基础设计.ppt

基础设计,按基础材料、受力性能划分,扩展基础(柔性基础):能承受一定弯曲变形的基础，通常指抗弯性能较好的钢筋混凝土柱下独立基础和墙下条形基础。,无筋扩展基础(刚性基础):指由混凝土、毛石、砖、灰土、三合土等材料组成的柱下独立基础和墙下条形基础（满足刚性角的要求）。特点：结构简单，主要承受压应力，抗压性能好，而抗弯、抗剪强度较差。,依据：可通过限制基础外伸宽度b与基础高度h的比值来确定。,刚性角：规范允许的b/h值相对应的角度。,一、无筋扩展基础设计1、基础高度的确定,适用条件:可用于6层及6层以下的民用建筑和砖墙承重的轻型厂房；但是灰土、三合土地基不宜用于超过4层的民用建筑。,满足台阶宽高比要求的基础，各台阶的内缘应落在与墙边或柱边铅垂线成 角的斜线上。,无筋扩展基础台阶宽高比的允许值(表7.3),无筋扩展基础的宽度确定以后，可按台阶宽高比要求（刚性角的要求）确定基础的高度，基础的高度应符合下式要求：,b0基础顶面的砌体宽度，m；h 基础高度，m；tan基础台阶宽高比的允许值，可按表7.3选用,基础高度h,基础高度h通常小于基础埋深d，这是为了防止基础露出地面，遭受外界环境的影响，需要在基础顶面覆盖一层保护基础的土层，此保护层的厚度d0，通常d00.1m。因此，基础高度h d-0.1m。,2、无筋扩展基础的构造要求,1）钢筋混凝土柱 采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱，其柱脚高度h1，不得小于柱脚外伸宽度b1，如图所示，并不应小于300mm，且不小于20d。,2）砖基础 砖基础施工简单。其剖面一般做成阶梯形（又称大放脚）。大放脚从垫层上开始砌筑，为保证大放脚的强度，应采用”两皮一收”或“二、一间隔收”砌法（基底必须保证两皮）。一皮即一层砖，标注尺寸为60mm，每收一次两边各收1/4砖长。为了得到一个平整的基槽底，保证砖基础的砌筑质量，砖基础以下设垫层。,3）毛石基础毛石基础是用等级不低于MU20号的毛石以砂浆砌成，由于毛石尺寸差别较大，为了便于砌筑合保证砌筑质量，毛石基础台阶高度和基础厚度不宜小于400mm，石块应错缝搭砌，缝内砂浆应饱满。,3）,4）灰土、三合土基础 为了节省材料，灰土、三合土基础一般与砖、砌石、混凝土等材料配合使用，做在基础的下部，根据建筑经验，三层及三层以上的混合结构和轻型厂房多采用三步灰，厚450mm,三层以下采用两步，厚300mm。,5）混凝土基础素混凝土的强度等级一般为C15，剖面形式有阶梯形和锥形等，按基础的尺寸和施工条件而定。混凝土中掺入少于基础体积30的毛石（毛石强度等级不低于MU20，其长度不宜大于30cm），称为毛石混凝土基础，混凝土强度C7.5C10。,5）,例：某住宅外承重墙厚370mm，基础受到竖向荷载标准值为250KN/m，弯矩标准值为40kN.m/m。地基土层分布情况是：表层为粘性塑填土，厚度1.3m，重度17.4KN/m3，其下为粉土层，粘粒含量为20，重度为19.5KN/m3，承载力特征值为180KPa。地下水在地表下2.0m处。试设计墙下条形基础。,解：(1)确定基础埋深 为了便于施工，基础宜建在地下水位以上，选择粉土层作为持力层，初选基础埋深d1.3m。(2）确定基础底面积计算承载力特征值fa因持力层为粉土层且粘粒含量c2010，查表得：d1.5；基底以上土的重度为m17.4kN/m3，,持力层经深宽修正后初步承载力特征值为：,按中心荷载初估条形基础宽度：,考虑到偏心荷载作用，将基础宽度提高11,同时，b1.913m，故承载力不做宽度修正，持力层承载力特征值仍为fa200.9kPa,计算基底边缘压力单位长基础及回填土重：,单位长基底面的抵抗矩：,则基底边缘的压力：,验算地基承载力,地基验算满足要求，基础宽度选择合理。,(3)选择基础材料，确定基础高度,采用MU10砖和M5砂浆砌筑“二、一间隔收”基础，基底下做100mm厚C10素混凝土垫层，砖基础所需的台阶数为：,基础高度h7120+660=1200mm;由此，基础顶面距地表的距离为d0dh13001200100100（mm）,据基础材料查表7.3得b/h=1:1.50;本设计的基础中,则本条形基础高度选择合理，基础断面设计满足要求。,一、扩展基础的构造要求,1、一般要求（1）基础边缘高度锥形基础的边缘高度，不宜小于200；阶梯形基础的每阶高度，宜为300500。（如图所示）,扩展基础设计,（2）基底垫层通常在底板下浇筑一层素混凝土垫层，垫层厚度不宜小于70，垫层混凝土强度等级应为C10；常做：100厚素混凝土垫层，两边各伸出基础100。垫层的作用：一为钢筋保护层；二为便于施工放线。,（3）钢筋底板受力钢筋直径不应小于10，间距不大于200，也不小于100；当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5m时钢筋长度可减短10%，并应均匀交错布置；独立基础和墙下条形基础的双层钢筋的布置为受力大的钢筋放置于下层（柱下独立基础为长向钢筋放置下层，墙下条形基础的短向钢筋放置下层）。底板钢筋保护层，当有垫层时不小于40，无垫层时不小于70。（4）混凝土混凝土强度等级不应低于C20。,2、现浇柱下独立基础的构造要求锥形基础和阶梯形基础构造要求的剖面尺寸在满足“一般要求”可按下图所示要求。,现浇柱基础中应伸出插筋，插筋在柱内的纵向钢筋连接宜优先采用焊接或机械连接，插筋在基础内应符合下列要求：（1）插筋的数量、直径、以及钢筋种类应与柱内的纵向钢筋相同。（2）插筋锚入基础的长度等应满足（如图所示）：,当基础高度h较小时，轴心受压和小偏心受压柱h1200，大偏心受压柱h1400；所有插筋下端宜做成直钩放在基础底板钢筋网上，并满足锚入基础长度应大于锚固长度的要求。（应符合钢筋混凝土结构的规定；有抗震设防要求时：一、二级抗震等级，三级抗震等级，四级抗震等级）。,当基础高度h较大时，轴心受压和小偏心受压柱h1200，大偏心受压柱h1400；可仅将四角插筋伸至基础底板钢筋网上，其余插筋只锚固于基础顶面下 或 处。基础中插筋至少需分别在基础顶面下100和插筋下端设置箍筋，且间距不大于800，基础中箍筋直径与柱中同。,7、浅基础设计,3、墙下条形基础的构造要求 墙下钢筋混凝土条形基础按外形不同可分为无纵肋板式条形基础和有纵肋板式条形基础两种。墙下无纵肋板式条形基础的高度h应按剪切计算确定。一般要求h300（，b为基础宽度）。当b1500，基础高度可做成等厚度；当b1500时，可做成变厚度，且板的边缘厚度不应小于200，坡度i1：3（如图所示）。,板内纵向分布钢筋 300，且每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10。当墙下的地基土质不均匀或沿基础纵向荷载分布不均匀时，为了抵抗不均匀沉降和加强条形基础的纵向抗弯能力，可做成有肋板条形基础。其配筋一般按经验确定。,（三）预制杯形基础,构造控制尺寸：杯口深度杯壁厚度杯底厚度杯壁配筋,（a）单杯口基础,（b）双杯口基础,双杯口基础：常用于伸缩缝双柱下高杯口基础：局部基础需深埋时,（c）高杯口基础,二、扩展基础的计算,扩展基础特点,受力性能：抗弯、抗剪性能好。适用范围：荷载情况：上部结构荷载较大，或承受弯矩、水平荷载的建筑物基础；地层情况：地基上层土质较好，而下层土软弱的情况，利用表层好土设计浅基础。,破坏情况：钢筋混凝土基础是一种受弯和受剪的构件，在荷载作用下可能发生纯剪切破坏、斜压破坏、冲切破坏、弯曲破坏。,冲切破坏,冲切破坏：从柱边或台阶变截面处沿45斜面拉裂，形成冲切破坏锥体；抵抗：基础底板有足够的厚度。,墙下钢筋混凝土条形基础截面设计内容：基础高度和基础底板配筋。,（一）墙下钢筋混凝土条形基础设计,（一）墙下钢筋混凝土条形基础设计,轴心荷载的作用,基础内不配箍筋和弯起筋，故基础高度由混凝土的受剪承载力确定：,基础高度,基底平均净反力设计值(基本组合),基础有效高度,剪力设计值,b1为基础悬臂部分计算截面的挑出长度。当墙体为混凝土时，为基础边缘至墙角的距离;为砖墙且放角不大于1/4砖墙时，为基础边缘至墙角的距离加上0.06m。,受力钢筋,构造钢筋,基础底板配筋,悬臂根部的最大弯矩设计值：,基础每米长的受力钢筋截面面积：,偏心荷载的作用,在偏心荷载作用下，基础边缘处的最大净反力设计值为：,荷载的净偏心矩,基础的高度和配筋计算：,某砖墙厚240mm，相应于荷载效应标准组合及基本组合作用在基础顶面的轴心荷载分别为144kN/m和190kN/m，基础埋深为0.5m，地基承载力特征值fak=106kPa，试设计此基础。,【例题】,【解】,因基础埋深为0.5m，埋深较浅，故采用钢筋混凝土条形基础。混凝土的强度等级采用C20，ft=1.10N/mm2，钢筋用HPB235级，fy=210N/mm2,因为d=0.5m，所以不需要深度修正:,先计算基础宽度：,基底净反力：,基础边缘至砖墙计算界面的距离：,基础的有效高度：,取基础高度h=300mm:,配钢筋,以上受力钢筋沿垂直于砖墙长度的方向配置，纵筋分布筋取,垫层用100mm的C15的混凝土。,例题,（二）、柱下钢筋混凝土独立基础设计,50,轴心荷载作用,基础高度,基础高度由混凝土的受冲切承载力确定。在柱荷载作用下，如果基础高度（或阶梯高度）不足，将沿柱周边（或阶梯高度变化处）产生冲切破坏，形成45度斜裂面的角锥体.,冲切破坏锥体以外的地基净反力所产生的冲切力应小于冲切面处混凝土的抗冲切能力。矩形基础一般沿柱短边一侧先产生冲切破坏，所以只需要根据柱短边一侧的冲切破坏条件确定基础高度，即要求：,抗冲切能,冲切力,斜裂面,当冲切破坏锥体的底边落在基础底面积之内时，即,当冲切破坏锥体的底边落在基础底面积之外时，即,对于阶梯形基础，除了对柱边进行冲切验算外，还应对上一阶底边边界处进行下阶的冲切验算。,底板配筋,在基底净反力作用下，基础沿柱的周边向上弯曲。一般矩形基础的长宽比小于2，故为双向受弯。当弯应力超过了基础的抗弯强度时，就发生弯曲破坏。其破坏特征是裂缝沿柱角至基础角将基础底面分成四块梯形面积。故配筋计算时，将基础板看成四块固定在柱边的梯形悬臂板。,对于矩形基础，当台阶的宽高比小于或等于2.5和偏心距小于或等于1/6基础宽度时，底板弯矩设计值可按下述方法计算：,地基净反力对柱边截面产生的弯矩为：,垂直于截面的受力筋面积可按下式计算：,地基净反力对柱边截面产生的弯矩为：,垂直于截面的受力筋面积可按下式计算：,地基净反力对柱边截面产生的弯矩为：,地基净反力对柱边截面产生的弯矩为：,偏心荷载作用,如果只在矩形基础的长边产生偏心：,基础高度,当冲切破坏锥体的底边落在基础底面积之内时：,当冲切破坏锥体的底边落在基础底面积之外时：,底板配筋,地基净反力对柱边截面产生的弯矩为：,地基净反力对柱边截面产生的弯矩为：,地基净反力对柱边截面产生的弯矩为：,地基净反力对柱边截面产生的弯矩为：,【例题】,【解】,设计如图所示的柱下独立基础。已知相应于荷载效应基本组合的柱荷载为F=700kN，M=87.8kN.m，柱截面尺寸为300mm400mm，基础底面尺寸为1.6m2.4m。,采用C20混凝土，HPB235级钢筋，查得ft=1.10N/mm2，fy=210N/mm2，垫层采用C15混凝土。,净偏心距：,基底最大净反力设计值：,1、计算平均基底净反力,2、基础高度,（1）、柱边截面 取h=600mm，h0=555mm,即冲切破坏锥体的底边落在基础底面积之内。因为偏心：,满足要求,基础分二级，下阶h1=300mm，h01=255mm 取,基础长边方向的设计弯距：截面的弯距：,（2）、变阶处的截面,冲切力：,满足要求,(3)、配筋计算,抗冲切力：,截面的弯矩：,比较,和,，按大的配筋。,与长边平行，在宽度范围内配,基础短边方向的设计弯距：,截面的弯矩,截面的弯矩,按构造要求配置,联合基础设计（补充）,典型的双柱联合基础可分为三种类型：矩形、梯形和连梁式联合基础,联合基础的设计通常作如下的规定或假定 基础是刚性。一般认为，当基础高度不小于 柱距的1/6时，基础可视为刚性；基底压力为线性分布；基础主要受力层范围内为土质均匀；不考虑上部结构刚度的影响。,矩形联合基础,设计步骤：,1、计算柱荷载的合力作用点位置（荷载重心）；2、确定基础长度，使基础底面形心尽可能与柱荷载重心重合；3、按地基土承载力确定基础底面宽度；4、按反力线性分布假定计算基底净反力设计值，并用静力分析 法计算基础内力，画出弯距图和剪力图；5、根据受冲切和受剪承载力确定基础高度。一般可先假设基础 高度在代入下式进行验算。,受冲切承载力验算，验算公式：,6、按弯矩图中的最大正负弯矩进行纵向配筋计算；7、按等效梁的概念进行横向配筋计算。,由于矩形联合基础为一等厚度平板，其在两柱间的受力方式如同一块单向板，而在靠近柱位的区段，基础的横向刚度很大，因此，波勒建议可在柱边以外各取0.75h0的宽度与柱宽合计作为等效梁的宽度。基础的横向受力钢筋按横向等效梁的柱边截面弯距计算并配置于该截面内。等效梁以外的区域按构造要求配筋。各横向等效梁底面的基础净反力以相应等效梁上的柱荷载计算。,受剪承载力验算，验算公式：,梯形联合基础,根据梯形面积形心与荷载重合的条件:,由地基的承载力条件:,根据以上三式，即可求得a、b。然后按照矩形联合基础的计算方法进行内力分析和设计。,连梁式联合基础,设计连梁式联合基础应注意的三个基本要点为：1、连梁必须为刚性，梁宽不应小于最小柱宽；2、两基础的底面尺寸应满足地基承载力计算的要 求，并避免不均匀沉降过大；3、连梁底面不应着地，以避免造成计算困难，连 梁的自重在设计中通常可以忽略不计。,