第六章-筏形和箱形基础(有用)465箱形基础

第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础【要点】本节阐述箱形基础受力特点及结构设计基本要求，着重介绍箱形基础的构造要求及简化计算方法，分析箱形基础基底反力的分布规律。箱形基础具有刚度大、承载力高等优点，同时也存在对使用功能影响大、设计施工复杂、材料用量大、经济性较差等不足，因此，箱形基础比较适宜于用作软弱地基上的面积较小、平面形状简单的重型建筑物的基础，同时一般可用作有特殊要求的人防地下室（图6.4.1）。箱形基础和桩组合，又可以组成桩箱基础，详第七章第九节。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础图6.4.1箱形基础第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础的特点：（1）有很大的刚度和整体性，能有效的调整基础的不均匀沉降，常用于上部结构荷载大、地基软弱且分布不均匀的情况，当地基特别软弱且复杂时，可再用箱基下桩基的方案。（2）有较好的抗震效果，因为箱形基础将上部结构较好地嵌固于基础，基础埋置的较深，因而可降低建筑物的重心，从而增加建筑物的整体性。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础的特点：（3）有较好的补偿性，箱形基础的埋深一般较大，基础底面处土的自重应力和水压力在很大程度上补偿了由于建筑自重和荷载产生的基底压力。如果箱形基础有足够的埋深时，使得基底上自重应力等于基底接触压力，从理论上讲，基底附加应力等于零，在地基中就不会产生附加应力，因此也就不会产生地基沉降，也不会出现承载力问题，按照这种概念进行地基基础设计的称为补偿性设计。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础设计包括：（1）确定箱形基础的埋置深度（2）进行箱形基础的平面布置及构造设计（3）根据箱形基础的平面尺寸验算地基承载力（4）箱形基础的沉降和整体倾斜验算（5）箱形基础内力分析及结构配筋第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础埋深选择：作为高层建筑或重型建筑物的基础，为防止整体倾斜，满足抗倾覆和抗滑稳定性要求，一定程度上依赖于箱形基础的埋置深度和周围土体的约束作用，同时考虑箱基使用功能的要求。一般最小埋深在3.0~5.0m，地震区埋深不宜小于建筑物总高度的1/15。为确定合理的埋深应进行抗倾覆性验算。箱形基础的埋深比一般基础大得多，一方面有利于提高承载力，另一方面会使基底附加压力值减小。（补偿性基础）第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础地基承载力验算：对于天然地基上的箱形基础，应验算持力层的地基承载力。非地震区：地震区：相应于地震作用的标准组合时的平均基底压力地基抗震承载力特征值第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础地基变形算：箱形基础埋深较大，随施工的进展，地基受力状态和变形十分复杂。基坑开挖前大多采用井点降低地下水位，以便进行开挖和施工，因此由于降水使地基压缩。基坑开挖阶段，由于卸去土重引起地基回弹变形。基础施工时，由于逐步加荷，使地基产生再压缩变形。施工完成后停止降水，地基又回弹。最后上部结构施工和使用阶段，由于继续加载，地基继续产生压缩变形。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础地基变形计算：为使地基变形计算所取用的参数尽可能与地基实际受力状态相吻合，可以在室内进行模拟实施施工过程的压缩——回弹试验，可以考虑开挖回弹变形对沉降的影响。变形计算略。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础基底压力分布：在箱形基础的设计中，基底压力的确定甚为重要的，其分布规律和大小不仅影响箱基的内力值，还可以能改变内力的正负号。影响基底反力的因素：土的性质、上部结构和基础的刚度、荷载的分布和大小、基础的埋深、基底尺寸和形状以及相邻基础的影响。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础的内力分析：箱形基础的内力计算比较复杂，从整体看，箱形基础承受上部结构荷载和地基反力，在基础内产生整体弯曲应力，可将箱基当做一空心厚板，用静力分析法计算任一截面的弯矩和剪力，弯矩使顶板、底板轴向受压和受拉，剪力由横墙或纵墙承受。另一方面，箱形基础的顶底板会产生局部弯曲应力，可将顶底板周边按四边固端的连续板计算内力。基础的内力将随上部结构刚度的增加而减少。目前工程上应用的是考虑上部结构刚度的影响，按不同结构体系采用不同的分析方法。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础的内力分析：上部结构大致可分为框架、剪力墙、框剪和筒体四种结构体系，可根据不同体系选择不同的计算方法，基本按以下三种考虑：（1）当上部结构为框架体系时，箱基内力应同时考虑整体弯曲和局部弯曲两种作用；（2）当上部结构为现浇剪力墙体系时，箱基内力仅考虑局部弯曲计算；（3）当上部结构为框架—剪力墙体系时，箱基内力一般只按局部弯曲计算。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础的内力分析：上部结构为现浇剪力墙体系时由于上部结构刚度相当大，以致箱基的整体弯曲小到可以不予考虑，箱基顶板内力仅按局部弯曲计算，即顶板按实际荷载，底板按均布基底反力作用的周边固定的双向连续板分析。考虑整体弯曲的可能影响，钢筋配置量除符合计算要求外，纵横方向支座尚应分别有0.15%和0.10%配筋率连通配置，跨中钢筋按实际配筋率全部连通。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础的内力分析：上部结构为框架体系时由于上部结构刚度较小，箱基的整体弯矩比较明显，箱基内力应同时考虑整体弯曲和局部弯曲作用。在计算整体弯曲产生的弯矩时，将上部结构的刚度折算成等效抗弯刚度，然后将整体弯曲产生的弯矩按基础刚度占总刚度的比例分配到基础。基底反力可参照基底反力系数法或其他有效方法确定。由局部弯曲产生的弯矩应乘以0.8的折减系数，并叠加到整体弯矩中去。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础的内力分析：（1）上部结构等效刚度第i层上柱线刚度第i层下柱线刚度梁柱的弹性模量第i层梁截面惯性矩第i层梁线刚度在弯曲方向的节间数在弯曲方向与箱形基础相连的连续钢筋混凝土墙的弹性模量和惯性矩第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础的内力分析：（2）箱形基础的整体弯曲弯矩箱形基础所承担的弯矩可按基础刚度占总刚度的比例分配：箱形基础承受的整体弯矩箱形基础的弹性模量、惯性矩框架结构的等效抗弯刚度由整体弯曲产生的弯矩第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础箱形基础的内力分析：（3）局部弯曲弯矩局部弯曲产生的弯矩应乘以0.8的折减系数，并叠加到整体弯矩中。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础顶板底板：箱形基础底板除根据荷载与跨度大小按正截面弯曲强度决定外，其斜截面抗剪强度应符合要求Vs计算方法示意截面高度影响系数第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础顶板底板的冲切强度验算按下式验算：距荷载边ho/2处的周长第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础内墙与外墙：箱形基础的内、外墙，除与剪力墙连接外，其强身截面应满足：竖向强身有效面积混凝土强度影响系数相应于荷载效应基本组合时的强身截面承受的剪力对于承受水平荷载的内外墙，尚需进行受弯计算，此时将强身视为顶、底部固端的多跨连续板。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础洞口计算略。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定1．计算规定1）嵌固部位的确定原则见本章第一节表6.1.6；2）（《箱筏规范》第5.2.6条）当符合构造要求第4）条及表6.4.1第4、5项要求时，上部结构传至箱基顶部的总弯矩设计值、总剪力设计值可分别按受力方向的墙身弯曲刚度、剪切刚度分配至各道墙上。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定2．构造要求（1）箱形基础的平面尺寸根据地基强度、上部结构布局和荷载分布等条件确定。均匀地基条件下，基底平面形心尽量与上部结构竖向荷载重合，偏心较大时，可使箱基底板四周深处不等长的悬臂调整底面形心位置。在荷载效应准永久组合下，偏心距满足：基础底面的抵抗矩基础底面积也可控制偏心距不大于偏心方向基础边长的1/60.第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定2．构造要求（2）箱形基础的高度箱形基础的高度（外包尺寸）应满足结构强度、刚度和使用要求，一般取建筑物高度的1/8~1/12，不易小于箱基长度的1/18.第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定2．构造要求（3）箱基的顶、底板厚度箱基的顶、底板厚度应按跨度、荷载、反力大小确定，并进行斜截面抗剪和抗冲切验算。顶板厚度不宜小于200mm，底板厚度不宜小于300mm。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定2．构造要求（4）箱基的墙体箱基的墙体是保证箱形基础整体刚度和纵、横向抗剪强度的重要构件。外墙沿建筑四周布置，内墙一般沿上部结构柱网和剪力墙纵横均匀布置。墙体要有足够的密度，墙体水平截面总面积不宜小于箱形基础外墙外包尺寸的水平投影面积的1/10。对基础平面长宽比大于4的箱形基础纵墙水平截面面积不应小于箱形外墙外包尺寸水平投影面积的1/18。墙体厚度视情况而定，外墙厚度不宜小于250mm，内墙厚度不宜小于200mm。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定2．构造要求（5）箱形基础的墙体尽量不开洞或少开洞，并应避免偏洞和边洞，高度大于2m的高洞，宽度大于1.2m的宽洞，一个柱距内不宜开两个以上，也不宜在内力最大的断面上开洞。两相邻洞口最小间距不宜小于1m，否则洞间墙体应按柱子计算，并采取构造措施，开口系数应符合：开口系数开口面积墙面积第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定2．构造要求（6）顶板、底板及内外墙的配筋要求（7）在底层柱与箱形基础交接处，应验算墙体的局部承压强度，当承压强度不能满足时，应增加墙体的成因面积，且墙边与柱边或柱脚与八字角之间的净距不宜小于50mm。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定2．构造要求（8）底层现浇柱主筋深入箱形基础的深度，对三面或四面与箱形基础墙相连的内柱，除四角钢筋直通基底外，其余钢筋伸入顶板底板以下的长度不应小于直径的35倍。外柱与剪力墙相连的柱及其他内柱的主筋直通到基础底板的底面。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定2．构造要求（9）预制长柱与箱形基础相连，当首层为预制长柱时，箱形基础顶部设杯口。关于杯口配筋要求等略。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定2．构造要求（10）关箱形基础在相距40m左右处应设置一道施工缝，并应设置在柱距三等分的中间范围内。（11）箱形基础的混凝土强度等级不应低于C20，并应采用密实混凝土刚性防水。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定箱形基础各部位截面要求表6.4.1序号情况截面要求1平面尺寸应根据地基承载力和上部结构布置以及荷载大小等因素确定。2外墙以沿建筑物周边布置3内墙沿上部结构的柱网或剪力墙位置纵横均匀布置4墙体水平截面总面积不宜小于箱形基础外墙外包尺寸的水平投影面积的1/10。计算墙体水平截面面积时，不扣除洞口面积。5对基础平面长宽比大于4的箱形基础纵墙水平截面面积不应小于箱形外墙外包尺寸水平投影面积的1/186箱基的偏心距eq在荷载效应准永久组合下7箱形基础的高度不易小于箱基长度的1/20，且不易小于3m，此处箱基长度不包括底板悬挑部分。8非人防时，各部分截面厚度（mm）基础底板应≥300mm外墙应≥250mm内墙应≥200mm顶板应≥200mm1）（《混凝土高规》第12.3.1、12.3.2、12.3.3条，《箱筏规范》第5.1.1、5.1.2、5.2.1、5.2.2、5.2.6条）箱形基础各部位截面要求见表6.4.1。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础2）（《混凝土高规》第12.3.7、12.3.8条，《箱筏规范》第5.2.6、5.2.14条）箱形基础各部位配筋要求见表6.4.2。一、箱基设计的相关的规定箱形基础各部位配筋要求表6.4.2序号情况配筋要求1顶部、底板及墙体均采用双层双向配筋2墙体的竖向和水平钢筋直径均不应小于10mm，间距均不应大于200mm3内、外墙的强顶（无上部剪力墙）处宜配置两根直径不小于20mm的通常构造钢筋4上部结构底层柱纵向钢筋伸入箱形基础墙体的长度柱下三面或四面有箱形基础墙的内柱除柱四角纵向钢筋直通到基底外，其余钢筋可伸入顶板底面以下40倍纵向钢筋直径处外柱、与剪力墙相连的柱及其他内柱纵向钢筋应直通到基底第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础3）（《混凝土高规》第12.3.6条，《箱筏规范》第5.2.7条）箱形基础的顶、底板可仅考虑局部弯曲计算的条件及构造要求见表6.4.3。一、箱基设计的相关的规定箱形基础的顶、底板可仅考虑局部弯曲计算的条件及构造要求表6.4.3项目内容箱形基础的顶、底板仅考虑局部弯曲的计算条件地基压缩层深度范围内的土层在竖向和水平方向皆较均匀上部结构为平立面布置较规则的框架、剪力墙、框架-剪力墙结构局部弯曲计算条件底板反力应扣除板的自重及其上面层和填土的自重顶板荷载按实际考虑顶板和底板钢筋配置要求纵横方向支座钢筋应有1/3至1/2的钢筋连通且连通钢筋的配筋率分别不小于0.15%（纵向）、0.10%（横向）跨中钢筋按实际需要的配筋全部连通钢筋接头宜采用机械连接采用搭接接头时，搭接长度应按受拉刚接考虑第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础4）（《箱筏规范》第5.1.4条）当考虑上部结构嵌固在箱形基础的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，尚应符合公式（6.4.1、.4.2）要求（图6.4.2）：一、箱基设计的相关的规定第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定非抗震设计（6.4.1）抗震设计（6.4.2）第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础5）（“箱筏规范”第5.2.3条）高层建筑同一结构单元内，箱形基础的埋置深度宜一致，且不得局部采用箱形基础。一、箱基设计的相关的规定第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础6）（《箱筏规范》第5.2.8条）对不符合表6.4.3要求的箱形基础，应同时考虑局部弯曲及整体弯曲的作用。矩形平面箱形基础的地基反力可按表6.4.4~6.4.6确定（复杂平面可按《箱筏规范》的附录C确定）；底板局部弯曲产生的弯矩应乘以0.8折减系数；计算整体弯曲时应考虑上部结构与箱形基础的共同作用；对框架结构，箱形基础的自重应按均布荷载处理。箱形基础承受的整体弯矩可按公式（6.4.3、6.4.4）计算（图6.4.3）：一、箱基设计的相关的规定（6.4.3）（6.4.4）第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础公式（6.4.4）用于等柱距的框架结构。对柱距相差不超过20%的框架结构也可适用，此时，l取柱距的平均值。在箱形基础顶、底板配筋时，应综合考虑承受整体弯曲的钢筋与局部弯曲的钢筋的配置部位，以充分发挥各截面钢筋的作用。一、箱基设计的相关的规定第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础7）（《箱筏规范》第5.2.9条）箱形基础的内、外墙，除与剪力墙连接者外，由柱根传给各片墙的竖向剪力设计值，可按相交于该柱下各片墙的刚度进行分配。墙身的受剪截面应符合下式要求：一、箱基设计的相关的规定

（6.4.5）第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础8）（《箱筏规范》第5.2.10条，《混凝土高规》第12.3.5条）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1.2m，洞口上过梁的高度不宜小于层高的1/5，洞口面积不宜大于柱距与箱形基础全高乘积的1/6（图6.4.4）。墙体洞口周围应设置加强钢筋，洞口四周附加钢筋面积不应小于洞口内被切断钢筋面积的一半，且不少于两根直径为16mm的钢筋，此钢筋应从洞口边缘处延长40倍钢筋直径。一、箱基设计的相关的规定第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础9）（《箱筏规范》第5.2.11条，《混凝土高规》第12.3.5条）单层箱基洞口上、下过梁的受剪截面应分别符合公式（5.1.6~5.1.12）的要求。10）（《箱筏规范》第5.2.13条）底层柱与箱形基础交接处，柱边和墙边或柱角和八字角之间的净距不宜小于50mm，并应验算底层柱下墙体的局部受压承载力；当不能满足时，应增加墙体的承压面积或采取其他有效措施。11）（《箱筏规范》第5.2.15条）当箱基的外墙设有窗井时，窗井的分隔墙应与内墙连成整体。窗井分隔墙可视作由箱形基础内墙伸出的挑梁。窗井底板应按支承在箱基外墙、窗井外墙和分隔墙上的单向板或双向板计算。12）（《箱筏规范》第5.2.16条）与高层建筑相连的门厅等低矮单元基础，可采用从箱形基础挑出的基础梁方案（图6.4.5）。挑出长度不宜大于0.15倍箱基宽度，并应考虑挑梁对箱基产生的偏心荷载的影响。挑出部分下面应填充一定厚度的松散材料，或采取其它能保证挑梁自由下沉的措施。一、箱基设计的相关的规定第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础一、箱基设计的相关的规定第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础二、理解与分析1．箱形基础底板的斜截面受剪承载力及受冲切承载力计算要求同筏基。2．相关理解见图6.4.6~6.4.12。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础1．箱形基础底板的斜截面受剪承载力及受冲切承载力计算要求同筏基。2．相关理解见图6.4.6~6.4.12。图6.4.8箱形基础的最小截面尺寸要求二、理解与分析第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础1．箱形基础底板的斜截面受剪承载力及受冲切承载力计算要求同筏基。2．相关理解见图6.4.6~6.4.12。图6.4.9箱形基础悬挑部位的常见做法图6.4.10考虑局部弯曲计算时箱形基础顶底板的最小配筋要求二、理解与分析第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础1．箱形基础底板的斜截面受剪承载力及受冲切承载力计算要求同筏基。2．相关理解见图6.4.6~6.4.12。二、理解与分析第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础3．关于箱形基础的地基反力系数问题1）适用条件（1）上部结构与荷载比较均匀的框架结构；（2）地基土比较均匀；（3）底板悬挑部分不宜超过0.8m；（4）不考虑相邻建筑物的影响；（5）满足《箱筏规范》构造规定的单栋建筑物的箱形基础；（6）基底为均布荷载、基础刚度完全一致、未考虑L及B以外的其他因素。2）矩形基础下粘性土地基的反力系数见表6.4.4二、理解与分析第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础二、理解与分析由表6.4.4可以看出，粘性土地基，其地基反力分布为“锅形”，即中间小、四角最大。L/B增加（即基础由方形变成长条形）时，中部反力变大，角部反力变小，反力抛物线趋于平缓。反力分布图形见6.4.13a。第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础由表6.4.5可以看出，砂土地基，其地基反力分布也为“锅形“，即中间小、四角最大。但反力变化的幅度较粘性土地基明显增加，L/B增加（即基础由方形变成长条形）时，中部反力变大，角部反力变小，反力抛物线趋于平缓。反力分布图形见6.4.13b。二、理解与分析第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础4）矩形基础下软土地基的反力系数见表6.4.6由表6.4.6可以看出，软土地基，其地基反力分布不同于粘性土及砂土，而呈明显的复杂分布规律，中间较大、四角较小，最大反力不出现在中部也不出现在边角部，而出现在基础纵向对称轴的边缘内部部位。反力变化的幅度较粘性土及砂土地基明显减小，受L/B的影响不大，反力分布图形见6.4.14。二、理解与分析图6.4.14箱基下软土地基的反力分布规律第四节箱形基础第六章筏形和箱形基础三、结构设计的相关问题2．公式（6.4.3、6.4.4）为箱基估算公式，由于计算机及计算程序的普及和应用，实际手算的机会很少。但手算基本概念清晰，有条件时，可适当加强手算，以巩固结构设计概