基础工程设计原理 2 1 第一节 概述 第二章浅基础设计的基本原理 1 浅基础的定义通常将基础的埋置深度小于基础最小宽度 且只需经过挖槽 排水等普通施工程序就可建造的基础称作浅基础 2 浅基础的荷载传递 上部结构 基础 应力和变形 地基 荷载 基底压力 3 地基基础设计考虑的主要因素 基础设计时 除须保证基础结构本身具有足够的强度和刚度外 同时还须选择合理的基础尺寸和布置方案 使地基的反力和沉降在允许的范围之内 常见的地基承载力 因此 基础设计包括地基与基础两部分 又常称为地基基础设计 浅基础设计时应考虑的主要因素 1 建筑基础所用的材料及基础的结构型式 2 基础的埋置深度 3 地基土的承载力 4 基础的形状和布置 以及与相邻基础 地下构筑物和地下管道的关系 5 上部结构类型 使用要求及对不均匀沉降的敏感性 6 施工期限 施工方法及所需的施工设备等 在进行地基基础设计时 由于各种建筑物有不同的结构类型和不同的使用要求 同时建筑物地基的土质条件和建筑物对不均匀沉降的敏感性也不同 因此针对具体问题需要采取不同的解决方法 地基基础设计是一项极其复杂且细致的工作 为了能找到最为合理和最为有利的设计方案 必须综合考虑这些相互关联的因素 才能做到精心设计 第二节浅基础的类型 一 刚性基础 定义 通常由砖 块石 毛石 素混凝土 三合土和灰土等材料建造的基础 特点 抗压性能较好 但抗拉 抗剪强度不高 设计要求 发生在基础内的拉应力和剪应力不超过其材料强度设计值 可通过限制基础外伸宽度与基础高度的比值来实现 设计要求 在宽高比的限制下 基础相对高度一般较大 几乎不会发生弯曲变形 此类基础习惯上称之为刚性基础 应用范围 刚性基础可用于六层和六层以下 三合土基础不宜超过四层 的民用建筑和砌体承重的厂房 刚性基础又可分为墙下刚性条形基础和柱下刚性独立基础 二 柔性基础 钢筋混凝土扩展基础 当刚性基础的尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的要求时 则需采用柔性基础 即钢筋混凝土基础 特点 具有较好的抗剪能力和抗弯能力 设计要求 采用扩大基础底面积的方法来满足地基承载力的要求 但不必增加基础的埋深 选择合适的基础材料 高度与配筋来满足基础抗剪和抗弯要求 柔性基础种类 独立基础 条形基础 筏板基础 箱形基础和壳体基础等 1 钢筋混凝土独立基础 钢筋混凝土独立基础主要是指柱下单独基础 常见于桥梁工程 工业厂房等 截面形式 现浇台阶形或锥形基础和预制柱杯口形基础 基础底面形状 轴心受压柱下一般为正方形 偏心受压柱下一般为矩形 2 钢筋混凝土条形基础 分为墙下条形基础 柱下条形基础和十字交叉条形基础 墙下条形基础 横截面积根据受力条件又可分为不带肋和带肋两种 可看作是钢筋混凝土独立基础的特例 其计算属于平面应变问题 只考虑在基础横向受力发生破坏 柱下条形基础 当地基承载力较低且柱下钢筋混凝土独立基础的底面积不能承受上部结构荷载时 常把若干柱子的基础连成一条 构成柱下条形基础 目的是将承受的集中荷载较均匀地分布到条形基础底面积上 以减小地基反力 并通过形成的基础整体刚度来调整可能产生的不均匀沉降 一个方向的单列柱基连在一起便成为单向条形基础 十字交叉条形基础 当单向条形基础的底面积仍不能承受上部结构荷载时 可将纵横柱基础均连在一起 构成十字交叉条形基础 十字交叉条形基础可承担10层以下民用住宅 3 筏板基础 当地基承载力低 而上部结构的荷重又较大 以至于十字交叉条形基础仍不能提供足够的底面积来满足地基承载力的要求时 或相邻基槽间距很小时 可采用钢筋混凝土满堂基础即筏板基础 筏板基础有更大的整体刚度 有利于调整地基的不均匀沉降 较能适应上部结构荷载分布的变化 特别对于有地下室的房屋或大型贮液结构 如水池 油库等 筏板基础是一种比较理想的基础结构 筏板基础分为平板式和梁板式两种类型 筏板基础可在六层住宅中使用 也可在50层的高层建筑中使用 如美国休斯敦市的52层壳体广场大楼就是采用天然地基上的筏板基础 它的厚度为2 52m 平板式筏基是一块等厚度 0 5 2 5m 的钢混平板 梁板式筏基是在筏板上沿柱轴纵横向设置基础梁而形成 箱形基础是由钢筋混凝土底板 顶板 侧墙 内隔墙组成 形成一个整体性好 空间刚度大的箱体 箱形基础比筏板基础具有更大的抗弯刚度 可视为绝对刚性基础 产生的沉降通常较为均匀 适用于软弱地基上的高层 重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物 与筏板基础比较 箱形基础的地下室被分割 空间较小 而筏板基础的地下室空间则较大 箱形基础埋深较深 基础空腹 卸除了基底处原有的地基自重压力 因此大大地减小了作用于基础底面的附加应力 减少建筑物的沉降 这种基础又称之为补偿基础 箱形基础的材料消耗量较大 施工技术要求高 且还会遇到深基坑开挖带来的问题和困难 是否采用 应与其他可能的地基基础方案作技术经济比较后再确定 4 箱形基础 为加大底板刚度 可采用 套箱式 箱形基础 常用于筒形构筑物 如烟囱 水塔 粮仓 中小型高炉等 的基础 主要有M型组合壳 正圆锥壳和内球外锥组合壳三种形式 壳体结构的内力主要是轴向压力 这就充分利用了混凝土结构受压性能好的特点 因而具有材料省和造价低等优点 根据工程实践统计 中小型筒形构筑物的壳体基础 可比一般梁 板式的钢筋混凝土基础节约混凝土50 左右 节省钢筋30 以上 此外 一般情况下在壳体基础施工时不必支模 土方挖运量也较少 但是 施工技术则要求较高 目前主要用于筒形构筑物的基础 除以上介绍的主要类型基础外 还有不少其它类型的基础 如不埋式薄板基础 无筋倒圆台基础 折板基础等 5 壳体基础