土力学及地基基础第2版 教学课件 ppt 作者 陈兰云 中国机械工业教育协会 第6章

1、6 天然地基上浅基础设计,6.1地基基础设计的基本规定 6.2浅基础的类型 6.3基础埋置深度的选择 6.4基础底面尺寸的确定 6.5刚性基础设计 6.6扩展基础设计 6.7减轻基础不均匀沉降的措施,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,主要内容,教学目标,知道地基基础设计的基本规定 知道浅基础的基本类型 会进行刚性基础的设计 会进行柔性基础的设计,重 点,刚性基础底面尺寸的设计和剖面尺寸的设计 柔性基础底面尺寸的设计和剖面尺寸的设计,难 点,刚性基础剖面尺寸的设计 柔性基础剖面尺寸的设计,6.1 地基基础设计的基本规定,6.1.1 建筑物地基基础设计等级,根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征，以及由于地基 问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，地基规范 将地基基础设计分为甲乙丙3个设计等级，设计时应根据具体情 况，按以下情况选用。,1）重要的工业与民用建筑物； 2）30层以上的高层建筑； 3）体形复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体的建筑物； 4）大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等）； 5）对地基变形有特殊要求的建筑物； 6）复杂地质条件下的坡上建筑物（包

2、括高边坡）； 7）对原有工程影响较大的新建建筑物； 8）场地和地质条件复杂的一般建筑物； 9）位于复杂地基条件及软土地区的2层及2层以上地下室的基坑工程 。,地基规范将地基基础设计分为三个设计等级，设计时应根据具体情况:,场地及地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物。,除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物 。,6.1.2 基本规定,1）所有建筑物的地基均应满足承载力计算的有关规定； 2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计； 3）表6-2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形计算， 如有以下所列情况之一时，仍应作变形验算； 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性验算； 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。,6.1.3 荷载效应最不利组合与相应的抗力限值,地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值，应符合地基规范的下列规定。 1）按地基承载力确定基础底面积及埋深或

3、按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值。 2）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按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震作用。相应的限值应为地基变形允许值。 3）计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0。,4）在确定基础或桩承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。当组合值由永久荷载控制时，分项系数取1.35。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。 5）基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数0不应小于1.0。,在进行荷载计算时，各种荷载组合的表达式与所包含的系数等执行建筑结构荷载规范（GB 500092001）有关规定。对于永久荷载效应控制的基本组合，可采用简化规则，荷载效应基本组合

4、的设计值S按下式确定。 S=1.35SkR 式中 R结构构件抗力的设计值，按有关建筑结构设计规范 的规定确定； Sk荷载效应基本组合的标准值。,按地基规范 浅基础形式分 成五大类：,无筋扩展基础,扩展基础,柱下钢筋混凝 土条形基础,高层结构筏形 基础,岩石锚杆基础,箱形基础,壳体基础,6.2 浅地基基础类型,6.2.1 无筋扩展基础,材料：砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、三合土和灰土等。,材料性能特点：抗压强度高，抗拉强度、抗剪强度低。,适用于：6层或6层以下（三合土基础不宜超过4层）民用建筑和轻型厂房。,a)砖基础 b)毛石基础 c) 三合土或灰土基础 d) 混凝土或毛石混凝土基础,钢筋混凝土。,抗弯和抗剪性能良好。,根据形状和大小进一步可划分为： 柱下独立基础、墙下条形基础。,6.2.2 扩展基础,基础 材料,受力 特点,分类,a）墙下钢筋混凝土条形基础 b)柱下钢筋混凝土现浇单独基础 c）预制杯形独立基础,主要是柱下基础。通常有现浇柱阶梯形基础（a），现浇柱锥形基础（b）和预制柱的杯口形基础（c）。,a)阶梯形 b)锥形 c）杯形,1.柱下独立基础,柱下独立基础,墙下钢筋混凝土条形

5、基础 a)无肋式 b)有肋式,2.墙下条形基础,6.2.3 柱下钢筋混凝土条形基础,柱下钢筋混凝土条形基础,十字交叉基础,适用：十字交叉条形基础不能提供足够的底面积来满足地基承载力的要求时。 优点：减少基底压力至最小值； 增大了基础的整体刚度。,6.2.4 高层建筑筏形基础,筏形基础 a) 平板式 b)下翻梁板式 c)上翻梁板式,6.2.5 岩石锚杆基础,岩石锚杆基础适用于直接建在基岩上的柱基，以及承受拉力或水平力较大的建筑物基础。,a) 岩石锚杆基础,6.2.6 箱形基础,箱形基础,a）正圆锥壳 b）M形组合壳 c）内球外锥组合壳,6.2.7 壳体基础,壳体基础,6.3 基础埋置深度的选择,指基础底面到天然地面的垂直距离。,选择基础的埋置深度实质上是选择合适的持力层。选择合适的持力层关系到建筑物的稳定与安全。 确定原则：在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础应尽量浅埋。,1）满足建筑物的功能和使用条件。,影响基础埋深的因素,3）工程地质和水文地质条件。,2）作用于地基上荷载的大小和性质。,4）相邻建筑物的基础埋置深度。,5）地基土冻胀和融陷的影响。,6.4 基础底面尺寸的确定,6.4

6、.1 按持力层承载力确定基础底面尺寸,1.轴心荷载作用下的基础底面尺寸确定,对于条形基础：,对于矩形基础：,轴心受压 基础的基底反力,如不满足要求，需重新假设一个基底尺寸，再进行验算，直至满足为止。,2.偏心荷载作用下基础底面尺寸的确定,偏心荷载作用下的基础底面尺寸不能用公式直接写出，通常的计算方法如下：,1）首先按中心受压确定基础底面积，即按式（6-5）求出Ao； 2）根据偏心的大小把基础底面积Ao提高（10 40）%， 即A=（1.1 1.4） Ao ； 3）按假定的基础底面积A，用下式进行验算。,验算公式：,附加 应力,6.4.2 软弱下卧层的验算,压力扩散角法计算土中附加应力,对于矩形基础：,对于条形基础：,地基应力扩散角,注：1、Es1为上层土压缩模量；Es2为下层土压缩模量。 2、z0.25b时取0，必要时宜由试验确定； z0.5b时取值不变。,6.4.3 地基的变形验算,如果要求计算地基变形，则在基础底面尺寸初步确定后，还应进行地基变形验算，设计时要满足地基变形值不超过其容许值的条件，以保证不致因地基变形过大而影响建筑物正常使用或危害安全。如果变形不能满足要求，则需调整基

7、础底面尺寸或采取其他措施。,6.4.4 地基稳定性验算,对于经常受水平荷载作用或建在斜坡上的建筑物的地基，应验算稳定性。此外，某些建筑物的独立基础，当承受水平荷载很大时（如挡土墙），或建筑物较轻而水平力的作用点又比较高的情况下（如取水构筑物、水塔、塔架等），也得验算建筑物的稳定性。验算地基稳定性时，荷载按荷载效应的基本组合取值，但荷载分项系数均取1.0。 承受垂直与水平荷载时的基础设计原则，与上述受偏心荷载时的基础基本上相同。但需验算在水平力作用下，基础是否发生沿基底滑动、倾斜或与地基一起滑动。,【例6-1】某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值、基础尺寸、埋深及地基条件如图所示。试验算持力层和软弱下卧层的地基承载力是否满足。,【解答】 （1）持力层承载力验算 因b=3m， d=2.3m ，e=0.800.85， IL=0.740.85 查表4-2，有b0.3，d1.6 fafakb（b-3）dm(d-0.5) 2000.3（19-10）（3-3） 1.617（2.3-0.5） 200048.96249kPa,上式：17 161.5+190.8,Pk（FkGk）/A （105033.

8、52.320）/ （33.5） 146kPafak249.0kPa (持力层满足),p kmax1.2 f a=1.2249.0 kPa =298.8 kPa（满足要求） 所以，持力层地基承载力满足要求。,基底最大压力计算 Mk=105 kNm +67kN2.3m=259.1 kNm,【例6-2】同上题条件，验算软弱下卧层的承载力。,【解答】(1)软弱下卧层的承载力特征值计算,因为下卧层系淤泥质土，且fak=78kPa50kPa， 查表3-4可得b= 0，d=1.1。,则下卧层顶面埋深,d =d+z=2.3m+3.5m=5.8m,土的平均重度,m=ihi/h =161.5+190.8+(19-10)3.5/(1.5+0.8+3.5)kN/m3 =12.19 kN/m3,于是下卧层地基承载力特征值,faz = fak+dm（d-0.5） =78 kPa +1.112.19 kN/m3(5.8-0.5)m=153.2 kPa,所以，软弱下卧层地基承载力满足。,=3.5m3m106.8 kPa /(3m+23.5mtan23)(3.5m+23.5mtan23) =29.03 kPa,作用在软

9、弱下卧层顶面处的总应力为 pzpcz=29.03 kPa +70.7 kPa =99.73 kPa faz =153.2 kPa（满足）,(2)下卧层顶面处应力计算,自重应力 pcz=161.5+190.8+(19-10)3.5 kPa =70.7 kPa,附加应力pcz按扩散角计算。由Es1/Es2=3，z/b=3.5/3=1.170.5， 查表6-4得=23。则,p=p-pc =146 kPa -(161.5+190.8) kPa =106.8kPa,【 例6-3 】某厂房墙下条形基础，上部轴心荷载F k =180kN/m，埋深1.1m；持力层及基底以上地基土为粉质黏土，m=19.0 kN/m3；e =0.80，IL=0.75， fak=200kPa，地下水位位于基底处。试确定所需基础宽度。,【解答】(1)先用未经深宽修正的地基承载力特征值初步计算基础底面尺寸,取b =1m。,(2)地基承载力特征值的深宽修正,由于IL=0.750.85 ，e=0.800.85，查表3-4可得：b=0.3，d=1.6；b3m，按b=3m计算，故,(3)地基承载力验算,p k = F k/A +G d =180kN/1m1m+20 kN/m31.1m=202 kPa faz=218.2 kPa（满足要求）,【例6-4】已知厂房基础上的荷载（见图6-13），持力层及基底以上地基土为粉质黏土，=19 kN/m3，地基承载力fak=230 kPa，试设计矩形基础底面尺寸。,【解答】 (1)按轴心荷载初步确定基础底面积,考虑偏心荷载的影响，将A0增大30%，即A =1.3 A0=1.310.4 m2=13.5 m2，设长宽比n=l/b=2，则A =lb=2b2，从而进一步有b=2.6m；l= 2b=22.6=5.2m。,(2)计算基底最大压力p kmax,G k= G Ad=20 kN/m32.6m5.2m1.8m=487 kN,基底处竖向力合力

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