柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1、7.8.1 地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互作用的概念,1 基本概念,上部結(jié)構(gòu),,基礎(chǔ),,地基,較簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)型式,較復(fù)雜的基礎(chǔ)型式,7.8柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì),建筑結(jié)構(gòu)常規(guī)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)模型上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：用固定支座代替基礎(chǔ)，假設(shè)支座沒(méi)有任何變形，求的結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和支座反力。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)：把支座反力作用于基礎(chǔ)，用材料力學(xué)的方法求得地基反力，再進(jìn)行基礎(chǔ)得內(nèi)力和變形驗(yàn)算。地基驗(yàn)算：把基礎(chǔ)反力作用于地基，驗(yàn)算地基的承載力和沉降。,常規(guī)設(shè)

2、計(jì)得結(jié)果：上部底層和邊跨的實(shí)際內(nèi)力大于計(jì)算值，而基礎(chǔ)的實(shí)際內(nèi)力要比計(jì)算值小很多。,2 相對(duì)剛度影響,,,（上部結(jié)構(gòu)+基礎(chǔ)）與地基之間的剛度比,,結(jié)構(gòu)絕對(duì)柔性：,結(jié)構(gòu)絕對(duì)剛性：,結(jié)構(gòu)相對(duì)剛性：,,,相對(duì)剛度為0，產(chǎn)生整體彎曲，排架結(jié)構(gòu),相對(duì)剛度為無(wú)窮大，產(chǎn)生局部彎曲，剪力墻、筒體結(jié)構(gòu),相對(duì)剛度為有限值，既產(chǎn)生整體彎曲，又產(chǎn)生局部彎曲砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)(敏感性結(jié)構(gòu) ),3 工程處理中的規(guī)定,①按照具體條件不考慮或計(jì)算整體彎

3、距時(shí)，必須采取措施同時(shí)滿足整體彎曲的受力要求。②從結(jié)構(gòu)布置上，限制梁板基礎(chǔ)（或稱(chēng)連續(xù)基礎(chǔ)）在邊柱或邊墻以外的挑出尺寸，以減輕整體彎曲效應(yīng)。③在確定地基反力圖形時(shí)，除箱形基礎(chǔ)按實(shí)測(cè)以外，柱下條形基礎(chǔ)和筏形基礎(chǔ)縱向兩端起向內(nèi)一定范圍，如1-2開(kāi)間，將平均反力加大10%～20%設(shè)計(jì)。④基礎(chǔ)梁板的受力鋼筋至少應(yīng)部分通長(zhǎng)配置（具體數(shù)量見(jiàn)有關(guān)規(guī)范），在合理的條件下，通長(zhǎng)鋼筋以多為好，尤其是頂面抵抗跨中彎曲的受拉鋼筋，對(duì)筏板基礎(chǔ)，這種鋼筋應(yīng)全部

4、通長(zhǎng)配置為宜。,7.8.2 柱下剛進(jìn)混凝土條形基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),地基模型：用以描述地基σ～ε的數(shù)學(xué)模型。,下面介紹的地基模型應(yīng)注意其適用條件。,7.8.2.1 地基模型,k—地基基床系數(shù)，表示產(chǎn)生單位變形所需的壓力強(qiáng)度(kN／m3)；p—地基上任—點(diǎn)所受的壓力強(qiáng)度(kPa)；s— p作用位置上的地基變形(m)。注：基床系數(shù)k可根據(jù)不同地基分別采用現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)、室內(nèi)三軸試驗(yàn)或室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)成果獲得。見(jiàn)下表。,1 文克爾地基模型基本假定：

5、地基上任一點(diǎn)所受的壓力強(qiáng)度與該點(diǎn)的地基沉陷s成正比，關(guān)系式如下: P=ks,適用條件：抗剪強(qiáng)度很低的半液態(tài)土(如淤泥、軟粘土等)地基或塑性區(qū)相對(duì)較大土層上的柔性基礎(chǔ);厚度度不超過(guò)梁或板的短邊寬度之半的薄壓縮層地基(如薄的破碎巖層)上的柔性基礎(chǔ).,地基基床系數(shù)表,這個(gè)假定是文克勒于1867年提出的．故稱(chēng)文克勒地基模型。該模型計(jì)算簡(jiǎn)便，只要k值選擇得當(dāng)，可獲得較為

6、滿意的結(jié)果。地基土越軟弱，土的抗剪強(qiáng)度越低，該模型就越接近實(shí)際情況。缺點(diǎn)：文克勒地基模型忽略了地基中的剪應(yīng)力，按這一模型，地基變形只發(fā)生在基底范圍內(nèi)，而基底范圍外沒(méi)有地基變形，這與實(shí)際情況是不符的，使用不當(dāng)會(huì)造成不良后果。,,2半無(wú)限彈性體法基本假定：假定地基土半無(wú)限彈性體，柱下條形基礎(chǔ)看作時(shí)放在半無(wú)限彈性體上的梁，當(dāng)荷載作用與半無(wú)限彈性體上時(shí)，某點(diǎn)的沉降不但和該點(diǎn)上的壓力有關(guān)，和該點(diǎn)附近作用的荷載也有關(guān)。特點(diǎn)：考慮了應(yīng)力擴(kuò)散，但

7、擴(kuò)散范圍超出實(shí)際，未考慮地基的非均勻性。適用條件：壓縮層深度較大的一般土層的柔性基礎(chǔ)。要求土的彈性模量和泊松比角準(zhǔn)確。,7.8.2.2 柱下條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì),1 構(gòu)造要求,兩端宜伸出邊柱0.25L1,宜為柱距的1/4-1/8,2 內(nèi)力計(jì)算方法,方法種類(lèi)：倒梁法、剪力平衡法（1）倒梁法1）基本假定：a、剛度較大，基礎(chǔ)的彎曲撓度不致改變地基反力； b、地基反力分布呈直線，其重心與作用于板上的荷載合力作用線重合。,

8、簡(jiǎn)化的內(nèi)力計(jì)算方法 （按線形分布的基底凈反力）,2）適用條件：地基較均勻，上部結(jié)構(gòu)剛度較好，荷載分布較均勻，且條形基礎(chǔ)梁的高度大于1/6柱距（設(shè)計(jì)時(shí)盡可能按此設(shè)計(jì)），地基反力按直線分布，條形基礎(chǔ)梁的內(nèi)力可按連續(xù)梁計(jì)算，此時(shí)邊跨跨中彎距及第一支座的彎距值乘以1.2系數(shù)。,補(bǔ)充：倒梁法計(jì)算假定,1.將地基凈反力作為基礎(chǔ)梁的荷載，柱子看成鉸支座，基礎(chǔ)梁看成倒置的連續(xù)梁；2.作用在基礎(chǔ)梁上的荷載為直線分布；3.豎向荷載合力作用點(diǎn)必須與基礎(chǔ)

9、梁形心相重合，若不能滿足，兩者偏心距以不超過(guò)基礎(chǔ)梁長(zhǎng)的3%為宜；4.結(jié)構(gòu)和荷載對(duì)稱(chēng)時(shí)，或合力作用點(diǎn)與基礎(chǔ)形心相重合時(shí)，地基反力為均勻分布；,3）計(jì)算步驟：,①繪出條形基礎(chǔ)的計(jì)算草圖，包括荷載、尺寸等；,②求合力作用點(diǎn)的位置 (目的是盡可能的將偏心地基凈反力化成均勻的地基反力，然后確定基礎(chǔ)梁的長(zhǎng)度)。,設(shè)合力作用點(diǎn)離邊柱的距離為Xc ，用合力矩定理，以A點(diǎn)為參考點(diǎn)，則有：,③確定基礎(chǔ)梁的底面尺寸L,B,當(dāng)Xc確定后，按合力作用點(diǎn)與底面心

10、形相重合的原則，可定出基礎(chǔ)的長(zhǎng)度L。,確定后，寬度B按地基承載力fa確定,中心受荷 ：,偏心受荷 ：,作用在基礎(chǔ)梁上墻梁自重及墻體重量之和,,④基礎(chǔ)底板凈反力計(jì)算,⑤確定基礎(chǔ)梁的底板厚度h及配筋,先求出靠近pnmax的柱邊凈反力pn1，在柱邊M、V值有：,則有：,⑥求基礎(chǔ)梁縱向正截面強(qiáng)度計(jì)算斜截面強(qiáng)度計(jì)算,對(duì)連續(xù)梁可用彎矩分配法或連續(xù)梁系數(shù)法求解。由于柱下條基一般兩端都有外伸部分，因此，若用連續(xù)梁系數(shù)法，要對(duì)懸臂端進(jìn)行處理，現(xiàn)有兩種方法

11、：1）懸臂端在凈反力作用下的彎矩全部由懸臂端承擔(dān)，不再傳給其他支座，其他跨按連續(xù)梁系數(shù)法計(jì)算；2）懸臂端彎矩對(duì)其他跨有影響，此彎矩要傳給其他支座，因此，懸臂端用彎矩分配法求出各支座及跨中彎矩，其他跨用連續(xù)梁系數(shù)法求出各支座及跨中彎矩，然后將所得結(jié)果疊加，或全梁用彎矩分配法求出各支座及跨中彎矩。,注意：,按倒梁法求得的梁的支座反力，往往會(huì)不等于柱傳來(lái)的豎向荷載（軸力）。此時(shí)，可采用所謂“基底反力局部調(diào)整法”，即：將支座處的不平衡力均勻

12、分布在本支座兩側(cè)各1/3跨度范圍內(nèi)，從而將地基反力調(diào)整為臺(tái)階狀，再按倒梁法計(jì)算出內(nèi)力后與原算得的內(nèi)力疊加。經(jīng)調(diào)整后的不平衡力將明顯減少，一般調(diào)整1～2次即可。據(jù)基礎(chǔ)梁的M圖，對(duì)各支座、跨中分別按矩形、T形截面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算；據(jù)V圖，進(jìn)行斜截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算，并應(yīng)滿足構(gòu)造要求。,（2）剪力平衡法（靜定分析法）,適用范圍：上部結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)，且自身剛度較大的條形基礎(chǔ)以及聯(lián)合基礎(chǔ)。計(jì)算方法：靜力平衡條件（剪力平衡）計(jì)算出任意截面上的彎距 M

13、和剪力 V。,【例】試確定如下圖所示條形基礎(chǔ)的底面尺寸，并用簡(jiǎn)化計(jì)算方法分析內(nèi)力。已知：基礎(chǔ)埋深d=1.5m,地基承載力特征值fa=120Kpa,其余數(shù)據(jù)見(jiàn)圖示。,,如果要求豎向合力與基底形心重合，則基礎(chǔ)必須伸出圖中D點(diǎn)之外 x2：x2= 2×(7.85+0.5)-(14.7+0.5)=1.5m (等于邊距的1/3) 基礎(chǔ)總長(zhǎng)度： L= 14.7+0.5+1.5=16.7m 基礎(chǔ)底板寬度:,

14、【解】1、確定基礎(chǔ)底面尺寸各柱豎向力的合力，距圖中A點(diǎn)的距離x為,考慮構(gòu)造需要，基礎(chǔ)伸出A點(diǎn)外,取b=2.5m。,2、內(nèi)力分析：（1）倒梁法因荷載的合力通過(guò)基底形心，故地基反力是均布的，沿基礎(chǔ)每米長(zhǎng)度上的凈反力值以柱底A、B、C、D為支座，按彎距分配法分析三跨連續(xù)梁，其彎距M和剪力V見(jiàn)圖7-43b。,（2）剪力平衡法按靜力平衡條件計(jì)算內(nèi)力：,AB跨內(nèi)最大負(fù)彎距的截面至A點(diǎn)的距離:,則：,其余各截面的M、V均仿此計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖

15、7-43c。 比較兩種方法的計(jì)算結(jié)果，按剪力平衡法算出的支座彎距較大；按倒梁法算得的跨中彎距較大。,倒梁法,剪力平衡法,【書(shū)例7-12】如圖7-44為某柱網(wǎng)布置圖。已知B軸線上邊柱荷載設(shè)計(jì)值中柱初選基礎(chǔ)埋深為1.5m，地基承載力特征值fa=120Kpa ，試設(shè)計(jì)B軸線上條形基礎(chǔ)。,2、梁的彎矩計(jì)算在對(duì)稱(chēng)荷載作用下，由于基礎(chǔ)底面反力為均勻分布，因此單位長(zhǎng)度地基的凈反力為：,【解】1、確定基底面積,基礎(chǔ)底寬度（綜合荷載分項(xiàng)系數(shù)取1

16、.35）：,基礎(chǔ)兩邊各放出：,取b=2.50m設(shè)計(jì)。,基礎(chǔ)梁可看成在均布線荷載 qn 作用下以柱為支座的五跨等跨度連續(xù)梁。為了計(jì)算方便，可將圖7-45a分解為圖7-45b和圖7-45c兩部分。圖7-45b用力矩分配法計(jì)算，A截面處的固端彎矩為：,在圖7-45c的荷載作用下，利用五跨等跨度連續(xù)梁的相應(yīng)彎矩系數(shù)m，可得有關(guān)截面的彎矩：支座B（和B＇）：,其余同（略）。將圖7-45b與c的彎矩疊加，即為按倒梁法計(jì)算所得的JL—2梁的彎矩圖[

17、見(jiàn)圖7-45d].,3、梁的剪力計(jì)算,,,基礎(chǔ)梁TL—2的剪力圖繪于圖7-45e。,,基底寬2500㎜，主助寬500㎜（400+2×50），翼板外挑長(zhǎng)度 1/2 ×（2500-500）=1000㎜，翼板外邊緣厚度200㎜，梁助處（相當(dāng)于翼板固定端）翼板厚度300㎜（見(jiàn)圖7-46）。翼板采用C20混凝土，HPB235鋼筋。,基底凈反力設(shè)計(jì)值：,4、梁板部分計(jì)算,,（2）翼板受力筋計(jì)算,,配 ?12@120

18、(實(shí)際AS =942mm²)。,(1)斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算（按每米長(zhǎng)計(jì)）,實(shí)際,>113.2㎜，可以。,5、肋梁部分計(jì)算肋梁高取 寬500㎜。主筋用HRB335鋼筋，C20混凝土。（1）正截面強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)圖7-45d的JL-2梁M圖，對(duì)各支座、跨中分別按矩形、T形截面進(jìn)行正截面強(qiáng)度計(jì)算。 軸②支座處（M=700KNm） 由

19、 查混凝土設(shè)計(jì)手冊(cè)可知,（2）斜截面強(qiáng)度計(jì)算 軸②左邊截面（V=698KN）： 配 ?10 @250箍筋（四肢箍）。 ?Vcs? =702kN > 350KN，可以各部分的正、斜截面配筋均可列表計(jì)算，此略。 統(tǒng)一調(diào)整后，JL-2梁的配筋見(jiàn)圖7-46。,,7.10.1建筑措施1.建筑物的體型力求

20、簡(jiǎn)單（1）平面形狀簡(jiǎn)單（2）立面體形變化不宜過(guò)大，砌體承 重結(jié)構(gòu)房屋高差不宜超過(guò)1～2層2、控制建筑物長(zhǎng)高比及合理布置縱橫墻,7.10 減輕不均勻沉降損害的措施,3、設(shè)置沉降縫:將建筑劃成若干長(zhǎng)高比較小，體形簡(jiǎn)單，整體剛度好，結(jié)構(gòu)類(lèi)型相同，自成沉降體系的獨(dú)立單元。（1）設(shè)置的位置（2）沉降縫的寬度4.控制相鄰建筑物基礎(chǔ)的距離5、調(diào)整建筑物的局部標(biāo)高,7.10 減輕不均勻沉降損害的措施,7.10.2 結(jié)構(gòu)措施