建筑结构原理及设计教学课件PPT地基和基础.ppt

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1、1建筑结构原理及设计第八章 地基和基础结构.2建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建筑物建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层称为影响的那一部分地层称为地基地基；建筑物向地基传递荷；建筑物向地基传递荷载的下部结构称为载的下部结构称为基础基础。建筑物建筑物上部结构上部结构基基 础础地地 基基地基及基础的概念.3地基及基础的重要性 组成地层的组成地层的土土或岩石是自然界产物。建筑物建造在地或岩石是自然界产物。建筑物建造在地层上面，所以建筑物场地的层上面，所以建筑物场地的工程地质条件工程地质条件是决定地基基础是决定地基基础设计和施工的先决条件。设计和施工的先决条件。建筑

2、物的地基和基础是建筑物的地基和基础是建筑物的根本，它们一旦建筑物的根本，它们一旦出现问题，建筑物的安全出现问题，建筑物的安全和正常使用必然受到影响。和正常使用必然受到影响。建筑物的事故，绝大多数建筑物的事故，绝大多数都与都与地基地基和和基础基础有关。有关。4第八章第八章 地基和基础结构地基和基础结构8.1 地基土的分类和工程特性地基土的分类和工程特性 土是由矿物颗粒（固相）、水（液相）和空气（土是由矿物颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）三部分组成的三相体系。气相）三部分组成的三相体系。1、基本物理指标、基本物理指标 土的相对密度土的相对密度ds、含水量、含水量w和重度和重度，由实验室直，由

3、实验室直接测定。接测定。2 2、换算指标、换算指标可由基本物理量换算得到可由基本物理量换算得到 土的干密度土的干密度d d、饱和密度、饱和密度satsat、有效密度、有效密度、孔隙比孔隙比e e、饱和度、饱和度s st t。物理指标物理指标5100%100%wsssmmmmm含水量:swswammmVVVV土的密度：vsVeV土的孔隙比：63、反映粘性土塑性性质的指标、反映粘性土塑性性质的指标 0 缩限缩限w ws s 塑限塑限w wp p 液限液限w wL L 含水量含水量w w 固态固态 半固态半固态 可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 塑想指数：塑想指数：l lp p=w=wL L-w-

4、wp p (8.1.1)(8.1.1)液性指数：液性指数：l lL L=(w-w=(w-wp p)/(w)/(wL L-w-wp p)=(w-w)=(w-wp p)/l)/lp p (8.1.2)(8.1.2)4 4、渗透系数、渗透系数k k8.1.2 8.1.2 地基土的工程分类地基土的工程分类 按按建筑地基基础建筑地基基础 设计规范设计规范土划分为：碎石土、土划分为：碎石土、砂土、粉土、粘性土四大类。砂土、粉土、粘性土四大类。(1)(1)碎石土碎石土。碎石土为粒径大于。碎石土为粒径大于2mm2mm的颗粒含量超过全的颗粒含量超过全重重50%50%的土。碎石土可按粒组含量和颗粒形状分为的土。碎

5、石土可按粒组含量和颗粒形状分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。(2)(2)砂土砂土。砂土为粒径大于。砂土为粒径大于2mm2mm的颗粒含量不超过全的颗粒含量不超过全重重50%50%、粒径大于、粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50%50%的土的土。砂土可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。砂土可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。(3)(3)粉土粉土。粉土为塑性指数。粉土为塑性指数I Ip p1010且粒径大于且粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%50%的土，它介于砂土与粘的土，它介于

6、砂土与粘性土之间性土之间.(4)(4)粘性土粘性土。粘性土是塑性指数。粘性土是塑性指数 I Ip p 大于大于1010的土，按的土，按表表17-217-2分为粘土、粉质粘土。分为粘土、粉质粘土。78.1.3 土的工程特性指标土的工程特性指标1、压缩性指标、压缩性指标 土的压缩性高低，常用压缩性指标定量表示。土的压缩性高低，常用压缩性指标定量表示。压缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原压缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样，进行室内压缩试验测定。状土样，进行室内压缩试验测定。89e-p压缩曲线压缩曲线压缩系数压缩系数 ae为空隙比值为空隙比值 为了便于比较，通常采用压力段由为了

7、便于比较，通常采用压力段由p 1=100kPa 增加到增加到p 2=200kPa 时的压缩系数时的压缩系数a 1-2 来评定土的压缩性如下：来评定土的压缩性如下：p压应力压应力102、抗剪强度（1）粘性土的抗剪强度 其抗剪强度由凝聚力c和 c 内摩擦角两部分组成。粘性土的内摩擦角值因粘粒含量增多而减少。另外，另外，浸水后粘性土的抗剪强度降低。例如，土质边坡在雨浸水后粘性土的抗剪强度降低。例如，土质边坡在雨季时经常失去稳定，发生大面积滑坡季时经常失去稳定，发生大面积滑坡。（2）无粘性土的抗剪强度 无粘性土的透水性强，颗粒间无凝聚力。0 113 3、地基承载力、地基承载力 地基承载力是指地基上单位

8、面积承受荷载的能力。地基承载力是指地基上单位面积承受荷载的能力。荷载的增加使地基变形相应增大，同时地基承载力也荷载的增加使地基变形相应增大，同时地基承载力也逐渐增大，这是地基土的重要特性。由于建筑物的使逐渐增大，这是地基土的重要特性。由于建筑物的使用功能要求，不允许发生过大的沉降或沉降差变形，用功能要求，不允许发生过大的沉降或沉降差变形，但往往是当变形达到或超过正常使用的限值时但往往是当变形达到或超过正常使用的限值时,地基土地基土抗剪强度仍有富余。所以，抗剪强度仍有富余。所以，地基承载力是地基按正常地基承载力是地基按正常使用极限状态设计时单位面积所能承受的最大荷载值。使用极限状态设计时单位面积

9、所能承受的最大荷载值。地基承载力即地基允许承载力。地基承载力即地基允许承载力。121314158.1.4软弱地基处理软弱地基处理 软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、填土、杂质土或其他高压缩土土层构成的地基。软弱土含水量高、孔隙比较大、抗剪强度低、压缩性较高、渗透系数很小等工程特性。主要处理方法有：换垫层法、预压法、强夯法、主要处理方法有：换垫层法、预压法、强夯法、深层密实法和深层搅拌法深层密实法和深层搅拌法。8.2 地基基础设计基本规定1、建筑地基基础设计等级 建筑地基基础设计等级分为甲、乙、丙三级，如书中表8.2.1所列。162、地基设计原则地基设计原则（1）地基承载力计算）地基承载力计算

10、（2）变形验算）变形验算（3）稳定性验算）稳定性验算3、荷载效应组合和抗力取值8.3 地基计算1、地基承载力计算（1）基础埋置深度（2）地基承载力计算1）荷载效应组合和抗力取值 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标准组合值SK(p62,公式4.3.8)计算，抗力计算应采用地基承载力特征值fak或修正后的地基承载力特征值fa。基础的埋深基础的埋深172）承载力计算 Nk轴心荷载作用时 认为基础底面的压应力均匀分布，pk承载力计算公式为：pkfa (8.3.1)Nk偏心荷载作用时 Vk Mk 认为基础底面的压应力值为非均匀的线性分布，承载力计算公式为：(pk,max+pk,mi

11、n)/2 fa (8.3.2)pk,max pk,min pk,max 1.2fa (8.3.3)182、变形验算（1）建筑物地基的变形特征 分四种主要类型：沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜。（2）地基变形允许值表8.3.1（3）变形验算 计算沉降等变形时，传至基础底面的荷载效应值应按正常使用极限状态下荷载效应准永久值Sq计算，不应计入风荷载和地震作用。计算地基的最终变形量，是把地基沉降计算范围内的土层划分为若干分层，计算各分层的压缩量后求其总和。19 有时要分别预估建筑物地基在施工期间和使用期间的变形值。3、稳定性验算 有两类建筑物需要验算稳定性：经常承受水平荷载的建筑和高耸结构物、建造在斜坡

12、上的建筑物和构筑物。8.4 基础结构型式及应用8.4.1 浅基础 浅基础按结构型式可分为：独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础等。根据材料又可分无筋扩展基础、扩展基础。20刚性基础的受力、传力特点刚性基础的受力、传力特点 刚性基础的刚性角刚性基础的刚性角(a)砖砌基础的刚性角范围刚性角=45(b)素混凝土基础的刚性角范围21扩展基础扩展基础 钢筋混凝土基础22 墙下条基 柱下条基（可形成井格形）23施工中的柱下条形基础施工中的柱下条形基础24框架柱下条形基础框架柱下条形基础25 独立柱式基础26 梁板式筏形基础 不埋板式基础27片筏基础28 箱型基础 壳体基础298.4.2 桩基础 桩基础承

13、载原理：一是桩身和侧向土体的摩擦作用向周围土体扩散荷载，二是通过桩端阻力把荷载传至坚硬的土层。按承载作用机理桩可分为摩擦型桩和端承型桩。按受力状态，桩基可分为抗压桩、抗拔桩、水平受荷桩和复合受荷桩等。桩基中的桩型有预制钢筋混凝土桩、预应力混凝土管桩、钢管桩及混凝土灌注桩等。30桩基础(a)钢筋混凝土桩基础(b)桩承台示意31桩承基平台328.5 无筋扩展基础 无筋扩展基础通常是指由砖、石、混凝土或毛石混凝土、灰土、三合土等材料建造的基础，也称刚性基础或大放脚基础。适用于六层和六层以下的房屋建筑和砖墙承重的厂房。设计无筋扩展基础时，先根据地基承载力要求（式8.3.1)确定基础的底面尺寸，再按构造

14、要求，其底面宽度应满足下式要求：bb0+2H0tan (8.5.1)混凝土基础底面处的平均压应力超过300kPa时，应进行抗剪验算：V0.7ftA (8.5.2)338.6 扩展基础1、一般构造要求2、扩展基础设计计算（1）墙下条形基础 可取条形基础长度方向l=1m的范围作为计算单元。1）底板宽度b 基础顶面的竖向力为Fk，基础和基础上方回填土的平均重度为（一般取20kN/m3)，基础埋深为d,底面积为A=lb(取l=1m)，则基础自重和基础上方的土自重标准值：GK=Ad 修正后的地基承载力的特征值为fa，一般假定轴心受3435压基础底面的压应力pk均匀分布，则应满足：pk=(Fk+Gk)/A

15、fa (8.6.1)故 bFk/(fa-d)(8.6.2)b1 F F 纵向分布钢筋2）基础高度H0 受力钢筋上部传至基础顶面的竖向力为F H0 h0则地基土单位面积净反力:as pj b pj=F/b (8.6.3)a1 底板最大剪力：V=pjb1/2 (8.6.4)pj设计时一般先确定基础高度H0，pja1/2再按下式验算 V V V0.7fth0 (8.6.5)M M pja12/2 3）底板受力钢筋的计算 M=pja12/2 每米长度基础板内的受力钢筋截面面积为：As=M/(0.9h0fy)(8.6.7)【例8.6.1】某教学楼墙下条形基础埋深d=0.9米，设置混凝土垫层。已知砖墙厚3

16、70mm，墙身传至基础顶面的可变荷载标准值qk=30kN/m,永久荷载标准值gk=115kN/m,修正后的地基承载力特征值fa=110kN/m2。试设计该基础（不设肋梁）。【解】根据构造要求，墙身放脚60mm，采用C20混凝土（ft=1.1N/mm2),HPB235级钢筋（fy=210N/mm2),基础及填土重度=20kN/m3。36 370 0.000 0.0200?6250700 900 300 100 200 b1?10120 b=1800(1)基础宽度Fk=qk+gk=(30+115)kN/m=145kN/mbFk/(fa-d)=145/(110-200.9)=1.58m取b=1.8m37(2)基础高度按构造要求，基础高度不宜小于300mm，现取H0=300mm，边缘高度200mm。轴心压力设计值F=1.2gk+1.4qk=1.2 115+1.4 30=180kN/m基础底面净压应力pj=F/b=180/1.8=100kN/m2b1=(1.8-0.37)/2=0.72m设计剪力值V=pjb1/2=1000.72/2=36kN38基础有效高度h0=V/(0.7bft)=36103