民用建筑构造 第二章

第二章

基础与地下室学习目标(1)了解地基、基础、荷载三者之间的关系,以及地基与基础的设计要求;(2)掌握影响基础埋置深度的因素;

(3)了解基础的分类方法;(4)掌握不同基础的构造特点和特殊构造处理方法;

(5)了解地下室的组成与类型;(6)掌握地下室防潮防水的构造做法。第一节

地基与基础的基本概念地基一、地基与基础的关系基础位于建筑物的底部,是建筑物的重要组成部分。基础承受建筑物的全部荷载,并将它们传给地基。地基不是建筑物的组成部分,它只是基础下面承受建筑物荷载的土层。天然地基:是指具有足够承载能力,可以直接在其上建造房屋基础的天然土层，如岩石、碎石、砂、石、粘性土等；人工地基:当天然土层的承载力较小,如淤泥、冲填土、杂填土等,此时不能在土层上直接建造房屋基础,必须对土层进行人工加固后,方可在其上建造基础。常用的人工加固地基的方法有压实法、换土法、挤密法和化学加固法。第一节

地基与基础的基本概念二、地基、基础与荷载的关系建筑物的全部荷载是通过基础传给地基的。为了保证房屋的稳定和安全,基础底面的平均压力不得超过地基承载力。地基承受的荷载,是由上部结构传至基础顶面的竖向荷载、基础自重及基础上部埋土重量组成。当荷载一定时,加大基础底面积可以减少单位面积地基上所受到的压力。如以f表示地基承载力,N代表建筑总荷载,A代表基础的底面积,则可列出如下关系式:A≥N/f从上式可以看出,当地基承载力不变时,建筑总荷载越大,基础底面积也要求越大。或者说,当建筑总荷载不变时,地基承载力越小,基础底面积将越大。第一节

地基与基础的基本概念三、地基与基础的设计要求1.地基强度、变形和稳定性要求2.基础强度、刚度和耐久性的要求总之,无论地基还是基础,设计时均要高度重视,保证它们具有足够的可靠性。第二节

基础的埋置深度基础埋置深度是指室外设计地面到基础底面的距离(图2-1)。图2-1基础埋置深度足地基稳定和变形要求的前提下,基础应尽量浅埋。基础埋置深度一般不小于500mm,高层建筑基础埋置深度,一般为建筑高度的1/10～1/12。为防止自然因素或人为因素造成基础损伤而影响建筑的安全,基础顶面应低于室外设计地面100mm。浅基础:基础埋置深度为500～5000mm深基础:超过5000mm时第二节

基础的埋置深度工程地质情况水文地质情况决定基础埋置深度的因素3.地基土的冻结深度的影响相邻建筑物的基础埋置深度此外,还应注意拟建建筑物有无地下室、设备基础、地下设施等。第二节

基础的埋置深度按基础所用材料及受力特点分类第三节

基础的类型与构造一、基础的类型1.刚性基础:凡受刚性角限制的基础称为刚性基础,用如砖、石、混凝土等材料做基础;2.柔性基础:不受刚性角限制的基础,称为柔性基础或称非刚性基础,用钢筋混凝土做基础。第三节

基础的类型与构造1.刚性基础:上部结构荷载在基础中是沿着一定角度向下扩散的,这个角称为力的扩散角,又称刚性角,以α表示(图2-3)。不同材料具有不同的刚性角,通常用基础的挑出长度与高度之比表示(通称宽高比)。例如,砖的宽高比为1∶1.50,毛石的宽高比为1∶1.25~1∶1.50,灰土的宽高比为1∶1.25~1∶1.50,三合土的宽高比为1∶1.50~1∶2.00,混凝土的宽高比为1∶1。图2-3

刚性基础的受力特点a)B2/H0值在允许值内,基础底面不受拉

b)B2/H0大于允许值,基础因受拉开裂而破坏第三节

基础的类型与构造2.柔性基础:当建筑物的荷载较大,地基承载力较小时,基础底面必须加宽。如果仍采用砖、石、混凝土做基础,为满足刚性角的要求,基础必须有相应的高度,这样势必加大基础的埋置深度,既不经济,施工又麻烦。如果在混凝土基础的底部配置钢筋,利用钢筋来承受拉应力(图2-4),基础可承受较大的弯矩。不受刚性角限制的基础,称为柔性基础或称非刚性基础。图2-4

钢筋混凝土基础a)混凝土基础与钢筋混凝土基础的比较

b)钢筋混凝土基础按基础构造形式分类第三节

基础的类型与构造一、基础的类型条形基础独立基础井格基础筏形基础满堂基础(2)箱形基础5.桩基础第三节

基础的类型与构造1.条形基础当建筑物为墙承重结构时,基础沿墙体连续设置成长条形,称为条形基础

(图2-5)。这种基础整体性好,可防止或减缓基础的不均匀沉降。条形基础多为砖、石、混凝土基础,也可采用钢筋混凝土条形基础。图2-5条形基础第三节

基础的类型与构造当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀,以至于采用独立基础可能产生较大的不均匀沉降时,常将同一方向(或同一轴线)上若干柱子的基础连成一体而形成柱下条形基础(图2-6)。这种基础的抗弯刚度较大,因而具有调整不均匀沉降的能力,并能将所承受的集中柱荷载较均匀地分布到整个基底面积上。图2-6柱下条形基础1—柱

2—翼板

3—肋梁第三节

基础的类型与构造2.独立基础当建筑物为柱承重结构且柱距较大时,基础常采用单独基础,称为独立基础或柱下独立式基础。独立基础是柱下基础的基本形式,常用的断面形式有阶梯形、锥形等(图2-7)。当柱采用预制构件时,则独立基础做成杯口形,将柱子插入杯口内并嵌固,又称杯形基础。当建筑物上部为墙承重结构,也可采用独立基础,此时需在独立基础上设基础梁支承墙体,基础中距一般为3000～4000mm。图2-7a)现浇基础独立基础b)预制基础第三节

基础的类型与构造3.井格基础为提高建筑物的整体刚度,避免不均匀沉降,可在柱网下纵横两向设置钢筋混凝土条形基础,将独立基础在两个方向用梁连接起来,形成十字交叉的井字形基础,又称柱下交梁基础(图2-8)。图2-8井格基础第三节

基础的类型与构造满堂基础当上部荷载较大,地基承载力又差,采用上述基础类型难以满足建筑物的整体刚度和地基变形要求时,可将墙或柱下基础浇筑成一块整板,称为满堂基础。筏形基础按其结构形式不同可分为箱形基础第三节

基础的类型与构造(1)筏形基础最早这种基础被描述为“整个建筑物就像船那样浮在软弱土层上”,故称之为筏形基础。板式结构:板的厚度较大,构造简单;按结构形式分为梁板式结构:板的厚度较小,经济且受力合理,但板顶不平,在地面铺设前应将梁间空格填实或在梁

间铺设预制钢筋混凝土板。第三节

基础的类型与构造(1)筏形基础图2-9

筏形基础a)基础平面

b)梁板式筏形基础

c)不埋板式筏形基础第三节

基础的类型与构造(2)箱形基础箱形基础是由顶板、底板和纵横墙板组成,整体现浇而成的盒状基础(图

2-10)。箱形基础刚度大、整体性好,且内部中空部分可形成地下室,多用于高层建筑以及需设地下室的建筑中。箱形基础比较适用于软弱地基上面积较小、平面形状简单的重型建筑物,也可作为对不均匀沉降有严格要求的构筑物的基础,如水工建筑物有时就采用箱形基础;软土地基上15层以下的建筑物以及一般地层上30层以下的建筑物,有时直接采用箱形基础而不设置深基础。图2-10箱形基础第三节

基础的类型与构造5.桩基础当建筑物荷载较大,地基的软弱土层厚度在5000mm以上,采用浅基础不能满足强度和变形要求时,或对软弱土层进行人工处理困难或不经济时,常采用桩基础。桩基础通过桩端将建筑物的荷载传给坚硬的地基土层,或通过桩身与周围土层的摩擦将建筑物荷载传给地基。前者称为端承桩,后者称为摩擦桩

(图2-11)。图2-11桩基受力类型a)摩擦桩

b)端承桩第三节

基础的类型与构造5.桩基础桩基础的类型根据材料不同,一般分为木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩和钢桩等;根据桩的断面形式不同分为圆形桩、方形桩及工字形桩等;根据施工方法不同,分为预制桩、灌注桩及爆扩桩等。第三节

基础的类型与构造5.桩基础(2)桩基础的组成 桩基础是由桩柱和承台梁(或板)组成的(图2-12)。桩顶现浇钢筋混凝土承台梁,桩顶进入承台梁长度不宜小于50mm,承台梁高度一般不小于300mm,宽度不得小于桩直径(或桩边长)的2倍。在寒冷地区,承台梁下一般铺设100~300mm厚的干炉渣或粗砂防冻胀层。图2-12桩基的组成第三节

基础的类型与构造二、基础的构造1.刚性基础构造刚性基础常采用的材料为砖、石、灰土、三合土、混凝土,其构造应满足刚性角的要求,严格控制基础的挑出宽度与高度,以确保基础有效的受力和传力。砖基础毛石基础

(3)混凝土基础第三节

基础的类型与构造(1)砖基础砖基础中,砖的强度等级不宜低于MU10,水泥砂浆不宜低于M2.5。砖基础的剖面形式常采用台阶式,逐级向下放大,称为大放脚。大放脚的台阶宽度与高度,应与砖的规格相适应,一般采用等高式(或两皮一收式)或间隔式(或二一相间收式)。采用间隔式的砌筑方法,最下一级台阶必须为两皮砖厚(图2-13)。图2-13

砖基础大放脚a)等高式

b)间隔式第三节

基础的类型与构造(1)砖基础为了节省材料,一般在大放脚下设置垫层,垫层材料常用三七灰土(石灰与粘土的体积比为3∶7)、碎砖三合土(石灰、粘土、碎砖或碎石的体积比为1∶3∶6或1∶2∶4)。垫层厚度为150mm的整倍数,一般不小于300mm(图2-14)。砖基础的强度较低,耐久性、抗冻性能较差,多用于南方地区5层以下的混合结构建筑物中。北方地区适宜在地下水位较低处使用,且基底应置于冰冻线以下,同时基础表面应采用1∶2水泥砂浆加3%~5%防水剂抹面,其厚度不小于20mm。图2-14

砖基础第三节

基础的类型与构造(2)毛石基础毛石基础是由厚度和宽度不小于150mm,长度为200~400mm的未经加工的石材,用M5水泥砂浆砌筑而成的。毛石基础的剖面形式多为矩形和阶梯形(图2-15)。当基础底面宽度≤

700mm时,多做成矩形剖面;当基础底面宽度>700mm时,多做成阶梯形剖面,采用阶梯形剖面,可保证毛石基础的砌筑质量,并便于上部结构施工。基础顶面宽度应比墙或柱每边宽出100mm,且基础宽度不得小于500mm。基础每个台阶的高度不宜小于400mm,宽度不应大于200mm。毛石基础抗压强度高、抗冻、抗水、抗腐蚀性能均较好,多用于地下水位较高、冻结深度较深的低、多层民用建筑中。第三节

基础的类型与构造(2)毛石基础图2-15毛石基础第三节

基础的类型与构造(3)混凝土基础混凝土基础是用强度等级不低于C20混凝土现场整体浇筑而成。混凝土基础剖面的基本形式有矩形、阶梯形和锥形。为节省材料,减轻基础自重,当基础高度小于350mm时,多做成矩形;基础高度为350~1000mm时,多做成阶梯形,台阶高度一般为300~400mm;基础高度大于1000mm时,可做成锥形,外边缘高度一般不小于200mm(图2-16)。为节约混凝土,常在混凝土基础中加入适量的毛石,这种基础称为毛石混凝土基础。掺入毛石的体积可达基础总体积30%,每块毛石的粒径不得大于基础宽度的1/3,且不超过300mm。图2-16

混凝土基础a)阶梯形基础

b)锥形基础第三节

基础的类型与构造2.柔性基础构造柔性基础是指用抗拉、抗压、抗弯、抗剪均较好的钢筋混凝土材料作基

础,由于不受刚性角的限制,所以基础可做得宽而薄,其剖面多为扁锥形,截面高度由内向外逐渐减小,但最薄处的厚度不应小于200mm。基础中受力钢筋的数量应通过计算确定,但钢筋直径不宜小于8mm。混凝土的强度等级不宜低于C15。为保证基础底面平整、便于布置钢筋、基础传力均匀,常在基础下部用强度等级为C7.5或C10的混凝土做垫层,其厚度一般为100mm(图2-17)。图2-17

钢筋混凝土基础a)板式基础

b)梁板式基础第四节

基础的特殊构造一、基础局部处理当地基土有软弱土层且范围不大时,为防止地基的不均匀沉降危害基础及墙体,应将基础埋深进行错台处理,错台高度不宜大于500mm,错台长度应不小于错台高度的2倍(图2-18)。当基础埋深不同时,也应采用错台方法处理。当基础下有填土坑或墓穴时,如果其深度较浅,可采用局部换土法处理;深度较深时,可将基础断开,上设钢筋混凝土过梁。图2-18不同埋深基础局部处理第四节

基础的特殊构造二、管道穿基础处理建筑中穿基础的管道一般为给水排水管道和供热采暖管道。管道穿过的基础处,必须预留洞口。为方便管道安装及防止基础沉降时压弯或损坏管道,预留洞口宽度一般应比管道直径大200mm,高度应比管道直径大300mm。管道顶部与洞口顶面的安装空隙大小,与建筑物的沉降量有关,一般地基不得小于150mm,湿陷性黄土地区不得小于300mm(图2-19)。当管道低于基础埋深时,基础应按错台方法处理或设钢筋混凝土过梁。图2-19

管道穿基础处理a)基础墙开洞

b)基础错台开洞第五节

地下室的防潮与防水一、地下室的组成与类型1.地下室的组成地下室一般由墙身、底板、顶板组成(图2-20)。地下室的墙板和底板必须有足够的强度、刚度和防水能力,否则,即使采取外部的防潮、防水措施,仍然会出现渗漏现象,严重时,会导致地下室不能正常使用,甚至影响建筑物的耐久性。图2-20地下室组成第五节

地下室的防潮与防水一、地下室的组成与类型2.地下室的类型地下室按使用功能分有普通地下室和防空地下室;按结构形式分有砖墙结构地下室和砌体结构地下室;按地下室顶板标高分有全地下室和半地下室。当地下室地面低于室外地坪面的高度,超过地下室净高的1/2时称为全地下室;当地下室地面低于室外地坪面的高度,超过地下室净高的1/3,但不超过1/2时称为半地下室。第五节

地下室的防潮与防水二、地下室的防潮与防水构造(一)地下室的防潮当地下水的常年静止水位和最高水位都低于地下室底板时,地下室底板和外墙仅受土层中毛细水和地表水下渗而形成的无压水的影响,这时只需做防潮处理。(1)墙身防潮墙身防潮采用在地下室外墙外侧设垂直防潮层。常用做法是在墙身外表面先抹一层20mm厚的水泥砂浆找平层,上涂一道冷底子油和两道热沥青,在防潮层外侧500mm范围内回填低渗透性土,如粘土、灰土等,并逐层夯实,以防地面雨水或其他地表水的影响(图2-21a)。第五节

地下室的防潮与防水(2)底板防潮底板防潮是在地下室顶板和底板中间各设一道水平防潮层,使地下室形成连续封闭的防潮体系,以防止地面积水或地下毛细管水渗入地下室内(图2-21b)。当地下室使用要求较高时,可在墙板和底板内侧加涂防潮涂料,以消除或减少潮

气渗入。图2-21

地下室防潮构造a)墙身防潮

b)底板防潮第五节

地下室的防潮与防水防水等级标

准一级不允许水,结构表面无湿渍二级不允许水,结构表面可有湿渍工业与民用建筑:总湿渍面积不应大于总防水面积(包括顶板、墙面、地面)的1/1000;任意100m2防水面积上的湿渍不超过2处,单个湿渍的最大面积不大于0.1m2其他地下工程:总湿渍面积不应大于总防水面积的2/1000;任意100m2防水面积上的湿渍不超过3处,单个湿渍的最大面积不大

于0.2m2;其中,隧道工程还要求平均水量不大于0.05L/(m2·d),任意100m2防水面积上的水量不大于0.15L/(m2·d)三级有少量漏水点,不得有线流和漏泥沙任意100m2防水面积上的漏水点数不超过7处,单个漏水点的最大漏水量不大于2.5L/d,单个湿渍的最大面积不大于0.3m2四级有漏水点,不得有线流和漏泥沙整个工程平均漏水量不大于2L/(m2·d);任意100m2防水面积上的平均漏水量不大于4L/(m2·d)(二)地下室防水当地下水常年静止水位和最高水位都高于地下室底板时,地下室的底板和外墙将浸在水中。因此,地下室外墙与底板必须采取防水处理。根据《地下工程防水技术规范》GB50108—2008中第3.2.1的规定,地下工程的防水等级应分为四级,各等级的防水标准应符合表2-1的要求。表2-1

地下工程防水等级标准第五节

地下室的防潮与防水防水等级适用范围一级人员长期停留的场所;因有少量湿渍会使物品变质、失效的贮物场所及严重影响设备正常运转和危及工程安全运营的部位;极重要的战备工程、地铁车站二级人员经常活动的场所;在有少量湿渍的情况下不会使物品变质、失效的贮物场所及基本不影响设备正常运转和危及工程安全运营的部位;重要的战备工程三级人员临时活动的场所;一般战备工程四级对渗漏水无严格要求的工程(二)地下室防水不同防水等级地下工程的适用范围参见表2-2。表2-2

不同防水等级的适用范围第五节

地下室的防潮与防水1.材料防水材料防水是在地下室外墙和底板表面敷设防水材料,借助材料的高效防水特性来阻止水的渗入。防水材料常用卷材、涂料和防水砂浆。按防水材料铺贴位置的不同,材料防水分外包防水和内包防水两类。外包防水是将防水材料铺贴在迎水面,即外墙的外侧和底板的下面,其防水效果好,故应用较多,但维修困难,缺陷处难于查找。内包防水是将防水材料贴于背水一面,施工简便,便于维修,但防水效果较差,多用于修缮工程。第五节

地下室的防潮与防水(1)卷材防水卷材防水是一种传统的防水做法。防水卷材一般用沥青卷材(石油沥青卷材、焦油沥青卷材)和高分子卷材(如三元乙丙-丁基橡胶防水卷材、氯化聚乙烯-橡塑共混防水卷材等)。卷材外包防水的具体做法是:先在地下室底板的混凝土垫层上做20mm厚

1∶3水泥砂浆找平层,然后满铺防水层,其上做细石混凝土或水泥砂浆保护层,最后浇筑钢筋混凝土底板。墙身的防水做法为:先在外墙外面抹20mm厚的1∶3水泥砂浆找平层,其上粘贴防水层。防水层自底板下、墙板外侧,由下而上连续密封铺贴,在设计水位以上500~1000mm处收头。最后,在防水层外侧砌厚为

120mm的砖保护墙以保护防水层,在保护墙与防水层之间的缝隙中灌以水泥砂浆(图2-22)。第五节

地下室的防潮与防水图2-22

地下室卷材防水构造a)外包防水

b)防水层收头处理第五节

地下室的防潮与防水(2)涂料防水涂料防水是指在施工现场以聚