠近原有建筑物基础修建 的新基础，新、旧基础之间应保 留一定的净距，其值不宜小于该 相邻基础底面高差的12倍，见 书上图。 挑梁式扩建基础,二、基础的类型,1、按基础所用材料及其受力特点分类 （1）刚性基础 凡是受刚性角限制的基础，称为刚性基础。（在刚性基础挑出的放脚部分，我们将其对角连线与高度线所形成的夹角称为刚性角，用表示 ）例如：砖、石、灰土、混凝土。刚性基础放脚台阶的宽高比允许值应符合表1规定。 受力特点：抗压强 度很好，但抗拉、抗弯、 抗剪等强度却远不如它 们的抗压强度。 受力特点 高宽比 刚性角 刚性基础,（2）柔性基础没有刚性角限制的基础称为柔性基础（如钢筋混凝土基础） 当建筑物的荷载较大，地基承载力较小时，基础底面积必须加大。不能使用刚性基础。在混凝土基础的底部配以受拉钢筋，利用钢筋来承受拉应力，使基础底部能够承受较大的弯矩。不再受基础放脚宽高比的限制。,2、按基础的构造形式分类 基础的构造形式是与其上部的结构形式分不开的（尤其是天然地基）。地基承载力比较低的时候，要通过扩大基础的底面积，形成各部分基础的连续和融合，以满足地基承载力和均匀沉降的要求。 （1）条形基础空间刚度较好，可减缓局部不均匀下沉。常选用砖、石、灰土、三合土、混凝土等刚性材料建造; （2）独立基础柱下基础的基本形式。土方工程量较少，便于管道穿过，节约基础材料。基础整体抵抗不均匀沉降的能力较差； （3）柱下条形基础常用于软弱地基上框架结构或排架结构的一种基础类型。当各柱的荷载或地基压缩性分布不均匀，且建筑物对不均匀沉降敏感时，在柱列下配置抗弯刚度较大的条形基础，能收到一定的效果。,（4）整体式基础又称为满堂基础，包括筏式基础和箱形基础 a 、筏式基础适用于建筑物上部荷载较大，地基承载力较低的建筑物。 易于满足软弱地基承载力的要求，但抗弯刚度有限，经济指标较高。 分为墙下筏基和柱下筏基。在一般情况下，筏板厚度至少为200mm。,b、箱型基础适用于软弱地基上的高层建筑、重型建筑或对不均匀沉降有严格限制的建筑物。 能够提高地基稳定性，降低基础沉降量；空间刚度更大；抗震性能比较好。形成的地下室可以提供多种使用功能。 ：,三、基础的构造,1、刚性基础的构造 刚性基础应严格控制基础放脚的挑出宽度与高度的比值，确保基础底面不产生较大的拉应力。刚性基础常采用两种材料组合的形式。 （1）毛石基础 剖面形式多为阶梯。基础顶面要比墙或柱每边宽出100mm，基础放脚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，以确保符合基础放脚宽高比不大于1:1.5或1:1.25的限制。当基础底面的宽度小于700mm时，毛石基础应做成矩形截面的剖面形式。,（2）砖基础 砖基础多用于地基土质好、地下水位较低、五层及五层以下的砌体结构建筑中。放脚挑出部分宽高比应不超过1:1.5 根据砖的尺寸，砖放脚每级内收的尺寸为60mm（即1/4砖长），每级的高度有两种情况，一种为120mm（即两皮砖）与60mm（即一皮砖）间隔砌筑，称为“二一间收”；另一种为每级均为120mm（即两皮砖），称为“二二等收”。应该注意的是，不论哪一种砌法，最下边一级必须是120mm（即两皮砖）高，以确保满足刚性角的要求。 （a） 二一间收砌法 （b）二二等收砌法,（3）灰土和三合土基础 灰土基础和三合土基础一般多与砖基础结合形成组合材料基础，常在砖基础下形成灰土垫层或三合土垫层。 只适用于地下水位较低、冰冻深度较浅的较低矮的低层建筑或多层建筑中。 一步灰土为150mm。 三合土基础的总厚度H。应大于300mm，基础宽度B应大于600mm。 灰土基础与三合土基础的剖面形式均采用矩形，其挑出部分的宽度应符合相应的刚性角限制（如表1）。,（4）混凝土基础坚固、耐久、耐腐蚀、耐水，刚性角允许范围比较大。 当基础宽度小于350mm时，多做成矩形；大于350mm时，多做成阶梯形；当基础底面宽度大于2000mm时，还可以做成锥形。混凝土基础最薄处的厚度不应小于200mm 。,2、柔性基础的构造 基础应尽量浅埋，基础底板的截面高度可以逐渐向外减薄，但最薄处的厚度不应小于200mm。 基础底面的混凝土保护层在基础下部采用强度等级为C7.5或C10的混凝土做垫层，垫层的厚度一般为100mm 当有垫层时，钢筋距基础底面的混凝土保护层厚度不宜小于35mm；若不设置垫层时，钢筋距基础底面的混凝土保护层厚度不宜小于70mm，以保护钢筋免遭锈蚀。 钢筋混凝土基础有板式与梁板式的区别。,