1、第3章 連續(xù)基礎(chǔ),3.1 概述,柱下條形基礎(chǔ),連續(xù)基礎(chǔ),筏板基礎(chǔ),交叉條形基礎(chǔ),箱型基礎(chǔ),第3章 連續(xù)基礎(chǔ),連續(xù)基礎(chǔ)特點： 基底面積大 整體剛度好，不均勻沉降小，抗震性能高 地基承載力高，開挖的土重補(bǔ)償建筑物的部分重量,連續(xù)基礎(chǔ)計算：可看成是地基上的受彎構(gòu)件-梁或板,3.2 地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互作用的概念,一、基本概念,簡單的地基基礎(chǔ)方案,復(fù)雜的地基基礎(chǔ)方案,二、地基與基礎(chǔ)的相互作用,1、基底反力的分布規(guī)律,（2）剛性基礎(chǔ)：,抗彎剛度很小，不能擴(kuò)散應(yīng)力，基底反力分布與作用于基礎(chǔ)上的荷載分布完全一致,抗彎剛度極大，中心荷載下，剛性基礎(chǔ)的基底反力分布是邊緣大，中間小,（1）柔性基礎(chǔ)：,基礎(chǔ)的架

2、越作用：剛性基礎(chǔ)能跨越基底中部，將所承擔(dān)的荷載相對集中地傳至基底邊緣，這種現(xiàn)象稱為基礎(chǔ)的架越作用。,二、地基與基礎(chǔ)的相互作用,1、基底反力的分布規(guī)律,一般來說，硬粘土上的剛性基礎(chǔ)，基底反力呈馬鞍形分布；砂土地基上剛性基礎(chǔ)，基底返利呈馬鞍形分布,二、地基與基礎(chǔ)的相互作用,1、基底反力的分布規(guī)律,（3）基礎(chǔ)相對剛度的影響：,二、地基與基礎(chǔ)的相互作用,1、基底反力的分布規(guī)律,基礎(chǔ)架越作用的強(qiáng)弱取決于基礎(chǔ)的相對剛度、土的壓縮性以及基底下塑性區(qū)的大小。,一般來說，基礎(chǔ)相對剛度愈強(qiáng)，沉降就愈均勻，但基礎(chǔ)的內(nèi)力將相應(yīng)增大，故當(dāng)?shù)鼗植寇浻沧兓^大時，可以采用整體剛度較大的連續(xù)基礎(chǔ)；而當(dāng)?shù)鼗鶠閹r石或壓縮性很低

3、的土層時，宜優(yōu)先采用擴(kuò)展基礎(chǔ)，如采用連續(xù)基礎(chǔ)，抗彎剛度不宜過大。,（4）鄰近荷載的影響：,二、地基與基礎(chǔ)的相互作用,1、基底反力的分布規(guī)律,如果基礎(chǔ)受到相鄰荷載影響，受影響一側(cè)的沉降量會增大，從而引起反力卸載，并使反力向基礎(chǔ)中部轉(zhuǎn)移，基底反力分布會發(fā)生明顯變化。,二、地基與基礎(chǔ)的相互作用,2、地基非均質(zhì)性的影響,（1）上部結(jié)構(gòu)剛度：,三、地基變形對上部結(jié)構(gòu)的影響,整個上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)不均勻沉降或撓曲的抵抗能力，稱為上部結(jié)構(gòu)剛度，或整體剛度。,（2）根據(jù)整體剛度大小，將上部結(jié)構(gòu)分為：,柔性結(jié)構(gòu)，敏感性結(jié)構(gòu)和剛性結(jié)構(gòu)。,柔性結(jié)構(gòu)：,剛性結(jié)構(gòu)：,敏感性結(jié)構(gòu)：,相對剛度為0，產(chǎn)生整體彎曲，排架結(jié)構(gòu)，不允

4、許基礎(chǔ)出現(xiàn)過量沉降量或沉降差,相對剛度為無窮大，產(chǎn)生局部彎曲，剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)。,不均勻沉降會引起較大附加應(yīng)力的結(jié)構(gòu) 砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu) 若結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度儲備不足，容易產(chǎn)生開裂,二、地基變形對上部結(jié)構(gòu)的影響,基礎(chǔ)剛度愈大，撓曲愈小，則上部結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力也愈小。因此，對高壓縮性地基上的框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)剛度宜剛，而對柔性結(jié)構(gòu)，在滿足允許沉降值的前提下，基礎(chǔ)剛度宜小不宜大，而且不一定需要采用連續(xù)基礎(chǔ)。,四、上部結(jié)構(gòu)剛度對基礎(chǔ)受力狀況的影響,傳遞荷載，對條形基礎(chǔ)的變形毫無制約作用，即上部結(jié)構(gòu)不參與相互作用,當(dāng)?shù)鼗冃螘r，各個柱子只能同時下沉，相當(dāng)于在柱位處提供了不動支座，在地基反力作用下，猶如倒

5、置懸臂梁,煙囪，高爐，剪力墻體系和筒體結(jié)構(gòu)的高層,單層排架和靜定結(jié)構(gòu),3.3 地基計算模型,文克勒地基模型 彈性半空間地基模型 有限壓縮層地基模型,地基模型：用以描述地基的數(shù)學(xué)模型。,一、文克勒地基模型 1、基本假定：地基上任一點所受的壓力強(qiáng)度與該點的地基沉陷s成正比:P=ks 2、適用條件： （1）抗剪強(qiáng)度很低的半液態(tài)土(如淤泥、軟粘土等)。 （2）厚度不超過基礎(chǔ)底面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). （3）基底下塑性區(qū)相應(yīng)較大時; （4）支承在樁上的連續(xù)基礎(chǔ)，可以用彈簧體系來代替群樁。,3.3 地基計算模型,基床反力系數(shù)（簡稱基床系數(shù)）表,這個假定是文克勒于1867年提

6、出的故稱文克勒地基模型。該模型計算簡便，只要k值選擇得當(dāng)，可獲得較為滿意的結(jié)果。地基土越軟弱，土的抗剪強(qiáng)度越低，該模型就越接近實際情況。 缺點：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)，而基底范圍外沒有地基變形，這與實際情況是不符的，使用不當(dāng)會造成不良后果。,二、彈性半空間地基模型 適用條件：用于壓縮層深度較大的一般土層上的柔性基礎(chǔ)。 原理： 彈性半空間地基模型是將地基視作均勻的、連續(xù)的、各向同性的彈性半空間體。并用彈性力學(xué)公式求解地基中的附加應(yīng)力或位移。當(dāng)P作用在彈性半空間體表面上時,根據(jù)布辛奈斯克解：,二、彈性半空間地基模型,優(yōu)點：能夠擴(kuò)散應(yīng)力和變形，可以

7、反映臨近荷載的影響,缺點：擴(kuò)散能力往往超過地基的實際情況，所以計算所得的沉降量和地表的沉降范圍，常較實測結(jié)果大，同時該模型未能考慮地基的成層性、非均質(zhì)性及土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性等重要因素,三、有限壓縮層地基模型,把計算沉降的分層總和法應(yīng)用于地基上梁和板的分析，地基沉降等于沉降計算深度范圍內(nèi)各計算分層在側(cè)限條件下的壓縮量之和。,優(yōu)點：能夠較好的反映地基土擴(kuò)散應(yīng)力和應(yīng)變的能力，可以反映鄰近荷載的影響，考慮到土層沿深度和水平方向的變化； 缺點：無法考慮土的非線性和基底反力的塑性重分布,四、基本條件 在地基梁板分析中，首先要選擇合適的地基計算模型，同時基礎(chǔ)還應(yīng)滿足兩個基本條件：靜力平衡和變形協(xié)調(diào)條件

8、。 1.靜力平衡條件(作用在基礎(chǔ)上的荷載和地基反力相平衡) F=0 M=0 2.變形協(xié)調(diào)條件：i=si 表明：基礎(chǔ)受力后，基礎(chǔ)底面和地基表面保持接觸，無脫開現(xiàn)象。依據(jù)這兩個條件求解基礎(chǔ)梁的內(nèi)力和變形。即基礎(chǔ)底面任一點的撓度等于該點的地基沉降。,重點,彈性地基梁的靜力計算模型有哪些？各適用于什么條件。,3.6 柱下條形基礎(chǔ),一、概述,適用結(jié)構(gòu)：軟弱地基上框架或排架結(jié)構(gòu)的一種基礎(chǔ)類型。 優(yōu)點：剛度大，調(diào)整不均勻沉降能力強(qiáng)； 缺點：造價高 適用條件： （1）當(dāng)?shù)鼗^軟弱，承載力較低，而荷載較大時，或地基壓縮性不均勻時； （2）荷載分布不均勻，有可能導(dǎo)致較大的不均勻沉降； （3）上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)沉降比較

9、敏感，有可能產(chǎn)生較大的次應(yīng)力或影響使用功能。,3.6 柱下條形基礎(chǔ),二、構(gòu)造要求,兩端宜伸出邊柱0.25-0.30L1,宜為柱距的1/4-1/8,柱下條形基礎(chǔ)的構(gòu)造,（1）柱下條形基礎(chǔ)梁的高度宜為柱距的1/4-1/8。翼板厚度不應(yīng)小于200mm。當(dāng)翼板厚度大于250mm時，宜采用變厚度翼板，其坡度宜小于或等于1:3； （2）條形基礎(chǔ)的端部宜向外伸出，其長度宜為第一跨距的0.25-0.30倍； （3）條形基礎(chǔ)梁頂部和底部的縱向受力鋼筋除滿足計算要求外，頂部鋼筋按計算配筋全部貫通，底部通長鋼筋不應(yīng)少于底部受力鋼筋截面總面積的1/3； （4）柱下條形基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級，不應(yīng)低于C20。,2.柱下條

10、形基礎(chǔ)的計算,（1）基礎(chǔ)底面尺寸的確定,條形基礎(chǔ)的長度由構(gòu)造要求確定，即“條形基礎(chǔ)的端部宜向外伸出，其長度宜為第一跨距的0.25-0.30倍”，然后將基礎(chǔ)視為剛性矩形基礎(chǔ)，按地基承載力特征值確定基礎(chǔ)底面寬度。在按構(gòu)造要求確定基礎(chǔ)長度時，應(yīng)盡量使其形心與基礎(chǔ)所受外合力重心相重合，此時地基反力均勻分布。否則按偏心受壓計算。,（2）基礎(chǔ)底板計算,柱下條形基礎(chǔ)底板的計算方法與墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)相同。在計算基底凈反力設(shè)計值時，荷載沿縱向和橫向的偏向都要予以考慮。當(dāng)各跨的凈反力相差較大時，可依次對各跨底板進(jìn)行計算，凈反力可取本跨內(nèi)的最大值。,（3）基礎(chǔ)梁縱向內(nèi)力分析,1）靜定分析法,靜定分析法是一種按

11、線性分析基底凈反力的簡化計算方法，該法沒有考慮基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的相互作用，因而在荷載和直線分布的基底反力作用下產(chǎn)生整體彎曲。與其他方法比較，計算所得基礎(chǔ)不利截面上的彎矩絕對值一般偏大，只適用于上部為柔性結(jié)構(gòu)，且基礎(chǔ)自身剛度較大的條形基礎(chǔ)以及聯(lián)合基礎(chǔ)。,靜定分析法假定基底反力呈線性分布，以此求得基底凈反力pj，并按靜力平衡條件計算出任意截面上的剪力V和彎矩M，依此進(jìn)行肋梁的抗剪計算及配筋。,靜定分析法計算簡圖,2）倒梁法,倒梁法認(rèn)為上部結(jié)構(gòu)是剛性的，各柱之間沒有差異沉降，因而可把柱腳視為條形基礎(chǔ)的支座，支座間不存在相對豎向位移，基礎(chǔ)的撓曲變形不致改變地基壓力，并假定基底凈反力呈線性分布，按倒置的普

12、通連續(xù)梁計算梁的縱向內(nèi)力。,倒梁法計算簡圖,3.7 柱下交叉條形基礎(chǔ),柱下交叉條形基礎(chǔ)是由縱橫兩個方向的柱下條形基礎(chǔ)所組成的一種空間結(jié)構(gòu)，各柱位于兩個方向基礎(chǔ)梁的交叉結(jié)點處。 作用：進(jìn)一步擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積，利用其巨大的空間剛度以調(diào)整不均勻沉降。 適用：軟弱地基上柱距較小的框架結(jié)構(gòu)。 構(gòu)造要求：與柱下條形基礎(chǔ)類同。,柱下十字交叉梁基礎(chǔ)的計算,柱下條形交叉梁基礎(chǔ)可視為雙向的柱下條形基礎(chǔ)，其每個方向的條形基礎(chǔ)構(gòu)造與計算，與條形基礎(chǔ)相同，只是柱傳遞的豎向荷載由兩個方向的條形基礎(chǔ)承擔(dān)，故需在兩個方向上進(jìn)行分布，而柱傳遞的彎矩Mx,My，直接加于相應(yīng)方向的基礎(chǔ)梁上，不必再做分配。,柱傳遞的豎向荷載在正交的兩

13、個條形基礎(chǔ)上的分配原則必須滿足兩個條件： （1）靜力平衡條件：即在節(jié)點處分配給兩個方向條形基礎(chǔ)的荷載之和等于柱荷載。 （2）變形協(xié)調(diào)條件：即分離后兩個方向的條形基礎(chǔ)在交叉點處的豎向位移相等 為簡化計算，一般采用文克勒地基梁模型，略去其他節(jié)點的荷載對本節(jié)點撓度的影響。,3.8 筏形基礎(chǔ)與箱型基礎(chǔ),筏形基礎(chǔ)與箱型基礎(chǔ)常用于高層建筑。,鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)具有施工簡單、基礎(chǔ)整體剛度好和能調(diào)節(jié)建筑物不均勻沉降等特點，它的抗震性能也比較好。最簡單的筏板基礎(chǔ)是一塊等厚度的鋼筋混凝土平板，美國休斯頓商業(yè)大廈（高305m）就采用了這種基礎(chǔ)，是目前世界上由天然地基承載的最高建筑物，大樓平面為48.8m48.8m，

14、鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)的平面為65.5m65.5m，基礎(chǔ)板厚近3m；竣工后大樓各部分的沉降差很小，基礎(chǔ)中心六年的總沉降為10mm15mm、兩周邊為25mm50mm。,1.筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,筏板基礎(chǔ)的平面尺寸應(yīng)根據(jù)地基土的承載能力、上部結(jié)構(gòu)的布置及荷載分布等因素計算確定。地基承載力應(yīng)按要求進(jìn)行驗算。平面布置時應(yīng)盡量使筏板基礎(chǔ)底面形心與結(jié)構(gòu)豎向永久荷載合力作用點重合，可以通過改變底板在四邊的外挑長度來調(diào)整基底形心,盡量減小偏心效應(yīng)。對單棟建筑物，當(dāng)?shù)鼗帘容^均勻時，在荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下，偏小距e宜符合下式要求：,2.筏板基礎(chǔ)內(nèi)力計算,（1）倒樓蓋法 對上部荷載比較均勻或剛度比較大的結(jié)構(gòu)體系，當(dāng)基

15、礎(chǔ)平面尺寸較小、筏板厚度較大及土層較軟時，可以認(rèn)為基礎(chǔ)板對地基而言是絕對剛性的，稱之為剛性基礎(chǔ)板?！皠傂园宸ā睂⒒A(chǔ)板視為倒置的樓蓋，以柱子或剪力墻為支座、地基凈反力為荷載，按普通鋼筋混凝土樓蓋來計算。,2.筏板基礎(chǔ)內(nèi)力計算,（2）彈性地基上地基板的計算 當(dāng)筏板基礎(chǔ)的剛度較弱，屬于柔性基礎(chǔ)，應(yīng)按彈性地基上的梁板進(jìn)行計算。若柱網(wǎng)及荷載分別比較均勻，按文克爾地基梁模型計算。,3.筏板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載力計算,計算出筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力后，還需按現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定計算基礎(chǔ)梁的彎、剪及沖切承載力；同時還應(yīng)滿足規(guī)范中有關(guān)的構(gòu)造要求。,（二）箱形基礎(chǔ),箱形基礎(chǔ)是由鋼筋混凝土頂板、底板、側(cè)墻和一定數(shù)量內(nèi)

16、隔墻構(gòu)成的，具有相當(dāng)大的整體剛度的箱形結(jié)構(gòu)。箱形基礎(chǔ)埋置于地面下一定深度，能與基底和周圍土體共同工作，從而增加建筑物的整體穩(wěn)定性，并對抗震有良好作用。是具有人防、抗震及地下室要求的高層建筑的理想基礎(chǔ)形式之一。,箱形基礎(chǔ)由于需要進(jìn)行大面積和較深的土方開挖，所以相應(yīng)于基底深度處土的自重應(yīng)力和水壓力之和在數(shù)值上較大，往往能夠補(bǔ)償建筑物的基底壓力，形成補(bǔ)償基礎(chǔ)。如果基底壓力恰好等于土的自重應(yīng)力與水壓力之和，基底附加應(yīng)力為零 。從理論上講，如果施工過程中基底土中的有效應(yīng)力和水壓力無任何變化，則地基不會發(fā)生任何沉降，也不存在承載力的問題。但實際上并不是這樣?；淄劣捎陂_挖會產(chǎn)生回彈，加載又會產(chǎn)生再壓縮，由

17、于風(fēng)載和地震作用將形成傾覆力矩，在基礎(chǔ)邊緣處產(chǎn)生很大的壓力，因此承載力和沉降問題仍然是存在的。然而這種補(bǔ)償性確實起到了減少地基沉降和提高地基穩(wěn)定性的作用。,補(bǔ)償式基礎(chǔ),1.箱形基礎(chǔ)的構(gòu)造,（1）高度 箱形基礎(chǔ)必須滿足使用要求和基礎(chǔ)自身剛度的要求，不宜小于箱基長度的1/20，不小于3米。 （2）平面尺寸 箱形基礎(chǔ)平面尺寸根據(jù)地基強(qiáng)度、上部結(jié)構(gòu)的布局及荷載分布等條件確定。一般情況下，箱基平面形狀與上部結(jié)構(gòu)一致，對單幢建筑物，地基較均勻時，基底平面形心宜與結(jié)構(gòu)豎向永久荷載重心重合。但不能重合時，偏心距應(yīng)符合下列要求：,（3）內(nèi)外墻 箱形基礎(chǔ)外墻沿建筑物四周布置，內(nèi)墻一般沿上部結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)和剪力墻縱橫均勻布置，墻體水平截面面積不宜小于基礎(chǔ)底面面積的1/10。對板式建筑，箱基的縱墻配置量不得小于墻體總配置量的3/5。內(nèi)墻的厚度一般采用200mm，外墻因承受土壓力和水壓力，同時有防滲要求，厚度一般不應(yīng)小于250mm。 （4）頂板和底板 箱形基礎(chǔ)的頂板和底板通過縱橫墻或剛度很大的桁架聯(lián)系在一起而共同工作，因此，頂板也是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的組成部分。 箱基頂板按薄板強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，其厚度采用150mm200mm已經(jīng)足夠，當(dāng)箱基兼作人防地下室，要求承受爆炸作用和坍塌荷載時，所需厚度按計算決定，并不小于300mm。底板厚度通常取為400mm500mm，應(yīng)視基底反力和板跨度大小而定。國內(nèi)和國外也有采用大于1