天然地基上浅基础的设计课件

当土坡沿AB圆弧滑动时，可视为土体ΔABD绕圆心O转动。取土坡1m长度进行分析：⑵抗滑力矩MR，由滑动面AB上的摩擦力和粘聚力产生。5.7.3土坡稳定分析圆弧法

——1.基本原理5.7土坡稳定分析⑴滑动力矩MT，由滑动土体ΔABD的自重在滑动方向上的分力产生。⑷试算法确定Kmin由于AB面是任意选定的，不一定是最危险的真正滑动面。所以通过试算法，找出安全系数最小值Kmin的滑动面，才是真正的滑动面。为此，取圆心O1，O2，O3，…和相应的R1，R2，R3，…，可计算出各自的K1，K2，K3，…，取其中最小值Kmin的圆弧来进行设计。5.7土坡稳定分析5.7.3土坡稳定分析圆弧法

——1.基本原理⑶土坡稳定安全系数K①θ=φ时，安全系数K=1.0。此时土坡呈极限平衡状态。②无粘性土简单土坡稳定安全系数K，只与内摩擦角φ与坡角θ有关，与坡高H无关。③若土坡为密实碎石土，存在咬合力，则土坡稳定安全系数K不仅与φ有关，而且与坡高H及结构力C有关。5.7.4简单土坡稳定计算5.7土坡稳定分析评论：1、无粘性土简单土坡第七章天然地基上浅基础的设计7.1概述7.2浅基础的类型7.3基础的埋置深度7.4地基计算7.5基础尺寸设计7.8柱下条形基础设计7.13地基基础方案比较与改善的措施7.1概述7.1概述7.1.1地基基础的重要性与复杂性1.地基基础的重要性：建筑物的根基工程量、造价、施工工期占很大比例隐蔽工程，难以检验事故预兆不易察觉，难以修补2.地基基础的复杂性：地基各地千差万别，基础的类型相应有所不同建筑物向下传递荷载的下部结构。是建筑物的一部分，起到扩散应力的作用基础7.1.1地基基础的重要性与复杂性7.1概述3.选择地基基础类型，主要考虑两方面因素：(1)建筑物的性质形式、规模、用途荷载、刚度对沉降的敏感性(2)地基的地质情况：工程地质条件、地层结构土的物理力学性质、地基承载力地下水、冻深3.天然地基上的深基础、桩基础桩基础：在地基中打桩，把建筑物支撑在桩台上，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。深基础：把基础做在地基深处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。7.1概述7.1.2地基基础方案的类型7.1概述7.1.3浅基础的设计内容与步骤初步设计基础的结构型式、材料与平面布置确定基础的埋置深度d；计算地基承载力特征值fak，并经深度和宽度修正，确定修正后的地基承载力特征值fa；根据作用在基础顶面荷载F和深宽修正后的地基承载力特征值，计算基础的底面积；计算基础高度并确定剖面形状；若地基持力层下部存在软弱土层时，则需验算软弱下卧层的承载力；地基基础设计等级为甲、乙级建筑物和部分丙级建筑物应计算地基的变形；验算建筑物或构筑物的稳定性（如有必要时）；基础细部结构和构造设计绘制基础施工图7.1概述7.1.3浅基础的设计内容与步骤第七章天然地基上浅基础的设计7.1概述7.2浅基础的类型7.3基础的埋置深度7.4地基计算7.5基础尺寸设计7.8柱下条形基础设计7.13地基基础方案比较与改善的措施7.2浅基础的类型7.2浅基础的类型7.2.1浅基础的结构类型1、独立基础2、条形基础基础长度大于或等于10倍基础宽度的基础7.2浅基础的类型7.2.1浅基础的结构类型4、筏板基础（满堂基础）5、箱形基础3、十字交叉基础4、灰土

石灰和土的体积比一般为3：7或2：8灰土干重度≥14.5~15.5KN/m,容许承载力可达250~300KPa。应：捏紧成团，落地开花。5、三合土

其体积比一般为1：3：6或1：2：4（石灰：砂子：骨料）。只适用于地下水位以上。7.2.2基础的材料7.2浅基础的类型第七章天然地基上浅基础的设计7.1概述7.2浅基础的类型7.3基础的埋置深度7.4地基计算7.5基础尺寸设计7.8柱下条形基础设计7.13地基基础方案比较与改善的措施7.3基础的埋置深度7.3基础的埋置深度基础埋置深度：基础底面至地面标高（一般指设计地面）的距离。基本概念：基础埋深选择的原则：应尽量浅埋除基岩外，一般不宜小于0.5m基础顶面应低于设计外地面100mm以上,避免基础外露下卧层：持力层下的各土层称为下卧层。持力层：直接支承基础的土层称为持力层。三、建筑场地的环境条件四、地基土冻胀和融陷的影响7.3基础的埋置深度如上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物的地基。(2)靠近土坡

基础埋深应考虑土坡临空面的稳定(1)存在相邻建筑物

新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物的基础埋深。当埋深大于原有建筑物的基础埋深时，两基础之间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑物荷载大小、基础型式和土质情况而定。第七章天然地基上浅基础的设计7.1概述7.2浅基础的类型7.3基础的埋置深度7.4地基计算7.5基础尺寸设计7.8柱下条形基础设计7.13地基基础方案比较与改善的措施7.4地基计算7.4地基计算7.4.1基本规定1、地基基础设计等级：甲、乙、丙三级2、地基计算的规定：所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计丙级建筑物可不做变形验算，需做变形验算的有五种情况（P295）对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，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。基坑工程应进行稳定性验算。地下水埋深较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。P294表7.71.基底压力应满足的要求：pk≤fapkmax≤1.2fa7.4地基计算7.4.2承载力计算2.基底压力的计算：轴心荷载偏心荷载轴心荷载偏心荷载k-荷载效应标准组合7.4地基计算7.4.3地基承载力特征值fak及影响其大小的因素地基承载力特征值fak：是指由荷载试验测定的地基土压力变形曲线线性变形阶段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。

影响地基承载力特征值的因素：地基土的成因与堆积年代地基土的物理力学性质地下水建筑物情况7.4地基计算7.4.5地基变形计算对于一般多层建筑，地基土质较均匀且较好时，按地基承载力设计基础，可同时满足地基变形要求，不需进行地基变形计算。对于设计等级为甲、乙级建筑物和荷载较大，土层不均匀、地基承载力不高设计等级为丙级建筑物，为了保证工程的安全，除满足地基承载力要求外，还需进行地基变形计算，防止地基变形事故的发生。基底附加应力荷载效应准永久组合第三章7.4地基计算7.4.6软弱下卧层强度验算一般情况：(7.12)Es1/Es2≥3

：基底处附加压力p0，按角θ向下扩散至深度z处（即软弱下卧层顶面处）为pz。基底处和软弱下卧层顶面处，两个面的附加应力总和相等。条形基础矩形基础7.4地基计算7.4.7地基稳定性计算经常受水平荷载作用的高层建筑物和高耸结构建造在斜坡或坡顶上的建（构）筑物挡土墙第五章圆弧滑动法以下建筑物需进行稳定性计算：第七章天然地基上浅基础的设计7.1概述√7.2浅基础的类型√7.3基础的埋置深度√7.4地基计算√7.5基础尺寸设计7.6无筋扩展基础设计7.7扩展基础设计7.8柱下条形基础设计7.13地基基础方案比较与改善的措施7.5基础尺寸设计7.5.1中心荷载作用下基础尺寸7.5基础尺寸设计基础底面积：(1)独立基础(2)条形基础2.基础高度：（7.16）d0dhbNh=d-d07.5.2偏心荷载作用下基础尺寸7.5基础尺寸设计计算步骤：(1)先按照中心荷载作用下的公式（7.16），初算基础底面积A1(2)考虑偏心不利影响，加大基底面积10%~40%。A=(1.1~1.4)A1(3)计算基底边缘最大与最小应力试算法(4)基底应力验算不满足已知：某宾馆，框架结构，独立基础，承受上部荷载N=2800KN。基础埋深3.0m。地基土分4层，如图所示。？基础底面积例7.31=16KN/m32=17.5KN/m33=19KN/m3fak=203kPad=3m杂填土粘性土细砂卵石1m2m6m7.5基础尺寸设计(1)地基承载力特征值深度宽度修正[解]细砂：查表7.10，得ηb=2.0，ηd=3.0(2)初算基础底面积正方形基础b=3.2m重新进行宽度修正>3m设b≤3m，则d=3m杂填土粘性土细砂卵石1m2m6m7.5基础尺寸设计(3)重新进行地基承载力特征值深宽修正d=3m杂填土粘性土细砂卵石1m2m6m(4)基础底面积b=3.2m7.5基础尺寸设计第七章天然地基上浅基础的设计7.1概述√7.2浅基础的类型√7.3基础的埋置深度√7.4地基计算√7.5基础尺寸设计√7.6无筋扩展基础设计7.7扩展基础设计7.8柱下条形基础设计7.13地基基础方案比较与改善的措施7.6无筋扩展基础设计7.6无筋扩展基础设计7.6.1无筋扩展基础适用范围无筋扩展基础：由砖、毛石、素混凝土、毛石混凝土与灰土等材料建筑的基础称无筋扩展基础，旧称刚性基础。特点：材料具有较好的抗压性能，稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只需地基承载力能满足要求。适用范围：6层和6层以下的民用建筑和轻型厂房。7.6无筋扩展基础设计7.6.2无筋扩展基础底面宽度刚性角：基础每个台阶的宽度与其高度之比hhb——基础底面宽度b0——基础顶面墙体的宽度或柱脚的宽度h——基础高度b2——基础台阶宽度受刚性角的限制基础底面宽度刚性角验算已知：住宅楼，东西向长度72.30m，南北向长度12.36m，总高17.55m。地基为粉土，土质良好，经深宽修正的地基承载力特征值为fa=250kPa。上部结构传至基础上的荷载为N=200KN/m。室内地坪±0.00高于室外地面0.45m，基底高程为-1.60m。？设计无筋扩展条形基础例7.3解题思路：设计无筋扩展条形基础基础的宽度确定基础材料刚性角验算①②③P283表7.17.6无筋扩展基础设计P308第七章天然地基上浅基础的设计7.1概述√7.2浅基础的类型√7.3基础的埋置深度√7.4地基计算√7.5基础尺寸设计√7.6无筋扩展基础设计√7.7扩展基础设计7.8柱下条形基础设计7.13地基基础方案比较与改善的措施7.7扩展基础设计7.7扩展基础设计7.7.1扩展基础适用范围扩展基础：由钢筋混凝土材料建造的基础，旧称柔性基础。特点：基础底面向外扩展，基础外伸的宽度大于基础高度，基础材料承受拉应力。适用范围：上部结构荷载较大，有时为偏心荷载或承受弯矩、水平荷载的建筑物基础锥形基础边缘高度一般小于200mm，阶梯形基础每个台阶高度一般为300~500mm；垫层的厚度不宜小于70mm，垫层混凝土强度等级应为C10；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。钢筋保护层的厚度有垫层时不宜小于40mm，无垫层时不宜小于70mm；混凝土强度等级不应低于C20；预制混凝土柱与杯口基础的连接，应符合下列要求：柱的插入深度按表7.12选用，并应满足锚固长度的要求和吊装时柱的稳定性（既不小于吊装时柱长的0.05倍）。基础的杯底厚度和杯壁厚度，可按照表7.13选用。杯壁的配筋7.7扩展基础设计7.7.2扩展基础构造要求7.7扩展基础设计7.7.3扩展基础计算扩展基础底面面积：2.扩展基础高度和变阶处高度：（7.22）（7.23）（7.24）（7.25）7.7扩展基础设计7.7.3扩展基础计算由（7.23）和（7.24）可得：（7.26）由图7.38可知：（7.27）（7.28）由（7.27）和（7.28）可得：(7.28)′7.7扩展基础设计7.7.3扩展基础计算由(7.28)′和(7.23)，验算承台高度等设计指标，也可直接解出h0：基础有效高度h0：（7.29）基础底板厚度h：h=h0+40mmh=h0+75mm有垫层无垫层设计时hh0验算7.7扩展基础设计7.7.3扩展基础计算3.扩展基础弯矩计算：抗弯验算要计算两个方向的弯矩，计算时把基础看成固定在柱子边的倒悬臂板，最大弯矩作用面在柱边缘处。(1)矩形基础弯矩计算矩形基础台阶的宽高比小于或等于2.5和偏心距小于或等于1/6基础宽度(7.32)(7.33)7.7扩展基础设计7.7.3扩展基础计算3.扩展基础弯矩计算：①取，按公式（7.32）计算弯矩(2)墙下条形基础弯矩计算②最大弯矩截面的位置a1=b1混凝土墙a1=b1+0.06砖墙且放角不大于1/4砖长4.基础底板配筋(7.34)已知：某教学楼，框架结构，上部结构荷载N=2500KN，柱尺寸为1200mm×1200mm。基础埋深2.0m，假设经深宽修正的地基承载力特征值为fa=213kPa。基础混凝土强度等级C20，混凝土抗拉强度设计值ft=1.1N/mm2。I级钢筋，抗拉强度设计值fy=210N/mm2。？设计此钢筋混凝土柱基础例7.5解题思路：①柱基的底面面积②确定基础底板厚度③基础底板配筋7.7扩展基础设计P313第七章天然地基上浅基础的设计7.1概述√7.2浅基础的类型√7.3基础的埋置深度√7.4地基计算√7.5基础尺寸设计√7.6无筋扩展基础设计√7.7扩展基础设计√7.8柱下条形基础设计7.13地基基础方案比较与改善的措施7.8柱下条形基础设计7.8柱下条形基础设计7.8.1应用范围1.单柱荷载较大，地基承载力不很大，按常规设计的柱下独立基础，因基础需要底面积大，基础之间的净距很小。为施工方便，把各基础之间的净距取消，连在一起，即为柱下条形基础。2.对于不均匀沉降或振动敏感的地基，为加强结构整体性，可将柱下独立基础连成条形基础。7.8柱下条形基础设计7.8.2截面类型根据柱子的数量，基础的剖面尺寸、上部荷载大小与分布以及结构刚度等情况，柱下条形基础可分别采用以下两种形式：等截面条形基础此类基础的横截面通常呈倒T形，底部挑出部分为翼板，其余部分为肋部。(2)局部扩大条形基础此类基础的横截面，在与柱交界处局部加高或扩大，以适应柱与基础梁的荷载传递和牢固连接。7.8柱下条形基础设计7.8.3设计要点1.构造要求基础梁高H宜为（1/4~1/8）l，l为柱距。翼板厚度h不小于200mm，当翼板厚度大于250mm时，宜采用变厚度翼板，其坡度i≤1：3。条形基础的端部宜向外伸出，其长度宜为第一跨距的0.25倍。现浇柱与条形基础梁的交接处，其平面尺寸不应小于图7.43中的规定。Hhb7.8柱下条形基础设计7.8.3设计要点2.基础底面面积柱下条形基础可是为一狭长的矩形基础进行计算(4)条形基础梁顶部和底部的纵向受力钢筋除应满足计算要求外，顶部钢筋按计算配筋全部贯通，底部通长钢筋的面积不应少于底部受力钢筋截面总面积的1/3。(5)柱下条形基础的混凝土强度等级不应低于C20。1.构造要求Hhb3.条形基础梁的内力计算适用于地基比较均匀，上部结构刚度较大，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度H>l/6的情况。地基反力可按直线分布计算。因基础的自重不引起内力，采用基底净反力计算内力，进行配筋（净反力计算中不包括基础与其上覆土的自重）。两端边跨应增加受力钢筋，并上下均匀配置。7.8柱下条形基础设计7.8.3设计要点(1)按连续梁计算3.条形基础梁的内力计算当上部结构刚度不大，荷载分布不均匀，且条形基础梁高H<l/6时，地基反力不按直线分布，可按弹性地基梁计算内力。通常采用文克尔（winkler）地基上梁的基本解。7.8柱下条形基础设计7.8.3设计要点文克尔地基模型，假设地基上任一点所受的压应力p与该点的地基沉降s成正比，即K——基床系数。其值的大小与地基土的种类、松密程度、软硬程度、基础底面尺寸大小和形状以及基础荷载和刚度等因素有关。K值由现场载荷试验确定或表7.15确定。(7.35)(2)按弹性地基梁计算第七章天然地基上浅基础的设计7.1概述√7.2浅基础的类型√7.3基础的埋置深度√7.4地基计算√7.5基础尺寸设计√7.6无筋扩展基础设计√7.7扩展基础设计√7.8柱下条形基础设计√7.13地基基础方案比较与改善的措施7.13地基基础方案比较与改善的措施7.13地基基础方案比较与改善的措施7.13.1地基基础设计方案比较重要工程软弱地基土层分布不均匀两个以上设计方案地基变形与强度计算确定基础结构类型、尺寸、材料造价、施工方法、工期列表分析比较最优方案地基不均匀沉降过大7.13地基基础方案比较与改善的措施7.13.2减轻不均匀沉降危害的措施1.不均匀沉降产生原因附加应力σz相差悬殊。地基压缩层厚度h相差悬殊，或软弱土层厚薄变化大。地基土压缩模量Es相差悬殊。7.13地基基础方案比较与改善的措施7.13.2减轻不均匀沉降危害的措施2.不均匀沉降引起墙体裂缝的形态凡建筑物的沉降中部大、两端小，形如“”，则墙体发生正向挠曲，产生正“八”字裂缝。凡建筑物的沉降中部小、两端大，形如“”，则墙体发生反向挠曲，产生倒“八”字裂缝。3.消除或减轻不均匀沉降危害的途径(1)采用桩基础或深基础(2)人工加固地基(3)采取建筑、结构与施工措施7.13地基基础方案比较与改善的措施1.建筑物的体型力求简单①平面形状采用简单的“—”字形；②立面上，建筑物两个相邻单元高差不超过一层；③建筑物的长高比，L/H≤2.5或L/H≤3.0；④内外纵墙避免中断、转折，横墙间距减小，以增强整体刚度。7.13.2减轻不均匀沉降危害的措施——建筑措施2.在应力突变处，宜设置沉降缝

①建筑物平面转折处；

②建筑物高度或荷载突变处；

③结构类型不同处；

④地基土软硬交界处。7.13地基基础方案比较与改善的措施7.13.2减轻不均匀沉降危害的措施——建筑措施3.调整建筑物有关标高①据沉降计算结果，提高室内地坪和地下设施的标高；②建筑物与设备之间预留足够的净空；③当管道穿过建筑物时，预留足够的孔洞或采用柔性软接头。4.相邻建筑物基础间的净距防止相邻建筑物的附加应力扩散引起的地基不均匀沉降，造成建筑物的倾斜或裂缝。7.13地基基础方案比较与改善的措施7.13.2减轻不均匀沉降危害的措施——建筑措施1.减轻建筑物的自重①采用轻质高强的墙体材料：如陶土颗粒、空心砌块、多孔砖等；②选用轻型结构：如预应力混凝土结构、轻钢结构与铝合金结构。工业厂房屋盖板用瓦楞铁、玻璃钢等轻型屋面板；③采用空心基础、薄壳基础、无埋式薄板基础，以及架空地板代替厚填土，可以大幅度减轻基础自重。7.13地基基础方案比较与改善的措施7.13.2减轻不均匀沉降危害的措施——结