天然地基浅基础

天然地基浅基础第1页/共108页天然地基：建筑物荷载不大或地基土强度较高时，天然土层不需要经过特殊处理就可承受建筑物荷重的地基。天然地基上的浅基础：天然地基上，基础埋置深度小于5m的一般基础(柱基或墙基)以及埋置深度超过5m，但小于基础宽度的大尺寸的基础(如箱形基础)。

在选择地基基础类型时，主要考虑两个方面的因素：一、建筑物的性质(包括它的用途、重要性、结构型式、荷载性质和荷载大小等)；二、地基的地质条件(包括土层的分布、土的性质和地下水等)。4.1概述第2页/共108页sanban地基基础的设计等级

GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》根据地基复杂程度、建筑物规则和功能特征，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，将地基基础设计划分为三个设计等级。4.1概述第3页/共108页浅基础的设计规定地基基础的设计与计算应满足承载力极限状态和正常使用极限状态，其规定为：(1)基础有应足够的强度、刚度与耐久性。

(2)地基应具有足够的强度和稳定性。规范要求各级建筑物地基均应进行承载力计算；对经常承受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性，以保证地基在防止整体剪切破坏方面有足够的安全储备。(3)地基应满足变形方面的要求。设计等级为甲级、乙级的建筑物，应按地基变形设计；建筑物情况和地基条件复杂的丙级建筑物地基尚应做变形验算，以保证建筑物不因地基沉降影响正常使用。4.1概述第4页/共108页荷载取值规定

地基基础设计时,所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.04.1概述第5页/共108页荷载取值规定在确定基础或桩台高度、支挡结构截面计算、基础或支挡结构内力确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数0不应小于1.0。4.1概述第6页/共108页地基基础设计内容和一般步骤

(1)选择基础的材料、类型，确定平面布置；(2)选择基础的埋置深度，即确定地基持力层；(3)确定地基承载力特征值；(4)根据传至基础底面上的荷载效应和地基承载力特征值，确定基础底面积；(5)根据传至基础底面上的荷载效应进行相应的地基验算(变形和稳定性验算)；(6)根据传至基础底面上的荷载效应确定基础构造尺寸，进行必要的结构计算；(7)绘制基础施工图。

4.1概述第7页/共108页

如果地基中有软弱土层存在(通常指承载力低于100kPa的土层)，不适于做天然地基上的浅基础时，常用以下3种方法解决：

1．加固软弱土层，提高土层的承载力，再把基础做在经过人工加固后的土层上。这种地基叫做人工地基。

地基基础类型4.1概述第8页/共108页2．在地基中打桩，把建筑物支撑在桩承台上，建筑物的荷载由桩传到地基深处较为坚实的土层。这种基础叫做桩基础

3．把基础做在地基深处在承载力较高的土层上。埋置深度大于5m或大于基础宽度，在计算基础时应该考虑基础侧壁摩擦力的影响。这类基础叫做深基础。地基基础类型4.1概述第9页/共108页二、地基的极限状态设计

根据《建筑地基基础设计规范》(以下简称《地基规范》)，为保证建筑物的安全使用，地基必须满足两种极限状态的要求，即：

1.承载力极限状态

p

f式中：p—基础底面处的平均压力设计值，kPa；在p的计算中，所采用的荷载是荷载的基本组合设计值。f—地基承载力设计值，kPa。

2.正常使用极限状态

s[s]式中：s—建筑物地基的变形;在s的计算中，应采用荷载的长期效应组合．不计入风荷载和地震荷载，且荷载用标准值；[s]—建筑物地基的变形容许值。

从表面来看，地基的极限状态设计与结构物的极限状态设计完全相同。旨先满足承载力极限状态，保证地基的稳定，其次满足正常使用极限状态，符合变形的要求。但从已有大量地基事故分析表明，绝大多数事故是由于地基变形过大和不均匀沉降所造成的。根据地基载荷试验和地基承载力理论可知，随着荷载的增加，地基先产生压密变形，再产生局部剪切破坏，最后产生整体剪切破坏。而且代表压密变形阶段的界限压力，即临塑荷载pcr远小于整体剪切破坏的极限荷载pu。这就是说地基在充分发挥其承载力以前，通常都产生较大的变形，影响建筑物的正常使用，即地基设计实质上是受变形所控制。4.1概述第10页/共108页

承载力特征值的含义与材料强度计算值的内涵完全不一样。首先，地基土体的承载能力f值不是土的强度，其值不仅与土的性质有关，而且与荷载的分布范围以及作用的深度等因素有关；其次，f值在很大程度上仍然是反映建筑物对变形的限制。如上所述，地基发生失稳破坏的情况极为少见。变形验算的实质是控制地基内不要出现过大的塑性区，以免变形迅速发展，导致地基失稳。由此可见，地基的极限状态分析实际上是以验算变形为核心的分析。这点与结构的极限分析有所不同。

三、地基的验算要求

《地基规范》按由于地基的原因造成建筑物破坏后果的严重性，将建筑物分成3个安全等级，并相应地规定验算要求。4.1概述第11页/共108页不同的安全等级地基的验算要求

1.一级建筑物和下表所列范围以外的建筑物以及虽属于下表以内的建筑，但符合如下规定之一项者，均应进行地基变形验算，即除了应该满足承载力极限状态的要求外，还应满足正常使用极限状态的要求。

(1).地基承载力标准值小于130kPa．且体型复杂的建筑；

(2).在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，引起地基不均匀沉降时；

(3).软弱地基上的相邻建筑物距离过近，可能发生倾斜时；

(4).地基内有厚度较大或厚度不均的填土，其自重固结未完成时。

2.不属于上述范围内的二级建筑物和三级建筑物．只要求验算地基承载力，可不再进行变形验算，即满足地基承载力的要求也就满足了变形的要求。

3.对于经常受水平荷载作用的水工建筑物，挡土结构、高层建筑、高耸结构，以及建造在斜坡上的建筑物和构筑物，还应验算地基的稳定性。4.1概述第12页/共108页4.1概述第13页/共108页四、浅基础设计内容及步骤

天然地基上浅基础的设计内容和顺序如下：

1.阅读和分析建筑物场地的地质勘察资料和建筑物的设计资料，进行相应的现场勘察和调查；

2.选择基础的结构类型和建筑材料；

3.选择持力层，决定合适的基础埋置深度；

4.根据地基的承载力和作用在基础上的荷载，计算基础的初步尺寸；

5.进行地基计算，包括地基持力层和软弱下卧层(如果存在)的承载力验算，以及按规定需要进行的变形验算，根据验算结果修改基础尺寸；

6.进行基础的结构和构造设计；

7.绘制基础的设计图和施工图；

8.编制工程预算书和工程设计说明书。4.1概述第14页/共108页天然地基

浅基础的分类按基础埋深分

浅基础与深基础2按基础刚度分

无筋扩展(刚性)基础 扩展基础3按基础的结构形式分ShallowfoundationRigidfoundationSpreadfoundationMatfoundationPilefoundationIndividualfooting(padfoundation)StripfootingCrossstripfootingBoxfoundation4.2浅基础的类型与基础材料第15页/共108页2

按基础刚度分无筋扩展基础

Rigidfoundation

砖、石、灰土，素混凝土材料抗拉强度很低有基础台阶宽高比(刚性角)要求扩展基础(柔性基础)Spreadfoundation钢筋混凝土要满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求Fbtb0h0F4.2浅基础的类型与基础材料第16页/共108页砖基础有等高砌法和二一间隔砌法两种,砖、石、砂浆材料的最低强度等级应符合表4-2的要求。毛石基础是用未经人工加工的石材和砂浆砌筑而成，能就地取材，价格低，但施工劳动强度大。毛石基础设计中，基底一般不设混凝土垫层(a)等高切法(b)二一间隔砌法砖基础毛石基础

无筋扩展基础-刚性基础4.2浅基础的类型与基础材料第17页/共108页三合土基础是用石灰、砂、碎砖或碎石三合一材料铺设、压密而成。其体积比一般按1∶2∶4～1∶3∶6配制，灰土基础是用石灰和粘性土混合材料铺设、压密而成。其体积比常用3∶7或2∶8的比例配制，荷载较大或位于地下水位以下时，可选用混凝土基础混凝土基础

灰土基础

三合土基础

4.2浅基础的类型与基础材料第18页/共108页3按基础的结构形式分类单独基础:柱下或墙下,土质较好Individualfooting,padfoundation4.2浅基础的类型与基础材料第19页/共108页条型基础墙下或柱下条形基础,柱下:一般是土质差,两侧单独基础相连Stripfoundation4.2浅基础的类型与基础材料第20页/共108页十字交叉基础柱下:土质更差,或荷载很大,四面基础相连纵向条形基础横向条形基础4.2浅基础的类型与基础材料第21页/共108页筏板基础土质更差,单独基础联成整体,游泳馆,筏下有肋,板下处理Matfoundation4.2浅基础的类型与基础材料第22页/共108页箱形基础有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好底板外墙内墙4.2浅基础的类型与基础材料第23页/共108页壳体基础4.2浅基础的类型与基础材料第24页/共108页三、基础材料基础埋在土中、经常受潮，容易受侵蚀，而且它是建筑物的隐蔽部分，破坏了不容易发发现，也不容易修复，所以必须保证基础的材料有足够的强度。1.砖基础所用的砖和砂浆的标号，根据地基土的潮湿程度和地区的寒冷程度而有不同的要求。此外，用石灰及砂所制成的灰砂砖和其他轻质砖均不得用于基础。2.石料料石(经过加工，形状规则的石块)、毛石和大漂石有相当高的强度和抗冻性，是基础的良好材料。3.混凝土混凝土的耐久性、抗冻性和强度都比砖好，且便于机械化施工和预制，可建造比砖和砌石有较大的刚性角的基础。因此，同样的基础宽度，用混凝土时，基础的高度可以小一些。但是混凝上基础造价稍高，耗水泥量较大，较多用于地下水位以下的基础及垫层。标号一般采用C7.5~C10。为节约水泥用量，可以在混凝上中掺入20％~30％毛石，称为毛石混凝土。4.钢筋混凝土钢筋混凝土具有较强的抗弯、抗剪能力，是质量很好的基础材料。用于荷载大、土质软弱的情况或地下水位以下的扩展基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础。对于一般的钢筋混凝土基础，混凝土的标号应不低于C15。壳体基础的混凝土标号应不低于C20。5.灰土我国在1000多年以前就采用灰土作为基础垫层，效果很好。基础砌体下部受力不大时，也可以利用灰土代替砖、石或混凝土。作为基础材料用的灰土，一般为三七灰土，即用三分石灰和七分粘性土(休积比)拌匀后分层夯实。若在灰土中加入适量的水泥做成三合土，可以有更高的强度和抗水性。4.2浅基础的类型与基础材料第25页/共108页基础的埋置深度

基础底面埋在地面(一般指设计地面)下的深度，称为基础的埋置深度。为了保证基础安全，同时减少基础的尺寸，要尽量把基础放在良好的土层上。但是基础埋置过深不但施工不方便，并且提高基础的造价。4.3地基设计第26页/共108页一基础埋深确定

基础埋深确定的基本原则在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省料，但是有如下基本要求：

D大于50cm,表土扰动，植物，冻融，冲蚀基础顶距离表土大于10cm，保护桥要求在冲刷深度以下D大于10cm4.3地基设计第27页/共108页在满足其他要求下尽量浅埋只有低层房屋可用,否则处理尽量浅埋但是如h1太小就为IIh1<2m基底在好土h1=2m~4m高楼好土,低楼软土h1>4m桩基或处理（一）地基及地质水文条件好土软土(很深)好土软土软土好土

III IIIIVh1h14.3地基设计第28页/共108页（二）与建筑物有关的要求1地下室，地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修，地下室要求:

承载力变形F4.3地基设计第29页/共108页新旧相邻建筑物有一定距离否则要求支护并且要严格限制支护的水平位移L/H=1~2（三）与建筑物有关的要求LH4.3地基设计第30页/共108页基础埋深不同时(1)主楼与裙房

高度不同,分期施工设置后浇带（三）与建筑物有关的要求(2)台阶式相连,如山坡上的房屋或者验算边坡稳定性L/H=1~2台北国际金融中心4.3地基设计第31页/共108页（四）地基冻融条件

冻胀丘Pingo随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时，地表就发生隆起，便形成冻胀丘。4.3地基设计第32页/共108页冰椎4.3地基设计第33页/共108页4.3地基设计第34页/共108页4.3地基设计第35页/共108页4.3地基设计第36页/共108页4.3地基设计第37页/共108页（四）、地基冻胀和融陷条件地下一定范围内，土层的温度随气候而变化，在寒冷地区，冬季地表附近土层中，水因温度降低而冻结。土冻结后，含水量增加，体积膨胀，地面隆起这种现象称为土的冻胀现象。春季气温回升土层解冻，冻土层体积缩小，而含水量显著增加，土的强度大幅度下降而产生融陷现象。冻胀和融陷都是不均匀的。如果基底下面有冻土层，就将产生难以预估的冻胀和融陷变形，影响建筑物的正常使用，甚至导致建筑物破坏。对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深dmin应由下式确定式中zo(标准冻结深度)；t(采暖对冻深的影响系数)和dfr(残留冻土层厚度)。

《建筑地基基础设计规范》规定对于冻胀地基上的建筑物应采取防冻害措施。4.3地基设计ZdZ0dmin室内地面dfr第38页/共108页二地基承载力确定1静载试验；2强度理论-规范规定的公式；3按动力、静力触探等方法确定；4经验方法；千斤顶荷载板4.3地基设计第39页/共108页1利用静载试验确定承载力的特征值fak（未修正）取比例界限pcr当pu<2.0pcr时，取极限承载力一半

二地基承载力确定pcrpu开始出现剪切破坏s连续滑动面第40页/共108页1利用静载试验确定承载力的特征值fak（未修正）取s/b=0.01-0.015对应P其值不应大于最大加载量的一半。

二地基承载力确定faksS/b第41页/共108页按照载荷试验或触探等原位测试、经验值等方法确定的承载力特征值，应考虑基础埋深（超载）和基底尺寸的效应。

二地基承载力确定经深度宽度修正的特征值faηb、ηd—基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，表3-8γ-基底持力层土的天然重度，地下水位以下取有效重度γ′

γm-基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度；

b-基础底面宽度，当b＜3m按3m计，当b＞6m按6m计

d－基础埋置深度，当d＜0.5m按0.5m计。一般自室外地面标高算起。详细说明见P39。第42页/共108页承载力修正系数表3-8红粘土土的类别ηbηd淤泥和淤泥质土01.0人工填土e或IL大于等于0.85的粘性土01.0含水比αw＞0.8含水比αw≤0.8

01.20.151.4大面积压实填土压实系数大于0.95、粘粒含量ρc≥10%的粉土最大干密度大于2.1t/m3的级配砂石001.52.0粉土粘粒含量ρc≥10%的粉土粘粒含量ρc≤10%的粉土0.30.51.52.0e或IL均小于0.85的粘性土粉砂、细砂（不包括很湿与饱和时的稍密状态）中砂、粗砂、砾砂和碎石土0.31.62.03.03.04.4

二地基承载力确定第43页/共108页2强度理论计算-规范中设计承载力的确定

fa=Mbb+Mdmd+Mcck

fa:承载力特征值（设计值）——相当与p1/4=NB/2+Nq

d+Ncc但当内摩擦角比较大时，2MbN基础宽度b大于6m按6m计算，砂土小于3m按3m计算二地基承载力确定第44页/共108页二地基承载力确定3按动力、静力触探等原位测试方法确定具有地区性、经验性，4

经验类比法确定承载力查表得出承载力的标准值，进行基础的宽度和深度修正第45页/共108页（一）、轴心受压基础

1.持力层的承载力验算直接支承基础的地基土层称为持力层。对于所有等级的建筑物都必须进行地基承载力验算。当基础只承受轴心荷载时，要求满足式pk≤fa式中pk

——基础底面的压力。基底压力均简化为按直线分布，用材料力学方法求得式中Fk

——相应荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面竖向力，kN；

Gk

——基础自重和基础上的土重，kN；

A——基础底面积，m2。（二班）三、基础底面尺寸的确定4.3地基设计GkFk第46页/共108页

当基础受偏心荷载作用时，除要求满足上式外，还应满足式中pmax——基础底面边缘最大压力值，kPa；

pmin——基础底面边缘最小压力值，kPa；

M——作用于基础底面的力矩值，kNM；

W——基础底面的抵抗矩，m3；

e——偏心矩，m。三、基础底面尺寸的确定4.3地基设计FMeF+G第47页/共108页

当偏心矩e＞b／6时，pmin＜0，基础底面与地基土脱开。这种情况下，基底压力pmax可表示为：式中l——垂直于力矩方向的基础底面边长，m；

a——合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离，m。

pmin/pmax

值过小，表示基底压力分布很不均匀，容易引起过大的不均匀沉降．应尽量避免。对高层建筑的箱形和筏形基础，要求pmin>0。若考虑地震组合，则允许基础底面可以局部与地基土脱开，但零应力区的面积不应超过基础底面积的25％，即3a≥0.75b。三、基础底面尺寸的确定第48页/共108页地基承载力设计值fa(sanban)

地基承载力设计值是满足土的强度条件和变形要求时的地基单位面积上的承载能力。因此承载力验算可以认为是控制地基中塑性区域的发展以免导致地基失稳。地基承载力特征值确定方法：

1．按《建筑地基基础设计规范》提供的承载力表，由室内土工试验和原位测试指标确定地基承载力特征值fak。

2．按土的抗剪强度指标，以理论公式fa=Mbb+Md0d+Mcck计算地基承载力设计值fa。

三、基础底面尺寸的确定第49页/共108页

地基承载力设计值确定

fa＝fak

＋b(b－3)＋d(d－0.5)式中fa

——修正后的地基承载力特征值，kPa；

fak——地基承载力特征值，kPa；

——基底以下土的天然容重，地下水位以下用浮容重，kN／m3；

b——基础宽度，当宽度小于3m时按3m计，大于6m时按6m计；

d——基础埋置深度m；一般基础自室外地面标高起算。在填方整平地区，可自填土面标高算起，但填土在上部结构施工完成后进行，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起，当采用独立基础或条形基础时应从室内地面标高算起。地下室的外墙基础埋深，可按下式计算d=(d1+d2)/2。在其他情况下，从室内地面标高起算；b、d———基础宽度和埋置深度的承载力修正系数。三、基础底面尺寸的确定第50页/共108页中心荷载作用下基础的计算

在基础的设计中，通常假定基础底面压力是直线分布，受中心荷载作用时，则为均匀分布，基础采用对称形式，使荷载作用线通过基底形心。计算步骤如下：计算基础底面积A(矩形)或基础底面宽度b(条形、正方形)

中心荷载作用下的基础，按承载力设计值计算，应满足条件：初步估算时，可假定基础与土的平均容重为19.6kN/m3(工程计算中，常简化取为20kN/m3)即G＝G

dA。在实际计算时G则为基础自重的设计值和基础上土重的标准值，地下水位以下部分均用浮容重计算。三、基础底面尺寸的确定第51页/共108页偏心荷载作用下基础的计算

偏心荷载作用下，基础底面的尺寸一般用逐次渐近法进行计算。计算步骤如下：

1.先不考虑偏心，用条形基础公式或矩形基础公式计算出基础的底面积A1(对于单独基础)或基础宽度b1(对于条形基础)。

2.根据偏心大小，把底面积A1(或b1)适当提高10％～40％，作为偏心荷载作用下基础底面积(或宽度)的第一次近似值，即：A＝(1.1～1.4)A13.按假定的基础底面积A，用下式计算基底的最大和最小的边缘压力。如不满足要求，或应力过小，地基承载力未能充分发挥，应调整基础尺寸，直到既满足要求又能发挥地基承载力为止。基础高度的确定方法与受中心荷载作用的方法相同。若地基中有软弱下卧层时，应进行软弱下卧层的承载力验算。若建筑物属于必需进行变形验算的范围，应按要求进行变形验算。必要时还要对尺寸进行调整，并重新进行各项验算。三、基础底面尺寸的确定第52页/共108页2.软弱下卧层承载力验算持力层以下存在承载力明显低于持力层的土层，称为软弱下卧层。如果软弱下卧层埋藏不够深，扩散到下卧层的应力大于下卧层的承载力时，地基仍然有失效的可能，因此需要进行软弱下卧层的承载力验算。当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下式验算：

pz＋pcz＜faz

式中pz—软弱下卧层顶面处的附加压力设计值；

pcz—软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值；

faz—软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力设计。

当持力层与下卧软弱土层的压缩模量比值大于或等于3时，对条形基础和矩形基础，pz值可按简化公式计算。 自重应力标准值附加压力设计值Es1/Es2~θ三、基础底面尺寸的确定第53页/共108页pz＋pcz＜faz

三、基础底面尺寸的确定第54页/共108页四、地基变形验算

建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许直。地基变形必须满足s[s]1.地基变形量计算采用规范提供的分层总和法。参见土力学中的阐述。

2.地基的允许变形(参见书p47表3-11)3.地基变形特征可分为

沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜

4.3地基设计第55页/共108页

沉降量—指基础某一点的沉降量，通常指基础中点的沉降量。沉降量若过大，将影响建筑物的正常使用，如造成室内外上下水管、煤气管道的断裂等等。

沉降差—一般指相邻柱基中点的沉降量之差。相邻柱基沉降差过大，就会导致上部结构产生额外的应力，严重时，建筑物将发生裂缝、倾斜甚至破坏。对于框架结构和排架结构，设计时应由相邻柱基的沉降差控制。倾斜—指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。对于高耸结构及长高比很小的高层建筑，其地基的主要特征变形是建筑物的整体倾斜。局部倾斜—指砌体承重结构沿纵墙6～10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。墙体局部倾斜大时，将会使其挠曲变形、开裂，影响正常使用。四、地基变形验算第56页/共108页

对于不同建筑物应选用对其影响最大的地基变形特征作为地基允许变形的控制依据。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。四、地基变形验算(sanban)第57页/共108页试确定例图3-2所示某框架柱下基础底面积尺寸

解（1）试估基础底面积

深度修正后的持力层承载力特征值：

由于力矩较大，底面尺寸可取大些，取b=3.0m，l=4.0m。例题4-2第58页/共108页（2）计算基底压力（3）验算持力层承载力（4）重新调整基底尺寸，再验算，取l=4.5m所以取b=3.0m，l=4.5m，满足要求例题4-2第59页/共108页某单独基础在荷载效应标准组合时承受的竖向力值如例图3-4所示。据持力层承载力已确定基底面积，试验算软弱下卧层的强度，如不满足可采取何措施？解（1）基底平均压力和平均附加压力：（2）软弱下卧层承载力特征值：查表3-8，取承载力修正系数ηd=1.0例题4-4第60页/共108页（3）软弱下卧层顶面处的压力查表3-10，取θ=23°

满足要求

对软弱下卧层强度不满足的情况，可增加基础底面积以减小P0k，；也可减小基础埋置深度d，使P0k扩散至软弱下卧层顶面处的面积加大。例题4-4第61页/共108页

由砖、毛石、灰土、混凝土等材料按台阶逐级向下扩展(大放脚)形成的无筋扩展基础，也称为刚性基础。其优点是施工技术简单，材料可就地取材。造价低廉，在地基条件许可的情况下，是多层民用建筑和轻型厂房适用的浅基础类型。刚性基础所用材料的抗压强度较高，抗拉、抗剪强度低，稍有挠曲变形，基础内拉应力就会超过材料的抗拉强度而产生裂缝。4.4无筋扩展基础的设计第62页/共108页

为保证基础不发生弯曲破坏或剪切破坏，通常都是限制台阶的宽高比以满足一定的刚度和强度要求，即满足如下要求：式中:无筋扩展基础的刚性角，而tan即为台阶宽高比的允许值。基础底面宽度b应符合下式要求：4.4无筋扩展基础的设计第63页/共108页

采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱其柱脚高度h1

不得小于b1并不应小于300mm且不小于20d(d为柱中的纵向受力钢筋的最大直径)当柱纵向钢筋在柱脚内的竖向锚固长度不满足锚固要求时可沿水平方向弯折,弯折后的水平锚固长度不应小于10d也不应大于20d。

4.4无筋扩展基础的设计第64页/共108页

基础大放脚采用等高式或二一间隔式砌法，每收一次其两边各收1/4砖长。(a)、(b)灰土基础;(c)毛石基础;(d)毛石混凝土基础4.4无筋扩展基础的设计第65页/共108页4.4无筋扩展基础的设计第66页/共108页无筋扩展基础设计基础类型和埋置深度确定以后．就可以根据地基土层的承载力和作用在基础上的荷载，计算基础底面积和基础的高度。

一、作用在基础上的荷载计算基础的受力情况可分四种，一般房屋建筑物的基础主要是承受竖向荷载。水平荷载如土压力、风压力等所占的比例很小。作用在基础底面上的竖向荷载包括上部结构的自重、屋面荷载、楼面荷载和基础的自重(包括基础台阶上的填土)等。活荷载应按规范折减。荷载的计算方法应按规范要求进行。4.4无筋扩展基础的设计第67页/共108页

二、确定刚性基础的高度刚性基础在宽度确定后(满足承载力要求)，应该按刚性角的要求，确定刚性基础的高度。若墙或柱的宽度为bo，基础的宽度为b，刚基础两侧的外伸长度为bt＝(b－bo)/2，按刚性角的要求:

为了保护基础不受外力的破坏，基础的顶面必须埋在设计地面以下100~150mm，所以基础的埋置深度必须大于基础的高度A加上保护层的厚度。不满足这项要求时，必须加大基础的埋深或者采取其他措施。4.4无筋扩展基础的设计第68页/共108页三、基础的构造刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。

(一)砖基础砖的尺寸规则．容易砌成各种形状的基础。砖基础大放脚的砌法有两种，一种按台阶的宽高比为1/1.5；另—种按台阶的宽高比为l/2。在槽底可先浇注100～200mm厚的素混凝土垫层。对于低层房屋也可在槽底打两步(300mm)三七灰土，代替混凝土垫层。4.4无筋扩展基础的设计第69页/共108页

为防止土中水分沿砖基础上升、可在砖基础中，在室内地面以下50mm左右处铺设防潮层。防潮层可以是掺有防水剂的l:3水泥砂浆，厚20~30mm；也可以铺设沥青油毡。

(二)砌石基础砌石基础每台阶至少有两层砌石，每个台阶的高度要求不小于300mm。为了保证上一层砌石的边能压紧下一层砌石的边块，每个台阶伸出的长度不应大于150mm，实际的刚性角小于允许的刚性角。因此往往要求基础要有比较大的高度。为了减少基础的高度，可以把断面做成梯形。4.4无筋扩展基础的设计第70页/共108页(三)素混凝土基础素混凝土基础可以做成台阶形或梯形断面。做成台阶形时，总高度在350mm以内作一层台阶；总高度为350mm＜H≤900mm时，作成二层台阶；总高度大于900mm时、作成三层台阶。每个台阶的高度不宜大于500mm。

(四)灰土基础灰土基础一般与砖、砌石、混凝土等材料配合使用，厚度通常用300至450mm(2步或3步)，台阶宽高比为1/1.5。由于基槽边角处灰土不容易夯实。所以用灰土基础时，实际的施工宽度应该比计算宽度每边各放出50mm以上。4.4无筋扩展基础的设计第71页/共108页

某砖混结构山墙基础，传到基础顶面的荷载，室内外高差为0.45m，墙厚0.37m，地质条件如例图所示，试设计条形基础。【例题4-5】4.4无筋扩展基础的设计第72页/共108页【例题4-5】（1）确定基础材料：

考虑荷载不算大，土层分布均匀，先拟采用砖和3∶7灰土叠合材料条形基础，结合表3-2要求，采用MU10的砖和M5水泥砂浆砌筑。（2）确定基础埋深：粉质粘土厚5.5m，可作持力层，以天然地面作为室外设计地面，取基础埋深d=1.4m。（3）计算地基持力层承载力特征值：查表3-8得，ηd=1.0，ηb=0（4）确定基础底面积：取b=1.30m。第73页/共108页【例题4-5】（5）确定基础构造尺寸：采用3：7灰土，其上用砖放脚与墙体相联，根据基底压力

（6）验算灰土强度

灰土和砖基接触面宽度：bo=1300-2×285=730mm

接触面压力：第74页/共108页如果将本例题设计为毛石基础或C15素混凝土基础时，可如例图3-5(c)、(d)所示，并可分析三种基础的经济性，选择最佳设计方案。【例题4-5】4.4无筋扩展基础的设计第75页/共108页4.5扩展基础的设计

扩展基础系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。

特点：不受刚性角的限制，设计上可以做到宽基潜埋，充分利用表层好土层作为持力层。与刚性基础相比，混凝土基础具有较大的抗拉、抗弯能力，能承受较大的竖向荷载和弯矩。广泛使用在单层和多层结构中。第76页/共108页扩展基础的构造要求锥形基础的边缘高度不宜小于200mm；阶梯形基础的每阶高度宜为300。垫层的厚度不宜小于70mm；垫层混凝土强度等级应为C10。扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm；间距不宜大于200mm。也不宜小于100mm。墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不小于8mm间距不大于300mm；每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10。当有垫层时钢筋保护层的厚度不小于40mm；无垫层时不小于70mm。混凝土强度等级不应低于C20。4.5扩展基础的设计第77页/共108页扩展基础的构造要求当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5m时，底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9倍并宜交错布置。4.5扩展基础的设计第78页/共108页扩展基础的构造要求钢筋混凝土条形基础底板在T形及十字形交接处，底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置，另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度1/4处。在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置。4.5扩展基础的设计第79页/共108页4.5扩展基础的设计第80页/共108页钢筋混凝土单独基础

单独基础的结构计算主要包括冲切、局部受压计算(当基础混凝土强度小于柱时)和受弯。由冲切强度条件控制柱边处基础高度和变阶处高度；由基础底板弯矩决定配筋量。4.5扩展基础的设计第81页/共108页钢筋混凝土单独基础1．基础高度的确定

基础在柱荷载作用下，如果沿柱周边的基础高度不够，就会发生冲切破坏，即沿柱边45方向斜面拉裂。为保证基础不发生冲切破坏，必须使冲切面外的地基净反力产生的冲切荷载应小于或等于冲切面上混凝土的抗冲切强度，即4.5扩展基础的设计第82页/共108页Fl－相应于荷载效应基本组合时作用在Al上地基土的净反力设计值；bhp－受冲切承载力截面高度影响系数，当h≤800mm时，bhp＝1.0；h≥2000mm时，bhp＝0.9，其间按线性内插法取用；ft－混凝土轴心抗拉设计强度；am－冲切破坏锥体最不利一侧计算长度，am＝(at＋ab)／2；at－冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽；ab－冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内时，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍基础有效高度h0

；计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽加两倍该处的基础有效高度h0

；当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外时，即a+h0≥l时，ab＝l；h0－冲切破坏锥体的有效高度，有垫层时，h0＝h－45mm，无垫层时，h0＝h－75mm；pj－扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的基底净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；Al－冲切验算时取用的部分基底面积。4.5扩展基础的设计第83页/共108页4.5扩展基础的设计第84页/共108页4.5扩展基础的设计第85页/共108页钢筋混凝土单独基础2．弯矩计算

基础底板在荷载效应基本组合时的净反力作用下，如同固定于台阶根部或柱边的倒置悬臂板，一般属于双向受弯构件，弯矩控制截面在柱边缘处或变台阶处。

4.5扩展基础的设计第86页/共108页中心受压基础

将基底分成四块梯形面积，截面Ⅰ-Ⅰ的弯矩：4.5扩展基础的设计第87页/共108页偏心受压基础对偏心受压基础，基底压力呈梯形分布。将(pjmax+pjI)/2代换中心受压基础公式中的pj：4.5扩展基础的设计第88页/共108页钢筋混凝土单独基础3．配径计算

基础底板两个方向上的钢筋面积可近似按下式计算：其中，d

为b方向上的钢筋直径。4.5扩展基础的设计第89页/共108页例：某多层框架结构柱400×600mm，配有8φ22纵向受力筋；相应于荷载效应标准组合时柱传至地面处的荷载值Fk=480kN，Mk=55kN.m，Qk=40kN，基础埋深1.8m，采用C20混凝土和HPB235级钢筋，设置C10厚100mm的混凝土垫层，已知经深度修正后的地基承载力特征值fa=145kPa，试设计该柱基础。【解】1.确定基础底面积取，验算承载力满足要求【例题4-6】第90页/共108页2．确定基础高度考虑柱钢筋锚固直线段长度：30d+40（砼保护层）≈700mm，拟取基础高度h=700mm，初步拟定采用二级台阶形基础，如例图3-6（a）所示。基底净反力式中1.35为标准值变为设计值的系数。(1).验算柱边冲切满足要求(2).验算台阶处的冲切满足要求第91页/共108页3.基础底板配筋柱边弯矩（如例图4-6(b)）第92页/共108页【例题4-6】第93页/共108页4.6减轻建筑物不均匀沉降危害的措施

一建筑措施1.建筑物体型应力求简单建筑物体型包括其平面与立面形状及尺度。平面形状复杂的建筑物，如“L”、“┳”、“━”、“F”、“工”字形等，在纵横单元交接处的基础密集，地基中附加应力相互重叠，导致该部分的沉降往往大于其他部位。第94页/共108页4.5减轻建筑物不均匀沉降危害的措施第95页/共108页建筑措施2.控制建筑物的长高比及合理布置纵横墙当建筑物的长度与高度之比越大，整体刚度越差，抵抗弯曲变形的能力弱，容易导致建筑物的开裂。合理布置纵横墙，使内外墙贯通，减少墙体转折和中断的情况，是增强建筑物刚度的重要措施。另外，门窗洞口或管道洞口如开设过大，就会削弱墙体刚度，可在洞口周圈设置钢筋混凝土边框予以加强。4.5减轻建筑物不均匀沉降危害的措施第96页/共108页4.5减轻建筑