基础工程_赵明华_第三章.ppt

3. 3. 柱下条形基础、筏形柱下条形基础、筏形 和箱形基础和箱形基础13.柱下条形基础、筏形和箱形基础内容提要ü弹性地基上梁的分析ü柱下条形基础的常用计算方法ü筏形基础设计计算方法ü箱形基础设计计算方法23.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.1 3.1 概 述概 述n优点：埋深较大、可提高地基承载力、增大基础抗滑稳定 性、并可利用补偿作用减小基底附加应力、减轻不均匀沉降、 减小上部结构次应力、提供地下空间n缺点：技术要求与造价较高、施工中需处理大基坑、深开 挖等问题，且箱基的地下空间利用不灵活n计算方法：ü若按常规设计方法（仅满足静力平衡条件），误差较大；ü应考虑上部结构－基础－地基相互作用，采用适当方法；ü可仅考虑地基－基础相互作用，采用弹性地基上的梁、板 模型计算33.柱下条形基础、筏形和箱形基础 3.2 3.2 弹性地基上梁的分析弹性地基上梁的分析n基本假定ü变形协调：计算前后基底与地基不脱开ü静力平衡：基础在外荷和基底反力作用下满足静力平衡n微分方程及其解答n文克尔(Winkler,1867)假定土体表面任一点压力强度p仅 与该点竖向位移s成正比 k—地基抗力系数或基床系数，kN/m3，可查表1-12及1-13(P.25) 图３.１ 文克勒地基上梁的计算控制 方程令通解43.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.2 3.2 弹性地基上梁的分析弹性地基上梁的分析n梁的分类 ü 短梁(刚性梁) ：llp ll称为柔度指数，为无量纲数n 分类求解及其解答ü 集中荷载下的无限长梁解答 （式3-9） ü 集中力偶作用下的无限长梁解答 （式3-19） ü 集中力作用下的半无限长梁解答 （式24-27） ü 力偶作用下的半无限长梁解答 （式28-31） ü 有限长梁解答 ü短梁（刚性梁） 53.柱下条形基础、筏形和箱形基础n翼板厚≥200mm，250mm变厚i≤1.3；柱荷较大时在柱位处加腋；板宽按地基承载力定n肋梁高由计算确定，初估可取柱距的1/8～1/4，肋宽由截面抗剪确定n两端宜伸出柱边，外伸悬臂长l0宜为边跨柱距的1/4n肋梁纵向钢筋按计算确定，顶部纵筋通长配置，底部须有 1/3以上通长配置。

当肋梁腹板高≥450mm时，应设腰筋箍筋按计算确定，做成封闭式，并局部加密底板受力筋按 计算确定n砼强度等级≥C20，垫层为C10，厚70~100 mm 3.3.1 3.3.1 构造要求构造要求63.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.3.2 3.3.2 柱下条基的计算柱下条基的计算n计算内容与方法ü基底尺寸确定：按构造定基长l，按地基承载力定基宽b，并 力使基础形心与荷载重心重合，地基反力均匀分布ü翼板计算：按悬臂板考虑，由抗剪定其厚度，按抗弯配筋ü梁纵向内力分析：四种方法u静定分析法•做法：假定基底反力线性分布，求基底净反力pj，按静力平 衡求任意截面的V及M并绘图，以此进行抗剪计算及配筋•特点：不考虑基础与上部结构相互作用，整体弯曲下所得 截面最大弯矩绝对值一般偏大，故只宜用于上部为柔性结 构、且基础自身刚度较大的条基及联合基础73.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.3.2 3.3.2 柱下条基的计算柱下条基的计算•前提：刚性梁，基底反力直线分布•按设计要求拟定基础尺寸和荷载；•计算基底净反力分布；•定计算简图：以柱端为不动铰支的多 跨连续梁，基底净反力为荷载；•用弯矩分配法计算弯矩分布，根据支 座弯矩及荷载，以每跨为隔离体求出 支座反力，并绘制剪力分布图；•调整及消除支座的不平衡力；•叠加逐次计算结果，求最终内力分布按连续梁求内力基底反力分布 u倒梁法图３.8 倒梁法简图83.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.3.2 3.3.2 柱下条基的计算柱下条基的计算Ø主要缺点：忽略了梁整体弯曲所产生的内力以及柱脚不均 匀沉降引起上部结构的次应力，误差较大，且偏于不安全 Ø存在问题：•计算所得反力Ri与原荷载Ni不相等；•由于N与σ已知，故按静定结构也可求出内力，且结果与连续 梁不一致；•没有考虑地基土和梁的挠曲变形影响，导致软土偏于危险， 好土过于安全 Ø适用对象：地基比较均匀，上部结构刚度较好，荷载分布 较均匀，且基础梁接近于刚性梁（梁高大于柱距的1/6）u倒梁法93.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.3.2 3.3.2 柱下条基的计算柱下条基的计算u链杆法—弹性半空间地基上梁的简化计算Ø基本思路：将连续支承于地基上的梁简化为用有限个链杆支承的梁，以阶梯形反力逼近实际反力，再将每段分布力用集中力代替。

将无数支点的超静定问题变为若干个弹性支座上的连续梁,再用结构力学方法求解Ø主要特点： 应用较广，适用于任何荷载及梁断面变化情况；以阶梯型反力代替连续反力有误差，计算较繁 103.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.3.2 3.3.2 柱下条基的计算柱下条基的计算u有限元法113.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.3.3 3.3.3 柱下十字交叉梁基础的计算柱下十字交叉梁基础的计算 n将节点荷载分配给两方向的基础梁后分别按单向基础梁计算n节点荷载分配原则：静力平衡、变形协调n常按梁的弹性特征长度S分配节点荷载（不满足变形协调）： 中柱和角柱节点： 边柱节点： n当边柱和角柱节点有一个方向伸出悬臂时，荷载分配应进行调 整n交叉点处基底面积计算重复，基底反力偏小，计算结果偏于不 安全，可按式(3-73)~(3-74)进行调整 123.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.4 3.4 筏形基础筏形基础n定义：是指柱下或墙下连续的平板式或梁板式钢筋砼基础，亦称“片筏基础”或“满堂红基础”n特点ü一般埋深较大，沉降量小ü面积较大，整体刚度较大，可跨越地下局部软弱层，并调节不均匀沉降n适用：上部结构荷载过大、地基土软弱、基底间净距小等情况133.柱下条形基础、筏形和箱形基础n形式：平板式、梁板式（下凹或上凸）图３.４ 片筏基础 （a）平板式；（b）（c）梁板式3.4 3.4 筏形基础筏形基础143.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.4 3.4 筏形基础筏形基础ü非地震区轴心荷载作用时 pk≤fa ü偏心荷载 pkmax≤1.2faü地震区需满足 pk≤faE pkmax≤1.2faEfaE=ζafa—经修正、调整后的地基抗震承载力，kPaζa—地基土抗震承载力调整系数，根据岩土名称和性状按 GB50011-2001《建筑抗震设计规范》取值， ζa=1.0~1.5 n设计要求 n内力计算：两种方法 153.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.4 3.4 筏形基础筏形基础n倒楼盖法ü如同倒梁法，将筏基视为倒置在地基上的楼盖，柱或墙为 其支座，地基净反力为荷载，再按单向或双向梁板的肋梁楼盖 方法进行内力计算。

ü板的支承条件可分为三种：①二邻边固定、二邻边简支； ②三边固定、一边简支；③四边固定根据计算简图查阅弹性板计算公式或手册，即可求得各板块的内力ü当柱网及荷载分布都较均匀（变化不超过20%）、柱距小 于1.75λ或上部结构刚性大(如剪力墙)时，可认为筏基为刚性，其内力及基底反力可按倒楼盖法计算163.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.4 3.4 筏形基础筏形基础n 弹性地基上板的简化计算法ü当筏基刚度较弱时，应按弹性地基上的梁板进行分析ü若柱网及荷载分布仍较均匀，可将筏形基础划分成相互垂直的条状板带，板带宽度即为相邻柱中心线间的距离，并假定各 条带彼此独立，相互无影响，按前述文克尔弹性地基梁的方法 计算，即所谓的条带法（或截条法）ü若柱距相差过大，荷载分布不均匀，则应按弹性地基上的板 理论进行内力分析ü采用条带法计算时纵横条带都用全部柱荷载和地基反力，而 不考虑纵横向荷载分担作用，其计算结果内力偏大 173.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.5 3.5 箱形基础箱形基础n定义：由顶、底板与内、外墙等组成、并由钢筋砼整浇而 成空间整体结构n特点：刚度和整体性强，具有良好的补偿性和抗震性及附 带功能(地下室、车库或设备间)n适用：筏基太厚时采用，多用于无水(或少水)时的高层建筑图３.５箱形基础示意 图183.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.5 3.5 箱形基础箱形基础ü箱基埋深大，基底处土自重应力σc和水压力σw之和较大 ，可补偿建筑物的基底压力pn补偿性设计概念 ü若p =σc+σw，则基底附加应力为零，理论上：地基原有应力状态不变，即使地基极为软弱，也不出现沉降和剪切破 坏；实际上：地基土因开挖而回弹，加载时又再压缩，导 致其应力状态产生一系列变化，导致变形和强度问题。

•p σc+σw 欠补偿193.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.5 3.5 箱形基础箱形基础n 构造要求：高度应满足强度、刚度要求，≮长度的1/20， 并≥3m；一般底板及外墙≥250mm，内墙≥200 mm，顶板 ≥150mm，双向、双面分离配筋；砼强度等级≥ C20，水下时 外墙和底板砼防渗等级应≥0.6MPan 地基反力计算 ü 自重可按均布荷载处理，计算底板局部弯曲时应扣除其自 重，计算整体弯曲所产生的弯矩时，应考虑共同作用 ü 基底尺寸按地基承载力确定，并进行软弱下卧层验算ü 基底反力分布：复杂，一般软粘土呈“马鞍型”；第四纪粘 土呈“抛物线型”203.柱下条形基础、筏形和箱形基础 3.5 3.5 箱形基础箱形基础ü 沉降和整体倾斜地基最终沉降量可按分层总和法计算ψ′—考虑回弹影响的沉降计算经验系数，无经验时取1.0 n设计要求 要求：平均沉降≤350mm；整体倾斜α≤3‰，当e＜B/100(B为 箱基底板宽)，可不计算荷载偏心引起的整体倾斜，但若地基 土有差异或分布不均或受相邻建筑物影响则仍需计算整体倾斜 ，一般应符合：非地震区 α≤1/100 B/H 地 震 区 α＝(1/200～1/150)B/H 213.柱下条形基础、筏形和箱形基础ü 局部弯曲计算 • 顶底板可设计成单向肋形板或双向平板，一般以双向平板为 宜，其内力按支承条件分为：两边固定，两边简支；三边固定 、一边简支；或四边固定的双向板。

• 当上部结构刚度很大时，也可按弹性地基梁计算n内力计算：分局部、整体两种弯曲计算 ü 整体弯曲计算 • 在水、土压力及上部荷载作用下发生整体弯曲 • 若上部结构刚度不大，可略去其影响，将箱基视为一空盒式梁 计算其整体弯曲 3.5 3.5 箱形基础箱形基础22。