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文檔簡介
天然地基上的淺基礎(chǔ)812節(jié)第1頁/共82頁27三月20232.8地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互作用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計通常將上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基三部分獨立進(jìn)行力學(xué)分析,雖然滿足靜力平衡,但沒有考慮三者之間受力前后變形的連續(xù)性。三者分離后的受力與變形分析,圖例。事實上,三者按各自的剛度對變形產(chǎn)生相互制約作用,從而使整個結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形發(fā)生了變化。按地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)共同作用的分析方法相當(dāng)復(fù)雜,包括:1)全面反應(yīng)結(jié)構(gòu)影響的分析理論;2)便于借助計算機的有效計算方法;3)合理反映土的變形特征的地基計算模型及參數(shù)。第2頁/共82頁27三月2023在上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基的共同作用中,通常將“上部結(jié)構(gòu)+基礎(chǔ)”與地基之間的剛度比稱為“相對剛度”。2.8.2相對剛度的影響結(jié)構(gòu)相對剛度為零,即結(jié)構(gòu)絕對柔性時,上部結(jié)構(gòu)不會對地基變形產(chǎn)生影響。地基的變形與彎矩呈同一趨勢,即所謂的正向撓曲或整體彎曲。(a)結(jié)構(gòu)絕對柔性(b)結(jié)構(gòu)絕對剛性(c)結(jié)構(gòu)相對剛性圖2.41相對剛度的影響第3頁/共82頁27三月2023結(jié)構(gòu)相對剛度趨于無窮大時,即結(jié)構(gòu)絕對剛性,上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)受力后總體沒有彎曲的趨勢,但在柱間因的地基反力作用,產(chǎn)生了類似于連續(xù)梁的彎曲。即所謂的局部彎曲。建筑中常見的砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)屬有限剛度,對地基的不均勻沉降反應(yīng)敏感,一方面可以調(diào)整地基的不均勻沉降,同時在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力,并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變形乃至開裂,稱之為敏感性結(jié)構(gòu),其內(nèi)力和變形可視為整體彎曲與局部彎曲的疊加(見前頁圖)。2.8.2相對剛度的影響第4頁/共82頁27三月20232.8.3工程處理中的規(guī)定第5頁/共82頁27三月2023(1)不考慮共同作用分析法2.8.4基礎(chǔ)的分析方法分類圖2.42不考慮共同作用的分析方法示意第6頁/共82頁27三月2023(2)考慮基礎(chǔ)—地基共同作用分析法2.8.4基礎(chǔ)的分析方法分類圖2.43考慮共同作用的分析方法示意第7頁/共82頁27三月2023(3)考慮上部結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)-地基共同作用分析法2.8.4基礎(chǔ)的分析方法分類基底任一點的位移wi與該點的地基變形si也相一致:第8頁/共82頁27三月20232.9.1柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)的構(gòu)造要求2.9柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)設(shè)計圖2.44柱下條形基礎(chǔ)的構(gòu)造第9頁/共82頁27三月20232.9柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)設(shè)計第10頁/共82頁27三月2023(1)基礎(chǔ)底面尺寸的確定2.9.2柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)簡化計算方法第11頁/共82頁27三月20232.9.2柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)簡化計算方法圖2.45簡化計算法的基底反力分布如果荷載合力不可能調(diào)到與基底形心重合,或者偏心距超過基礎(chǔ)長度的3%,基底反力按梯形分布(見圖2.45(b)),并按下式計算:第12頁/共82頁27三月20232.9.2柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)簡化計算方法(2)翼板的計算基底寬度b方向的凈反力為:計算彎矩和剪力第13頁/共82頁27三月20232.9.2柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)簡化計算方法(3)內(nèi)力分析方法實用中有兩種簡化的內(nèi)力計算方法——倒梁法和靜力平衡法(靜定分析方法)1)靜力平衡法
用基礎(chǔ)各截面的靜力平衡條件求解內(nèi)力的方法稱靜力平衡法。圖2.47靜力平衡法示意第14頁/共82頁27三月20232.9.2柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)簡化計算方法第15頁/共82頁27三月2023P60例題圖2.48例2.5圖
圖2.48例2.5圖第16頁/共82頁27三月20232)倒梁法(3)內(nèi)力分析方法圖2.49倒梁法計算簡圖第17頁/共82頁27三月2023P62例題圖2.50例2.6圖第18頁/共82頁27三月20232.9.3彈性地基梁方法(自學(xué))基床系數(shù)法(又稱“文克勒法”,E.WinKLer,1867年)。(1)基本假定
文克勒地基模型假定地基上任一點所受的壓力強度p與該點的地基沉降s成正比,即:(2)撓曲微分方程及其通解第19頁/共82頁27三月2023圖2.52文克爾地基模型第20頁/共82頁27三月2023圖2.53彈性地基梁受力計算簡圖根據(jù)文克爾假設(shè),上式可寫成
第21頁/共82頁27三月2023(3)無限長梁和半無限長梁的解
1)無限長梁受集中荷載
(a)受集中荷載作用(b)受力偶作用圖2.54無限長梁
第22頁/共82頁27三月2023圖2.55F1(λx)、F2(λx)、F3(λx)、F4(λx)與λx之間關(guān)系圖第23頁/共82頁27三月20232)無限長梁受力偶作用第24頁/共82頁27三月20233)無限長梁受均布載荷
圖2.56無限長梁受均布荷載作用
第25頁/共82頁27三月20234)半無限長梁受集中力作用
第26頁/共82頁27三月2023圖2.57半無限長梁第27頁/共82頁27三月20235)半無限長梁受力偶作用圖2.58有限長梁
第28頁/共82頁27三月20236)有限長梁①解析解②疊加法第29頁/共82頁27三月2023圖2.59彈性地基梁
第30頁/共82頁27三月2023第31頁/共82頁27三月20232.10十字交叉條形基礎(chǔ)當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載較大而地基承載力又較低時,為了擴大基礎(chǔ)的底面積和增強基礎(chǔ)的剛性,常采用由縱向、橫向條形基礎(chǔ)組成的十字交叉條形基礎(chǔ)。2.10.1構(gòu)造要求2.10.2節(jié)點荷載分配2.60十字交叉條形基礎(chǔ)節(jié)點荷載分配第32頁/共82頁27三月2023(1)靜力平衡條件
分配在x,y方向的豎向荷載之和應(yīng)等于節(jié)點處荷載,即:(2)節(jié)點變形協(xié)調(diào)條件
x和y方向基礎(chǔ)在交叉處的沉降相等。即:
第33頁/共82頁27三月20232.10.3節(jié)點荷載的簡化計算公式節(jié)點類型如圖2.61所示。圖2.61交叉條形基礎(chǔ)節(jié)點類型第34頁/共82頁27三月2023(1)內(nèi)柱節(jié)點x向基礎(chǔ)在Pix作用下i節(jié)點產(chǎn)生的沉降為同理可得y向基礎(chǔ)在Piy作用下節(jié)點I的沉降為(2)邊柱節(jié)點第35頁/共82頁27三月2023(3)角柱節(jié)點2.10.4節(jié)點分配荷載的調(diào)整設(shè)調(diào)整前的地基平均反力為第36頁/共82頁27三月2023調(diào)整后地基平均反力為
分配荷載增量為:
第37頁/共82頁27三月2023圖2.62例2.7圖第38頁/共82頁27三月2023于是,調(diào)整后節(jié)點荷載在x、y兩向的分配荷載分別為2.11筏板基礎(chǔ)設(shè)計2.11.1構(gòu)造要求①筏板基礎(chǔ)的底面形狀和尺寸應(yīng)考慮使上部結(jié)構(gòu)荷載的合力點接近基礎(chǔ)底面的形心。②梁板式筏基底板的板格應(yīng)滿足沖切承載力的要求。③筏基礎(chǔ)配筋要滿足計算和構(gòu)造要求。④地下室底層柱、剪力墻與梁板式筏基的基礎(chǔ)梁連接的構(gòu)造要求,柱、墻的邊緣至基礎(chǔ)梁邊緣的距離不應(yīng)小于50mm,如圖2.64所示。第39頁/共82頁27三月2023圖2.63筏基礎(chǔ)角部配筋構(gòu)造第40頁/共82頁27三月2023圖2.64地下室底層柱或剪力墻與基礎(chǔ)梁連接的構(gòu)造要求第41頁/共82頁27三月20232.11.2設(shè)計原則
(1)地基承載力驗算則基底反力可按式(2.124)計算:對于矩形筏板基礎(chǔ),基底反力可按下列偏心受壓公式進(jìn)行簡化計算(圖2.65):第42頁/共82頁27三月2023圖2.65矩形筏板基礎(chǔ)第43頁/共82頁27三月2023表2.23地基土抗震承載力調(diào)整系數(shù)ζs
注:fak為地基土承載力的特征值。(2)地基變形計算最終沉降
第44頁/共82頁27三月2023當(dāng)采用土的變形模量計算箱形和筏形基礎(chǔ)的最終沉降量s時,可按式(2.135)計算沉降計算深度zn,
第45頁/共82頁27三月2023(3)整體傾斜橫向整體傾斜計算值αT(4)筏基抗沖切驗算最大剪應(yīng)力τmax
第46頁/共82頁27三月2023圖2.66內(nèi)柱沖切臨界截面示意圖圖2.67剛性板條法第47頁/共82頁27三月20232.11.3筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力分析(1)倒樓蓋法(2)剛性板條法以圖2.67(a)中的ABCH板條為例。
柱荷載總和為:基底的凈平均值為:第48頁/共82頁27三月2023柱荷載的修正系數(shù)為:修正的基底平均凈反力可按式(2.145)計算:圖2.68例2.8圖
第49頁/共82頁27三月20232.12箱形基礎(chǔ)設(shè)計
箱形基礎(chǔ)是由頂板、底板、外墻和內(nèi)墻組成的空間整體結(jié)構(gòu),一般由鋼筋混凝土建造,空間部分可結(jié)合建筑使用功能設(shè)計成地下室,是多層和高層建筑中廣泛采用的一種基礎(chǔ)形式。
2.12.1構(gòu)造要求
①箱型基礎(chǔ)的平面尺寸應(yīng)根據(jù)地基強度、上部結(jié)構(gòu)的布局和荷載分布等條件確定。偏心距e宜符合
第50頁/共82頁27三月2023②箱形基礎(chǔ)的高度(底板底面到頂面的外包尺寸)應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)強度、結(jié)構(gòu)剛度和使用要求,一般取建筑物高度1/8~1/12,也不宜小于箱形基礎(chǔ)長度的1/8。開口系數(shù)γ應(yīng)符合下式要求:
圖2.71施工縫構(gòu)造要求第51頁/共82頁27三月2023圖2.72采用箱形基礎(chǔ)時上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位第52頁/共82頁27三月2023非抗震設(shè)計
抗震設(shè)計
2.12.2箱基設(shè)計原則
對于天然地基上的箱形基礎(chǔ),箱基設(shè)計包括地基承載力驗算、地基變形計算、整體傾斜驗算等,驗算方法與筏形基礎(chǔ)相同。2.12.3基底反力在大量實測資料整理統(tǒng)計的基礎(chǔ)上,提出了高層建筑箱形基礎(chǔ)底反力實用計算法
第53頁/共82頁27三月2023第54頁/共82頁27三月2023圖2.73箱形基礎(chǔ)基底反力實測分布曲線第55頁/共82頁27三月2023第56頁/共82頁27三月20232.12.4箱形基礎(chǔ)的內(nèi)力分析(1)上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆剪力墻體系時(2)當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為框架體系時①上部結(jié)構(gòu)的總折算剛度。
第57頁/共82頁27三月2023圖2.74公式(2.151)中符號示意②箱形基礎(chǔ)的整體彎曲彎矩。第58頁/共82頁27三月20232.12.5基礎(chǔ)強度計算
(1)頂板與底板底板受沖切承載力按下式計算:當(dāng)?shù)装鍏^(qū)格為矩形雙向板時,底板受沖切所需的厚度h0按下式計算:底板斜截面受剪承載力應(yīng)符合下式要求:第59頁/共82頁27三月2023(2)內(nèi)墻與外墻
箱形基礎(chǔ)的內(nèi)、外墻,除與剪力墻連接外,其墻身截面應(yīng)按下式驗算:(3)洞口
1)洞口過梁正截面抗彎承載力計算上梁下梁第60頁/共82頁27三月20232)洞口過梁截面抗剪強度驗算
其中
第61頁/共82頁27三月20233)洞口加強鋼筋圖2.77洞口上下過梁的有效截面積
第62頁/共82頁27三月2023圖
2.78例題2.9圖
第63頁/共82頁27三月2023圖2.79工程地質(zhì)剖面第64頁/共82頁27三月2023圖2.80荷載計算結(jié)果第65頁/共82頁27三月2023表2.30基礎(chǔ)沉降計算第66頁/共82頁27三月2023圖2.81基礎(chǔ)橫向傾斜計算簡圖第67頁/共82頁27三月2023圖2.82基底反力第68頁/共82頁27三月2023圖2.83整體彎曲計算簡圖第69頁/共82頁27三月2023圖2.84箱基橫截面慣性矩計算簡圖圖2.85局部彎曲計算簡圖第70頁/共82頁27三月2023圖2.86底板抗剪強度驗算
第71頁/共82頁27三月20232.13淺基礎(chǔ)施工要點本節(jié)簡要介紹淺基礎(chǔ)施工中的主要問題,包括基坑開挖、放坡及支擋、坑內(nèi)排水與降低地下水位,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)制作等。2.13.1基坑開挖
1)準(zhǔn)備工作2)土方開挖3)驗槽4)異常情況的處理①松軟土的處理②局部軟硬、高差的處理第72頁/共82頁27三月2023表2.31一般常用土方機械的特性及適用范圍第73頁/共82頁27三月2023③空穴處理
④流砂處理
⑤橡皮土的處理
5)地面排水
6)基坑開挖的安全措施2.13.2基坑邊坡(1)豎直開挖坑壁的條件粘性土由于具有內(nèi)聚力,可以保持一定高度的豎直坑壁,其高度可按式(2.170)計算:第74頁/共82頁27三月2023(2)基坑邊坡的坡度
(3)坑壁支護根據(jù)支撐的材料可以分為鋼(木)支撐、鋼(木)板樁、鋼筋混凝土護坡樁和地下連續(xù)墻。第75頁/共82頁27三月20232.13.3坑內(nèi)排水的一般規(guī)定淺基坑或排水量不大的基坑可在基坑底做成一定的坡度,并按需要在基坑邊設(shè)置排水溝,在四角或每隔30~40m設(shè)置一個直徑為70~80cm的集水井。2.13.4人工降低地下水位人工降低地下水位常用井點降水的方法。
2.13.5鋼筋混凝土基礎(chǔ)的制作(1)柱基礎(chǔ)澆筑(2)條形基礎(chǔ)澆筑(3)大體積混凝土澆筑1)大體積混凝土基礎(chǔ)的整體性要求2)大體積混凝土基礎(chǔ)的澆筑方案,分為全面分層、分段分層和斜面分層3種第76頁/共82頁27三月20233)澆筑大體積混凝土的防裂措施4)節(jié)省混凝土的措施2.14減輕地基不均勻沉降的措施2.14.1建筑
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