独立基础设计

1、 思考题 1.牛腿的基本类型？ 2.短牛腿在竖向荷载作用下的主要破坏形态有哪 些？进行设计时是如何保证牛腿在正常设计荷载 作用下不发生这些破坏的？ 3.牛腿的根部尺寸、端部尺寸、底面尺寸分别如 何确定？ 4.牛腿上的水平受拉钢筋、水平箍筋、弯起钢筋 分别如何确定？需要满足哪些基本要求？ 12.4 12.4 柱下独立基础设计柱下独立基础设计 独立基础形式：独立基础形式： 平板式基础（杯形基础）平板式基础（杯形基础） (a)(a)、(b)(b)、(c)(c) 板肋式基础（杯口、肋板肋式基础（杯口、肋 板预制）板预制）(d)(d) 壳体基础壳体基础(e)(e) 倒圆台板式基础倒圆台板式基础(f)(f

2、) 桩基桩基 12.4.1 12.4.1 概述概述 a)b) 杯口 杯底 预制柱 c) 底板 肋 d)e) f) 桩基础 地基与基础地基与基础 基础是建筑物上部承重结构向下的延伸 和扩大，它承受建筑物的全部荷载，并把这 些荷载连同本身的重量一起传到地基上。而 地基不是建筑物的组成部分，它只是承受由 基础传来荷载的土层。其中，具有一定的地 耐力，直接承受建筑荷载，并需进行力学计 算的土层称为持力层，持力层以下的土层为 称为下卧层（图示）。 基础应满足强度、刚度、耐久性方面的 要求；地基应满足强度、变形及稳定性方面 的要求。 基础与地基基础与地基 基础的埋置深度及其影响因素 基础的埋置深度 由室外

3、设计地面到基础底面的距离，称为 基础的埋置深度，简称基础的埋深（图示）。 一般情况下埋深大于等于5米，且采用了特 殊的结构形式和施工方法的为深基础；埋深小 于5米的为浅基础。从经济角度考虑，基础的埋 置深度愈小，工程造价愈低。但基础埋深过小 时，基础底面的土层受到压力后会把基础四周 的土挤出，使基础产生滑移而失去稳定；同时 接近地表的土层带有大量植物根茎等易腐物质 及灰渣、垃圾等杂填物，又因地表面受雨雪、 寒暑等外界因素影响较大，故基础的埋深度一 般不小于500mm。 基础的埋深基础的埋深 基础埋深和地下水位的关系基础埋深和地下水位的关系 （1）土层构造情况 （2）地下水位的影响 影响基础埋深

4、的因素 基础埋深基础埋深 和冰冻线的关系和冰冻线的关系 （3）冰冻深度的影响 （4）相邻建筑物基础的影响 （5）其他因素的影响 当建筑物上部结构为框架、排 架时，基础常采用独立基础。 独立基础是柱下基础的基本形 式。当柱为预制构件时，基础浇筑成 杯形，然后将柱子插入，并用细石混 凝土嵌固，称为杯形基础。 独立基础常用的断面形式有阶 梯形、锥形、杯形等,（图示）。 独立基础独立基础 （a) 阶梯形阶梯形 （b) 锥形锥形 （c) 杯形杯形 独立基础分类独立基础分类 独立基础的主要受力取自柱在基顶的截面的不利内力组。 如图所示，若基底土反力均布，则称为轴压基础，否则称 为偏压基础。 柱下独立基础设

5、计的主要内容有四项： （1）按地基承载力确定基础底面面积，以防止基础底板 面积过小，基底应力超过地基承载力造成地基破坏； （2）按基础冲切承载力确定基础高度，以防止基础高度 不足，发生沿柱周边与基底连线约呈45方向的冲 切面的拉开破坏； （3）按基础受弯承载力确定底板上的双向受力钢筋，以 防止扩展式基础因底板双向悬挑受力，造成控制截 面的弯曲破坏； （4）基础构造处理，以防止发生其他问题。 单厂设计 12.1 组成与布置 12.2 结构分析 12.3 排架柱设计 12.4 .1概述 12.4 基础设计基础设计 12.4 .2平板式基础平板式基础 12.4.2 12.4.2 平板式独立基础设计平

6、板式独立基础设计 一、地基基础破坏类型一、地基基础破坏类型 地基破坏地基破坏冲切破坏冲切破坏受弯破坏受弯破坏 二、设计内容：二、设计内容： 地基计算（确定底板尺寸）地基计算（确定底板尺寸） 抗冲切承载力计算（确定基础高度）抗冲切承载力计算（确定基础高度） 受弯承载力计算（确定底板配筋）受弯承载力计算（确定底板配筋） 构造（根据工程经验）构造（根据工程经验） 1.地基承载力计算 轴心受压基础 设基底面积为a、反力为p，则设计应满足公式： kk fg p a a f a f 修正后的地基承载力特征值值，按建筑地基基础 设计规范的相应规定计算采用； k g 基础自重和基础上土重的重力标准值； 设基础

7、埋深d，近似取基础及上覆土重力密度平均值， 3 20mkn m 则，代入上式 可得： 求得基底面积后，只要选定基底的一 个边长，则可求知另一边长。 km gda k am n a fd 1.柱的基础柱的基础是单层厂房中的重要受力构件，上部传来的 荷载都是通过基础传至地基的。按受力形式按受力形式，柱下独立 基础有轴心受压、偏心受压两种；按施工方法按施工方法，柱下独 立基础可分为预制柱下基础和现浇柱下基础两种。柱下柱下 独立基础常用的型式是扩展基础，有阶梯型和锥形两类独立基础常用的型式是扩展基础，有阶梯型和锥形两类。 预制柱下基础因与预制柱连接的部分做成杯口，故又成 为杯型基础。 2.确定偏心受压

8、基础底面尺寸一般采用试算法确定偏心受压基础底面尺寸一般采用试算法：先按轴 心受压基础所需的底面积增大2040，初步选定长、 短边尺寸，然后按偏心受压底面边缘的最大和最小压力 进行验算，直至满足要求为止。 3.基础顶面（柱底）通过荷载组合得到了四组内力组合 值，一般用nmax这一组进行基础底面积估算，但对其它 三组内力必须对所确定的底面积按偏压基础的最大、最 小边缘应力条件进行验算，且应满足规定要求。 4.估算基础底面尺寸时，用到的荷载效应的标准组合。 基础是绝对刚性的；基础是绝对刚性的； 基底某点反力与该点的地基沉降成正比。基底某点反力与该点的地基沉降成正比。 地基承载力计算地基承载力计算 假

9、定假定 轴心受压基础轴心受压基础 a kk k f a gf p p k f k g d 取取adg mk df f a ma k 对于甲级、乙级和部分丙级建筑，还需进行变形验算。对于甲级、乙级和部分丙级建筑，还需进行变形验算。 单厂设计 12.1 组成与布置 12.2 结构分析 12.3 排架柱设计 12.4 .1概述 12.4 基础设计基础设计 12.4 .2平板式基础平板式基础 偏心受压基础 基础边缘的最大和最小反力为： ,max ,min k k p p bk m作用于基础底面形心处力矩设计值， ； w 与对应的基础底面的抵抗矩， 6 2 blw bkbkk emng 取代入上式则:

10、bkkbk ngm aw 6 1 bkk nge blb ,max ,min k k p p maxk p k n k g h k m k v bkk ngbkkwkwk mmnev h k v min k p b bkkwkwk mmnev h 计算知：当eb/6时，pmin0， 说明此时基底土反力呈梯形分布； 当e=b/6时， pmin =0， 此时基底土反力呈全三角形分布； 当eb/6时， pmin 0， 说明此时基底面积与土部分脱离，土反力 呈部分三角形分布，此时pmax计算如下： 设土反力分布长度为3a，则合力作用点距 基础近边为a，且 e b a 2 max3 2 bkk pal

11、ng ,max 2() 3 2 bkk k ng p b e l 所以: 偏压基础基底面积的应满足的设计条件公式为： ,max,min 2 kk a pp pf ,max 1.2 ka pf 考虑到pk,max仅发生在基础边缘，为节省，式中将地基承载力的 设计值提高20%是可行的。 工程设计一般采用试算法，即先假设基底面积： 1.2 1.4 k am n a fd 定出面积尺寸，然后验算是否满足两个条件公式， 若不满足，则按估计加大尺寸后再算，直到满足为止。 2.基础冲切承载力计算基础冲切承载力计算 计算是在按构造要求确定出初步的基础高度后进行的。 （1）基底净反力的概念 使基础构件产生冲切效

12、果的基底应力称为基底净反力， 用pj表示。 对于轴压基础： a f p j 对于偏压基础: w m a f p j j min max （2）基础冲切承载力计算 对最常见的矩形截面柱下的矩形基础，应分别验算 柱与基础交接处和基础变阶处的冲切承载力，见图。 为简便起见，验算时取一个最不利冲切破坏锥面即可， 只要该面不坏，则其他锥面也不会破坏。另外，对于 冲切破坏锥面大于基础底面积的情形，冲切破坏永远不 会发生，故不必验算。 冲切破坏面 0 7 . 0haff mthpl 式中: 冲切荷载 ljl apf 2 bt m aa a 计算长度: hp 受冲切承载力截面高度影响系数 对于矩形柱下矩形基础

13、，由图不难看出： 2 00 2222 h bl lh hb a cc l 当基底宽度小于四棱台底面宽度时，则： lh hb a c l 0 22 3基础受弯承载力计算 在基底净反力作用下，柱下单独基础可视为双向挑出并固定 于柱周边的悬臂板，为分析方便，将基础倒置，视底板为四 边悬挑的变截面悬臂板，按对角线，把基础底板分成四块梯 形面积，近似把每块面积上的合力视为作用在该悬臂方向的 荷载，当为阶形基础时，还应再取变阶截面为配筋控制截面 计算。 一种近似的计算办法是： 沿长边取弯矩控制截面-，利用： 控制弯矩=合力合力作用点到控制截面的距离，可得： ccj blhbpm 2 24 1 2 ccj

14、hbblpm 2 24 1 2 式中：b矩形基础长边； l矩形基础短边； hc柱截面或变阶截面长边； bc柱截面或变阶截面短边； 对于偏压基础： 2 max jj j pp p 2 minmaxjj j pp p 偏压方向时 垂直偏压方向时 lpp a g ppalam maxmax 2 1 2 2 12 1 a g ppbbalm 2 2 48 1 minmax 2 4.基础构造规定 详见教材相关内容. 单厂设计 12.1 组成与布置 12.2 结构分析 12.3 排架柱设计 12.4 .1概述 12.4 基础设计基础设计 12.4 .2平板式基础平板式基础 六、构造要求六、构造要求 材料材

15、料 混凝土：混凝土：c20c20； 钢筋：钢筋： 1002008、，sd 保护层厚度保护层厚度 有有100100厚素混凝土垫层时，为厚素混凝土垫层时，为3535；没有垫层时为；没有垫层时为7070。 插入深度插入深度 1 a 2 a 1 h 2 h t 50 50 75 200 1 a 1 h应满足应满足 表表12-1012-10的要求（与柱截面形式和截面尺寸有关）的要求（与柱截面形式和截面尺寸有关） 纵筋锚固要求纵筋锚固要求 吊装时的稳定要求（吊装时的稳定要求（5%5%柱长）柱长） 单厂设计 12.1 组成与布置 12.2 结构分析 12.3 排架柱设计 12.4 .1概述 12.4 基础设计基础设计 12.4 .2平板式基础平板式基础 六、构造要求六、