2013 基礎工程-復習

1、1,靜力觸探設備中核心部分是觸探頭。觸探桿將探頭勻速貫入土層時，觸探頭可以測得土層作用于探頭的錐尖阻力和側(cè)壁阻力。探頭按結(jié)構(gòu)分為單橋、雙橋和孔壓探頭 。,靜力觸探,2,①比例界限荷載作為地基承載力基本值，即取 fak＝pa②極限荷載小于比例界限荷載的2倍時，取 fak＝pu/2,平板載荷試驗,靜力載荷試驗資料的應用,(1)根據(jù)p－s曲線確定地基承載力基本值：,③不能按上述兩點確定時，如承壓板面積為0.25-0.50m2，

2、對于低壓縮性土和砂土，可取s/b＝0.01-0.015所對應的荷載值作為地基承載力基本值；對于中高壓縮性土，可取s/b＝0.02所對應的荷載值作為地基承載力基本值。,3,靜力載荷試驗時，同一土層參加統(tǒng)計的試驗點不應少于三點，基本值的極差不超過平均值的30％，取此平均值作為地基承載力基本值。,平板載荷試驗,地基承載力基本值,4,如果圓柱水平面、垂直側(cè)面各點剪應力不相等,水平面剪應力,垂直面剪應力,十字板剪切試驗,垂直抵抗力矩,水平面的抵抗

3、力矩,,5,用兩種規(guī)格十字板在同一深度處測土的抗剪強度，兩者的直徑均為d=50mm，規(guī)格A十字板長度h1=15cm,測得的最大扭矩M1=17Nm ，規(guī)格B十字板長度h2=5cm,測得的最大扭矩M2=7Nm ，問圓柱水平面、垂直側(cè)面的剪應力等于多少。,水平面剪應力,垂直面剪應力,,6,方形承壓板面積為0.25m2,例1-2 粘性土泊松比μ=0.35,確定變形模量和承載力,臨塑荷載,7,（二）對地基計算的要求,地基計算的內(nèi)容,變形計算,抗浮

4、驗算,承載力計算,穩(wěn)定性計算,所有建筑物甲、乙、丙級,經(jīng)常受水平荷載的高層建筑物；高聳結(jié)構(gòu)、擋土墻；建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物或構(gòu)筑物；基坑工程。,當?shù)叵滤癫剌^淺，存在上浮問題的地下構(gòu)筑物,設計等級為甲、乙及部分丙級建筑物*,建筑物類型,,,,,（三）對基礎計算的要求,基礎的材料、型式和構(gòu)造能適應上部結(jié)構(gòu)要求,滿足地基承載力（穩(wěn)定性）和變形要求,基礎本身應滿足強度、剛度和耐久性要求,8,⑤驗算基礎裂縫寬度,正常使用極限狀態(tài)下荷載效

5、應的標準組合,④確定基礎或支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力或截面、配筋或驗算材料強度,承載力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數(shù)；（荷載設計值）,設計內(nèi)力小于設計抗力,①按地基承載力確定基底面積及基礎埋深,正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的標準組合,地基承載力特征值fa,③計算擋土墻土壓力、地基和斜坡的穩(wěn)定、滑坡推力,承載力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，但分項系數(shù)均為1； 即標準組合,②計算地基變形,正常使用極限狀態(tài)下荷在效應的準永久值組合 (不計入

6、風荷載和地震作用）,地基變形允許值 [S],（四）關于荷載取值的規(guī)定,計算內(nèi)容,荷載效應最不利組合,相應的抗力及限值,9,剛性基礎(無筋擴展基礎),采用磚、毛石、素砼、三合土和灰土等材料制作，適用6層和6層以下的一般民用建筑和墻承重的廠房。,灰土基礎,磚基礎,砌石基礎,素砼基礎,特點：抗壓強度高，抗拉、抗彎、抗剪強度低?；A幾乎不發(fā)生撓曲變形。,構(gòu)造：滿足剛性角限制，臺階寬高比不超過規(guī)定的允許值。,10,臺階寬b /高h 比的允許值 (

7、即剛性角的正切),剛性基礎的結(jié)構(gòu)設計可以通過限制材料等級和剛性角的要求進行，無需進行內(nèi)力分析和截面強度計算。,臺階寬高比的允許值取決于基礎底面處的平均壓力p,同樣臺階寬度下，平均壓力p越大，臺階越高。,當基礎由不同材料疊合組成時，應對接觸部分作抗壓驗算。,無筋擴展基礎臺階寬高比的允許值（部分數(shù)據(jù)）選自陳希哲土力學,11,柱下獨立基礎 墻下條形基礎 雙柱獨立基礎模型,擴展基礎(柔性基礎),當剛性基礎不能滿足力學要求時，

8、可做成鋼筋混凝土基礎，亦稱擴展基礎。擴展基礎又有柱下獨立基礎和墻下條形基礎兩種形式。,受力特點：在基礎內(nèi)配置足夠的鋼筋來承受拉應力和彎矩,使基礎在受彎時不致破壞。因而不受臺階寬高比的限制，可以做成扁平形狀。,12,確定基礎埋深的原則：①在滿足地基穩(wěn)定和變形要求的前提下，基礎盡量淺埋 ②當上層土強度大于下層土時，宜采用上層為持力層。 ③高層建筑應有足夠的埋深來保持其穩(wěn)定性。 ④除巖石地基外，基礎埋深不宜小于0.5m。,2.4 基礎

9、埋置深度,基礎埋置深度的選擇——持力層選擇,基礎埋深的概念：基礎埋置深度是指基礎底面至天然地面或設計地面的距離。,設計地面是天然地面找平處理后的均值結(jié)果,13,影響基礎埋深的主要因素,㈡工程地質(zhì)條件,㈢水文地質(zhì)條件,㈣地基凍融條件,㈠建筑物的用途、結(jié)構(gòu)類型和荷載性質(zhì)及大小,14,當建筑基礎底面以下允許有一定厚度的凍土層，可用下式計算基礎的最小埋深：,除按上述要求選擇埋深處，在凍脹、強凍脹和特強凍脹上，應采取相應的防凍害措施。具體規(guī)定參見

10、《建筑地基規(guī)范》第5.1.9條。,Zd －設計凍深,hmax －基礎底面下允許殘留凍土層的最大厚度（m），可按表2-14查取。當有充分依據(jù)時，也可按當?shù)亟?jīng)驗確定。,季節(jié)性凍土的最小埋深,15,凍脹性越弱，允許殘留的凍結(jié)厚度越大,基底壓力越大，越限制凍漲，殘留厚度允許越大,,,溫度越高，越不易凍漲，殘留厚度允許越大,基底面積越大，越限制凍漲，殘留厚度允許越大,,,,16,地基承載力特征值的修正,承載力修正系數(shù),b取值范圍3~6 m,,,,

11、,d>0.5 m,,17,地基承載力特征值的修正,? －緊貼基礎底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度（浮重度）,,? m －基礎埋深d范圍內(nèi)各層土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度有效重度,,18,規(guī)范推薦的地基承載力特征值公式,? －緊貼基礎底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度（浮重度）,? m －基礎埋深d范圍內(nèi)各層土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度,,取有效重度目的：含水量越高，地基承載力越低,19,Mb、Md

12、、Mc －承載力系數(shù),Mb< Md,基礎寬度作用小于基礎埋深作用,濕砂土,粘性土,持力層的厚度>b,20,例2-3 條形基礎寬b=2.5m，埋置深度d=1.6m，土層為粘性土，比重ds=2.7,?=18.33kN/m3，粘聚力ck=15kPa,內(nèi)摩擦角的標準值φK=260,含水量w=22.5 %，塑限wp=18.2%，液限wL=30.2%。試確定地基承載力fa,,,21,,查表得修正系數(shù)：ηb=0.3, ηd=1.6,條形

13、基礎寬b=2.5m<3m,埋置深度d=1.6m,?=18.33kN/m3,?m=18.33kN/m3,,,,22,2.5.1-2持力層承載力驗算,1、軸心荷載作用：假定基底反力呈直線均勻分布，則持力層地基承載力驗算必須滿足下式,Fk—對應荷載效應標準組合，上部結(jié)構(gòu)傳至基礎頂面的豎向力。,Gk—基礎自重和基礎上的土重含水重,A—基礎底面面積。,pk—相應荷載效應標準組合，基礎底面處的平均壓力值。,23,軸心荷載作用下基礎尺寸的確定,

14、——基礎和回填土的平均重度，一般取20kN/m3,矩形基礎,條形基礎,—上部結(jié)構(gòu)傳至條形基礎頂面每米長度上的外荷載(kN／m),設計時先按上式求得A，再確定兩個邊長。一般軸心受壓基礎底面采用正方形較為合理，即：b=a=（A)1/2。也可采用矩形，先選定基礎底面的一個邊長b，即可求得另一邊長a=A/b。一般取a/b=1.0~2.0。,24,2、偏心荷載作用,當傳到基礎頂面的荷載除軸心荷載外，還有彎矩Mk作用時，基底反力將呈梯形分布；要求偏

15、心距e不大于b/6。,Mk—相應于荷載效應標準組合時，作用于基礎底面的力矩值。,W —基礎底面的抵抗矩,偏心矩,偏心荷載作用下的地基承載力驗算公式：,25,外部荷載與彎矩下的基底壓力,26,2.5.1-3 軟弱下臥層驗算,持力層地基承載力驗算回顧,持力層壓縮模量Es1≧3Es2,,Ec混凝土≈30Gpa, Es=2Mpa~30Mpa,總應力,27,?m －土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度,自重應力和加權(quán)重度計算,扣除水重的應力為有

16、效應力，其通過土骨架傳遞,粘性土的水浮力小于水柱高度,28,附加應力：建筑物的荷載在土體中產(chǎn)生的在原有應力基礎上應力的增量。,附加應力的考量,基礎埋深d處的原有自重應力,建筑物的荷載在土體中產(chǎn)生的應力,Fk—對應荷載效應標準組合，上部結(jié)構(gòu)傳至基礎頂面的豎向力。,基底附加應力,29,基底的附加應力p0之合力與軟弱下臥層頂面處擴散面積上的附加應力pz之合力相等,擴散面積,矩形基礎軟弱下臥層頂面處擴散面積上的附加應力,對于條形基礎，上式中令a

17、趨于無窮，則有：,軟弱下臥層附加應力的擴散,基底面積,z —持力層的厚度,持力層越厚或越硬，pz越小,寬基淺埋,30,應力擴散角,31,軟弱下臥層驗算,Pz —軟弱下臥層頂面處的附加應力,faz—軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值,pcz—軟弱下臥層頂面處的自重應力,自重應力+附加應力≦地基承載力,,,,,,,獨立基礎,32,條形基礎：,pz—附加應力of 堅硬持力層底面,寬基淺埋，堅硬持力層視為擴散壓力的準基礎,總壓力=

18、有效自重壓力+附加壓力,pcz—堅硬持力層底面以上的自重應力,基礎底面附加應力,33,下臥層,某柱基礎，作用在設計地面處的柱荷載設計值、埋深及地基條件如圖所示，基礎底面尺寸b0×a=2×3m2，試驗算軟弱下臥層的強度,例2-4下臥層承載力驗算,34,例2-4下臥層承載力驗算,下臥層,有效自重應力pcz,基礎底面附加應力p0等于基底壓力pk減去該處的自重壓力pc,35,例2-4下臥層承載力驗算,下臥層,? －緊貼基礎底

19、面以下或下臥層土的有效重度,36,地基沉降計算經(jīng)驗系數(shù),地基沉降理論公式,對于堅硬地基，理論公式得出的結(jié)果比實測值偏大，應縮小之。,對于軟弱地基，沉降的理論值比實測值偏小，需放大之。,,此表大概界定常見土的壓縮模量變動范圍,地基變形計算,37,荷載作用下所有淺基礎底面面積的確定步驟,①進行承載力深度修正確定fa,初選：b，d,②計算A0， b0,③取整確定： b，a,④根據(jù)最新的寬度b或埋深d,重新計算fa與Gk,⑤驗算,單獨基礎,條形

20、基礎,條形基礎,矩形基礎,,38,例2-5 某廠房柱子斷面600mm×400mm。荷載組合標準值：豎直荷載F=800kN,力矩Mk=220kNm,水平荷載H=50kN?；A埋置深度d=2m，試設計柱下剛性基礎。比重ds=2.76,粉質(zhì)粘土空隙比,液性指數(shù),wp—塑限含水量,wL—液限含水量,查表2-15,例2-5,剛性基礎設計,39,,初步選擇基底尺寸,查表得修正系數(shù)：ηb=0.3, ηd=1.6,假設偏心不大，基礎底面積按3

21、0%增大，即,取b=3m，l=2m，A=6m2,例2-5,剛性基礎設計,40,增加基底尺寸,取b=3m，l=2.4m，A=7.2m2,偏心矩,例2-5,C15混凝土,C15混凝土,無筋擴展基礎的寬高比,剛性基礎設計,41,基底凈反力,確定基礎寬度尺寸標準組合沉降計算準永久值組合時，需要考慮基礎及其上覆土重,在進行基礎截面設計時，采用基底凈反力，基底凈反力是不計基礎及其上覆土的重力作用時產(chǎn)生的地基反力。,地基凈反力是由基礎頂面的荷載值所產(chǎn)

22、生的地基反力。承載力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數(shù)；（荷載設計值）,擴展基礎設計,42,則有：,,抗沖切驗算公式 pkpm,,剪切破壞,,43,2.5.2地基變形驗算,地基變形驗算目的——保證建筑物安全、正常使用和外觀。,變形計算值≦變形特征允許值,地基變形特征：對各種建筑物產(chǎn)生危害的不利沉降形式。,注： 傳至基礎上的荷載應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的準永久組合（不應計入風荷載和地震作用）。,44,如何解決不均勻沉降

23、的問題？,具體措施,2.8 減輕不均勻沉降危害的措施,選用條形基礎、筏形基礎、箱形基礎,采用樁基礎或其它深基礎,地基處理方法（采用人工地基）,地基、基礎和上部結(jié)構(gòu)協(xié)同工作,,,,45,2.8.1 減輕不均勻沉降的建筑設計措施,1、建筑物的體型應力求簡單,平面：一字形立面：高差最好不超過二層,建筑物立面高差過大,46,建筑物長高比是指它的長度L與其高度（屋頂檐口至基底的距離）Hf之比 2.5~3.0,建筑物過長：長高比7.6:1,

24、2.控制建筑物的長高比,建筑設計措施,3. 合理布置縱、橫墻： 砌體結(jié)構(gòu),八字形裂縫,47,,決定相鄰建筑物基礎間凈距的指標：,受影響建筑被影響者,剛度（長高比）,影響建筑產(chǎn)生影響者,預估平均沉降量（地基壓縮性、建筑規(guī)模）,4、恰當安排相鄰建筑物基礎間的凈距,48,5、設置沉降縫,沉降縫——從上部結(jié)構(gòu)檐口到基礎底面將建筑物分割成兩個或多個獨立單元,沉降縫要求：分割出的獨立單元（或沉降單元），應滿足體形簡單、長高比小、結(jié)構(gòu)類型不變和所在處

25、的地基比較均勻等條件的要求。,沉降縫作用：分解或調(diào)整不均勻沉降,49,6、調(diào)整建筑物各部分的標高,原理：根據(jù)可能產(chǎn)生的不均勻沉降，將預估沉降量大的部分標高提高，待其沉降后達到預定的標高，與沉降小的部分協(xié)調(diào)一致。,（1）室內(nèi)地坪和地下設施的標高，應根據(jù)預估沉降量予以提高；（2）建筑物各部分（或設備之間）有聯(lián)系時，可將沉降較大者標高提高；（3）建筑物與設備之間，應留有足夠的凈空；（4）當有管道穿過建筑物時，應預留足夠尺寸的孔洞，或采用

26、柔性的管道接頭。,50,2.8.2減輕不均勻沉降的結(jié)構(gòu)措施,1、減輕建筑物自重,①減輕墻重量：采用多孔磚，輕質(zhì)墻等。②選用輕型結(jié)構(gòu)：采用預應力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)及各種輕型空間結(jié)構(gòu)。③減少基礎和回填土重量：如采用空心基礎、殼體基礎、以及加空地板代替厚填土等。,2、設置圈梁、基礎梁（地圈梁）,平面內(nèi)形成閉合的網(wǎng)狀系統(tǒng)。,增強建筑物的抗彎剛度,51,3、減小或調(diào)整基底附加壓力,①減小基底附加壓力：減輕建筑物自重設置地下室（或半地

27、下室、架空層）②改變基底尺寸：,4、采用非敏感性結(jié)構(gòu),排架、三鉸拱等鉸接結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)措施,52,1、合理安排施工程序,2.8.3減輕不均勻沉降的施工措施,先重后輕（先建重的部分）,先高后低（先建高的部分）,先主體后附屬(先建主體的部分),3、基礎周圍不宜堆載、防止施工的不利影響,打樁，強夯，井點降水、深基坑開挖,2、保護基底的地基土,保持地基土的原狀結(jié)構(gòu),施工措施,53,軟弱下臥層強度不足應采取的措施,1）增大基礎底面積,2）減小基礎埋

28、深,3）對軟弱下臥層進行地基處理，用人工方法提高其承載力,4）變換地基持力層，或采用深基礎避開軟弱下臥層,軟弱下臥層驗算,54,補償基礎概念,如果基底附加應力p0=0，建筑物引起的沉降為零,Fk—對應荷載效應標準組合，上部結(jié)構(gòu)傳至基礎頂面的豎向力。,于是,建筑物的重量等于挖去的土重,建筑物的重量,概 述,55,3.2 地基、基礎與上部結(jié)構(gòu)共同作用,上部結(jié)構(gòu)、地基和基礎是建筑體系中的3個有機組成部分。在荷載的作用下，三者不但要保持力的平衡

29、，在變形上也必須協(xié)調(diào)一致，三部分之間不但要滿足力的平衡關系，也需要滿足變形協(xié)調(diào)條件。,基礎的變形情況對地基反力有重要影響，地基的變形和地基反力的分布又會對基礎和上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力產(chǎn)生影響。這就是通常所說的上部結(jié)構(gòu)、基礎和地基的相互作用，也就是三者的共同作用問題。,56,3.2.2 地基計算模型,線性彈性計算模型,什么是地基計算模型？,反映地基土體應力與應變關系的模式，簡稱地基模型。地基模型很多，但都具有局限性。,最常用的地基模型,在進行建筑

30、物的上部結(jié)構(gòu)、基礎與地基的共同工作分析中，或者進行地基上梁板的分析計算中，首先要確定地基反力的分布規(guī)律，即要解決基礎底板與地基表面之間地基反力與地基變形的問題，為此引入了地基計算模型。,文克勒（Winkler）地基模型,彈性半空間地基模型,有限壓縮層地基模型,57,基本原理：將地基離散為一系列互不相干的土彈簧，也就是將地基分解為一系列豎直的土柱并略去了土柱之間的剪力，由此得出了地基表面的壓力與沉降成正比，而且地基表面各點之間互不相干的結(jié)

31、論。,k：基床系數(shù)，可由地基載荷試驗求得，在沒有資料的情況下也可參照相關表格查得。,3.2.2-1 文克勒（Winkler）地基模型,基床系數(shù)常稱基床反力系數(shù)，代表了地基抵抗變形的能力，因此可視為地基的剛度,單參數(shù)地基模型,58,①抗剪強度比較低的半液性地基（淤泥、軟粘土）；②厚度不超過基底面寬度一半薄壓縮層，這時地基產(chǎn)生應力集中，剪應力很小；③基底下塑性區(qū)相對較大的地基；④支承在樁上的連續(xù)基礎，可以用彈簧體系代替群樁。,柔性地基

32、,文克爾地基模型因參數(shù)少、便于應用，一般認為凡力學性質(zhì)與水相近的地基，采用該模型比較適合。,要求地基中盡量不存在或少存在剪應力。,適用條件,59,基本原理:將地基看成均質(zhì)、各向同性的彈性半空間。地基上任一點的沉降量s(x,y)與整個基底的壓力有關。按彈性力學公式計算地基中的附加應力與變形。,3.2.2 -2彈性半空間地基模型,彈性半空間地基模型克服了Winkler地基模型的主要缺點（不考慮剪應力），比Winkler地基模型更合理。但它假

33、定地基是各向同性均質(zhì)土體，這是其不足之處。,雙參數(shù)地基模型,60,基本原理：假定地基土在完全側(cè)限條件下的壓縮變形與附加應力成正比，地基沉降量為有限壓縮層范圍內(nèi)各分層壓縮量之和，利用土力學中的分層總和法計算地基柔度系數(shù)δij 。,3.2.2-3 有限壓縮層地基模型,土柱體下端到達硬土層頂面或沉降計算深度。,模型的數(shù)學表達式,61,單參數(shù)k 文克爾地基模型,雙參數(shù)E0,μ連續(xù)性地基模型,,地基計算模型的選擇,1 文克勒（Winkler）地基

34、模型,3有限壓縮層地基模型,2彈性半空間地基模型,無粘性土地基 軟土地基 塑性區(qū)比較大的地基 可壓縮層厚度不大的地基,地基分層明顯，各層土性Es差異較大,粘性土地基，基礎具有一定的相對剛度,以上屬于線性計算模型，但通常情況下土具有非線性特征，為此提出多種反應特征的數(shù)學模型，如常用的鄧肯-張模型（假定地基土的應力-應變關系符合雙曲線模型 ）、彈塑性模型（假定地基土的變形包含彈性與塑性兩部分 ）。,62,連續(xù)基礎,零位移 邊

35、界條件,基礎分析方法概要,地基,（一）常規(guī)設計法,不考慮地基與基礎的變形協(xié)調(diào)條件。,假設基底壓力線性分布。,①靜定分析法：假定基礎為靜定結(jié)構(gòu)，柱子不約束基礎，基礎可產(chǎn)生整體彎曲，適用于柔性結(jié)構(gòu),②倒梁法(倒樓蓋)法:假定柱端為固定支座，基礎只產(chǎn)生局部彎曲，適用于上部結(jié)構(gòu)整體剛度很大的情況,適用條件：1.基礎沉降較小或較均勻的一般基礎；若不均勻沉降大，則引起很大附加內(nèi)力，導構(gòu)結(jié)構(gòu)不安全。,,,2.基礎剛度大。可認為基底反力近似呈直線（均勻

36、）分布。,63,基礎分析方法概要,基底反力由線性分布變成未知量。,地基模型導致復雜問題化,（二）地基與基礎部分共同作用方法,部分共同作用方法源于彈性地基梁法,適用條件1.上部結(jié)構(gòu)剛度較小 2.基礎剛度較大以滿足零位移固端約束條件；,基礎位移是待求的未知量。,地基模型,地基模型確定地基應力,支座反力作為上部結(jié)構(gòu)荷載作用于基礎上,1.考慮地基與基礎的位移協(xié)調(diào)；2.忽略上部結(jié)構(gòu)對基礎的約束作用,64,基礎分析方法概要,（三）上部結(jié)構(gòu)-基

37、礎-地基共同作用方法,赫赫昭著的子結(jié)構(gòu)法,,子結(jié)構(gòu)法將上部結(jié)構(gòu)、基礎和地基分為三個子結(jié)構(gòu)?；A子結(jié)構(gòu)的位移u作為出口位移。,,,不考慮基礎變形對上部結(jié)構(gòu)的影響，偏不安全。,,,忽略上部結(jié)構(gòu)剛度會使地基變形偏大，基礎內(nèi)力偏高，偏安全 。,65,基礎分析方法概要,（四）上部結(jié)構(gòu)-基礎-地基共同作用方法,一體化整體有限元分析,地基土有限元分割,K－視上部結(jié)構(gòu)、基礎和地基為整體所組成的剛度矩陣（濃縮剛度矩陣）。,u－未知節(jié)點位移，上部空間框架每

38、一節(jié)點有6個分量位移，地基土離散為空間彈性體每一節(jié)點有3個平動位移。,地基與基礎的接觸問題,Es=2Mpa~30Mpa,Ec混凝土≈30Gpa,66,小結(jié),相互作用中地基起主導作用，其次是基礎，最后是上部結(jié)構(gòu)。壓縮性小或剛度大的地基一般不需考慮相互作用；上部結(jié)構(gòu)在壓縮性大的地基上基礎整體剛度有限時起作用。,,,,基礎相對剛度土的壓縮性,上部結(jié)構(gòu)剛度不均勻沉降,上部結(jié)構(gòu)與基礎的相對剛度,67,3.3.2-0靜定分析法,上部結(jié)構(gòu)通過傳

39、遞力來制約基礎，不傳遞支座約束，,按直線分布求出每米長度基底凈反力,將柱荷載直接作用在基礎梁上，此時，支座反力作為上部結(jié)構(gòu)邊界約束荷載作用于基礎。,采用每米長度基底凈反力，按靜力平衡條件計算任意截面內(nèi)力,上部結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)，未考慮上部結(jié)構(gòu)剛度對基礎的貢獻。,對基礎梁從左至右取分離體, 列出分離體上豎向力平衡方程和彎矩平衡方程,求解梁縱向任意截面處的彎矩Ｍｓ和剪力Ｖｓ。,,,68,靜定分析法適用條件上部結(jié)構(gòu)剛度較小，對基礎約束作用不明顯

40、； 基礎梁較短、柱距較小； 地基較均勻。各柱荷載及間距不等；,靜定分析法沒有考慮基礎自身的變形以及與上部結(jié)構(gòu)的相互作用，與其他方法比較，計算所得基礎不利截面上的彎矩絕對值一般偏大。此法只宜用于上部為柔性或簡支結(jié)構(gòu)、且基礎自身剛度較大的條形基礎以及聯(lián)合基礎。,計算方法：確定地基梁尺寸及計算凈反力的步驟與倒梁法相同，然后按靜力平衡的原則計算任一截面的內(nèi)力。,由于靜力平衡法不考慮基礎與上部結(jié)構(gòu)的相互作用,因而在荷載和直線分布的基底反力作

41、用下可能產(chǎn)生整體彎曲。,,69,通過將柱端作為固定鉸支座來剛性地制約基礎。將柱荷載作用處作為固定鉸支座約束，以代替柱荷載。其余支座反力作為上部結(jié)構(gòu)邊界約束荷載作用于基礎上。,采用每米長度基底凈反力，根據(jù)彎矩分配法等方法計算任意截面內(nèi)力。,由此計算出來的支座反力Ri一般不等于相應的柱荷載Fi。,柱荷載體現(xiàn)在基底凈反力中,3.3.2-1倒梁法,把柱腳視為條形基礎的支座，支座間不存在相對豎向位移，假定基底凈反力（bpj，kN/m）呈線性分布,

42、,70,靜定梁法與倒梁法的比較,若上部結(jié)構(gòu)剛度很小（如單層排架），宜采用靜定分析法。按直線分布確定基底凈反力，并將柱荷載直接作用于基礎梁上，可按靜力平衡條件求出任一截面上的彎矩和剪力。,特點：上部結(jié)構(gòu)假定為柔性結(jié)構(gòu)，即不考慮上部結(jié)構(gòu)剛度的有利作用，故基礎梁將產(chǎn)生整體彎曲，所求彎矩值過大,假定上部結(jié)構(gòu)是絕對剛性的，各柱之間只能同時下沉無差異沉降，故把柱腳視為條基的鉸支座，將基礎梁按倒置普通連續(xù)梁計算，而荷載為直線分布的基底凈反力bpj，和

43、除去豎向集中力（由基底凈反力體現(xiàn)）所余下的各種作用（包括柱傳來的力矩）。這種方法只考慮出現(xiàn)于柱間的局部彎曲，而略去全長發(fā)生的整體彎曲，故所得正負最大彎矩較為均衡，基礎不利截面的彎矩最小。,適用于上部結(jié)構(gòu)剛度很大的情況,倒梁法原理：,靜定分析法原理：,都假定基底凈反力（bpj，kN/m）呈線性分布,,71,彈性地基梁法,適用條件1.上部結(jié)構(gòu)剛度較小 2.基礎剛度較大以滿足零位移固端約束條件；,支座反力作為上部結(jié)構(gòu)荷載作用于基礎上,1.

44、考慮地基與基礎的位移協(xié)調(diào)；2.忽略上部結(jié)構(gòu)對基礎的約束作用,上部結(jié)構(gòu)通過傳遞力來制約基礎，不傳遞支座約束,,72,直 接 法,①x??時，w=0；,表3-7,,73,柱節(jié)點（雙向外伸、單向外伸、無外伸）,聯(lián)立方程：,角柱節(jié)點雙向外伸,荷載分配原則：就近分配，按面積分配，按剛度分配，加權(quán)分配,,74,十字節(jié)點,內(nèi)柱節(jié)點,角柱節(jié)點無外伸,角柱節(jié)點無外伸,節(jié)點荷載根據(jù)剛度或面積分配,,75,邊柱節(jié)點無外伸,,,76,十字交叉梁基礎，某中柱

45、節(jié)點承受荷載F=2000kN，一個方向基礎寬度bx=1.5m，抗彎剛度EIx=750Mpa*m4，另一個方向基礎寬度by=1.2m，抗彎剛度EIy=500Mpa*m4 ，基床系數(shù)k=4.5MN/m3，試計算兩個方向分別承受的荷載Fx，F(xiàn)y以及該節(jié)點的沉降位移。（要求：只進行初步分配，不做調(diào)整。）,中柱節(jié)點zy=zx=1,,,,77,樁側(cè)摩阻力分布曲線,樁摩阻力沿深度分布情況,單樁承載力的確定,沉樁（預制樁）,鉆孔灌注樁,深度效應：樁的承

46、載力隨著樁的入土深度特別是進入持力層的深度而變化的特性。,臨界深度：樁底端進入持力砂土層或硬粘土層時，樁的極限阻力隨著進入持力層的深度線性增加。達到一定深度后，樁阻力的極限值保持穩(wěn)值。這一深度稱為臨界深度hc。,,78,按土的物理指標與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關系確定單樁豎向極限承載力標準值（物理指標法）。 靜力觸探類似于樁的入土過程，但是尺寸被縮小。,單樁豎向承載力特征值:,k為安全系數(shù)，取2；,Qsk—單樁總極限側(cè)阻力標準值 Qpk

47、—單樁總極限端阻力標準值,qsik—樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值qpk—極限端阻力標準值；可以查表；,up—樁身的周邊長度；,不同的施工方法，不同的樁型，單樁豎向極限承載力標準值的計算公式形式上有所不同，會各有相關的修正系數(shù)。,4.4.2觸探法,,79,例題,某承臺下設置了3根直徑為480mm的灌注樁，樁長10.5m，樁側(cè)土層自上而下依次為：淤泥，厚6m，qsia=7kPa；粉土，厚2.5m，qsia=28kPa；粘土，很厚（樁端

48、進入該層2m），qsia=35kPa，qpa=1800kPa。試計算單樁豎向承載力特征值。,解：,,80,1單樁抗拔承載力標準值,4.5.1 單樁抗拔承載力,—安全系數(shù)，取2～3,—樁周土摩擦力標準值，查表,—樁身有效自重，扣除水的浮力,2 單樁抗拔承載力特征值,單樁抗拔驗算,單樁承受的上撥力標準組合小于單樁抗拔承載力特征值,,—永久荷載分項系數(shù)，可取0.9,,81,正摩阻力,樁的負摩阻力,4.5.2 樁的負摩阻力,負摩阻力：樁周土體因

49、某種原因發(fā)生下沉，其沉降變形大于樁身的沉降變形時，在樁側(cè)表面的全部或一部分面積上將出現(xiàn)向下作用的摩阻力，稱其為負摩阻力。,負摩阻力的危害：摩阻力不但不能成為樁承載力的一部分，反而變成施加在樁上的外荷載，對入土深度相同的樁來說，若負摩力發(fā)生-則：①樁的外荷載增大 ②樁的承載力相對降低 ③樁基沉降加大,82,樁的負摩阻力產(chǎn)生的原因,在樁附近地面大量 堆載，引起地面沉降,土層中抽取地下水或其他原因，地下水位下降，使土層

50、產(chǎn)生自重固結(jié)下沉,地面因打樁時孔隙水壓力劇增而隆起、其后孔壓消散而固結(jié)下沉等,樁穿過欠壓密土層（如填土）進入硬持力層，土層產(chǎn)生自重固結(jié)下沉,在黃土、凍土中的樁，因黃土濕陷、凍土融化產(chǎn)生地面下沉,,83,負摩阻力分布與中性點,Se—地面沉降,Sp—樁底下沉,Ss—樁身壓縮,中性點：曲線①表示土層不同深度的位移，曲線②為樁的截面位移曲線，曲線①和曲線②之間的位移差為樁土之間的相對位移，曲線①和曲線②的交點(o點)為樁土之間不產(chǎn)生相對位移的截

51、面位置，稱為中性點。,,84,有效應力法計算負摩力,zi—自地面算起的第i層土的中點深度；,p—地面均布荷載,qni—第i層土樁側(cè)負摩阻力標準值,樁周第i層土平均豎向有效應力,γ—第i層土層底以上樁周土加權(quán)平均有效容重,砂土,85,負摩阻力分布與中性點,中性點位置依賴于土的復雜性，難以簡單界定,工程實測表明，在可壓縮土層 L0 的范圍內(nèi)，中性點的穩(wěn)定深度Ln是隨樁端持力層的強度和剛度的增大而增加的，其深度比 Ln / L0 可按下表的經(jīng)

52、驗取用。,Sp—樁底下沉越小，ln越大,,86,4.7.1實體深基礎法,實體深基礎樁端平面處的附加應力,1.荷載擴散法,當基礎體積V基礎未定時，附加應力可簡化為下式計算,Gk —承臺和承臺以上土的重量,? m －基礎埋深d范圍內(nèi)各層土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度即有效重度。此處務必確保? m <20kN/m3,,,87,hi —樁身穿越第i層土層厚度l —樁的入土深度即樁身長度qsia — 第i層土側(cè)阻力特征值Gk

53、—承臺和承臺以上土的重量,,p0,2. 扣除樁群側(cè)壁摩阻力法,不考慮擴散作用時的附加應力,按照分層總和法計算沉降,4.7.1實體深基礎法,,88,4.8.1 群樁與群樁效應,群樁效應：群樁在豎向荷載作用下，其總的承載力往往不等于各個單樁承載力之和，這種現(xiàn)象稱為群樁效應,豎向荷載作用下，由于承臺、樁、土相互作用，群樁基礎中的一根樁單獨受荷時的承載力和沉降性狀，往往與相同地質(zhì)條件和設置方法的同樣獨立單樁有顯著差別，這種現(xiàn)象稱為群樁效應。,群

54、樁效應與樁距、樁數(shù)、樁徑、樁的入土深度、樁的排列、承臺寬度及樁間土的性質(zhì)等因素有關，其中樁距為主要因素。,89,對于端承樁或樁數(shù)不超過3根且樁距離大于6d的非端承樁不考慮群樁效應,端承型群樁基礎,當樁距小于3d（d為樁徑）時，樁端處應力重疊現(xiàn)象嚴重；當樁距大于6d時，應力重疊現(xiàn)象較小。,,90,群樁效應可以用群樁效應系數(shù)估計,對于砂土中的擠土樁群，有可能 ? > 1.0,對于端承樁或樁數(shù)不超過3根且樁距離很大的非端承樁不考慮群樁

55、效應， ? = 1.0,工程設計中常取? ＝ 1.0,對于砂土、長樁和大間距條件下， ?相對增大,4.8.1 群樁與群樁效應,91,廣義剛性基礎伐板或箱基之下的反力分布,單向受彎，第i樁樁頂軸向力為,雙向偏心時,,,92,4.8.3群樁基礎中的單樁承載力驗算,假設的分布,（1）軸心豎向力作用下:,n —— 樁數(shù),F k——荷載效應標準組合，作用于樁基承臺頂面的豎向力G k——樁基承臺自重及承臺上土自重標準值,Qk——荷載效應標準組

56、合軸心豎向荷載下單樁承受豎向力,實際可能分布,93,4.8.3群樁基礎中的單樁承載力驗算,（2)偏心豎向力作用下:,荷載線性分布假設,Qik 第i根樁的豎向力Mxk，Myk 作用于承臺底面通過樁群形心的x，y軸的力矩,,94,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,My—危險截面處繞y軸的彎矩,Mx—危險截面處繞x軸的彎矩,Ni —第i樁豎向凈反力設計值,xi—自樁軸線i到危險截面的x向距離,yi—自樁軸線i到危險截面的y向距離,

57、柱下多樁矩形承臺受彎計算,,4.8.4 承臺的設計計算,,95,當樁基承臺的有效高度不足時，承臺將產(chǎn)生沖切破壞。承臺沖切破壞的方式，一種是柱對承臺的沖切，另一種是角樁對承臺的沖切。沖切破壞錐體斜面與承臺底面的夾角大于或等于45度，柱邊沖切破壞錐體頂面在柱與承臺交界處或承臺變階處，底面在柱頂平面處；而角樁沖切破壞錐體頂面在角樁內(nèi)邊緣處，底面在承臺上方。,柱下樁基獨立承臺的沖切計算,4.8.4 承臺的設計計算,,,柱對承臺的沖切力,96,例

58、4-1 某一實驗大廳地質(zhì)剖面和土性物理指標如表和圖所示，上部結(jié)構(gòu)傳至設計地面標準組合的荷載為：豎向力Fk=2035kN,彎矩Mk=80kN.m,水平力Hk=55kN。相應于準永久組合的豎向力F=1950kN。經(jīng)過經(jīng)濟技術比選后確定采用鋼筋混凝土預制樁。 試設計計算確定該樁基礎。,97,1 選擇持力層，確定樁型和尺寸：根據(jù)荷載大小和地質(zhì)條件，以第④層中砂土為樁端進入持力層1.5m，樁長8m，承臺埋深1.7m 。決定鋼筋混凝土預制樁的樁截面

59、為0.3m×0.3m,2 確定單樁承載力特征值Ra,,,98,3 確定樁數(shù)和承臺尺寸,Gk 設計地面下承臺底面以上結(jié)構(gòu)和土的自重，容重用20kN/m3，假設承臺尺寸A0=ab = 2m×2m=4m2 ，,n=5 ，承臺尺寸A=ab = 1.6m×2.6m=4.16m2 ，厚度h=1m,4 驗算單樁承載力,99,偏心豎向力作用下:,,100,5 抗彎計算與配筋設計,選取鋼筋等級為HPB335級，fy=300

60、MPa,101,My—危險截面處繞y軸的彎矩,Ni —第i樁豎向凈反力設計值,xi =0.7—自樁軸線i到危險截面的x向距離,,,,,102,yi—自樁軸線i到危險截面的y向距離,,,,,,103,6 柱下樁基獨立承臺的沖切計算,柱對承臺的沖切,樁頂平均凈反力,104,角樁對承臺沖切,,105,1.荷載擴散法,8 群樁沉降的計算,相應于準永久組合的豎向力F=1950kN。,按照分層總和法計算沉降,,106,2. 扣除樁群側(cè)壁摩阻力法,,

61、107,108,3. 某建筑物的箱形基礎寬9m，長20m，埋深d =5m，地下水位距地表2.0m，地基土分布：第一層為填土，層厚為1.5米，γ＝18.0kN/m3；第二層為粘土，層厚為10米，水位以上γ＝18.5kN/m3、水位以下γ＝19.5kN/m3，IL =0.73,e=0.83由載荷試驗確定的粘土持力層承載力特征值fak =190kPa。該粘土持力層深寬修正后的承載力特征值fa最接近下列哪個數(shù)值？,A. 259kPa；B. 2

62、76kPa； C. 285kPa； D. 292kPa。,,109,4. 某矩形基礎底面積為A=3.8m×3.2m，基底埋深在天然地面下d=1.5m，設計地面高出天然地面0.5m。已知上部結(jié)構(gòu)傳至基頂?shù)呢Q向中心荷載為1250kN，地基土重度為18.0kN/m3。基底附加壓力最接近下列哪個數(shù)值？,A. 90 kPa；B. 98 kPa；C. 106 kPa；D. 116 kPa。E 129 kPa；,基底附加應力

63、,,,110,5. 有一個寬度為3m的條形基礎，在基底平面上作用著中豎向軸心荷載2400kN及力矩M。問M為何值時最小基底壓力pmin等于零？,A. 1000 kN m ；B. 1200 kN m；C. 1400 kN m；D. 1600 kN m。E 1800 kN m,,111,6. 矩形基礎底面積為4m×3m，在基底長邊方向作用著偏心荷載1200kN。當最小基底壓力pmin等于零時，最大基底壓力pmax最接近下列

64、哪個數(shù)值？,A. 120 kN m ；B. 150 kN m；C. 170 kN m；D. 200 kN m。E 220 kN m,,112,8. 條形基礎寬b=2m，基底埋深d=1.50m，地下水位在地面以下1.50m，基礎底面的設計荷載為350KN/m，地基土分布：第一層土厚度為3米，天然重度γ＝20.0kN/m3，壓縮模量Es=12MPa；第二層為軟弱下臥層，其厚度為5米，天然重度γ＝18.0kN/m3，壓縮模量

65、Es=4MPa；擴散到軟弱下臥層頂面的附加壓力pz最接近于下列哪一個數(shù)值？,A. 78kPa； B. 89kPa；C. 109kPa； D. 143kPa。E 159 kPa,附加應力,,113,9. 有一條形基礎，埋深2m，基底以下5m和7m處的附加應力分別為65kPa和43kPa。若地下水位在地表下1m處，土的飽和重度為γsat＝18.0kN/m3，該應力范圍內(nèi)的壓縮模量Es=1.8MP

66、a，則基底下5m～7m深度范圍土層的壓縮量最接近于下列哪一個數(shù)值？,A. 10cm； B. 8cm；C. 6cm； D. 4cm。 E 3cm,,114,10. 某條形基礎上部結(jié)構(gòu)荷重為F＝160kN/m，經(jīng)修正后地基承載力設計值為f=100kPa，基礎埋深為d=1m，條形基礎最小寬度最接近于下列哪一個數(shù)值？,A. 1.0m； B. 1.5m；C. 2.0m； D. 2.5m。E 3 m,,

67、115,2、某鉆孔灌注樁，樁身直徑d=1m，樁長12m。樁側(cè)土層分布情況如下：0~6.0m粘土層，樁極限側(cè)阻力標準值qsk=35kPa；6.0~10m;粉土層，qsk=45kPa；10m以下是中砂層qsk=65kPa，qpk=4900kPa，則單樁承載力標準值為：,A. 1634kN； B. 2540kN； C. 3850kN； D. 4540 kN。E 5482kN,,116,12、如圖所示的樁基礎，作

68、用在樁基上（至承臺底面）的豎向力F+G=25000KN，偏心距e=0.8m，則樁6的頂端壓力值為 kN。,A. 2662 B. 2891 C. 3210 D. 3588E 3482kN,單向受彎，第i樁樁頂軸向力為Ni,,117,十字交叉梁基礎，某中柱節(jié)點承受荷載F=2000kN，一個方向基礎寬度bx=1.5m，抗彎剛度EIx=750Mpa*m4，另一個方向基礎寬度by=1.2m，抗