基础工程第3章柱下钢筋混凝土条形基础.ppt

第3章 柱下条形基础、伐基和箱形基础,柱下基础设计时应首先考虑采用独立基础，但是，当柱荷载大地基承载力低或柱荷载差过大、地基土质变化较大时，采用独立基础无法满足设计要求时，可考虑采用柱下条形基础、伐基或箱基 本节主要讲述柱下条形基础的构造和计算方法，并简单介绍伐基或箱基设计及减轻不均匀沉降损害的措施。,3.1 地基基础与上部结构相互作用的概念,砌体结构由于地基的不均匀沉降而产生开裂，说明上部结构、基础、地基三者不仅在相互接触面上保持平衡，而且三者相互联系成整体来承担荷载并产生变形。,这时，三部分都将按照各自的刚度对变形产生相互制约作用，从而使整个体系的内力和变形发生变化。,因此，原则上应该以地基、基础、上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前提，揭示它们在外荷作用下相互制约彼此影响的内在联系，达到经济、安全的设计目的。,1、基本概念：,上部结构,基础,地基,框架结构,2、相对刚度的影响,整体弯曲,实际工作中属于结构绝对柔性的框架结构是没有的，而以“屋架-柱-基础”为承重结构的木结构、排架结构与之接近，所以称这两种结构为“柔性结构。,结构绝对刚性,z1,z2,产生类似连续梁弯曲“局部弯曲”,沉降总在一条线上,体形简单，长高比很小，采用框架、剪力墙或筒体结构的高层建筑及其烟囱、水塔等高耸结构属于这种情况，称之为刚性结构。,z1,z2,沉降为一条曲线,整体弯曲和局部弯曲叠加,砌体承重结构和钢筋混凝土框架结构，其刚度一般都是有限的称为相对刚性或弹性结构。,3、工程处理中的规定,考虑上部结构、基础与地基共同作用时的工程处理方法可参照以下规定： （1）按照具体条件可不考虑或不计算整体弯曲时，必须采取措施同时满足整体弯曲的受力要求。 （2）从结构布置上，限制梁板基础（或称连续基础）在边柱或边墙以外的挑出尺寸，以减轻整体弯曲效应。 （3）在确定地基反力图形时，除箱形基础外。柱下条形基础和筏基纵向两端起向内一定范围，如12开间，将平均反力加大10%20% （4）基础梁板的受拉钢筋至少应部分通长配置,3.2 柱下混凝土条形基础设计,3.2.1构造要求,（1）外形尺寸,l0宜为边跨柱距1/4,H0计算确定，宜为柱距1/8-1/4。,b0抗剪条件确定，,顶部钢筋全部通长布置,底部钢筋不少1/3通长布置,箍筋6-12mm H0800, 6肢箍,混凝土：基础C20垫层C10,3.2.2 柱下钢筋混凝土条形基础内力计算方法,（1）弹性地基梁方法 1）基床系数法（文克勒法）,基本假定：地面上任一点所受的压力强度p与该点的地 基s成正比,2）半无限弹性体法：,基本假定：假定地基为半无限弹性体，将柱下条形基础作为放在半无限弹性体表面上的梁，当荷载 作用在半无限弹性体表面时，某点的沉降不仅与作用在该点上的压力大小有关，同时和邻近处作用的荷载有关,（2）简化的内力计算方法,1）倒梁法,基本假定：基础板与地基土相比为绝对刚性，基础的弯曲挠度不致改变地基压力；地基的压力分布呈线性或平面分布，其重心与作用于板上的合力作用线相重合。 上部结构完全刚性，各柱间无沉降差，可把柱脚看成条形基础铰支座。 使用条件：地基较均匀，上部结构刚度好，荷载分布较均匀，条形基础梁的高度大于1/6柱距,内力计算,a.计算净反力,b.将柱底视为不动铰支座，地基净反力为荷载，按多跨连续梁计算内力,c.倒梁法计算的支座反力有可能会不等于原先用于计算净反力的竖向荷载。 可理解为上部结构的刚度对基础的抑制作用时柱荷载分布均匀化；也反映了该方法计算的支座与基底反力不平衡这一主要缺点。,2）剪力平衡法（静力分析方法）,假定：地基反力按直线分布，求出净反力分布后，基础上所有的作用力都已确定，可根据静力平衡条件（剪力平衡）计算出任一截面上的弯矩和剪力。,例题1 试确定下图1.43(a)所示条形基础的底面尺寸，并用简化方法分析内力。已知：基础埋深d=1.5m，地基承载力设计值f=150kPa，其余数据见图,解：1.确定基础底面尺寸：,合力距A点之距x：,取x1=0.5m，,基础底板宽：,2.内力分析,（1）倒梁法 中心受荷，地基反力均布，qn=300kN/m， 以A 、B、C、D为支座，按弯距分配法分析三跨连续梁，计算弯距M和剪力V。,（2）剪力平衡法,按静力平衡条件计算内力,AB跨：,剪力为0，M最大,其余各截面计算方法相同,梁,柱,底板,3.2 伐板基础设计简介,3.2 伐板基础设计简介,1构造要求 1）平板式，梁板式 2）底面形状和尺寸确定首先应考虑使上部结构荷载的合力点接近基础底面的形心。如果荷载不对称，宜调整筏板的外伸长度。,伸出长度： 横向1500mm， 纵向1000mm，,对上肋式、地面架空的布置型式，尚可采取调整筏上填土等措施以改变合力点位置。,4）基础筏板的钢筋配置量应按计算要求。纵横两方向的支座处，尚应有一定配筋率的钢筋通长配置。对墙下筏板，纵向为0.15%，横向为0. 10%；跨中钢筋一般通长配置。对墙下筏板或无外伸肋梁的阳角外伸板角底面，应配置5-7根辐射状的附加钢筋。,5）肋梁式筏板基础板的构造要求仿上，而梁的构造要求仿柱下条形基础。混凝土强度等级一般不低于C20，对于地下水位以下的地下室筏板基础，尚应考虑混凝土的防渗等级。,3）筏板的厚度按冲切强度条件确定。可按楼层层数每层50mm设定，但不得小于200mm，肋梁式筏板的厚度尚不宜小于计算区段内最小板跨的1/20。而肋的高度宜大于或等于柱距的1/6。,2简化计算方法 当地基土质均匀时，对压缩模量小于或等于4MPa的地基上的筏板基础，结构刚度较好时，可认为基底 反力按直线分布（或平面分布）。 对于矩形筏板基础，基底反力可按下列偏心受压公式进行简化计算：,内力分析时： 以基底净反力为倒置梁板荷载，一般只计算局部弯曲。 厚度大于1/6墙间距的筏板，可沿纵、横方向取单位长度的板带。 柱下无梁式筏板，可仿效无梁楼盖计算方法，分别截取柱下板带与柱间板带进行计算。 柱下肋梁式筏板，一般按“倒楼盖”法进行内力分析。基底板按单向或双向连续板计算。肋间底板传至肋梁的荷载按“楼盖”的计算规定进行划分。挑出板的荷载可直接传给邻近的肋梁。板角荷载可按半经验、半理论的方法换算成为作用于梁端的力矩。这样，肋梁就可以当作承受相应荷载的纵横两组连续梁进行计算。 与柱下条形基础一样，为满足抵抗整体弯曲的要求，除按规定梁板的主筋均应有一定数量通长配置外，其纵向端部第一、二开间的跨中和支座的受力钢筋，宜按计算要求的钢筋面积增加10%-20%。,柱,顶板,底版,梁,隔板,3.3箱形基础设计简介,3.3箱形基础设计简介,箱基在构造上要求平面形状简单，通常为矩形。基底的形心宜与结构竖向荷载的合力点重合，具体要求是偏心距不宜大于0. 1 W /A，式中W为基底的抵抗矩，A为基底面积。 箱基底板厚度及墙身厚度应根据结构计算或建筑功能要求确定。一般底板与外墙厚度不小于250mm，内墙厚度不小于200mm，顶板厚度不小于150mm。 为满足地基强度和稳定性要求以及减少倾斜、防止倾覆和滑移的要求，箱基必须埋入地表下一定深度。 地下室的高度等应满足使用功能的要求。,箱基内力的计算方法通常有以下两种：,第一种方法： 把箱基当作绝对刚性板，不考虑上部结构的共同工作。 地基反力按高层建筑箱形与筏形基础技术规范(JGJ6-99）附录C的反力系数分区表或其它有效方法确定。 计算箱基内力时，尤其是顶板和底板的内力应是整体受弯与局部受弯两种作用的合理叠加。整体弯曲计算参见（(JGJ6-99）有关规定。 当上部结构为框架体系时，一般按这种方法进行计算。,第二种方法： 把上部结构看成绝对刚性体系，不考虑箱基整体受弯作用，只按局部弯曲来计算底板内力。 上部结构为现浇剪力墙体系时，一般按这种方法计算，整体弯曲则由构造要求来满足。 当箱基埋置于地下水位以下时，要重视施工阶段中的抗浮稳定性。一般采用井点降水法，使地下水位维持在基底以下以利施工。在箱基封完底让地下水位回升前，上部结构应有足够的重量，保证抗浮稳定系数不小于1.2，否则应另拟抗浮措施。 此外，底板及外墙要采取可靠的防渗措施。,3.4 减轻不均匀沉降损害的措施,一般地说，地基发生变形即建筑物出现沉降是难以避免的，但是，过量的地基变形将使建筑物损坏或影响其使用功能；,虎丘塔建于五代，砖木塔身，由于多次遭遇火灾，现存已只是砖砌塔身，虎丘塔造型优美，质朴素雅，据文献资料记载，从明朝起，虎丘塔即已开始倾斜，至今，塔身已倾斜2.34米，由于倾斜，更增添了它的魅力和神秘感，称为古城苏州又一道与众不同的风景线。,从地基角度处理沉降方法,(1)采用柱下条形基础、筏基和箱基等； (2)采用桩基或其它深基础； (3)采用各种地基处理方法。,3.4.1 建筑措施,1.建筑物体型力求简单,平面形状复杂(如L、T、E、Z、形等)的建筑物，单元交又处基础密集，附加应力互相重叠，使局部沉降量增加； 同时，此类建筑物整体刚度差，不对称，不均匀沉降时，易产生扭曲应力，更易使建筑物开裂。,造价偏高，需要具备一定的施工条件,建筑物高低(或轻重)变化太大，地基各部分所受的荷载轻重不同，自然也容易出现过量的不均匀沉降。,因此，遇软弱地基时，要力求 (1)平面形状简单，如用“一”字形建筑物； (2)立面体型变化不宜过大，砌体承重结构房屋高差不直超过l-2层。,据调查，软土地基上紧接高差超过一层的砌体承重结构房屋，低者很容易开裂。,纵横墙的连结和房屋的楼(屋)面共同形成砌体承重结构的空间刚度，当砌体承重房屋长高比较小时，建筑物的整体刚度好，能较好地防止不均匀沉降的危害。,2.控制建筑物长高比及合理布置纵横墙,相反，长高比大的建筑物整体刚度小，纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂。,根据调查认为，二层以上的砌体承重房屋，当顶估的最大沉降量超过120mm时，长高比不宜大干2.5；平面简单，内外墙贯通，横墙间隔较小的房屋，长高比的限制可放宽至不大于3.0。不符合上述条件时，可考虑设置沉降缝。,内、外纵墙的中断、转折，都会削弱建筑物的纵向刚度。当遇地基不良时，应尽量使内、外纵墙都贯通，另外，缩小横墙的间距，也可有效地改善房屋的整体性，从而增强调整不均匀沉降的能力。,合理布置纵横墙，是增强砌体承重结构房屋整体刚度的重要措施之一。一般地说，房屋的纵向刚度较弱，故地基不均匀沉降的损害主要表现为纵墙的挠曲破坏。,裂缝,中断、转折,3.设置沉降缝,沉降缝是从屋面到基础把建筑物断开，将建筑物划分成 若干个长高比较小、体型简单、整体刚度较好、结构类型相同、自成沉降体系的独立单元。,平面形状复杂的建筑物 的转折部位 建筑物的高度或荷载突 变处； 长高比较大的建筑物适 当部位； 地基土压缩性显著变化 处； 建筑结构（包括基础） 类型不同处； 分期建造房屋的分界 处。,砌体结构沉降缝,沉降缝的宽度： 2、3层房屋：50-80； 4、5层房屋：80-120 6 层及以上：120m,柱下钢筋混凝土条形基础,注意 沉降缝的造价颇高，且要增加建筑及结构处理上的困难，所以不宜轻率使用。沉降缝可结合伸缩缝设置，在抗震区，最好与抗震缝共用。,缝内一般不能填塞,跨越式沉降缝,偏心沉降缝,整片基础沉降缝,4控制相邻建筑物基础的间距,由于地基附加应力的扩散作用，使相邻建筑物产生附加不均匀沉降，可能导致建筑物的开裂或互倾。,同期建造的两相邻建筑物之间的影响，特别是当两建筑物轻(低)重(高)差别太大时，轻者受重者的影响更甚。 原有建筑物受邻近新建重型或高层建筑物的影响,为了避免相邻建筑物影响的损害，建造在软弱地基上的建筑物基础之间要有一定的净距,5.调整建筑物的局部标高,根据预估沉降，适当提高室内地坪和地 下设施的标高； 将相互有联系的建筑物各部分（包括设 备）中预估沉降较大者的标高适当提高； 建筑物与设备之间应留有足够的净空； 有管道穿过建筑物时，应留有足够尺寸 的孔洞，或采用柔性管道接头。,3.4.2 结构措施,1减轻建筑物自重： 基底压力中，建筑物自重(包括基础及回填土重），所占的比例很大，据统计，一般工业建筑约占40-50%一般民用建筑可高达60%-80%。措施如下： 减轻墙体重量： 例如：砌体承重结构，墙体占总重量50%以上。 选用轻型结构： 预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构及各种轻型空间结构。 减少基础和回填土重量： 首先是尽可能考虑采用浅埋基础，如果要求大量抬高室内地坪 时，采用架空层,2设置圈梁,砌体承重房屋，不均匀沉降的损害突出地表现为墙体的开裂。因此，实践中常在基础顶面附近(俗称“地圈粱”)、门窗顶部楼(屋)面处设置圈梁。每道圈梁应尽量贯通外墙，承重内纵墙及主要内横墙，并在平面内形成闭合的网状系统。这是砌体承重结构防止出现裂缝和阻止裂缝开展的一项十分有效的措施。,3减小或调整基底附加压力 减小基底陈附加压力：置地下室(或半地下室、架空层),改变基底尺寸： 按照沉降控制的要求，选择、调整基础底面尺寸,4.增强上部结构刚度或采用非敏感性结构 敏感性结构：根据地基、基础与上部结构共同作用的概念，上部结构的整体刚度很大时能调整和改善地基的不均匀 沉降；反过来，地基的不均匀沉降，能引起上部结内（敏感性结构）产生附加应力，但只要在设计中合理地增加 上部结构的刚度和强度，地基不均匀沉降（相当于支