高层建筑基础工程4-箱形基础（凤山书屋）

1、 第一节 概述 箱形基础的定义？它有哪些特点？常见类型有哪些？第四章箱形基础1凌云书屋概念： 箱形基础是由钢筋混凝土顶、底板、侧墙和一定数量内隔墙构成的、具有相当大的整体刚度的箱形结构。组成： 钢筋混凝土顶、底板、侧墙和内隔墙箱形基础箱形基础的概念：2凌云书屋优点：刚度大、整体性好、传力均匀；能适应局部软硬不均匀地基，有效调整基底反力；能提高了地基承载力、减小了建筑物的沉降；抗震性能较好；箱基的底板及其外围墙形成的整体有利于防水。还具有兼作人防地下室的优点。绪论箱形基础的特点：箱形基础3凌云书屋缺点：内隔墙相对较多。支模和绑扎钢筋都需要时间，因而施工工期相对较长；此外，使用上也因隔墙较多而受到

2、一定的影响。绪论箱形基础的特点：箱形基础4凌云书屋适用于： 高层框架、剪力墙以及框架剪力墙结构。绪论箱形基础的适用情况：箱形基础5凌云书屋类型：（属补偿性基础）基底土的自重应力pcz和水压力pw之和pc、计算基底压力p欠补偿 p0 ppc0全补偿 p0 ppc=0超补偿 p0 ppc0绪论箱形基础的常见类型：箱形基础6凌云书屋绪论箱形基础全补偿时地下室的层数：箱形基础7凌云书屋埋深：A.埋深应满足地基承载力、变形、稳定性要求；B.地震区， （H为建筑物地面以上高度）c.桩筏（箱）基础： （注：d不包括桩长）注：位于岩石地基上时，应满足抗滑要求。建筑物倾斜1/250时，肉眼可察，可造成建筑物损害

3、；1/150时，结构开始破坏。第二节 箱形基础埋深及构造要求箱形基础一、埋置深度：8凌云书屋1.高度：A.应能满足承载力和自身刚度的要求；B.不宜小于箱基长度的120，也不应小于3m；绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求9凌云书屋2.平面尺寸： 通常是先根据地基承载力、上部结构布局及荷载分布情况来确定。A.一般情况下，箱基平面形状与上部结构一致；B.对单幢建筑物，地基较均匀时，基底平面形心宜与结构竖向永久荷载重心重合；绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求10凌云书屋2.平面尺寸：当不能重合时，偏心距e，宜符合下列要求：永久荷载与活载组合时：永久荷载、活载与风载组合时：式

4、中 ：W为与偏心距方向一致的基础底面抵抗矩，A为基础底面积绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求11凌云书屋2.平面尺寸：如不满足上述要求：（1）可调整箱基底板挑出尺寸；（2）调整箱基平面尺寸绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求12凌云书屋2.平面尺寸：调整箱基底板挑出尺寸：（1）将基础底板一侧或四边适当悬挑；（2）将箱形基础整体扩大注：宽度方向优先考虑。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求13凌云书屋绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求14凌云书屋注明：（1）扩大部分的墙体应与箱形基础的内墙或外墙拉通连成整体；（2）扩大部分的墙体可视作由箱基内、

5、外墙伸出的悬挑梁，计算时扩大部分的墙体根部受剪截面宜符合： V0.15fcbh0 其中：V为墙根部的剪力设计值， b和h0分别为扩大部分墙体的厚度和墙 的有效高度。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求15凌云书屋3.内外墙：作用：连接箱基顶，底板；使箱基具有足够的整体刚度和承载力；把上部结构的竖向荷载安全地传到地基上。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求16凌云书屋3.内外墙：布置：外墙沿建筑物四周布置；内墙沿上部结构柱网和剪力墙的位置均匀布置；墙体水平截面总面积不宜小于箱基础外墙外包尺寸的水平投影面积的1/10。对平面尺寸长宽比大于4的箱基，长度方向墙体水平截面面积不

6、得小于箱基外墙外包尺寸的水平投影面积的1/18。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求17凌云书屋3.内外墙：墙厚：外墙厚度不应小于250mm；内墙厚度不应小于200mm；当箱基兼作人防地下室时，其外墙厚度还应根据人防等级，按实际情况计算后确定。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求18凌云书屋4.顶板和底板：A. 应根据荷载大小、跨度、整体刚度、防水要求确定；B.底板厚度不应小于400-500mm，且板厚与最大双向板区格的短边尺寸之比不小于114；C.顶板厚度一般不应小于150mm，且应能承受由整体弯曲产生的压力，当考虑上部结构嵌固在箱基顶板上时顶板厚不宜小于200mm；

7、绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求19凌云书屋4.顶板和底板：D.对兼作人防地下室的箱基基底、顶板的厚度，按实际要求计算后确定。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求20凌云书屋5.墙体洞口：布置：应设在墙体剪力较小的部位；门洞宜设在柱间居中部位。洞边至上层柱中心的水平距离不宜小于12m；绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求21凌云书屋5.墙体洞口：刚度折减系数c：绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求式中：n洞口上过粱的截面 高度与箱基净高比值； m洞口宽度与柱间中心距的比值。22凌云书屋6.配筋：墙体内应设置双面钢筋，横、纵向钢筋不应小于102

8、00；除上部为剪力墙外，内、外墙的墙顶处宜配置两根不小于 20mm的钢筋；仅考虑局部弯曲时：纵横方向的支座钢筋尚应有1/21/3贯通全跨，且配筋率应分别不小于0.15、0.10跨中钢筋按实际配筋率全部连通。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求23凌云书屋6.配筋：如下情形可仅考虑局部弯曲： 在岩石地基、密实的碎(砾)石土、砂土地基上的箱基或上部结构为剪力墙体系、层数为20层以上的框架、框架剪力墙体系的箱基，其顶、底板可仅考虑局部弯曲作用。荷载取值： 顶板取实际荷载； 底板反力可取为均布基底净反力。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求24凌云书屋7.混凝土：箱基混凝土强度

9、等级不应低于C20；抗渗标号不应低于S6；当箱基长度超过4060m时，为了避免因温差在混凝土中产生应力应设置贯通箱基横断面的后浇带，带宽不宜小于80cm，后浇带处钢筋必须连通并适当加强。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求25凌云书屋7.混凝土：绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求26凌云书屋（1）基础底面压力应小于地基容许承载力值；（2）建筑物的沉降应小于容许变形值；（3）避免地基滑动，防止建筑物失稳。第三节 地基计算箱形基础设计基本原则：27凌云书屋当受轴心荷载作用时：绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算当受偏心荷载作用时：28凌云书屋当地震荷载验算中基底出现零压

10、力区时：绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算L垂直于力矩作用方向的底面边长；a合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。29凌云书屋1非抗震设防时：式中 f地基承载力设计值。绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算30凌云书屋1非抗震设防时：对软土地区尚应按下列荷载组合进行验算。(1)恒载与活荷载组合而无风荷载: eb/60(2)风载与恒载及其他活荷载组合: eb/80绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算31凌云书屋2抗震设防时： 绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算32凌云书屋2抗震设防时： 绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算33凌云书屋2抗震设防时：注： 高宽比大于4的高层建筑，在地

11、震作用下基础底面不宜出现拉应力；其他建筑基础底面与地基之间零压力区面积不应超过基础底面面积的15； 此外，当地基受力层范围内有软弱下卧层时还应验算软弱下卧层的承载力：绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算34凌云书屋稳定性验算：（一）水平滑移稳定性验算（二）偏心、水平荷载作用下防倾覆验算（三）整体倾覆稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算35凌云书屋稳定性验算：（一）水平滑移稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算36凌云书屋稳定性验算：（一）水平滑移稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算K为安全系数取1.2一1.5A1基础底面积，一般不计挑出部分；S地基土抗

12、剪强度，A2平行于剪力方向的两侧壁有效面积(A22bhc)；fh土与混凝土之间的摩擦系数；0静止土压力。 37凌云书屋稳定性验算：（二）偏心、水平荷载作用下防倾覆验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算1.水平荷载作用下(竖向荷载偏心距e0）抗倾覆力矩标准值倾覆力矩标准值38凌云书屋稳定性验算：（二）偏心、水平荷载作用下防倾覆验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算2.偏心和水平荷载作用下：抗倾覆力矩标准值倾覆力矩标准值39凌云书屋稳定性验算：（二）偏心、水平荷载作用下防倾覆验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算抗倾覆稳定性安全系数k为：40凌云书屋稳定性验算：（三）整体倾覆稳定

13、性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算1经典的滑动圆弧条分法2. 简化的圆弧滑动面法41凌云书屋稳定性验算：（三）整体倾覆稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算1经典的滑动圆弧条分法计算式：42凌云书屋稳定性验算：（三）整体倾覆稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算注：经典的滑动圆弧条分法需验算多个可能滑动面以确定最小安全系数是否满足要求，比较麻烦。43凌云书屋稳定性验算：（三）整体倾覆稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算2简化的圆弧滑动面法计算式：44凌云书屋稳定性验算：（三）整体倾覆稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算2简化的圆弧

14、滑动面法 当基底以下，深度t处有坚硬土层时，滑弧将与硬土层面相切：45凌云书屋（一）地基变形计算深度 1规范公式 2经验公式绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算46凌云书屋（一）地基变形计算深度 1规范公式 适用条件：当无相邻荷载影响，基础宽度在150m范围内时，基础中点的沉降计算深度zn可简化计算为：绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算 式中B为基础宽度47凌云书屋（一）地基变形计算深度 2经验公式 适用条件：B1030m的方形或矩形基础绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算48凌云书屋（二）地基沉降计算箱基下地基变形存在四个阶段： 开挖阶段的回弹变形； 再压缩阶段(自重应力阶段)的变形

15、； 附加应力阶段变形； 恒载阶段的变形。绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算49凌云书屋（二）地基沉降计算 1采用压缩模量计算 2. 采用变性模量计算绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算50凌云书屋（二）地基沉降计算 1采用压缩模量计算绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算注：（1）p0为基底有效附加压力 P0p pD 式中：p相应于荷载标准值时基底平均总压力，扣除 水浮力； pD基底标高处土的自重压力。 （2）s为经验修正系数，应特别注意地区经验，可参照表4-4采用(埋深一般小于6m)51凌云书屋 52凌云书屋（二）地基沉降计算2. 采用变性模量计算绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算

16、53凌云书屋 54凌云书屋 55凌云书屋（三）地基回弹变形计算5.3.9 当建筑物地下室基础埋置较深时，需要考虑开挖基坑地基土的回弹，该部分回弹变形量可按下式计算：绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算56凌云书屋（四）高层建筑箱基与筏基的允许变形 1.最大沉降值 2.差异沉降 3.整体倾斜绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算57凌云书屋（四）高层建筑箱基与筏基的允许变形 1.最大沉降值绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算58凌云书屋（四）高层建筑箱基与筏基的允许变形 2.差异沉降限制的原则：首先是差异沉降引起的结构内力不得超过容许范围；其次是差异沉降引起的建筑物整体倾斜值不得超过容许范围

17、；第三是差异沉降引起的楼地面倾斜不得影响正常使用；第四是差异沉降引起沉降缝两侧的楼、地面无明显的落差。绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算59凌云书屋（四）高层建筑箱基与筏基的允许变形 3.整体倾斜（1）按建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）（可查表）（2）按高层建筑箱形与筏板基础技术规范(JGJ 699)绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算60凌云书屋61凌云书屋（四）高层建筑箱基与筏基的允许变形 3.整体倾斜（2）按高层建筑箱形与筏板基础技术规范(JGJ 699)在非震区整体倾斜计算值B/100H其中B为箱基宽度，H为建筑物高度；在地震区，整体倾斜的控制应更加严格，建议 (

18、1/2001/150)B/H。绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算62凌云书屋箱形基础结构设计的内容：组成构件： 顶板、底板、内墙、外墙、门洞过梁内容： 强度计算、配筋、构造要求关键： 地基反力计算绪论箱形基础第四节 箱形基础结构设计：63凌云书屋1.地基反力分布形式：影响因素：基础和上部结构的刚度；建筑物的荷载分布及其大小；基础的埋置深度；基础平面的形状和尺寸；有无相邻建筑物的影响；地基土的性质；施工条件(如施工引起的基底土的扰动)等。绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计64凌云书屋1.地基反力分布形式：极端情况：完全柔性基础地基反力分布与荷载分布一致；完全刚性基础地基与基础变形协调一致；

19、绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计65凌云书屋 实际一般情况：66凌云书屋2.地基反力计算方法：a.刚性法b.弹性地基梁法c.实测地基反力系数法d.可变地基系数法绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计67凌云书屋2.地基反力计算方法：a.刚性法假定：地基反力是按直线变化规律分布的；优点：其力学概念清楚，计算方法简便。缺点：实际工程中，对于高层建筑箱形基础，并非简单的直线分布。绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计68凌云书屋2.地基反力计算方法：b.弹性地基梁法工字等代梁（对矩形平面箱基）的简化：翼缘宽度：工字形截面上、下翼缘宽度分别为箱基顶、底板宽；翼缘厚度：工字形截面上、下翼缘厚度分别为箱基

20、顶、底板厚；腹板厚度：为在弯曲方向墙体厚度之总和；梁高：即箱基高度。绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计69凌云书屋2.地基反力计算方法：c.实测地基反力系数法将箱基底面(包括悬挑部分，但不宜大于0.8m)划分为40区格：绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计70凌云书屋2.地基反力计算方法：c.实测地基反力系数法每区格地基反力pi为：绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计71凌云书屋 72凌云书屋2.地基反力计算方法：c.实测地基反力系数法注意事项：（1）基础的刚度是影响地基反力分布的重要因素之一。地基反力系数表适用整体刚度较好的箱基和其他类型的刚度基础。（2）适用于基础下主要受力层范围内地层比

21、较均匀、上部结构及其荷载分布比较均匀对称、基础底板悬排不大于0.8m的单幢建筑；绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计73凌云书屋2.地基反力计算方法：c.实测地基反力系数法注意事项：（3）基础埋深对地基反力分布有一定影响。基础埋深越大，地基反力越趋向平缓。（4）有相邻建筑的地基反力会比无相邻建筑影响时更均匀平缓。（5）地基局部不均匀和上部结构荷载及刚度分布不均匀的影响。绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计74凌云书屋2.地基反力计算方法：d.可变地基系数法注： 对于不符合地基反力系数法适用条件的情况，可采用可变地基系数法； 它是一种试算法，通过逐次改变地基系数进行沉降分析和基底反力计算，直至达

22、到要求的精度。绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计75凌云书屋2.地基反力计算方法：d.可变地基系数法计算步骤：（1）将刚度为EhI的箱基底面等分为n区格，每一区格的面积为a，如图所示； 绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计76凌云书屋2.地基反力计算方法：d.可变地基系数法计算步骤：（2）确定基底反力的初始值p（假定为直线分布）；（3）计算各区格沉降量s：sp式中， 为地基柔度矩阵。 绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计77凌云书屋2.地基反力计算方法：d.可变地基系数法计算步骤：（4）计算各区格基床系数K的近似值：（5）确定箱基基底的平均沉降sa；式中，A为基底面积。绪论箱形基础一、 地基

23、反力：结构设计78凌云书屋2.地基反力计算方法：d.可变地基系数法计算步骤：（6）由K的近似值和基底平均沉降计算各区格基底反力改进值： 注：将基底反力计算结果用静力平衡条件校核，若不满足，将差值均分于每一区格进行调整。绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计79凌云书屋2.地基反力计算方法：d.可变地基系数法计算步骤：（7）将调控后的基底反力改进值p代入，重复步骤（36），直到所求得的地基反力差值在允许范围为止。绪论箱形基础一、 地基反力：结构设计80凌云书屋整体弯曲局部弯曲绪论箱形基础二、箱基的内力计算：结构设计81凌云书屋高层建筑箱形与筏板基础技术规范(JGJ 699)提出： 在满足该规范要求

24、的条件下，当地基压缩层深度范围内的土层较均匀，且上部结构为平、立面布置较规则的高层剪力墙、框架、框剪结构时箱形基础可不进行整体弯曲计算，箱基的顶、底板可仅按局部弯曲计算。作为考虑整体弯曲的措施，在构造上将局部弯曲算出来的顶、底板纵、横方向的支座钢筋的1312贯通全跨，且贯通钢筋的配筋率分别不小于0.15、0.10；跨中钢筋按实配钢筋全部连通。绪论箱形基础二、箱基的内力计算：结构设计82凌云书屋1.上部结构为现浇剪力墙体系：2.上部结构为框架体系：绪论箱形基础二、箱基的内力计算：结构设计83凌云书屋1.上部结构为现浇剪力墙体系：顶板底板可仅考虑局部受弯： 内、外墙：顶板、底板的可靠支座；底板：按

25、倒楼盖计算；顶板：按普通楼盖计算。 若箱基兼作人防地下室，则顶板上荷载还须按人防要求确定。绪论箱形基础二、箱基的内力计算：结构设计84凌云书屋1.上部结构为现浇剪力墙体系： 箱基外墙：按多跨连续双向板计算； 荷载：土压力PE，当地下水位在基底 以上时，尚有水压力PW； 内墙：一般按构造配筋，必要时按抗剪验算。绪论箱形基础二、箱基的内力计算：结构设计85凌云书屋1.上部结构为现浇剪力墙体系： 对于整体弯曲的影响，可在构造上加以考虑：即钢筋配置量除应满足上述计算要求外，其纵横方向支座钢筋中应分别有0.15、0.1配筋率的钢筋连通配置，而跨中钢筋则按实际配筋率全部连通。注：对于上部结构为框架剪力墙结

26、构，一般仍可参照上部结构为现浇剪力墙体系来处理。绪论箱形基础二、箱基的内力计算：结构设计86凌云书屋2.上部结构为框架体系：箱基应按整体加局部弯曲计算：注：计算整体弯曲应力时，应考虑上部结构的共同作用。 绪论箱形基础二、箱基的内力计算：结构设计87凌云书屋（1）框架结构抗弯刚度近视计算 一层框架的等代抗弯刚度可按下式计算：绪论箱形基础2.上部结构为框架体系：结构设计88凌云书屋（2）整体弯矩对箱基的分配 上部结构的等代刚度：绪论箱形基础2.上部结构为框架体系：结构设计89凌云书屋（2）整体弯矩对箱基的分配 上部结构的等代刚度：绪论箱形基础2.上部结构为框架体系：结构设计90凌云书屋（2）整体弯

27、矩对箱基的分配 上部结构的等代刚度：绪论箱形基础2.上部结构为框架体系：结构设计91凌云书屋（2）整体弯矩对箱基的分配 箱基础的等代刚度： 注：首先应将箱基简化为工字梁。 计算式：绪论箱形基础2.上部结构为框架体系：结构设计注：Kbg视为横梁线刚度，Kbg=Jg/L； 伸入箱基的暗柱视为与首层柱有相同的刚度，其线刚度为KlgJl1/hg ，其中hg为箱基高度92凌云书屋（2）整体弯矩对箱基的分配 箱基础的整体弯曲弯矩：绪论箱形基础2.上部结构为框架体系：结构设计上部结构承担的整体弯矩：93凌云书屋（2）局部弯矩与叠加底板荷载：基底反力按实用反力系数或其他有效方法确定，扣除箱形基础底板自重后，作

28、为计算局部弯矩的荷载；顶板荷载：实际荷载；计算：视顶、底板为周边固定的双向连续板计算局部弯曲的弯矩值；叠加：对底板，应将局部弯矩值乘以0.8后取用，与整体弯矩进行叠加；对顶板则全部叠加。绪论箱形基础2.上部结构为框架体系：结构设计94凌云书屋注明：1.在计算箱基结构内力时，荷载中可不计风荷载及设计烈度小于或等于8度时的地震荷载。即在一般情况下，只考虑垂直恒载不考虑水平荷载。2.按上述规则设计的箱形基础，能够抵抗8度地震。绪论箱形基础2.上部结构为框架体系：结构设计95凌云书屋（一）顶板与底板1.顶板水平抗剪强度 当考虑上部结构嵌固在箱形基础顶板上或地下一层结构顶部时，箱基或地下一层结构顶板除满

29、足正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力要求外，其厚度尚不应小于200mm。对框筒或筒中筒结构，箱基或地下一层结构顶板与外墙连接处的截面，尚应符合下列条件：绪论箱形基础二、箱基的强度验算：结构设计96凌云书屋（一）顶板与底板1.顶板水平抗剪强度绪论箱形基础二、箱基的强度验算：结构设计注： vf为上部结构传来的计算截面处的水平剪力值；vE,f为地震效应组合时，上部结构传来的计算截面处的水平地震剪力设计值；bf为沿水平力或地震力方向与外墙连接的箱基或地下一层结构顶板的宽度；tf为箱基或地下一层结构顶板的厚度；RE为承载力抗震调整系数，取0.85。97凌云书屋（一）顶板与底板2底板斜截面抗剪强度 箱基的底板厚度应根据实际受力情况、整体刚度及防水要求确定，其厚度不应小于30mm。除计算正截而受弯承载力外，其斜截面受剪承载力应符合下式要求：绪论箱形基础二、箱基的强度验算：结构设计98凌云书屋（一）顶板与底板2底板斜截面抗剪强度绪论箱形基础二、箱基的强度验算：结构设计注：Vs为扣除底板自重后基底净反力产生的板支座边缘处的总剪力设计值即板面荷载或板底反力乘以图中阴影面积；b为支座边缘处板的净宽；h0为底板的截面有效高度；其余符号同前。99凌云书屋（一）顶板与底板2底板抗冲切强度底板区隔为双向板