柱下條形基礎(chǔ)、筏形和箱形基礎(chǔ)(湖南大學(xué)).ppt

1 基礎(chǔ)工程 電子教案 2 3 柱下條形基礎(chǔ) 筏形和箱形基礎(chǔ) 3 3 1概述 優(yōu)點(diǎn) 埋深較大 可提高地基承載力 增大基礎(chǔ)抗滑穩(wěn)定性 并可利用補(bǔ)償作用減小基底附加應(yīng)力 減輕不均勻沉降 減小上部結(jié)構(gòu)次應(yīng)力 并可提供地下空間缺點(diǎn) 技術(shù)要求與造價(jià)較高 施工中需處理大基坑 深開挖等問題 且箱基的地下空間利用不靈活計(jì)算方法 若按常規(guī)設(shè)計(jì)方法 僅滿足靜力平衡條件 誤差較大 應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ) 地基的相互作用 采用適當(dāng)方法計(jì)算可僅考慮地基 基礎(chǔ)的相互作用 采用彈性地基上的梁 板模型計(jì)算 4 3 2彈性地基上梁的分析 基本假定變形協(xié)調(diào) 計(jì)算前后基底與地基不脫開靜力平衡 基礎(chǔ)在外荷和基底反力作用下滿足靜力平衡 微分方程及其解答 文克爾 Winkler 1867 假定土體表面任一點(diǎn)壓力強(qiáng)度p僅與該點(diǎn)豎向位移s成正比 k 地基抗力系數(shù)或基床系數(shù) kN m3 可查表1 12及1 13 P 25 圖 文克勒地基上梁的計(jì)算圖示 5 3 2彈性地基上梁的分析 梁的分類短梁 剛性梁 llpll稱為柔度指數(shù) 為無量綱數(shù) 分類求解及其解答集中荷載下的無限長(zhǎng)梁 式3 8 集中力偶作用下的無限長(zhǎng)梁 式3 10 集中力作用下的半無限長(zhǎng)梁 式3 11 力偶作用下的半無限長(zhǎng)梁 式3 12 有限長(zhǎng)梁 式3 14 短梁 剛性梁 6 翼板厚 200mm 250mm變厚i 1 3 柱荷較大時(shí)在柱位處加腋 板寬按地基承載力定肋梁高由計(jì)算確定 初估可取柱距的1 8 1 4 肋寬由截面抗剪確定兩端宜伸出柱邊 外伸懸臂長(zhǎng)l0宜為邊跨柱距的1 4肋梁縱向鋼筋按計(jì)算確定 頂部縱筋通長(zhǎng)配置 底部須有1 3以上通長(zhǎng)配置 當(dāng)肋梁腹板高 450mm時(shí) 應(yīng)設(shè)腰筋箍筋按計(jì)算確定 做成封閉式 并局部加密 底板受力筋按計(jì)算確定砼強(qiáng)度等級(jí) C20 墊層為C10 厚70 100mm 3 3 1構(gòu)造要求 7 3 3 2柱下條基的計(jì)算 計(jì)算內(nèi)容與方法基底尺寸確定 按構(gòu)造定基長(zhǎng)l 按地基承載力定基寬b 并力使基礎(chǔ)形心與荷載重心重合 地基反力均勻分布翼板計(jì)算 按懸臂板考慮 由抗剪定其厚度 按抗彎配筋梁縱向內(nèi)力分析 四種方法 1 靜定分析法假定基底反力線性分布 求基底凈反力pj 按靜力平衡計(jì)算任意截面上的V及M并繪圖 以此進(jìn)行抗剪計(jì)算及配筋 沒有考慮基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的相互作用 整體彎曲下計(jì)算所得截面最大彎矩絕對(duì)值一般偏大 故只宜用于上部為柔性結(jié)構(gòu) 且基礎(chǔ)自身剛度較大的條基及聯(lián)合基礎(chǔ) 8 3 3 2柱下條基的計(jì)算 前提 剛性梁 基底反力直線分布按設(shè)計(jì)要求擬定柱下條基尺寸和作用荷載 計(jì)算基底凈反力分布 定計(jì)算簡(jiǎn)圖 以柱端為不動(dòng)鉸支的多跨連續(xù)梁 基底凈反力為荷載 用彎矩分配法計(jì)算彎矩分布 根據(jù)支座彎矩及荷載 以每跨為隔離體求出支座反力 并繪制剪力分布圖 調(diào)整及消除支座的不平衡力 疊加逐次計(jì)算結(jié)果 求最終內(nèi)力分布 按連續(xù)梁求內(nèi)力 基底反力分布 2 倒梁法 圖 用倒梁法計(jì)算地基梁簡(jiǎn)圖 9 3 3 2柱下條基的計(jì)算 主要缺點(diǎn) 忽略了梁整體彎曲所產(chǎn)生的內(nèi)力以及柱腳不均勻沉降引起上部結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力 誤差較大 且偏于不安全存在問題 計(jì)算所得反力Ri與原荷載Ni不相等 由于N與 已知 故按靜定結(jié)構(gòu)也可求出內(nèi)力 且結(jié)果與連續(xù)梁不一致 沒有考慮地基土和梁的撓曲變形影響 導(dǎo)致軟土偏于危險(xiǎn) 好土過于安全適用對(duì)象 地基比較均勻 上部結(jié)構(gòu)剛度較好 荷載分布較均勻 且基礎(chǔ)梁接近于剛性梁 梁高大于柱距的1 6 10 3 3 2柱下條基的計(jì)算 3 鏈桿法 彈性半空間地基上梁的簡(jiǎn)化計(jì)算 基本思路 將連續(xù)支承于地基上的梁簡(jiǎn)化為用有限個(gè)鏈桿支承的梁 以階梯形反力逼近實(shí)際反力 再將每段分布力用集中力代替 將無數(shù)支點(diǎn)的超靜定問題變?yōu)槿舾蓚€(gè)彈性支座上的連續(xù)梁 再用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求解 主要特點(diǎn) 應(yīng)用較廣 適用于任何荷載及梁斷面變化情況 以階梯型反力代替連續(xù)反力有誤差 計(jì)算較繁 11 3 3 2柱下條基的計(jì)算 4 紐馬克 Newmark 法 計(jì)算彈性地基梁 計(jì)算原理 1943年提出 用于計(jì)算撓度 力矩和屈曲荷載 適用于變截面桿件 假定地基為文克爾地基 地基系數(shù)沿梁的軸線可任意變化 將梁沿軸線分為n段 每段土反力用一系列彈簧代替 彈簧個(gè)數(shù)為n 1 剛度為 li 每段梁長(zhǎng) 地基反力為 yi 該段地基沉降 圖 用紐馬克法計(jì)算地基梁簡(jiǎn)圖 12 3 3 2柱下條基的計(jì)算 4 紐馬克 Newmark 法 分段 并求各支承點(diǎn)的彈簧剛度 ki k bi li 兩端取半li 假定僅荷載作用下梁A端位移yA 0 轉(zhuǎn)角 A 0 求出各支承點(diǎn)位移 假定無荷載作用時(shí)梁A端位移yA 1 轉(zhuǎn)角 A 0 求出各支承點(diǎn)位移 假定無荷載作用時(shí)梁A端位移yA 0 轉(zhuǎn)角 A 1 求出各支承點(diǎn)位移 根據(jù)梁B端邊界條件建立方程 二元線性 求出相應(yīng)的A端實(shí)際yA和 A 若另端彎矩和剪力為0 則 V 0 M 0 迭加求得各支承點(diǎn)實(shí)際位移 由yi求出各支承點(diǎn)實(shí)際反力 從而求出梁身剪力及彎矩 13 3 3 3柱下十字交叉梁基礎(chǔ)的計(jì)算 將節(jié)點(diǎn)荷載分配給兩方向的基礎(chǔ)梁后分別按單向基礎(chǔ)梁計(jì)算 節(jié)點(diǎn)荷載分配原則 彎矩不分配 靜力平衡 變形協(xié)調(diào) 常按梁的彈性特征長(zhǎng)度S分配節(jié)點(diǎn)荷載 不滿足變形協(xié)調(diào) 中柱和角柱節(jié)點(diǎn) 邊柱節(jié)點(diǎn) 當(dāng)邊柱和角柱節(jié)點(diǎn)有一個(gè)方向伸出懸臂時(shí) 荷載分配應(yīng)進(jìn)行調(diào)整 具體計(jì)算見P 64 65交叉點(diǎn)處基底面積計(jì)算重復(fù) 基底反力偏小 計(jì)算結(jié)果偏于不安全 可按式 3 39 3 40 進(jìn)行調(diào)整 14 3 4筏形基礎(chǔ) 定義 是指柱下或墻下連續(xù)的平板式或梁板式鋼筋砼基礎(chǔ) 亦稱 片筏基礎(chǔ) 或 滿堂紅基礎(chǔ) 特點(diǎn)一般埋深較大 沉降量小面積較大 整體剛度較大 可跨越地下局部軟弱層 并調(diào)節(jié)不均勻沉降適用 上部結(jié)構(gòu)荷載過大 地基土軟弱 基底間凈距小等情況 15 形式 平板式 梁板式 下凹或上凸 圖 片筏基礎(chǔ) a 平板式 b c 梁板式 16 3 4筏形基礎(chǔ) 非地震區(qū)軸心荷載作用時(shí)pk fa偏心荷載pkmax 1 2 fa地震區(qū)需滿足pk faEpkmax 1 2 faEfaE a fa 經(jīng)修正 調(diào)整后的地基抗震承載力 kPa a 地基土抗震承載力調(diào)整系數(shù) 根據(jù)巖土名稱和性狀按GB50011 2001 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 取值 a 1 0 1 5 設(shè)計(jì)要求 內(nèi)力計(jì)算 兩種方法 17 3 4筏形基礎(chǔ) 倒樓蓋法如同倒梁法 將筏基視為倒置在地基上的樓蓋 柱或墻為其支座 地基凈反力為荷載 再按單向或雙向梁板的肋梁樓蓋方法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算 板的支承條件可分為三種 二鄰邊固定 二鄰邊簡(jiǎn)支 三邊固定 一邊簡(jiǎn)支 四邊固定 根據(jù)計(jì)算簡(jiǎn)圖查閱彈性板計(jì)算公式或手冊(cè) 即可求得各板塊的內(nèi)力 當(dāng)柱網(wǎng)及荷載分布都較均勻 變化不超過20 柱距小于1 75 或上部結(jié)構(gòu)剛性大 如剪力墻 時(shí) 可認(rèn)為筏基為剛性 其內(nèi)力及基底反力可按倒樓蓋法計(jì)算 18 3 4筏形基礎(chǔ) 彈性地基上板的簡(jiǎn)化計(jì)算法當(dāng)筏基剛度較弱時(shí) 應(yīng)按彈性地基上的梁板進(jìn)行分析 若柱網(wǎng)及荷載分布仍較均勻 可將筏形基礎(chǔ)劃分成相互垂直的條狀板帶 板帶寬度即為相鄰柱中心線間的距離 并假定各條帶彼此獨(dú)立 相互無影響 按前述文克爾彈性地基梁的方法計(jì)算 即所謂的條帶法 或截條法 若柱距相差過大 荷載分布不均勻 則應(yīng)按彈性地基上的板理論進(jìn)行內(nèi)力分析 采用條帶法計(jì)算時(shí)縱橫條帶都用全部柱荷載和地基反力 而不考慮縱橫向荷載分擔(dān)作用 其計(jì)算結(jié)果內(nèi)力偏大 19 3 5箱形基礎(chǔ) 定義 由頂 底板與內(nèi) 外墻等組成 并由鋼筋砼整澆而成空間整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 剛度和整體性強(qiáng) 具有良好的補(bǔ)償性和抗震性及附帶功能 地下室 車庫(kù)或設(shè)備間 適用 筏基太厚時(shí)采用 多用于無水 或少水 時(shí)的高層建筑 圖 箱形基礎(chǔ)示意圖 20 3 5箱形基礎(chǔ) 箱基埋深大 基底處土自重應(yīng)力 c和水壓力 w之和較大 可補(bǔ)償建筑物的基底壓力p 補(bǔ)償性設(shè)計(jì)概念 若p c w 則基底附加應(yīng)力為零 理論上 地基原有應(yīng)力狀態(tài)不變 即使地基極為軟弱 也不出現(xiàn)沉降和剪切破壞 實(shí)際上 地基土因開挖而回彈 加載時(shí)又再壓縮 導(dǎo)致其應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生一系列變化 導(dǎo)致變形和強(qiáng)度問題 p c w欠補(bǔ)償 21 3 5箱形基礎(chǔ) 構(gòu)造要求 高度應(yīng)滿足強(qiáng)度 剛度要求 長(zhǎng)度的1 20 并 3m 一般底板及外墻 250mm 內(nèi)墻 200mm 頂板 150mm 雙向 雙面分離配筋 砼強(qiáng)度等級(jí) C20 水下時(shí)外墻和底板砼防滲等級(jí)應(yīng) 0 6MPa 地基反力計(jì)算自重可按均布荷載處理 計(jì)算底板局部彎曲時(shí)應(yīng)扣除其自重 計(jì)算整體彎曲所產(chǎn)生的彎矩時(shí) 應(yīng)考慮共同作用 基底尺寸按地基承載力確定 并進(jìn)行軟弱下臥層驗(yàn)算 基底反力分布 復(fù)雜 一般軟粘土地基呈 馬鞍型 第四紀(jì)粘土反力呈 拋物線型 現(xiàn)行規(guī)范把基底分為縱向8個(gè) 橫向5個(gè)共40個(gè)區(qū)格 方形64個(gè) 采用實(shí)用簡(jiǎn)化法計(jì)算 如表3 2 3 3所示 P 76 22 3 5箱形基礎(chǔ) 沉降和整體傾斜地基最終沉降量可按分層總和法計(jì)算 考慮回彈影響的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 無經(jīng)驗(yàn)時(shí)取1 0 設(shè)計(jì)要求 要求 平均沉降值 350mm 整體傾斜 3 當(dāng)e B 100 B為箱基底板寬 可不計(jì)算荷載偏心引起的整體傾斜 但若地基土有差異或分布不均或受相鄰建筑物影響則仍需計(jì)算整體傾斜 一般應(yīng)符合 非地震區(qū) 1 100B H地震區(qū) 1 200 1 150 B H 23 局部彎曲計(jì)算頂?shù)装蹇稍O(shè)計(jì)成單向肋形板或雙向平板 一般以雙向平板為宜 其內(nèi)力按支承條件分為 兩邊固定 兩邊簡(jiǎn)支 三邊固定 一邊簡(jiǎn)支 或四邊固定的雙向板 當(dāng)上部結(jié)構(gòu)剛度很大時(shí) 也可按彈性地基梁計(jì)算 內(nèi)力計(jì)算 分局部 整體兩種彎曲計(jì)算 整體彎曲計(jì)算箱基在土反力 水壓力及上部荷載作用下發(fā)生整體彎曲 基礎(chǔ)的實(shí)際彎矩值按上部結(jié)構(gòu)剛度大小進(jìn)行調(diào)整 框架結(jié)構(gòu)的等效抗彎剛度可按式 3 61 P77 計(jì)算 再考慮上 下部結(jié)構(gòu)共同作用 整體彎矩可按式 3 62 P78 計(jì)算若上部結(jié)構(gòu)剛度不大 可略去其影響 將箱基視為一空盒式梁計(jì)算其整體彎曲 3 5箱形基礎(chǔ)