地基承载力特征值与基础底面尺寸确定修改课件

1、基础设计的典型步骤：确定基础埋 深求 得持力层承载力选 择基础底面尺寸验算持力层承载力是否满足pf验算软弱下卧层验算地基变形调整基础尺寸结束否是否否是Terzaghi(1943)极限承载力公式在整体剪切破坏情况下（密实砂土和坚硬粘土地基）对条形基础：对直径为b的圆形基础：对边长为b 方形基础：对于宽为b，长为l的矩形基础，按b/l值在条形基础（b/l 0）及方形基础（b/l=1）的承载力之间插值而得。Terzaghi(1943)极限承载力公式 在局部剪切破坏的情况下（软粘土或松散砂地基上），建议用调整抗剪强度指标，即用：相应于局部剪切破坏的承载力因素,由 查下图中的虚线或由 查图中的实线。代替

2、，极限承载力采用下式：魏锡克(Vesic)极限承载力公式 中心荷载作用下条形基础的地基极限承载力基本公式与Terzaghi公式相同，但其承载力系数不同。式中：承载力因素，分别由下式确定或查表承载力因素 Nc Nq Nr Nq / Nc tan Nc Nq Nr Nq / Nc tan 012345678910111213141516171819202122232425 5.145.385.635.906.196.496.817.167.537.928.358.809.289.8110.3710.9811.6312.3413.1013.9314.8315.8216.8818.0519.3220.

3、72 1.001.091.201.311.431.571.721.882.062.252.472.712.973.263.593.944.344.775.265.806.407.077.828.669.6010.66 0.000.070.150.240.340.450.570.710.861.031.221.441.601.972.292.653.063.535.074.685.396.207.138.209.4410.88 0.200.200.210.220.230.240.250.260.270.280.300.310.320.330.350.360.370.390.400.420.430

4、.450.460.480.500.51 0.000.020.030.050.070.090.110.120.140.160.180.190.210.230.250.270.290.310.320.340.360.380.400.420.450.47 26272829303132333435363738394041424344454647484950 22.2523.9425.8027.8630.1432.6735.4938.6442.1646.1250.5955.6361.3567.8775.3183.8693.71105.11118.37133.88152.10173.64199.26229

5、.93266.89 11.8513.2014.7216.4418.4020.6323.1826.0929.4433.3037.7542.9248.9355.9664.2073.9085.3899.02115.31134.88158.51187.21222.31265.51319.07 12.5414.7416.7219.3422.4025.9930.2235.1941.0648.0356.3166.1978.0392.25109.41130.22155.55186.54224.64271.76330.35403.67496.01613.16762.89 0.530.550.570.590.61

6、0.630.650.680.700.720.750.770.800.820.850.880.910.940.971.011.041.081.121.151.20 0.490.510.530.550.580.600.620.650.670.700.730.750.780.810.840.870.900.930.971.001.041.071.111.151.19 魏锡克(Vesic)极限承载力公式须指出的是：许多地基承载力公式都可写成Terzaghi公式的形式，且这些公式中的Nc、Nq相同，但Nr差别较大。由Vesic公式算得结果与实际分析结果误差不大，且偏于安全。Vesic根据影响承载力的各种

7、因素对公式进行修正。例如：基础底面的形状、偏心和倾斜荷载、基础两侧覆盖层的抗剪强度、基底和地面倾斜h和土的压缩性等其它因素的影响等，到目前是为止，考虑得最多，最全面。基础形状的影响: 对方形或圆形基础,采用半经验的基础形状因素加以修正,修正后的极限承载力公式为:Sc、Sq、Sr-基础形状因素，按以下公式确定： 矩形基础：式中：b为基础宽度， l为基础长度偏心和倾斜荷载的影响： 分析表明，偏心和倾斜荷载作用下，极限承载力将有所降低。对于偏心荷载，如为条形基础，用有效宽度bb-2e (e为偏心距)来代替原来的宽度b；如为矩形基础，则用有效面积Abl代替原来面积A，其中bb-2eb，l=l-2el，

8、eb、el分别为荷载在短边和长边方向的偏心距。 当荷载偏心和倾斜同时存在时：式中：ic、iq、ir荷载倾斜因素其他影响因素 当为有利于传递较大水平荷载将基底做成倾斜式或当地面倾斜时，承载力公式中须引入倾斜系数。在某些条件下尚须考虑下列影响：(1) 土压缩性的影响；(2) 基底尺寸大小的影响；(3) 基础底面粗糙度的影响；(4) 基础竖向剖面形状的影响；(5) 相邻基础相互作用的影响；(6) 地下水位的影响；(7) 地基土分层的影响；(8) 加荷速率的影响等。国家标准建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002） 当荷载偏心矩eb/30（b为偏心方向基底边长）时，根据土的抗剪强度指标确定地基

9、承载力特征值可按下式计算，并应满足变形要求：fa=Mbrb+Mdrmd+Mcck式中：Mb、Md、Mc 承载力系数(表) b基础底面宽度，大于6m时按6m取值，对于砂土小于3m时按3m取值； k、 ck基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角、粘聚力(UU)和重度的标准值，地下水位以下土的重度取有效重度； r基底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度； rm基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度。承载力因素Mr、Mq、Mck（度）MrMqMck（度）MrMqMc024681012141618200.000.030.060.100.140.180.230.290.360.430.511.00

10、1.121.251.391.551.731.942.172.432.723.063.143.323.513.713.934.174.424.695.005.315.66222426283032343638400.610.80(0.7)1.10 (0.8)1.40 (1.0)1.90 (1.2)2.60 (1.4)3.40 (1.6)4.20 (1.8)5.00 (2.1)5.80 (2.5)3.443.874.374.935.596.357.218.259.4410.846.046.456.907.407.958.559.229.9710.8011.73注：k基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角

11、标准值。承载力系数NB、Nh、NcNBNhNc0481216202428323640 0.000.060.140.230.360.510.801.402.504.207.201.001.251.551.942.433.063.874.936.358.2510.84 4.104.555.115.756.507.258.759.9011.1013.0015.20 粉土承载力基本值(kPa)第一指标：孔隙比e第二指标：含水量 w (%)101520253035400.50.60.70.80.91.0410310250200160130390300240190150125(365)2802251801

12、45120(270)215170140115(205)(165)130110(125)105(100)注：1.括号内数字仅供内插值用； 2.第二指标的折算系数为0； 3.在湖、塘、沟、谷与河漫滩地段新近沉积的粉土，其工程性质一般较差，应根据当地实践经验取值。粘性土承载力基本值(kPa)第一指标：孔隙比e第二指标：液性指数 IL00.250.500.751.001.200.50.60.70.80.91.01.1475400325275230200430360295240210180160390325265220190160135(360)295240200170135115(265)210170

13、135115105170135105注：1.括号内数字仅供内插值用； 2.第二指标的折算系数为0.1； 3.在湖、塘、沟、谷与河漫滩地段新近沉积的粘性土，其工程性能一般较差；第四纪晚更新世(Q3)及其以前沉积的老粘性土，其工程性能通常较好。这些土均应根据当地实践经验取值。沿海地区淤泥和淤泥质土承载力基本值(kPa)天然含水量w(%)36404550556575f0(kPa)100908070605040注：1.本表仅适用于定义范围内的红粘土； 2.第二指标的折算系数为0.4。注：对于内陆淤泥和淤泥质土，可参考使用。红粘土承载力基本值(kPa)土的名称第二指标：液塑比Ir=第二指标：含水比 aw

14、=0.50.60.70.80.91.0红粘土1.73802702101801501402.3280200160130110100次生红粘土250190150130110100素填土承载力基本值(kPa)压缩模量E s1-2(MPa)75432f0(kPa)1601351158565注：1.本表仅适用于堆填时间超过十年的粘性土，以及超过五年的粉土； 2.压实填土的地基承载力，可按规范第6.3.2条采用；3. E s1-2为与压缩系数a1-2相应的压缩模量。砂类土承载力标准值(kPa)土类 N 10153050中砂、粗砂粉砂、细砂180140250180340250500340注：本表仅适用于粘性

15、土和粉土组成的素填土。粘性土承载力标准值(kPa)N 357911131517192123fk(kPa)105145190235280325370430515600680粘性土承载力标准值(kPa)N10 15202530fk(kPa)105145190230砂类土承载力标准值(kPa)N10 10203040fk(kPa)85115135160地基承载力标准值fk(kPa) (相当于特征值fak ) ：承载力标准值：式中：回归修正系数:变异系数:平均值:标准差:地基承载力设计值fd(kPa)(相当于修正后的fa )： 规范表格都是针对基础宽度b3m，埋置深度d0.5m的情况作出，设计时应换算

16、为地基承载力设计值fd 。当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时,当计算所得设计值fd0.50, 查表2-4得=23, tan=0.424基底处的平均压力p和土的自重应力czz +cz =34+70=104 kPa (2.53.0的纵墙正向相对挠曲（弯曲段的矢高与其长度之比）的允许值（约0.00050.0007)比反向挠曲大。即纵墙抵抗正向挠曲的能力比抵抗反向挠曲的能力大。一般砌体承重结构房屋的长高比不大，以局部出现斜裂缝为主，以局部倾斜作为地基的主要变形特征。（表）对框架结构：主要因柱基的不均匀沉降是构件受剪扭曲而损坏。通常要求相邻柱基的沉降差0.002l(l为柱间距)与刚性结构有关的地

17、基变形特征:主要变形特征：整体倾斜影响因素:地基不均匀,荷载不均匀,相邻建筑物的影响允许值的确定: 人们视觉的敏锐程度(1/250)； 结构损坏 (1/150)；倾斜允许值随建筑物高度增加而递减。地基基础规范规定:基础倾斜引起矩形基底边缘压力增量p不得超过平均压力p的1/40作为允许倾斜值的控制标准。即 p =pmax-p=p6e/bp/40若假设上部结构重心位于建筑物高度Hg的一半(即Hg/2)处，则允许偏心距e=Hg/2,代入上式得要求验算地基特征变形的建筑物范围:地基基础规范根据地基复杂程度、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

18、个设计等级。根据建筑物的地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，对地基变形作出具体规定： 设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；(2)表3.0.2所列范围内的设计等级为丙极的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：要求验算地基特征变形的建筑物范围: 地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑； 在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时； 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时； 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； 地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。表3.0.2 可不作地基变形计

19、算设计等级为丙级的建筑范围地基主要受力层情况地基承载力特征值fak(kPa)60 fak 8080 fak 100100 fak 130130 fak 160160 fak 200200 fak 300各土层坡度（%）5510101010建筑类型砌体承重结构、框架结构（层数）555667单层排架结构(6m柱距)单跨吊车额定起重量(t)510101515202030305050100厂房跨度(m)121824303030多跨吊车额定起重量(t)355101015152020303075厂房跨度(m)121824303030烟囱高度(m)30405075100水塔高度(m)1520303030容积

20、(m3)50501001002002003003005005001000表3.0.2 可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑范围表注：1. 地基主要受力层系指条形基础底面下深度为3b(b为基础底面宽度)，独立基础下为1.5b，且厚度均不小于5m的范(二层以下一般的民用建筑除外)； 2. 地基主要受力层中如有承载力特征值小于130kPa的土层时，表中砌体承重置结构的设计，应符合地基基础规范第七章的有关要求；3. 表中砌体承重结构和框架结构均指民用建筑，对于工业建筑可按厂房高度、荷载情况折合成与其相当的民用建筑层数；4. 表中吊车额定起量量、烟囱高度和水塔容积的数值系指最大值。地基变形计算应符合如

21、下规定：由于建筑地基不均匀、荷载差异很大、体型复杂等因素引起的地基变形，对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于框架结构和单层排架结构应由相邻柱基的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制；在必要情况下，需要分别预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形值，以便预留建筑物有关部分之间的净空，考虑连接方法和施工顺序。此时一般建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可认为其最终沉降量已完成80%以上；对于低压缩性粘性土可认为已完成最终沉降量的5080%，对于中压缩性粘性土可认为已完成2050%，对于高压缩性粘性土可认为已完成520%。按允许沉降量调整基础底面尺寸：基本概念：沉降量：对于p0

22、一定，荷载不同的基础，荷载愈大，则尺寸愈大，即b大，则s大。如果荷载一定，则b越大，p0越小，s越小。即： s可以通过调整尺寸来调整式中：、E0地基泊松比和变形模量； p0基底平均附加压力； b 矩形基础的宽度或圆形基础的直径； 沉降影响系数，按基础刚度、底面形状 及计算点位置而定。以迭代法调整基底尺寸：三个前提条件：高压缩性地基；考虑相邻基础的影响假设地基具有线性变形性质而可用叠加原理。即：不同尺寸的相邻基础j，k（如图），引入沉降影响系数，基础的沉降可分别表达为： sj=jjFj+jkFk ； sk=kkFk+kjFj 则两基础的沉降差可表达为： kj =（kkjk）Fk（jjkj）Fjj

23、k表示k 基础承受单位荷载在j 基础中心处引起的沉降。迭代法分三步进行：第一步：用允许沉降量计算基底压力p,由上式有第二步:计算近似解第三步:比较Ak与Ak若满足精度取Ak作为最终结果，若不满足，以Ak为Ak代入第一步再次迭代。对柱网下，验算沉降差与柱距之比最大的一对。沉降影响系数:沉降量:可以表示为:例题7:不同尺寸的相邻基础j、k如图所示： 两基础中心距离为4m，Fj=390kN，Fk=745kN，按相同的承载力设计值f确定的两基础底面面积分别为Aj=2.01.5=3m2，Ak=3.0 2.0=6m2 已经求得各沉降影响系数值如下： jj=0.4100mm/kN， jk=0.0305mm/

24、kN， kk=0.3117mm/kN， kj=0.0207mm/kN， 试分别按下列条件调整基底尺寸：(采用第一次迭代近似值) sk*=sj*200mm； sk*sj*20mm； sk*=sj*160mm；解先计算调整前的沉降量和沉降差：按 条件（1）调整：因sj=183mmsj*=200mm,故只能扩大Ak。令=0，可得调整后的基底附加压力Ak应增大为解按 条件（2）调整：欲使沉降差减小到=20mm，则pk*应为故：按 条件(3)调整:因两基础的沉降量都大于160mm,故须同时减少它们的基底附加压力,据题意有:即：1.8702pk*+0.0621pj*=1.230pj*+0.183 pk*=160解之,得 pj*=117.94kPa, pk*=8