柱下条形基础、筏形和箱形基础(湖南大学)ppt课件

1、Hunan University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础 根底工程根底工程 电子教案电子教案Hunan University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础Hunan University3.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、增大根底抗滑优点：埋深较大、可提高地基承载力、增大根底抗滑稳定性、并可利用补偿作用减小基底附加应力、减轻稳定性、并可利用补偿作用减小基底附加应力、减轻不均匀沉降、减小上部构造次应力、并可提供地下空不均匀沉降、减小上部构造次应力、并可提供地下空间间n缺陷：技术要求与造价较高、施工中需处置大基坑、缺陷：技术要求与造

2、价较高、施工中需处置大基坑、深开挖等问题，且箱基的地下空间利用不灵敏深开挖等问题，且箱基的地下空间利用不灵敏n计算方法：计算方法：n假设按常规设计方法仅满足静力平衡条件，误差假设按常规设计方法仅满足静力平衡条件，误差较大；较大；n应思索上部构造根底地基的相互作用，采用适当应思索上部构造根底地基的相互作用，采用适当方法计算方法计算n可仅思索地基根底的相互作用，采用弹性地基上的可仅思索地基根底的相互作用，采用弹性地基上的梁、板模型计算梁、板模型计算Hunan University3.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根本假定根本假定n 变形协调：计算

3、前后基底与地基不脱开变形协调：计算前后基底与地基不脱开n 静力平衡：根底在外荷和基底反力作用下满足静静力平衡：根底在外荷和基底反力作用下满足静力平衡力平衡n微分方程及其解答微分方程及其解答xw(a)ObpdxqxbpMM+dMV(b)qV+dV44440wwxdd44bkEI1234cossincossinxxweCxCxeCxCx0q n文克尔文克尔(Winkler,1867)假定土体外表任一点压力强度假定土体外表任一点压力强度p仅与该点竖向位移仅与该点竖向位移s成正比成正比 pksk地基抗力系数或基床系数，地基抗力系数或基床系数，kN/m3，可查表，可查表1-12及及1-13(P.25)

4、图图. . 文克勒地基上梁的计算图示文克勒地基上梁的计算图示Hunan University3.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梁的分类梁的分类n 短梁刚性梁短梁刚性梁 ：llp / 4;n 有限长梁：有限长梁： p / 4 llpn ll称为柔度指数，为无量纲数称为柔度指数，为无量纲数n 分类求解及其解答分类求解及其解答n 集中荷载下的无限长梁集中荷载下的无限长梁 式式3-8 n 集中力偶作用下的无限长梁集中力偶作用下的无限长梁 式式3-10 n 集中力作用下的半无限长梁集中力作用下的半无限长梁 式式3-11 n 力偶作用下的半无限长梁力偶作

5、用下的半无限长梁 式式3-12 n 有限长梁有限长梁 式式3-14 n 短梁刚性梁短梁刚性梁 Hunan University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础n翼板厚翼板厚200mm，250mm变厚变厚i1.3；柱荷较大时在柱位处加腋；板宽按地基承载力定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，初估可取柱距的肋梁高由计算确定，初估可取柱距的1/81/4，肋宽由截，肋宽由截面抗剪确定面抗剪确定n两端宜伸出柱边，外伸悬臂长两端宜伸出柱边，外伸悬臂长l0宜为边跨柱距的宜为边跨柱距的1/4n肋梁纵向钢筋按计算确定，顶部纵筋通长配置，底部须有肋梁纵向钢筋按计算确定，顶部纵筋通长配置，

6、底部须有1/3以上通长配置。当肋梁腹板高以上通长配置。当肋梁腹板高450mm时，应设腰筋箍时，应设腰筋箍筋按计算确定，做成封锁式，并部分加密。底板受力筋按筋按计算确定，做成封锁式，并部分加密。底板受力筋按计算确定计算确定n砼强度等级砼强度等级C20，垫层为，垫层为C10，厚，厚70100 mm 3.3.1 3.3.1 构造要求构造要求Hunan University3.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计算内容与方法计算内容与方法n基底尺寸确定：按构造定基长基底尺寸确定：按构造定基长l，按地基承载力定，按地基承载力定基宽基宽b，并力使根底形心与荷

7、载重心重合，地基反，并力使根底形心与荷载重心重合，地基反力均匀分布力均匀分布n翼板计算：按悬臂板思索，由抗剪定其厚度，按翼板计算：按悬臂板思索，由抗剪定其厚度，按抗弯配筋抗弯配筋n梁纵向内力分析：四种方法梁纵向内力分析：四种方法n(1) 静定分析法静定分析法n假定基底反力线性分布，求基底净反力假定基底反力线性分布，求基底净反力pj，按静力，按静力平衡计算恣意截面上的平衡计算恣意截面上的V及及M并绘图，以此进展抗并绘图，以此进展抗剪计算及配筋。剪计算及配筋。n没有思索根底与上部构造的相互作用，整体弯曲没有思索根底与上部构造的相互作用，整体弯曲下计算所得截面最大弯矩绝对值普通偏大，故只下计算所得截

8、面最大弯矩绝对值普通偏大，故只宜用于上部为柔性构造、且根底本身刚度较大的宜用于上部为柔性构造、且根底本身刚度较大的条基及结合根底条基及结合根底Hunan University3.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，基底反力直线分布前提：刚性梁，基底反力直线分布按设计要求拟定柱下条基尺寸和作用荷按设计要求拟定柱下条基尺寸和作用荷载；载；计算基底净反力分布；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定计算简图：以柱端为不动铰支的多跨延续梁，基底净反力为荷载；延续梁，基底净反力为荷载；用弯矩分配法计算弯矩分布，根据支座用弯矩分配法

9、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；反力，并绘制剪力分布图；调整及消除支座的不平衡力；调整及消除支座的不平衡力；叠加逐次计算结果，求最终内力分布叠加逐次计算结果，求最终内力分布F1M1F2M2F3M3F4M4pjmaxbpjminbpjmaxbpjminb(a)(b)净反力分布图净反力分布图按延续梁求内力按延续梁求内力F1M1F2M2F3M3F4M4pjmaxbpjminbpjmaxbpjminb(a)(b)净反力分布图净反力分布图基底反力分布基底反力分布 (2) (2) 倒梁法倒梁法图图. . 用倒梁法计算用倒梁法

10、计算 地基梁简图地基梁简图Hunan University3.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主要缺陷：忽略了梁整体弯曲所产生的内力以及柱脚不主要缺陷：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构造的次应力，误差较大，且偏于不均匀沉降引起上部构造的次应力，误差较大，且偏于不平安平安 n存在问题：存在问题：n计算所得反力计算所得反力Ri与原荷载与原荷载Ni不相等；不相等；n由于由于N与与知，故按静定构造也可求出内力，且结果与知，故按静定构造也可求出内力，且结果与延续梁不一致；延续梁不一致；n没有思索地基土和梁的挠曲变形影响，导致软土偏

11、于危没有思索地基土和梁的挠曲变形影响，导致软土偏于危险，好土过于平安险，好土过于平安 n适用对象：地基比较均匀，上部构造刚度较好，荷载分适用对象：地基比较均匀，上部构造刚度较好，荷载分布较均匀，且根底梁接近于刚性梁梁高大于柱距的布较均匀，且根底梁接近于刚性梁梁高大于柱距的1/6Hunan University3.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(3) (3) 链杆法链杆法弹性半空间地基上梁的简化计算弹性半空间地基上梁的简化计算l根本思绪：将延续支承于地基上的梁简化为用有限个链根本思绪：将延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

12、力逼近实践反力，再将每段分杆支承的梁，以阶梯形反力逼近实践反力，再将每段分布力用集中力替代。将无数支点的超静定问题变为假设布力用集中力替代。将无数支点的超静定问题变为假设干个弹性支座上的延续梁干个弹性支座上的延续梁,再用构造力学方法求解。再用构造力学方法求解。l主要特点：主要特点： 运用较广，适用于任何荷载及梁断面变化情运用较广，适用于任何荷载及梁断面变化情况；以阶梯型反力替代延续反力有误差，计算较繁。况；以阶梯型反力替代延续反力有误差，计算较繁。 Hunan University3.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(4) (4) 纽马克纽马克

13、NewmarkNewmark法法计算弹性地基梁计算弹性地基梁 l计算原理：计算原理：1943年提出，用于计算挠度、力矩和屈曲荷载，年提出，用于计算挠度、力矩和屈曲荷载，适用于变截面杆件。假定地基为文克尔地基，地基系数沿适用于变截面杆件。假定地基为文克尔地基，地基系数沿梁的轴线可恣意变化，将梁沿轴线分为梁的轴线可恣意变化，将梁沿轴线分为n段，每段土反力段，每段土反力用一系列弹簧替代，弹簧个数为用一系列弹簧替代，弹簧个数为n+1，刚度为：，刚度为： l li 每段梁长；每段梁长；l 地基反力为：地基反力为： yi 该段地基沉降该段地基沉降 iiilkbk iiiykP 312k1k2kin + 1

14、kn + 1A梁B图图.用纽马克法计算地基梁简图用纽马克法计算地基梁简图Hunan University3.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(4) (4) 纽马克纽马克NewmarkNewmark法法分段，并求各支承点的弹簧刚度，分段，并求各支承点的弹簧刚度，ki=kbili两端取半两端取半li；假定仅荷载作用下梁假定仅荷载作用下梁A端位移端位移yA=0，转角，转角A=0，求出各，求出各支承点位移支承点位移 ；假定无荷载作用时梁假定无荷载作用时梁A端位移端位移yA=1，转角，转角A=0，求出各，求出各支承点位移支承点位移 ；假定无荷载作用时梁假

15、定无荷载作用时梁A端位移端位移yA=0，转角，转角A=1，求出各，求出各支承点位移支承点位移 ；根据梁根据梁B端边境条件建立方程二元线性，求出相应的端边境条件建立方程二元线性，求出相应的A端端实践实践yA和和A (假设另端弯矩和剪力为假设另端弯矩和剪力为0，那么，那么V=0，M=0)；迭加求得各支承点实践位移：迭加求得各支承点实践位移：由由yi 求出各支承点实践反力，从而求出梁身剪力及弯矩。求出各支承点实践反力，从而求出梁身剪力及弯矩。 012iiiAiAyyy yy0iy1iy2iyHunan University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.3.3 3.3.3 柱下十字交叉梁根底的计

16、算柱下十字交叉梁根底的计算 n将节点荷载分配给两方向的根底梁后分别按单向根底梁计算。将节点荷载分配给两方向的根底梁后分别按单向根底梁计算。n节点荷载分配原那么弯矩不分配节点荷载分配原那么弯矩不分配 ：静力平衡、变形协调。：静力平衡、变形协调。n常按梁的弹性特征长度常按梁的弹性特征长度S分配节点荷载不满足变形协调：分配节点荷载不满足变形协调： 414EISbk,yyxxixiiyixxyyxxyyb Sb SFFFFb Sb Sb Sb S4,44yyxxixiiyixxyyxxyyb Sb SFFFFb Sb Sb Sb S中柱和角柱节点：中柱和角柱节点： 边柱节点：边柱节点： 4,44yyx

17、xixiiyixxyyxxyyb Sb SFFFFb Sb Sb Sb Sn当边柱和角柱节点有一个方向伸出悬臂时，荷载分配应进展调当边柱和角柱节点有一个方向伸出悬臂时，荷载分配应进展调整，详细计算见整，详细计算见P.6465 n交叉点处基底面积计算反复，基底反力偏小，计算结果偏于不交叉点处基底面积计算反复，基底反力偏小，计算结果偏于不平安，可按式平安，可按式(3-39)(3-40)进展调整。进展调整。 Hunan University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.4 3.4 筏形根底筏形根底n定义：是指柱下或墙下延续的平板式或梁板式钢定义：是指柱下或墙下延续的平板式或梁板式钢筋砼根底，亦

18、称筋砼根底，亦称“片筏根底或片筏根底或“满堂红根底满堂红根底n特点特点n普通埋深较大，沉降量小普通埋深较大，沉降量小n面积较大，整体刚度较大，可跨越地下部分脆弱面积较大，整体刚度较大，可跨越地下部分脆弱层，并调理不均匀沉降层，并调理不均匀沉降n适用：上部构造荷载过大、地基土脆弱、基底适用：上部构造荷载过大、地基土脆弱、基底n 间净距小等情况间净距小等情况Hunan University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础n方式：平板式、梁板式下凹或上凸方式：平板式、梁板式下凹或上凸 图图. . 片筏根底片筏根底a a平板式；平板式；b bc c梁板式梁板式Hunan University3.柱下条

19、形基础、筏形和箱形基础3.4 3.4 筏形根底筏形根底非地震区轴心荷载作用时非地震区轴心荷载作用时 pkfa 偏心荷载偏心荷载 pkmax1.2fa地震区需满足地震区需满足 pkfaE pkmax1.2faE faE=afa经修正、调整后的地基抗震承载力，经修正、调整后的地基抗震承载力，kPa a地基土抗震承载力调整系数，根据岩土称号和地基土抗震承载力调整系数，根据岩土称号和性状按性状按GB50011-2001取值，取值， a=1.01.5 n设计要求设计要求 n内力计算：两种方法内力计算：两种方法 Hunan University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.4 3.4 筏形根底筏形根

20、底n倒楼盖法倒楼盖法n好像倒梁法，将筏基视为倒置在地基上的楼盖，柱好像倒梁法，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展内力计算。向梁板的肋梁楼盖方法进展内力计算。n板的支承条件可分为三种：二邻边固定、二邻边板的支承条件可分为三种：二邻边固定、二邻边简支；三边固定、一边简支；四边固定。根据简支；三边固定、一边简支；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。板块的内力。n当柱网及荷载分布都较均匀变化不超越当柱网及荷载分布都较

21、均匀变化不超越20%、柱距小于柱距小于1.75或上部构造刚性大或上部构造刚性大(如剪力墙如剪力墙)时，可时，可以为筏基为刚性，其内力及基底反力可按倒楼盖法以为筏基为刚性，其内力及基底反力可按倒楼盖法计算。计算。Hunan University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.4 3.4 筏形根底筏形根底n 弹性地基上板的简化计算法弹性地基上板的简化计算法n当筏基刚度较弱时，应按弹性地基上的梁板当筏基刚度较弱时，应按弹性地基上的梁板进展分析。进展分析。n假设柱网及荷载分布仍较均匀，可将筏形根假设柱网及荷载分布仍较均匀，可将筏形根底划分成相互垂直的条状板带，板带宽度即底划分成相互垂直的条状板带，

22、板带宽度即为相邻柱中心线间的间隔，并假定各条带彼为相邻柱中心线间的间隔，并假定各条带彼此独立，相互无影响，按前述文克尔弹性地此独立，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基梁的方法计算，即所谓的条带法或截条法。法。n假设柱距相差过大，荷载分布不均匀，那么假设柱距相差过大，荷载分布不均匀，那么应按弹性地基上的板实际进展内力分析。应按弹性地基上的板实际进展内力分析。n采用条带法计算时纵横条带都用全部柱荷载采用条带法计算时纵横条带都用全部柱荷载和地基反力，而不思索纵横向荷载分担作用，和地基反力，而不思索纵横向荷载分担作用，其计算结果内力偏大。其计算结果内力偏大。Hunan

23、 University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.5 3.5 箱形根底箱形根底n定义：由顶、底板与内、外墙等组成、并由钢筋砼整浇定义：由顶、底板与内、外墙等组成、并由钢筋砼整浇而而 成空间整体构造成空间整体构造n特点：刚度和整体性强，具有良好的补偿性和抗震性及特点：刚度和整体性强，具有良好的补偿性和抗震性及附带功能附带功能( (地下室、车库或设备间地下室、车库或设备间) )n适用：筏基太厚时采用，多用于无水适用：筏基太厚时采用，多用于无水( (或少水或少水) )时的高层时的高层建筑建筑 图图.箱形根底表示箱形根底表示 图图Hunan University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础

24、3.5 3.5 箱形根底箱形根底l箱基埋深大，基底处土自重应力箱基埋深大，基底处土自重应力c和水压力和水压力w之和较大，之和较大，可补偿建筑物的基底压力可补偿建筑物的基底压力pn补偿性设计概念补偿性设计概念 l假设假设p =c+w，那么基底附加应力为零，实际上：地基原，那么基底附加应力为零，实际上：地基原有应力形状不变，即使地基极为脆弱，也不出现沉降和剪有应力形状不变，即使地基极为脆弱，也不出现沉降和剪切破坏；实践上：地基土因开挖而回弹，加载时又再紧缩，切破坏；实践上：地基土因开挖而回弹，加载时又再紧缩，导致其应力形状产生一系列变化，导致变形和强度问题。导致其应力形状产生一系列变化，导致变形和

25、强度问题。p c+w 欠补偿欠补偿Hunan University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.5 3.5 箱形根底箱形根底n 构造要求：高度应满足强度、刚度要求，构造要求：高度应满足强度、刚度要求， 长度的长度的1/20，并，并3m；普通底板及外墙；普通底板及外墙250mm，内墙，内墙200 mm，顶板，顶板150mm，双向、双面分别配筋；砼强度等级，双向、双面分别配筋；砼强度等级 C20，水下时，水下时外墙和底板砼防渗等级应外墙和底板砼防渗等级应0.6MPa。n 地基反力计算地基反力计算 n 自重可按均布荷载处置，计算底板部分弯曲时应扣除其自重，自重可按均布荷载处置，计算底板部分弯曲

26、时应扣除其自重，计算整体弯曲所产生的弯矩时，应思索共同作用。计算整体弯曲所产生的弯矩时，应思索共同作用。n 基底尺寸按地基承载力确定，并进展脆弱下卧层验算。基底尺寸按地基承载力确定，并进展脆弱下卧层验算。n 基底反力分布：复杂，普通软粘土地基呈基底反力分布：复杂，普通软粘土地基呈“马鞍型；第四马鞍型；第四纪粘土反力呈纪粘土反力呈“抛物线型。现行规范把基底分为纵向抛物线型。现行规范把基底分为纵向8个、个、横向横向5个共个共40个区格个区格(方形方形64个个)，采用适用简化法计算，如表，采用适用简化法计算，如表3-2、3-3所示所示(P.76)。Hunan University3.柱下条形基础、筏形和箱形基础3.5 3.5 箱形根底箱形根底 沉降和整体倾斜沉降和整体倾斜 地基最终沉降量可按分层总和法计算地基最终沉降量可按分层总和法计算 思索回弹影响的沉降