djjc2-1浅基础类型与地基基础上部结构共同作用

1、2.天然地基上浅基础的常规设计天然地基上浅基础的常规设计地基基础设计包括地基基础设计包括地基设计地基设计和和基础设计基础设计常规设计：常规设计： 指在计算单个基础时，既不遵循上部结构指在计算单个基础时，既不遵循上部结构与基础的变形协调条件，也不考虑地基与基础与基础的变形协调条件，也不考虑地基与基础的相互作用的简化计算方法。的相互作用的简化计算方法。地基设计：地基设计： 各类建筑物对地基的要求是不同的。地基各类建筑物对地基的要求是不同的。地基设计主要根据设计主要根据地层结构、土的工程性质、建筑地层结构、土的工程性质、建筑物荷载大小及变形要求物荷载大小及变形要求来确定来确定地基持力层、基地基持力层

2、、基础埋置深度、地基土的承载力、地基变形和地础埋置深度、地基土的承载力、地基变形和地基抗倾覆及抗滑稳定性等基抗倾覆及抗滑稳定性等。 当地基强度不足或其它工程地质条件较差当地基强度不足或其它工程地质条件较差不能满足天然地基要求时，则需要地基处理或不能满足天然地基要求时，则需要地基处理或采用深基础。采用深基础。基础设计：基础设计：主要包括下列内容：主要包括下列内容：基础型式；基础型式；基础材料；基础材料；基础各部分的尺寸、配筋和构造；基础各部分的尺寸、配筋和构造；基础内力计算。基础内力计算。地基基础设计应满足下列三项原则地基基础设计应满足下列三项原则:对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有

3、足对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度；够的安全度；（强度要求）（强度要求）应控制应控制地基变形地基变形，使之不超过建筑物的地基变形允许值，使之不超过建筑物的地基变形允许值，以免引起地基不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑以免引起地基不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观；物的使用功能和外观；基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要、满足地基承载力（稳定性）和变形要求外，使用需要、满足地基承载力（稳定性）和变形要求外，还应满足对还应满足对基础结构的强度、刚度和耐久性基础结构的强度、刚度和耐久性

4、的要求。的要求。地基基础设计等级地基基础设计等级 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007-2002)根据地根据地基复杂程度、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，将地基基可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，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选定。础设计分为三个设计等级，设计时应根据具体情况选定。地基基础设计等级地基基础设计等级地基基础设计等级地基基础设计等级设计设计等级等级建筑和地基类型建筑和地基类型甲级甲级重要的工业与民用建筑重要的工业与民用建筑30层以上的高层建筑层

5、以上的高层建筑体形复杂，层数相差超过体形复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体的建筑物层的高低层连成一体的建筑物大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等）大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）对原有工程影响较大的新建建筑物对原有工程影响较大的新建建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程乙级乙级除

6、甲级、丙级以外的工业与民用建筑除甲级、丙级以外的工业与民用建筑丙级丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑；次要的轻型建筑一般工业建筑；次要的轻型建筑工程安全等级工程安全等级 根据根据建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001) ，根据工程类型及其可能产生的根据工程类型及其可能产生的(危及人员生命、经济损失、社危及人员生命、经济损失、社会影响等会影响等)破坏后果的严重性，将工程结构划分三个安全等级破坏后果的严重性，将工程结构划分三个安全等级。工程安全等级工程安全等级

7、表表1.1安全等级安全等级破坏后果破坏后果工程类型工程类型建建 筑筑 类类 型型一级一级很严重很严重重要工程重要工程重要的工业与民用建筑物；重要的工业与民用建筑物；20层以上的高层以上的高层建筑层建筑;体型复杂的体型复杂的14层以上高层建筑；层以上高层建筑；对地基变形有特殊要求的建筑物对地基变形有特殊要求的建筑物;单桩承单桩承受的荷载在受的荷载在4000kN以上的建筑物以上的建筑物二级二级严重严重一般工程一般工程一般的工业与民用建筑一般的工业与民用建筑三级三级不严重不严重次要工程次要工程次要的建筑物次要的建筑物设计浅基础一般要妥善处理下列几方面问题：设计浅基础一般要妥善处理下列几方面问题：(1

8、) 充分掌握拟建建筑场地的岩土工程条件和岩土勘察资料；充分掌握拟建建筑场地的岩土工程条件和岩土勘察资料；(2) 结合实际考虑采用先进的施工技术和经济、可行的地基处理结合实际考虑采用先进的施工技术和经济、可行的地基处理方法。方法。(3) 选择基础类型和平面布置方案选择基础类型和平面布置方案,并确定地基持力层和基础埋置并确定地基持力层和基础埋置深度。深度。(4) 按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的地基稳定性和按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的地基稳定性和变形验算。变形验算。(5) 以简化的、或考虑相互作用的计算方法进行基础结构的内力以简化的、或考虑相互作用的计算方法进行基础结构的内力分

9、析和截面设计，以保证基础具有足够的刚度、强度和耐久分析和截面设计，以保证基础具有足够的刚度、强度和耐久性。性。(6) 绘制施工详图并作出施工说明。绘制施工详图并作出施工说明。2.1 浅基础的若干类型浅基础的若干类型及地基基础设计需考虑的因素及地基基础设计需考虑的因素2.1.1 浅基础的若干类型、构造及适用条件浅基础的若干类型、构造及适用条件 本节重点介绍现行本节重点介绍现行岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）涉及的，也是我们以后工）涉及的，也是我们以后工作中经常见到和需要设计的几种分类方案。作中经常见到和需要设计的几种分类方案。（1）按基础埋深分类：）按基础埋深分类：

10、浅基础浅基础深基础深基础（2）按受力特征及刚度特征分类：）按受力特征及刚度特征分类：刚性基础刚性基础柔性基础柔性基础补偿基础补偿基础刚性基础刚性基础：指基础底部扩展部分不超过基础材料刚性角的天然地指基础底部扩展部分不超过基础材料刚性角的天然地基上的独立基础和墙下条形基础。基上的独立基础和墙下条形基础。特点特点：结构简单，主要承受压应力，一般用抗压性能：结构简单，主要承受压应力，一般用抗压性能好，而抗拉、抗剪强度较差的混凝土、毛石、砖、三好，而抗拉、抗剪强度较差的混凝土、毛石、砖、三合土等建造，即无筋扩展基础。合土等建造，即无筋扩展基础。适用条件适用条件：适用于地基持力层土质较好、无沟、塘、：适

11、用于地基持力层土质较好、无沟、塘、井、坑，下卧层无淤泥或淤泥质软弱土层，可用于井、坑，下卧层无淤泥或淤泥质软弱土层，可用于6 6层层及及6 6层以下的民用建筑和砖墙承重的轻型厂房；但三合层以下的民用建筑和砖墙承重的轻型厂房；但三合土地基不宜用于超过土地基不宜用于超过4 4层的民用建筑。层的民用建筑。刚性基础构造示意图刚性基础构造示意图 刚性角刚性基础的宽度大小应能使所产生的基础刚性基础的宽度大小应能使所产生的基础截面弯曲拉应力和剪应截面弯曲拉应力和剪应力力不超过基础施工材料的强度限值。满足了这个要求，就得到墩不超过基础施工材料的强度限值。满足了这个要求，就得到墩台身边缘处的垂线与基底边缘的连线

12、间的最大夹角台身边缘处的垂线与基底边缘的连线间的最大夹角max ，即称为，即称为刚性角刚性角。 基础底面积越大其底面压强越小，对地基的负荷越有利，但放大基础底面积越大其底面压强越小，对地基的负荷越有利，但放大的尺寸超过一定范围，超过基础材料本身的抗拉，抗剪能力，就的尺寸超过一定范围，超过基础材料本身的抗拉，抗剪能力，就会引起破坏，折列的方向不是沿柱或墙的外侧垂直向下的，而是会引起破坏，折列的方向不是沿柱或墙的外侧垂直向下的，而是与垂线形成一个角度，这个角度就是材料刚性角。与垂线形成一个角度，这个角度就是材料刚性角。 简单的说：刚性基础中压力分布角简单的说：刚性基础中压力分布角a称为刚性角。在设

13、计中，应称为刚性角。在设计中，应尽力使基础大放脚与基础材料的刚性角相一致，目的：确保基础尽力使基础大放脚与基础材料的刚性角相一致，目的：确保基础底面不产生拉应力，最大限度地节约基础材料。底面不产生拉应力，最大限度地节约基础材料。 受刚性角限制的基础称为刚性基础。受刚性角限制的基础称为刚性基础。 aahbbbaahbbbaahbbbaahbbba) 正确正确b) 不安全 不安全c) 不经济不安全不经济不安全d) 不经济 不经济 柔性基础：柔性基础：能承受一定弯曲变形的基础；通常指抗拉性能较好的能承受一定弯曲变形的基础；通常指抗拉性能较好的钢筋混凝土基础。钢筋混凝土基础。适用条件适用条件：当刚性基

14、础方案中基础高度由于施工条件：当刚性基础方案中基础高度由于施工条件等受到限制时，可采用柔性基础。等受到限制时，可采用柔性基础。补偿基础补偿基础：建在地面下具有足够深度，使结构物的重量不建在地面下具有足够深度，使结构物的重量不超过或略超过挖出的基础土重，以减少由结构超过或略超过挖出的基础土重，以减少由结构物附加荷载引起的基础沉降的整体基础；物附加荷载引起的基础沉降的整体基础；适用条件适用条件：适用于软土地基上建造较重的建筑：适用于软土地基上建造较重的建筑物。物。补偿性基础示意图补偿性基础示意图（3）按基础材料分：）按基础材料分：砖基础砖基础三合土基础三合土基础灰土基础灰土基础毛石基础毛石基础混凝

15、土或毛石混凝土基础混凝土或毛石混凝土基础钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础砖基础砖基础：指用砖砌筑的刚性基础。指用砖砌筑的刚性基础。特点特点：具有就地取材、造价低、施工简便等优：具有就地取材、造价低、施工简便等优点，在干燥和温暖的地区广泛应用。点，在干燥和温暖的地区广泛应用。三合土基础三合土基础：用三合土做成的刚性基础。一般用石灰、砂、用三合土做成的刚性基础。一般用石灰、砂、碎砖（或碎石）按体积比碎砖（或碎石）按体积比1：2：4 1：3：6配配成夯实而成。成夯实而成。特点特点：常用于地下水位较低的：常用于地下水位较低的4层及层及4层以下建层以下建筑物。筑物。灰土基础灰土基础：用灰土做成的刚性基础，灰

16、土是用石灰和粘性用灰土做成的刚性基础，灰土是用石灰和粘性土混合而成。土混合而成。特点特点：是用于地下水较低、：是用于地下水较低、5层及层及5层以下的混层以下的混合结构房屋和墙承重的轻型工业厂房。合结构房屋和墙承重的轻型工业厂房。毛石基础毛石基础：用强度较高的且未风化的毛石砌筑的刚性基础。用强度较高的且未风化的毛石砌筑的刚性基础。适用于：小型工程。适用于：小型工程。混凝土或毛石混凝土基础混凝土或毛石混凝土基础：用混凝土或毛石混凝土浇筑的基础。用混凝土或毛石混凝土浇筑的基础。特点特点：混凝土基础的强度、耐久性、抗冻性都：混凝土基础的强度、耐久性、抗冻性都较好，荷载较大或位于地下水位以下时常采用较好

17、，荷载较大或位于地下水位以下时常采用这种类型基础。这种类型基础。钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础：用钢筋混凝土浇筑的柔性基础。用钢筋混凝土浇筑的柔性基础。特点特点：抗剪、抗弯性能好，可在竖向荷载较大、：抗剪、抗弯性能好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及受水平力和弯矩、基础需地基承载力不高以及受水平力和弯矩、基础需要要“宽基浅埋宽基浅埋”的情况下使用。的情况下使用。按构造类型按构造类型（4）按基础构造分：）按基础构造分：壳体基础壳体基础墩基础墩基础箱形基础箱形基础筏板基础筏板基础联合基础联合基础条形基础条形基础独立基础独立基础扩展基础扩展基础a)独立基础独立基础(图图)配制于柱下或塔式、筒式整个

18、结构物之下的无配制于柱下或塔式、筒式整个结构物之下的无筋或配筋的单个基础。筋或配筋的单个基础。特点特点：常采用砖石、混凝土或钢筋混凝土做材：常采用砖石、混凝土或钢筋混凝土做材料。料。可用于工业与民用建筑柱基础、桥梁墩台大块可用于工业与民用建筑柱基础、桥梁墩台大块实体基础、古建筑、烟囱、水塔、高炉等，常实体基础、古建筑、烟囱、水塔、高炉等，常做成圆形或方形做成圆形或方形。b)条形基础条形基础：(b1)墙下条形基础墙下条形基础：位于墙下的长条形基础，常用砖、毛：位于墙下的长条形基础，常用砖、毛石、三合土、灰土、混凝土或钢筋混凝土做材料。石、三合土、灰土、混凝土或钢筋混凝土做材料。(b2)柱下条形基

19、础柱下条形基础：为减少基底压力而将柱下单独基础联：为减少基底压力而将柱下单独基础联成的条形基础。成的条形基础。特点特点：常用于软弱地基上框架或排架结构。可用于地基承：常用于软弱地基上框架或排架结构。可用于地基承载力不足需加大基础底面积，但在平面受到限制的情载力不足需加大基础底面积，但在平面受到限制的情况。况。 当柱荷载或地基压缩性分布不均匀时，在柱下采用当柱荷载或地基压缩性分布不均匀时，在柱下采用抗弯刚度较大的条形基础能收到效果。抗弯刚度较大的条形基础能收到效果。柱下条形基础构造示意图柱下条形基础构造示意图c)联合基础联合基础：b2)柱下条形基础柱下条形基础：c1)交叉条形基础交叉条形基础:为

20、减少基底压力而将柱下单独基础联成为减少基底压力而将柱下单独基础联成的网格形基础。的网格形基础。特点特点：如柱网下的地基软弱，土的压缩性或柱荷载的分：如柱网下的地基软弱，土的压缩性或柱荷载的分布沿正交的两个柱列方向都不很均匀，一方面需要进布沿正交的两个柱列方向都不很均匀，一方面需要进一步扩大一步扩大 基础底面积，另一方面要求基础具有空间刚基础底面积，另一方面要求基础具有空间刚度以调整不均匀沉降时，可沿纵横两向相交于柱位处度以调整不均匀沉降时，可沿纵横两向相交于柱位处形成柱下交叉条形基础。形成柱下交叉条形基础。c)联合基础联合基础： 如果单向条形基础已能满足地基承载力要求，只如果单向条形基础已能满

21、足地基承载力要求，只需减少基础之间的沉降差，则可在另一方向加设联梁需减少基础之间的沉降差，则可在另一方向加设联梁组成组成联梁式交叉条形基础联梁式交叉条形基础。联梁不着地，需有足够的。联梁不着地，需有足够的刚度和强度。在高层建筑框架结构中有时采用梁高为刚度和强度。在高层建筑框架结构中有时采用梁高为1/21/3柱距的交叉条形基础，以其巨大的刚度来增加柱距的交叉条形基础，以其巨大的刚度来增加建筑物的整体刚度，使各柱之间沉降均匀。建筑物的整体刚度，使各柱之间沉降均匀。柱下交叉条形基础柱下交叉条形基础联梁式交叉条形基础联梁式交叉条形基础联合基础联合基础d）扩展基础扩展基础：d1）柱下钢筋混凝土独立基础柱

22、下钢筋混凝土独立基础；d2 ）墙下钢筋混凝土条形基础墙下钢筋混凝土条形基础：为减少作用于地基的压：为减少作用于地基的压力，扩大基底面积使基底面积大于柱或墙截面积的基力，扩大基底面积使基底面积大于柱或墙截面积的基础。础。特点特点：基础外伸宽度一般大于基础高度，基础材料承受：基础外伸宽度一般大于基础高度，基础材料承受拉应力。拉应力。柱下钢筋混凝土扩展基础柱下钢筋混凝土扩展基础(a)阶形基础；阶形基础；(b)锥形基础；锥形基础；(c)杯口基础杯口基础墙下钢筋混凝土扩展基础墙下钢筋混凝土扩展基础 (a) 无肋的；无肋的； (b) 有肋的有肋的 e）筏板基础筏板基础：e1）墙下筏板基础墙下筏板基础；e2

23、）柱下筏板基础柱下筏板基础； 指大面积整体钢筋混凝土板式或梁板式基础。指大面积整体钢筋混凝土板式或梁板式基础。特点特点：埋深浅，基底压力小，利于调整不均匀沉降。当：埋深浅，基底压力小，利于调整不均匀沉降。当地基软弱而荷载又很大时、采用交叉条形基础不能满地基软弱而荷载又很大时、采用交叉条形基础不能满足地基承载力和变形要求时、或相邻基槽间距很小时足地基承载力和变形要求时、或相邻基槽间距很小时可采用筏板基础。可采用筏板基础。墙下筏板基础墙下筏板基础柱下筏板基础柱下筏板基础f）箱形基础箱形基础：由钢筋混凝土底板、顶板、侧墙、内隔墙组成的，具由钢筋混凝土底板、顶板、侧墙、内隔墙组成的，具有一定高度的整体

24、性基础，是补偿基础的一种。有一定高度的整体性基础，是补偿基础的一种。特点特点：空间刚度大，适于软弱地基的高层、超高层、：空间刚度大，适于软弱地基的高层、超高层、重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物。重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物。 高层与超高层建筑的箱形基础往往与地下室结合高层与超高层建筑的箱形基础往往与地下室结合考虑。考虑。箱形基础箱形基础g）墩基础墩基础：底部通常做成扩大头的大直径灌注桩基础。底部通常做成扩大头的大直径灌注桩基础。特点特点：承载能力高，通常在高层、超高层建筑、工业：承载能力高，通常在高层、超高层建筑、工业厂房建筑、桥梁工程和海上钻井平台工程中使用。厂房建筑、桥梁工程和

25、海上钻井平台工程中使用。h）壳体基础壳体基础：以壳体结构形成的以壳体结构形成的空间薄壁基础。空间薄壁基础。特点特点：一般采用正：一般采用正圆锥及其组合型式圆锥及其组合型式的壳体基础，可用的壳体基础，可用于一般工业与民用于一般工业与民用建筑柱基或筒形建建筑柱基或筒形建筑物的基础筑物的基础。壳体基础的结构型式壳体基础的结构型式壳体基础的构造示意图壳体基础的构造示意图2.1.2 地基基础设计需考虑的因素地基基础设计需考虑的因素设计要求设计要求设计原则设计原则基础埋深（下一节讲授）基础埋深（下一节讲授）地基、基础和上部结构的共同作用地基、基础和上部结构的共同作用设计要求：设计要求：在地基基础设计中贯彻

26、执行国家的技术经济政策，做到安全在地基基础设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全使用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境。使用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境。 基础方案的选用经济合理，一般遵循：基础方案的选用经济合理，一般遵循：刚性基础刚性基础柱下条形柱下条形基础基础交叉条形基础交叉条形基础筏板基础筏板基础箱形基础箱形基础 浅基础类型的选择浅基础类型的选择地基基础设计，必须坚持因地制宜、就地取材、保护环境和地基基础设计，必须坚持因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源的原则；根据岩土工程资料，综合考虑结构类型、节约资源的原则；根据岩土工程资料，综合考虑结构类型、材料情况和施工条

27、件等因素，精心设计。材料情况和施工条件等因素，精心设计。浅基础类型的选择浅基础类型的选择结构类型结构类型岩土性质与荷载条件岩土性质与荷载条件基础类型基础类型多层砖混结构多层砖混结构土质均匀，承载力高，无软弱下卧层，地土质均匀，承载力高，无软弱下卧层，地下水位以上，荷载不大下水位以上，荷载不大(五层以下建筑五层以下建筑)刚性基础刚性基础土质均匀较差，承载力较低，有软弱下卧土质均匀较差，承载力较低，有软弱下卧层，基础需浅埋时层，基础需浅埋时墙下钢筋混凝土条基或墙墙下钢筋混凝土条基或墙下交叉钢筋混凝土条基下交叉钢筋混凝土条基土质均匀性差，承载力低，荷载较大，采土质均匀性差，承载力低，荷载较大，采用条

28、基面积超过建筑物投影面积用条基面积超过建筑物投影面积50%时时墙下筏板基础墙下筏板基础框架结构框架结构（无地下室）（无地下室）土质均匀，承载力较高，荷载相对较小，土质均匀，承载力较高，荷载相对较小，柱网分布均匀柱网分布均匀柱下钢筋混凝土独立基础柱下钢筋混凝土独立基础土质均匀较差，承载力较低，荷载较大，土质均匀较差，承载力较低，荷载较大，采用独立基础不能满足采用独立基础不能满足柱下钢筋混凝土条基或柱柱下钢筋混凝土条基或柱下交叉钢筋混凝土条基下交叉钢筋混凝土条基土质不均匀，承载力低，荷载大，柱网分土质不均匀，承载力低，荷载大，柱网分布不均，采用条基面积超过建筑物投影面布不均，采用条基面积超过建筑物

29、投影面积积50%时时柱下筏板基础柱下筏板基础全剪力墙全剪力墙10层层以上住宅结构以上住宅结构地基土层较好，荷载分布均匀地基土层较好，荷载分布均匀墙下钢筋混凝土条基墙下钢筋混凝土条基当上述条件不能满足时当上述条件不能满足时墙下筏板基础或箱基墙下筏板基础或箱基高层框架、剪力墙结高层框架、剪力墙结构（有地下室）构（有地下室）可采用天然地基时可采用天然地基时筏板基础或箱形基础筏板基础或箱形基础例题例题1：某拟建某拟建7层建筑上部结构为框架，层建筑上部结构为框架，柱的平面位置及柱荷柱的平面位置及柱荷载载如图所示。该建筑场地的地质条件可简单表述为：表如图所示。该建筑场地的地质条件可简单表述为：表层为层为1

30、.5m厚的填土层其下为深厚的承载力特征值厚的填土层其下为深厚的承载力特征值fak=160kPa的土层，试根据以上条件合理选用该建筑物的土层，试根据以上条件合理选用该建筑物的基础型式。的基础型式。（答案）（答案）如地基承载力改变为如地基承载力改变为fak=110kPa，此时选用何种基础型，此时选用何种基础型式合适？式合适？（答案）（答案）如地基承载力改变为如地基承载力改变为fak=80kPa，此时选用何种基础型式，此时选用何种基础型式合适？合适？（答案）（答案）承载力特征值承载力特征值地基变形一般是大变形，而且其极限承载力差异性很大，往往难以统一界定。所以地基设计的时候，不按承载力极限状态原则来

31、设计，而按正常使用极限状态原则来设计。例题例题1：柱的平面位置及柱荷载分布图：柱的平面位置及柱荷载分布图承载力特征值承载力特征值fak=160kPa 本工程场地地质条件较好，柱荷载相对较小，柱间距相本工程场地地质条件较好，柱荷载相对较小，柱间距相对较大，结合前述方案选择的次序，可初步选为柱下独对较大，结合前述方案选择的次序，可初步选为柱下独立基础。由题意，基础埋深宜选为立基础。由题意，基础埋深宜选为D=1.5m，根据浅基础，根据浅基础设计理论大致确定底面尺寸。基础面积设计理论大致确定底面尺寸。基础面积A=F / (f -D)，其，其中中f 为地基承载力设计值，可取为为地基承载力设计值，可取为1

32、.1 fak 180kPa。计算。计算基础的底面积如下表：基础的底面积如下表：柱荷载柱荷载(kN)1000900800700600基础底面积计算值（基础底面积计算值（m2)6.676.005.334.674.0底面尺寸底面尺寸(mm)2.62.62.52.52.32.32.22.22.02.0承载力特征值承载力特征值fak=110kPa 由于土层相对较弱，从上表可以看出柱间距相对较小，基础会出现由于土层相对较弱，从上表可以看出柱间距相对较小，基础会出现应力重叠情况，此时应修改设计，改选为柱下条基。根据所给的应力重叠情况，此时应修改设计，改选为柱下条基。根据所给的柱柱平面位置图平面位置图，可设计

33、成三个条基，由于两边对称，选用底面积相同，可设计成三个条基，由于两边对称，选用底面积相同，设为设为A1，中间为，中间为A2，则：，则： A1=F1 / (f -D)=(500+700+800)2/(120-201.5)=44.44m2 A2=F2 / (f -D)=(700+900+1000)2/(120-201.5)=57.78m2 由此两边的基础尺寸设计为由此两边的基础尺寸设计为31.01.5m；中间的基础尺寸设计为；中间的基础尺寸设计为31.01.9m。由于地基比较软弱，压缩性较大应根据规范验算沉降。由于地基比较软弱，压缩性较大应根据规范验算沉降及差异沉降。如果差异沉降过大，应在条基间设

34、置连系梁以调整沉及差异沉降。如果差异沉降过大，应在条基间设置连系梁以调整沉降差，保证建筑物的安全使用。降差，保证建筑物的安全使用。柱荷载柱荷载(kN)1000900800700600基础底面积计算值（基础底面积计算值（m2)11.1110.008.897.786.67底面尺寸底面尺寸(mm)3.43.43.23.23.03.02.82.82.62.6 如仍选用柱下独立基础，则设计的基础底面积如下表：如仍选用柱下独立基础，则设计的基础底面积如下表： （图）（图）承载力特征值承载力特征值fak=80kPa 由上面计算可知：本例土层更软弱，故基础底面积设计由上面计算可知：本例土层更软弱，故基础底面积

35、设计值必定更大，沉降及差异沉降也会更大。由于场地尺寸值必定更大，沉降及差异沉降也会更大。由于场地尺寸限制和基础受力不合理等，增加条基的长度往往是不可限制和基础受力不合理等，增加条基的长度往往是不可能和不恰当的，但如果单纯增加基础宽度，势必会造成能和不恰当的，但如果单纯增加基础宽度，势必会造成条基间距过小，因此选择条基是不合理的。此时可以改条基间距过小，因此选择条基是不合理的。此时可以改为十字交叉基础，这样既可增加基础的底面积，又增强为十字交叉基础，这样既可增加基础的底面积，又增强基础的刚度，因此选择交叉条形基础是比较合适的。基础的刚度，因此选择交叉条形基础是比较合适的。设计原则：设计原则：建筑

36、结构设计统一标准建筑结构设计统一标准对结构设计应满足的功能要求作对结构设计应满足的功能要求作了如下规定：能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各了如下规定：能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；在正常使用时具有良好的工作性能；在正常维护下种作用；在正常使用时具有良好的工作性能；在正常维护下具有足够的耐久性能；在偶然事件发生时及发生后，仍能保具有足够的耐久性能；在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定。持必需的整体稳定。具体到地基基础应遵循如下设计原则：具体到地基基础应遵循如下设计原则：n对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性

37、方面，应具有足够的安全度；度；在最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象；在最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象；(强度要求强度要求)n应控制应控制地基变形地基变形，使之不超过建筑物的地基变形允许值，使之不超过建筑物的地基变形允许值，在长期在长期荷载作用下，地基变形不致造成承重结构的损坏，荷载作用下，地基变形不致造成承重结构的损坏，以免引起地基以免引起地基不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观；不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观；n基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要、基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要、满足地基承载力（

38、稳定性）和变形要求外，还应满足对满足地基承载力（稳定性）和变形要求外，还应满足对基础结构基础结构的强度、刚度和耐久性的强度、刚度和耐久性的要求。的要求。2.2 地基、基础与上部结构相互作用地基、基础与上部结构相互作用对一个建筑物来说，在荷载作用下，对一个建筑物来说，在荷载作用下，地基地基、基础基础和和上部上部结构结构三部分是彼此联系、相互制约的整体。三部分是彼此联系、相互制约的整体。地基、基础与上部结构三部分功能不同，材料各异，研地基、基础与上部结构三部分功能不同，材料各异，研研究方法亦不同，目前要把三部分完全统一起来进行设研究方法亦不同，目前要把三部分完全统一起来进行设计计算还有困难。计计算

39、还有困难。传统的结构设计（包括目前的常规设计）总是把上部结传统的结构设计（包括目前的常规设计）总是把上部结构、基础与地基三者作为彼此离散的独立结构单元进行构、基础与地基三者作为彼此离散的独立结构单元进行力学分析力学分析 。以柱下条形基础平面框架的常规设计为例：以柱下条形基础平面框架的常规设计为例：平面框架结构，柱下条形基础，分析计算方法平面框架结构，柱下条形基础，分析计算方法(图图a) ：第一步：第一步：先把框架分离出来，然后将层底柱脚固定（先把框架分离出来，然后将层底柱脚固定（图图b）；）；第二步：第二步：计算在荷载作用下的框架内力及柱脚反力；计算在荷载作用下的框架内力及柱脚反力；第三步：第

40、三步：把与求得的柱脚反力相等但相反的力系作为基础荷载把与求得的柱脚反力相等但相反的力系作为基础荷载（图图 c）；）；第四步：第四步：按直线分布假设计算基底反力，求得基础截面内力，完按直线分布假设计算基底反力，求得基础截面内力，完成基础结构配筋及确定砼标号；成基础结构配筋及确定砼标号；第五步：第五步：将基础反力反向施加于地基（将基础反力反向施加于地基（图图d），并作为柔性荷载来），并作为柔性荷载来验算地基承载力和基础沉降；验算地基承载力和基础沉降；第六步第六步：按地基承载力和变形量来确定或调整基础底面尺寸。按地基承载力和变形量来确定或调整基础底面尺寸。平面框架结构，柱下条形基础平面框架结构，柱下

41、条形基础平面框架结构，柱下条形基础平面框架结构，柱下条形基础平面框架结构，柱下条形基础平面框架结构，柱下条形基础平面框架结构，柱下条形基础平面框架结构，柱下条形基础对上述过程稍加推敲，即可发现有对上述过程稍加推敲，即可发现有不合理之处不合理之处： 因为地基、基础和上部结构沿接触点（面）分离后，因为地基、基础和上部结构沿接触点（面）分离后，虽然要求满足虽然要求满足静力平衡条件静力平衡条件，但却完全忽略了三者之间，但却完全忽略了三者之间受荷前后的受荷前后的变形连续性变形连续性。其实，地基、基础和上部结构。其实，地基、基础和上部结构三者是互相联系成整体来承担荷载而发生变形的。这时，三者是互相联系成整

42、体来承担荷载而发生变形的。这时，三部分都将按各自的刚度而对变形产生三部分都将按各自的刚度而对变形产生互相制约作用互相制约作用，从而使整体力系的内力（包括柱脚和基底的反力）和变从而使整体力系的内力（包括柱脚和基底的反力）和变形（包括基础沉降）发生变化。显然，当地基软弱，结形（包括基础沉降）发生变化。显然，当地基软弱，结构物对地基沉降敏感时，上述常规分析结果与实际情况构物对地基沉降敏感时，上述常规分析结果与实际情况的差别就愈大。的差别就愈大。合理设计：合理设计：指基于相互作用分析的设计方法。指基于相互作用分析的设计方法。 原则上应该以地基、基础、上部结构之间必须原则上应该以地基、基础、上部结构之间

43、必须同时满足同时满足静力平衡静力平衡和和变形协调变形协调两个条件为前提。这样两个条件为前提。这样才能揭示它们在外荷载作用下才能揭示它们在外荷载作用下互相制约、彼此影响互相制约、彼此影响的的内在关系，从而达到安全经济的设计目的。内在关系，从而达到安全经济的设计目的。按这个原则进行整体的相互分析是相当复杂的。按这个原则进行整体的相互分析是相当复杂的。包括：包括：建立能正确反映结构刚度影响的分析理论和便建立能正确反映结构刚度影响的分析理论和便于借助电子计算机的于借助电子计算机的有效计算方法有效计算方法；研究选用能合理反映土的变形特性的地基研究选用能合理反映土的变形特性的地基计算计算模型模型及其及其参

44、数参数。目前合理设计还处于研究阶段。目前合理设计还处于研究阶段。 对相互作用基本概念的了解将有助于了解对相互作用基本概念的了解将有助于了解各类基础的性能、正确选择地基基础方案、评各类基础的性能、正确选择地基基础方案、评价常规分析与实际之间的可能差异，理解影响价常规分析与实际之间的可能差异，理解影响地基变形允许值的因素和采取防止不均匀沉降地基变形允许值的因素和采取防止不均匀沉降损害的措施等有关问题。损害的措施等有关问题。地基、基础和上部结构的共同作用地基、基础和上部结构的共同作用 地基与基础地基与基础上部结构刚度的影响上部结构刚度的影响柔性基础柔性基础刚性基础刚性基础基础相对刚度基础相对刚度地基

45、非均质性地基非均质性柔性结构柔性结构敏感性结构敏感性结构刚性结构刚性结构柔性基础柔性基础抗弯刚度很小，其基底反力分布与作用于基础抗弯刚度很小，其基底反力分布与作用于基础上部荷载分布基本一致，缺乏刚度的基础无力上部荷载分布基本一致，缺乏刚度的基础无力调整基底的不均匀沉降。（调整基底的不均匀沉降。（如图所示如图所示）受力特点：抗弯刚度很小；受力特点：抗弯刚度很小；变形特点：可随地基变形而任意弯曲，而不改变形特点：可随地基变形而任意弯曲，而不改变地基受力情况；变地基受力情况；反力分布：传递荷载时不向旁边扩散；反力分布：传递荷载时不向旁边扩散；地基沉降：荷载均匀时中间大边缘小。地基沉降：荷载均匀时中间

46、大边缘小。柔性基础的基底反力和沉降：柔性基础的基底反力和沉降：刚性基础刚性基础 具有非常大的抗弯刚度，原是平面的，基具有非常大的抗弯刚度，原是平面的，基底沉降后仍保持平面（底沉降后仍保持平面（图图），基底反力边缘大），基底反力边缘大中间小。刚性基础能跨越基底中部，将所承担中间小。刚性基础能跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中地传至基底边缘，具有的荷载相对集中地传至基底边缘，具有架越作架越作用用。架越作用的强弱取决于基础和地基二者的。架越作用的强弱取决于基础和地基二者的相对刚度、土的压缩性及地基下土中塑性区的相对刚度、土的压缩性及地基下土中塑性区的大小。大小。刚性基础反力分布图刚性基础反力分布图

47、qpp塑性区出现使之成为马鞍形q继续加载而成抛物线形刚性基础刚性基础受力特点：抗弯刚度很大；受力特点：抗弯刚度很大；变形特点：受荷载后不挠曲；变形特点：受荷载后不挠曲；沉降分布：中心荷载作用下沉降处处相同，偏心荷载沉降分布：中心荷载作用下沉降处处相同，偏心荷载作用下发生倾斜；（作用下发生倾斜；（图图）反力分布：边缘大中间小（架越作用）反力分布：边缘大中间小（架越作用） 理论解中，边缘的值趋于无穷大，实际理论解中，边缘的值趋于无穷大，实际上不可能，在边缘土体中产生上不可能，在边缘土体中产生塑性破坏塑性破坏而形而形成塑性区。（成塑性区。（实测结果实测结果）刚性基础反力分布实测结果刚性基础反力分布实

48、测结果砂 土砂 土硬粘土硬粘土(a)、(b)无超载(c)、(d)有超载kPakPakPakPa基础相对刚度的影响基础相对刚度的影响基础相对刚度对架越作用的影响基础相对刚度对架越作用的影响:基础与地基脱离接触的情况基础与地基脱离接触的情况:地基非均质性的影响地基非均质性的影响（1）地基压缩性不均匀的影响：）地基压缩性不均匀的影响：（2）不均匀地基上条形基础柱荷载分布的影响：）不均匀地基上条形基础柱荷载分布的影响：刚性设计：刚性设计： 常规设计的基底反力是按直线分布假设求常规设计的基底反力是按直线分布假设求得的，然后根据作用于基础上的荷载与基底反得的，然后根据作用于基础上的荷载与基底反力的静力平衡

49、条件计算基础任意截面的弯矩和力的静力平衡条件计算基础任意截面的弯矩和剪切。因为分析过程是静定的，所以称为剪切。因为分析过程是静定的，所以称为“静静定分析法定分析法”。计算的结果只有当基础的刚度很。计算的结果只有当基础的刚度很大、地基相对软弱时才比较符合实际，所以常大、地基相对软弱时才比较符合实际，所以常规设计又称为规设计又称为“刚性设计刚性设计”（rigid design）。）。柔性结构柔性结构 一般静定结构属于柔性结一般静定结构属于柔性结构，因其与地基变形之间并不存构，因其与地基变形之间并不存在彼此制约、相互作用的关系，在彼此制约、相互作用的关系，最适用于常规方法进行设计（如最适用于常规方法

50、进行设计（如右图：两跨对称排架结构）。在右图：两跨对称排架结构）。在实际工程中，高压缩性地基上的实际工程中，高压缩性地基上的排架结构也会因柱基不均匀沉降排架结构也会因柱基不均匀沉降而出现与主体结构有超静定联系而出现与主体结构有超静定联系的围护结构开裂破坏等问题，故的围护结构开裂破坏等问题，故对这类结构的地基变形限制虽然对这类结构的地基变形限制虽然很小，但仍不允许出现地基过量很小，但仍不允许出现地基过量变形或沉降差。变形或沉降差。敏感性结构（或称半刚性结构）：敏感性结构（或称半刚性结构）： 最常见的是钢筋混凝土框架结构及砖石砌体最常见的是钢筋混凝土框架结构及砖石砌体承重结构。这类建筑物是由一些在

51、纵横方向上彼承重结构。这类建筑物是由一些在纵横方向上彼此之间都有联系的构件组成，有时在纵横方向上此之间都有联系的构件组成，有时在纵横方向上均有刚度，有时只在一个方向上有足够刚度。此均有刚度，有时只在一个方向上有足够刚度。此类建筑物能够部分地适应地基的变形并能调整一类建筑物能够部分地适应地基的变形并能调整一部分变形，在构件内因基础的沉降差而产生附加部分变形，在构件内因基础的沉降差而产生附加应力，即它们对地基的不均匀变形很敏感。应力，即它们对地基的不均匀变形很敏感。敏感性结构（或称半刚性结构）：敏感性结构（或称半刚性结构）：刚性结构：刚性结构： 包括烟囱、高炉、水塔、桥墩等高耸结构物。整包括烟囱、

52、高炉、水塔、桥墩等高耸结构物。整体配置的独立基础与上部结构构成的体系具有很大刚体配置的独立基础与上部结构构成的体系具有很大刚度，基础可能的变形为转动倾斜，几乎不会发生相对度，基础可能的变形为转动倾斜，几乎不会发生相对挠曲。剪力墙或筒体结构等高层建筑常配置相对挠曲挠曲。剪力墙或筒体结构等高层建筑常配置相对挠曲很小的箱形基础、桩基或其它深基础，也可作为刚性很小的箱形基础、桩基或其它深基础，也可作为刚性结构看待。结构看待。 在地基、基础和上部结构的共在地基、基础和上部结构的共同作用中，起主导作用的是地基，同作用中，起主导作用的是地基，其次是基础，而上部结构则是在压其次是基础，而上部结构则是在压缩性地

53、基上基础整体刚度有限时才缩性地基上基础整体刚度有限时才起主导作用。起主导作用。最后值得指出的是：最后值得指出的是：2.3 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 基础埋置深度的选择是基础设计须考虑的重要因基础埋置深度的选择是基础设计须考虑的重要因素之一，是地基勘察阶段中应重点查明和确定的问题素之一，是地基勘察阶段中应重点查明和确定的问题之一。它关系到地基的安全可靠性、施工的难易及造之一。它关系到地基的安全可靠性、施工的难易及造价的高低等重要因素。基础埋置深度的确定与选择与价的高低等重要因素。基础埋置深度的确定与选择与下列条件有关：下列条件有关：n与建筑物有关的条件与建筑物有关的条件n工程地质和水

54、文地质条件工程地质和水文地质条件n环境因素环境因素2.3.1 与建筑物有关的条件与建筑物有关的条件要满足建筑物功能要求要满足建筑物功能要求,如有无地下室、地下停车场等；如有无地下室、地下停车场等；土基上的高层、超高层建筑，因竖向荷载大，又要承受风力、土基上的高层、超高层建筑，因竖向荷载大，又要承受风力、地震力等水平荷载，为保证稳定性，基础埋深应随建筑高度适地震力等水平荷载，为保证稳定性，基础埋深应随建筑高度适当增大。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形基当增大。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形基础和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的础和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高

55、度的1/15；桩箱或；桩箱或桩筏基础的基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度桩筏基础的基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的的1/181/20。岩基上的高层、超高层建筑，常需依靠基础侧面上土体来承担岩基上的高层、超高层建筑，常需依靠基础侧面上土体来承担水平荷载，故基础埋深要考虑抗滑要求；水平荷载，故基础埋深要考虑抗滑要求；高耸构筑物要保证抗倾覆稳定性；高耸构筑物要保证抗倾覆稳定性；承受上拔力的构筑物基础，必须有足够的埋深以保证所需的抗承受上拔力的构筑物基础，必须有足够的埋深以保证所需的抗拔阻力；拔阻力；冷藏库或高温炉窑，其基础埋深的选定要考虑热传导引起地基冷藏库或高温炉窑，其基础

56、埋深的选定要考虑热传导引起地基土的冻胀或干缩效应；（土的冻胀或干缩效应；（工程实例工程实例）工程实例：南昌钢铁厂一烟囱工程实例：南昌钢铁厂一烟囱工程及事故概况：工程及事故概况： 一轧车间，一轧车间，1971年年开始建，厂房内有一加开始建，厂房内有一加热炉，东侧有一烟囱高热炉，东侧有一烟囱高50m，1975年投产。年投产。1981年烟囱倾斜开裂，年烟囱倾斜开裂，1984年有三条垂直方向年有三条垂直方向的主要裂缝，长度的主要裂缝，长度35米，宽度米，宽度1020mm，整体向西倾斜。整体向西倾斜。 事故的原因分析：事故的原因分析：地基粘性土均匀，无软弱土；地基粘性土均匀，无软弱土；烟囱上部结构对称，

57、基础承受中心荷载；烟囱上部结构对称，基础承受中心荷载；隔热质量差，烟囱西部地基土长期受高温烘烤，土体含隔热质量差，烟囱西部地基土长期受高温烘烤，土体含水量减至缩限以下，地基不均匀沉降。水量减至缩限以下，地基不均匀沉降。处理：处理：烟囱加固；烟囱加固；隔热加强：做好隔热层，避免新的收缩下沉。隔热加强：做好隔热层，避免新的收缩下沉。工程实例：国外某玻璃钢厂烟囱工程实例：国外某玻璃钢厂烟囱工程及事故概况：工程及事故概况： 烟囱高烟囱高40.5m，位于，位于厂房内加热炉旁，筏板基厂房内加热炉旁，筏板基础，直径为础，直径为5.2m。投产时，。投产时，烟囱倾斜，顶部偏离烟囱倾斜，顶部偏离0.92m。事故原

58、因：事故原因： 类似于上一工程实例；类似于上一工程实例；处理：处理： 拆除，在间隔较远距拆除，在间隔较远距离后重建。离后重建。2.3.2 工程地质和水文地质条件工程地质和水文地质条件(1)考虑选择适宜的持力层，当上层的承载力高于下层土时，一般宜选考虑选择适宜的持力层，当上层的承载力高于下层土时，一般宜选上层土作为持力层，以减少基础埋深（最小不少于上层土作为持力层，以减少基础埋深（最小不少于0.5m）。当上）。当上层的承载力小于下层土时，若取下层土作为持力层，则基础面积层的承载力小于下层土时，若取下层土作为持力层，则基础面积小而埋深大；若取上层土作为持力层，则反之，此时应作方案比小而埋深大；若取

59、上层土作为持力层，则反之，此时应作方案比较后确定基础埋深；较后确定基础埋深；(2)当存在软弱下卧层时，基础宜尽量浅埋，使基底与软弱下卧层距离当存在软弱下卧层时，基础宜尽量浅埋，使基底与软弱下卧层距离尽量加大（不小于尽量加大（不小于0.5m）；）；(3)当地基土在平面上分布不均或上部荷载分布不均时，可采用不同的当地基土在平面上分布不均或上部荷载分布不均时，可采用不同的基础埋深来调整不均匀沉降；基础埋深来调整不均匀沉降； 如地基持力层顶面倾斜，必要时可沿基础长轴方向将基础底面分段如地基持力层顶面倾斜，必要时可沿基础长轴方向将基础底面分段做成高低不同的台阶状，以保证基础各段都具有足够的埋深。分做成高

60、低不同的台阶状，以保证基础各段都具有足够的埋深。分段长度不宜小于相邻两段底面高差的段长度不宜小于相邻两段底面高差的12倍，且不宜小于倍，且不宜小于1m，每阶，每阶高度不宜超过高度不宜超过500mm 。(一般按一般按1:2的高宽比放台阶的高宽比放台阶)2.3.2 工程地质和水文地质条件工程地质和水文地质条件(4) 对修建于坡高对修建于坡高(H)和坡角和坡角()不太大的稳定土坡坡顶的基础不太大的稳定土坡坡顶的基础,应尽应尽量保证由修建基础所引起的附加应力不影响土坡的稳定性量保证由修建基础所引起的附加应力不影响土坡的稳定性 (如如图图) ；(5)地下水位较高时，基础应尽量浅埋，当地下水具有腐蚀性时，