基础工程-第2章-+天然地基上浅基础设计.ppt

基础工程,主讲教师：张成兴 土木工程学院 School of Civil Engineering,第2章 天然地基上浅基础设计,2.7 扩展基础设计,扩展基础包括柱下钢筋混凝土单独基础和墙下钢筋混凝土条形基础，这种基础的埋置深度和平面尺寸的确定方法与刚性基础相同，由于采用钢筋承担弯曲所产生的拉应力，基础不需要满足刚性角的要求，高度可以较小，但需要满足抗弯，抗剪，抗冲切破坏以及局部抗压的要求 扩展基础可视为联结上部结构与地基的一个钢筋混凝土构件，在对其进行强度验算时，应采用承载能力极限状态下作用的基本组合，即按公式（2-21）作用组合的效应本节主要内容：,基础的破坏方式,单独基础冲切破坏验算,单独基础剪切破坏验算,墙下条形扩展基础验算,扩展基础的构造要求,2.7 扩展基础设计,单独基础弯曲破坏验算,一、基础的破坏形式,2.7 扩展基础设计,扩展基础是一种受弯和受剪的钢筋混凝土构件，在荷载作用下，可能发生如下几种破坏形式1）冲切破坏,钢筋混凝土学科研究表明，构件在弯剪荷载共同作用下，主要的破坏形式是先在弯剪区域出现斜裂缝，随着荷载增加，裂缝向上扩展，未开裂部分的正应力和剪应力迅速增加当正应力和剪应力组合后的主应力出现拉应力，且大于混凝土的抗拉强度时，斜裂缝被拉断，出现斜拉破坏，在扩展基础上也称冲切破坏。

一般情况冲切破坏控制扩展基础的高度一、基础的破坏形式,2.7 扩展基础设计,（2）剪切破坏,在单独基础的宽度较小，冲切破坏锥体可能落在基础以外时，可能在柱与基础交接出或台阶的变阶处沿着铅直面发生剪切破坏一、基础的破坏形式,2.7 扩展基础设计,（3）弯曲破坏,基底压力在基础截面产生弯矩，过大弯矩将引起基础弯曲破坏这种破坏沿着墙边，柱边或台阶边发生，裂缝平行于墙或柱边为了防止这种破坏，要求基础各竖直截面上由于基底反力产生的弯矩M小于或等于该截面的抗弯强度Mu，设计时根据这个条件，决定基础的配筋一、基础的破坏形式,2.7 扩展基础设计,（4）局部受压破坏,当基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，基础顶面可能发生局部受压破坏二、单独基础冲切破坏验算,2.7 扩展基础设计,轴心荷载F,a,基底的净反力为pn或pj，（为不考虑基础自重及基础上覆土重时的压力）地基净反力,Pn为相应于荷载效应基本组合时的地基净反力设计值kPa； F上部结构传至地面标高处的荷载设计值，kN； a、b分别为基础底面的长和宽在中心荷载F作用下，如果基础高度（或阶梯高度）不足，则将沿着柱周边（或阶梯高度变化处）产生冲切破坏，形成45°斜裂纹的角锥体。

因此，由冲切破坏锥体以为（Ac）的地基反力所产生的冲切力（Fl）应小于冲切锥的斜截面受剪承载力[V]Fl  [V],pj为地基净反力； Ac为冲切验算时取用的部分基底面积； bp基础冲切锥体破坏面上下边周长的平均值，mFl = pj Ac,[V] = 0.7hp ftbph0,其中：,受冲切承载力截面高度影响系数，当基础高度h≤800mm时，取1.0，h≥2000时，取0.9，期间按线性内插混凝土轴心抗拉强度设计值,,,(a)当b ≥ bc +2 h0时,(b)当b＜bc +2 h0时,,2.7 扩展基础设计,二、单独基础冲切破坏验算,(a)当b ≥ bc +2 h0时:,Fl = pj Al,Al---冲切验算时取用的部分基底面积Pj---对偏心受压基础可取基础边缘处地基土最大净反力Pjmax[V] = 0.7hp ftbph0,2.7 扩展基础设计,(b)当b ＜bc +2 h0时:,提示：!!! 计算方法：试算法即假定高度，验算； 有变阶时，将上阶视为下阶的柱子二、单独基础冲切破坏验算,（二）中心受压基础底板配筋计算,双向配筋，危险截面在柱边处； 简化计算：基础底 板视为嵌固在柱子 周边的四块梯形悬 臂板组成。

有变阶时，将上阶 视为下阶的柱子， 计算变阶处的弯矩 与配筋量Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ截面弯矩设计值：,Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ截面配筋面积：,（三）偏心受压基础高度与配筋计算,偏心距：e0=M /F,基底最大、最小净反力,基础高度计算：,pjmax,pj,上述公式中以,代,四、单独基础弯曲破坏验算,2.7 扩展基础设计,基础底板配筋计算：,Ⅰ-Ⅰ截面： 将公式中的pe用pemax与peI平均值代替Ⅱ—Ⅱ截面： 将公式中的pe用pemax与p= peII平均值代替例题】设计框架柱下单独基础柱截面300mmx400mm，作用在柱底的荷载效应基本组合设计值：F=950KN，M=108KN•m，V=18KN（距离基底0.6m），基底面积2.4mx1.6m材料选用：C20混凝土，HPB235钢筋） 【解】（1）计算基底净反力 偏心距 基础边缘的最大和最小净反力,（2）基础高度（采用阶梯形基础） （a）柱边基础截面（I-I截面）抗冲切验算 初步选择基础高度h=600mm，从下至上分350mm、250mm两个台阶h0=550mm（有垫层）,因偏心受压, 取,at,ac,bc,,,,,I,I,,冲切力： 抗冲切力：,(b)变阶处（III-III截面）抗冲切验算：,,,,,at,a1,b1,III,III,,冲切力： 抗冲切力：,,(3)配筋计算 选用HPB235钢筋, (a)基础长边方向 Ⅰ-Ⅰ截面(柱边) 柱边净反力 =260.3kPa 悬臂部分净反力平均值： 弯距：,Ⅲ-Ⅲ 截面(变阶处),（b）基础短边方向 因该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算。

取 与长边方向的配筋计算方法相同，可得Ⅱ-Ⅱ截面（柱边）的计算配筋值 ；Ⅳ-Ⅳ截面（变阶处）的计算配筋值 ，因此按 在短边方向（2.4m宽内）配筋但是，不能符合构造要求例题：在例题2-5中若基础该用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算1）荷载组合 本题进行扩展基础是计算应采用作用的基本组合、作用的基本组合效应可采用标准组合效应系数乘以1.35分项系数因此作用在基础上的外荷载F=1.35x800=1080kN，M=1.35x220=297kNm，H=1.35x50=67.5kN例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算2）基础底面净反力计算 荷载偏心距,例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算2）基础底面净反力计算 求基底净反力,例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算。

3）基础冲剪验算 A. Al面积上地基净反力Fl计算,例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算3）基础冲剪验算 Al面积上地基净反力Fl计算 按Al面积上作用着pjmax计算，则,例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算3）基础冲剪验算 B. 验算冲切破坏面的抗剪承载力 按下式计算，则,满足Fl[V]，基础不会发生冲切破坏,例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算4）柱边基础弯矩计算,例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算4）柱边基础弯矩计算,例题：在例题2-5中若基础改用单独扩展基础，混凝土为C20（ft=1100kpa），高度取600mm，其余情况不变，基础尺寸见图所示，试进行基础验算。

4）柱边基础弯矩计算,如何配筋？,38,基础底板厚度和配筋计算,墙下条型基础受中心荷载作用,（1）中心荷载作用,,,地基净反力,I－I截面 V、M最大,底板厚度 抗剪条件,底板配筋,净反力:不包括基础自重和基础台阶上回填土中所引起的反力五、墙下条形扩展基础验算,2.7 扩展基础设计,基础底板厚度和配筋计算,（2）偏心荷载作用,,,偏心距,基础边缘处 净反力,I-I截面处 净反力,底板厚度和配筋,,,五、墙下条形扩展基础验算,2.7 扩展基础设计,40,,41,42,五、墙下条形扩展基础验算,2.7 扩展基础设计,43,(1)锥形截面基础，边缘高度≥200mm，基础高度≤250mm时，可做成等厚度板阶梯型基础的每阶高度宜为300-500mm (2)基础垫层厚一般取100mm，每边伸出基础100mm,混凝土垫层应为C15 (3)底板受力钢筋≥Ø10mm，100mm ≤间距≤200mm； 分布钢筋≥Ø8mm， 间距≤300mm; 每延米分布钢筋的面积应≥受力钢筋面积的1/10 (4)混凝土保护层厚度：有垫层时≥40mm；无垫层≥70mm； (5)混凝土强度≥C30； (6)当基础宽度b≥2.5m时,底板受力钢筋的长度可取0.9b，并交错布置。

一般构造要求,六、扩展基础的构造,2.7 扩展基础设计,44,阶梯基础，每阶高度300-500mm 基础高度 500mm～900mm为二阶； ＞900mm 为三阶 锥形基础边缘高度h≥200mm； 顶部每边放出50mm 坡面角度 i≤1:3,构造要求,六、扩展基础的构造,2.7 扩展基础设计,45,六、扩展基础的构造,2.7 扩展基础设计,46,六、扩展基础的构造,2.7 扩展基础设计,47,六、扩展基础的构造,2.7 扩展基础设计,48,六、扩展基础的构造,2.7 扩展基础设计,浅基础的设计,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,一般地说，地基发生变形即建筑物出现沉降是难以避免的，但是，过量的地基变形将使建筑物损坏或影响其使用功能；,2.8 减轻建筑物不均匀沉降危害的措施,,虎丘塔建于五代，砖木塔身，由于多次遭遇火灾，现存已只是砖砌塔身，虎丘塔造型优美，质朴素雅，据文献资料记载，从明朝起，虎丘塔即已开始倾斜，至今，塔身已倾斜2.34米，由于倾斜，更增添了它的魅力和神秘感，称为古城苏州又一道与众不同的风景线。

2.8 减轻建筑物不均匀沉降危害的措施,2.8 减轻建筑物不均匀沉降危害的措施,2.8 减轻建筑物不均匀沉降危害的措施,防止或减轻不均匀沉降造成损害的途径有两个： 一 是设法增强上部结构对不均匀沉降的适应能力； 二 是设法减少不均匀沉降或总沉降量,2.8 减轻建筑物不均匀沉降危害的措施,从地基角度处理沉降方法,(1)采用柱下条形基础、筏基和箱基等； (2)采用桩基或其它深基础； (3)采用各种地基处理方法一、 建筑措施,1.建筑物体型力求简单,平面形状复杂(如L、T、E、Z、Π形等)的建筑物，单元交又处基础密集，附加应力互相重叠，使局部沉降量增加； 同时，此类建筑物整体刚度差，不对称，不均匀沉降时，易产生扭曲应力，更易使建筑物开裂造价偏高，需要具备一定的施工条件,,2.8 减轻建筑物不均匀沉降危害的措施,建筑物高低(或轻重)变化太大，地基各部分所受的荷载轻重不同，自然也容易出现过量的不均匀沉降因此，遇软弱地基时，要力求 (1)平面形状简单，如用“一”字形建筑物； (2)立面体型变化不宜过大，砌体承重结构房屋高差不。