第第3章章 连续基础部分连续基础部分本章教学目标本章教学目标1了解连续基础的特点。了解连续基础的特点。2熟悉地基、基础与上部结构相互作熟悉地基、基础与上部结构相互作 用用的概念。的概念。3熟悉常用地基计算模型。熟悉常用地基计算模型。柱柱 4熟悉文克勒地基上梁的计算。熟悉文克勒地基上梁的计算。5掌握常用基础（柱下条形基础、掌握常用基础（柱下条形基础、下交叉条下交叉条形基础、筏基等）结构设计与计算方法。形基础、筏基等）结构设计与计算方法。3.1 概述概述1、连续基础的特点、连续基础的特点1）基础底面大，能承受荷载较大，易满足承）基础底面大，能承受荷载较大，易满足承载力要求。载力要求。2）可加大建筑整体刚度，减小不均匀沉降，）可加大建筑整体刚度，减小不均匀沉降，提高抗震性能。提高抗震性能。3）箱基或设置了地下室的筏基础，以挖去土）箱基或设置了地下室的筏基础，以挖去土重量补偿建筑的部分重量。重量补偿建筑的部分重量。 连续基础可看成是地基上的受弯构件，它挠连续基础可看成是地基上的受弯构件，它挠曲特征、基底反力和截面内力都与地基基曲特征、基底反力和截面内力都与地基基础及上部结构的相对刚度有关。应从三者础及上部结构的相对刚度有关。应从三者相互作用观点出发，采用适当的方法进行相互作用观点出发，采用适当的方法进行计算。地基模型选择尤为重要。计算。地基模型选择尤为重要。3.2 地基基础与上部结构相互作用的概念地基基础与上部结构相互作用的概念3.2.1 地基与基础的相互作用地基与基础的相互作用1、基底反力的分布规律、基底反力的分布规律仅考虑基础本身刚度影响。仅考虑基础本身刚度影响。1）柔性基础）柔性基础抗弯刚度很小的基础，随着地基变形任意弯抗弯刚度很小的基础，随着地基变形任意弯曲，不能扩散应力，因此基底反力分布与曲，不能扩散应力，因此基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致。沉降作用于基础上的荷载分布完全一致。沉降呈碟形，若要使柔性基础的沉降趋于均匀，呈碟形，若要使柔性基础的沉降趋于均匀，就必须增大基础边缘的荷载。就必须增大基础边缘的荷载。柔性基础柔性基础2）刚性基础）刚性基础n n抗弯刚度极大，原来是平面的基底，沉降抗弯刚度极大，原来是平面的基底，沉降后依然保持平面。基底反力呈马鞍形。后依然保持平面。基底反力呈马鞍形。n n架越作用：刚性基础能跨越基底中部，将架越作用：刚性基础能跨越基底中部，将所承担荷载相对集中地传至基底边缘，这所承担荷载相对集中地传至基底边缘，这种现象称基础的种现象称基础的“架越作用架越作用”。刚性基础刚性基础3 3）基础相对地基刚度影）基础相对地基刚度影）基础相对地基刚度影）基础相对地基刚度影响响响响 基础相对地基的刚度越基础相对地基的刚度越基础相对地基的刚度越基础相对地基的刚度越强沉降越均匀，但内力强沉降越均匀，但内力强沉降越均匀，但内力强沉降越均匀，但内力增大，局部软硬变化时，增大，局部软硬变化时，增大，局部软硬变化时，增大，局部软硬变化时，采用连续基础。采用连续基础。采用连续基础。采用连续基础。 当地基为岩石或压缩性当地基为岩石或压缩性当地基为岩石或压缩性当地基为岩石或压缩性很低的土层时，优先考很低的土层时，优先考很低的土层时，优先考很低的土层时，优先考虑采用扩展基础。虑采用扩展基础。虑采用扩展基础。虑采用扩展基础。4）临近荷载影响）临近荷载影响 受影响一侧沉降加大，引起反力卸载，反受影响一侧沉降加大，引起反力卸载，反力向基础中部转移。力向基础中部转移。2. 地基非均质性影响地基非均质性影响 同样荷载在不同地基上，情况不同。同样荷载在不同地基上，情况不同。 荷载分布不同，地基相同情况不同，注意荷载分布不同，地基相同情况不同，注意功能布置。功能布置。3.2.2 地基变形对上部结构影响地基变形对上部结构影响n n上部结构刚度：上部结构对基础不均匀沉上部结构刚度：上部结构对基础不均匀沉降抵抗能力称为上部结构刚度。降抵抗能力称为上部结构刚度。n n分为柔性、敏感性、刚性三类。分为柔性、敏感性、刚性三类。n n排架结构、柔性，基础沉降不会对结构内排架结构、柔性，基础沉降不会对结构内力产生大附加应力，围护结构开裂。力产生大附加应力，围护结构开裂。n n砌体结构、框架结构，属敏感结构，基础砌体结构、框架结构，属敏感结构，基础沉降会引起较大附加内力。沉降会引起较大附加内力。n n烟囱、水塔、剪力墙烟囱、水塔、剪力墙,刚性结构刚性结构,只发生倾只发生倾斜、不会挠曲。斜、不会挠曲。3.2.3 上部结构刚度对基础受力状况影响上部结构刚度对基础受力状况影响n n绝对刚性上部结构绝对刚性上部结构绝对刚性上部结构绝对刚性上部结构, ,上部柱可视为铰支座。上部柱可视为铰支座。上部柱可视为铰支座。上部柱可视为铰支座。n n完全柔性上部结构完全柔性上部结构完全柔性上部结构完全柔性上部结构, ,上部不参与工作。上部不参与工作。上部不参与工作。上部不参与工作。n n绝大多数建筑介于二者之间。绝大多数建筑介于二者之间。绝大多数建筑介于二者之间。绝大多数建筑介于二者之间。 现在不能定量判断，只能定性判断。现在不能定量判断，只能定性判断。现在不能定量判断，只能定性判断。现在不能定量判断，只能定性判断。n n剪力墙体系和筒体结构剪力墙体系和筒体结构剪力墙体系和筒体结构剪力墙体系和筒体结构 刚性刚性刚性刚性n n排架排架排架排架 柔性柔性柔性柔性n n地基压缩性低地基压缩性低地基压缩性低地基压缩性低 沉降小沉降小沉降小沉降小 考虑三者作用不大，起主导作用是地基。考虑三者作用不大，起主导作用是地基。考虑三者作用不大，起主导作用是地基。考虑三者作用不大，起主导作用是地基。3.3 地基计算模型地基计算模型n n进行地基上梁和板分析时，必须解决基地进行地基上梁和板分析时，必须解决基地压力分布和沉降计算问题，它涉及土应力压力分布和沉降计算问题，它涉及土应力应变关系，表达这种关系模式称为地基模应变关系，表达这种关系模式称为地基模型。型。3.3.1 文克勒地基模型文克勒地基模型1、捷克工程师，提出如下假设。、捷克工程师，提出如下假设。 p=kS 1）把地基划分许多竖直土柱，每条土柱可由）把地基划分许多竖直土柱，每条土柱可由一根弹簧代替。一根弹簧代替。2）基底反力图形与竖向位移相似，如刚度大）基底反力图形与竖向位移相似，如刚度大（基础）受荷后基础底面仍保持平面，基（基础）受荷后基础底面仍保持平面，基底反力图形按直线规律变化。底反力图形按直线规律变化。n n简化计算法简化计算法 依据模式依据模式2、下列情况运用、下列情况运用1）地基主要受力层为软土。）地基主要受力层为软土。2）薄压缩层，）薄压缩层，h400mm400mm时肋加宽。时肋加宽。时肋加宽。时肋加宽。4 4、翼板厚度不小于、翼板厚度不小于、翼板厚度不小于、翼板厚度不小于200mm,200250200mm,200250时用等厚度时用等厚度时用等厚度时用等厚度翼板翼板翼板翼板250250变厚度翼板，其坡度小于等于变厚度翼板，其坡度小于等于变厚度翼板，其坡度小于等于变厚度翼板，其坡度小于等于1:31:35 5、端部外伸长度为跨跨距的、端部外伸长度为跨跨距的、端部外伸长度为跨跨距的、端部外伸长度为跨跨距的0.250.25倍。倍。倍。倍。6 6、梁顶底纵向受力钢筋除应满足计算要求外，顶部、梁顶底纵向受力钢筋除应满足计算要求外，顶部、梁顶底纵向受力钢筋除应满足计算要求外，顶部、梁顶底纵向受力钢筋除应满足计算要求外，顶部受力钢筋全部贯通，底面通常钢筋面积不少于底受力钢筋全部贯通，底面通常钢筋面积不少于底受力钢筋全部贯通，底面通常钢筋面积不少于底受力钢筋全部贯通，底面通常钢筋面积不少于底面受力钢筋总面积的面受力钢筋总面积的面受力钢筋总面积的面受力钢筋总面积的1/31/3。（可能出现整体弯曲，。（可能出现整体弯曲，。（可能出现整体弯曲，。（可能出现整体弯曲，内力分析不准）内力分析不准）内力分析不准）内力分析不准）7 7、h450mmh450mm时，在梁的两侧面应沿高度配置纵向时，在梁的两侧面应沿高度配置纵向时，在梁的两侧面应沿高度配置纵向时，在梁的两侧面应沿高度配置纵向构造钢筋，不小于截面构造钢筋，不小于截面构造钢筋，不小于截面构造钢筋，不小于截面0.1%0.1%，间距，间距，间距，间距 200200，拉筋连，拉筋连，拉筋连，拉筋连接，直径同箍筋，接，直径同箍筋，接，直径同箍筋，接，直径同箍筋，500700500700，箍筋通常，箍筋通常，箍筋通常，箍筋通常612612；h800h800时，直径不宜小于时，直径不宜小于时，直径不宜小于时，直径不宜小于8mm8mm，宽，宽，宽，宽350350，采用双肢，采用双肢，采用双肢，采用双肢箍筋；宽箍筋；宽箍筋；宽箍筋；宽800800时，采用六肢箍筋。时，采用六肢箍筋。时，采用六肢箍筋。时，采用六肢箍筋。 翼板横向受力钢筋由计算确定，直径不应小于翼板横向受力钢筋由计算确定，直径不应小于翼板横向受力钢筋由计算确定，直径不应小于翼板横向受力钢筋由计算确定，直径不应小于10mm10mm，间距，间距，间距，间距100200mm100200mm。分布筋分布筋810mm，间距不大于间距不大于300mm。 构造构造 构造构造3.6.2内力计算内力计算1、简化计算法假定基底反力为直线分布，有足够刚度 1/为文克勒地基上梁的特征长度，条形基础的高度不小于平均柱矩的1/61）上部结构刚度很小时采用静定法，）上部结构刚度很小时采用静定法，先按直线先按直线分布假定求出基底净反力，柱荷载作用在梁分布假定求出基底净反力，柱荷载作用在梁上。按静力平衡求出任一点上。按静力平衡求出任一点M,V，上部结构，上部结构均为柔性，梁产生整体弯曲的结果偏大。均为柔性，梁产生整体弯曲的结果偏大。2）倒梁法：假定上部结构为绝对刚性。）倒梁法：假定上部结构为绝对刚性。柱为条柱为条基铰支座。按倒置的连续梁计算。基铰支座。按倒置的连续梁计算。3）地基均匀，上部结构刚度好，）地基均匀，上部结构刚度好，h1/6L，基底，基底按直线分布。相对刚度较大时，由于基础架按直线分布。相对刚度较大时，由于基础架越作用，两边边跨基底反力增大，两边跨中越作用，两边边跨基底反力增大，两边跨中及第一支座乘及第一支座乘1.2，当荷载大时，土压缩性高，当荷载大时，土压缩性高时，架越作用弱，反力从端内时，架越作用弱，反力从端内移。2、计算步骤、计算步骤1）基础底面尺寸 确定伸出边柱长度，尽量使荷载作用点与基底面形心重合。求Ln n轴心荷载n n偏心荷载2）基础底板计算与墙下钢筋混凝土条形基础相同，沿纵向各跨净反力不同，本跨认为相同。3）基础梁内力计算n n计算基底净反力设计值，沿基础纵向分布n n内力计算内力计算n n当上部结构刚度很小时，静定分析；当上部当上部结构刚度很小时，静定分析；当上部结构刚度很大时，倒梁法结构刚度很大时，倒梁法n n求得反力与支座力不符（求得反力与支座力不符（20%），采用基底），采用基底反力调整法，将基底反力与柱轴力差分布在反力调整法，将基底反力与柱轴力差分布在支座两侧各三分之一跨度范围内。支座两侧各三分之一跨度范围内。n n肋梁配筋：对跨中按肋梁配筋：对跨中按T形、对支座按矩形截面形、对支座按矩形截面计算。有扭力时，计算按抗扭。两种计算方计算。有扭力时，计算按抗扭。两种计算方法极端情况，前提条件，结合实际调整配筋。法极端情况，前提条件，结合实际调整配筋。2、弹性地基梁法、弹性地基梁法1)当不满足简化计算方法时采用。当不满足简化计算方法时采用。2）基础宽度满足情况）基础宽度满足情况1）要求沿纵向压缩性不）要求沿纵向压缩性不均匀，可按纵向将地基划分若干段按文克均匀，可按纵向将地基划分若干段按文克 勒数值分析（有限元）计算。勒数值分析（有限元）计算。3）邻进堆荷载影响用非文克勒数值分析迭代）邻进堆荷载影响用非文克勒数值分析迭代。3.7 柱下交叉条形基础 1、组成：纵横两个方向柱下条基组成的一种空、组成：纵横两个方向柱下条基组成的一种空间结构，柱位于交叉节点处。间结构，柱位于交叉节点处。2、作用：可以进一步扩大基础底面，利用巨大、作用：可以进一步扩大基础底面，利用巨大的空间刚度以调整不均匀沉降。的空间刚度以调整不均匀沉降。3、适用于：软弱地基上框架结构，构造同柱下、适用于：软弱地基上框架结构，构造同柱下条形基础。条形基础。4、计算方法：将基础作为二方向连续梁来对待，、计算方法：将基础作为二方向连续梁来对待，把交叉结点处柱荷载分到纵横两方向梁上，把交叉结点处柱荷载分到纵横两方向梁上，按两方向柱下条基计算。按两方向柱下条基计算。1）满足简化计算方法条件，当上部结构）满足简化计算方法条件，当上部结构刚度大时两组连续梁按倒梁法计算。刚度大时两组连续梁按倒梁法计算。2）满足简化计算方法条件，当上部结构）满足简化计算方法条件，当上部结构刚度小时两组连续梁按静定分析法计算。刚度小时两组连续梁按静定分析法计算。3）不满足简化计算方法条件，两组连续）不满足简化计算方法条件，两组连续梁按弹性地基梁计算。梁按弹性地基梁计算。4）简化计算假定）简化计算假定a设结点处纵横梁为铰接，当一个方向梁有转设结点处纵横梁为铰接，当一个方向梁有转角时，另一方向梁内不产生扭矩。角时，另一方向梁内不产生扭矩。b两方向弯矩由同向的基础梁承担，忽略了梁两方向弯矩由同向的基础梁承担，忽略了梁的扭转。的扭转。c构造上保证，柱位配封闭抗扭箍筋构造上保证，柱位配封闭抗扭箍筋(用用1012)，并适当增加基础梁的纵向配筋量，并适当增加基础梁的纵向配筋量 5）满足两个条件）满足两个条件a静力平衡条件静力平衡条件 b变形协调条件变形协调条件6）力的分配）力的分配n n按文克勒地基上梁的分析方法，忽略相邻荷按文克勒地基上梁的分析方法，忽略相邻荷载的影响。载的影响。n n外伸的半无限长梁，外伸的半无限长梁，i点竖向位移点竖向位移角柱节点n ny方向为无限c内柱结点两方向无限长7）结点荷载调整）结点荷载调整两方向分别计算时，两方向面积在结点处重叠，两方向分别计算时，两方向面积在结点处重叠，较大时，偏不安全，加大结点荷载方法较大时，偏不安全，加大结点荷载方法调整原结点力调整原结点力筏基与箱基1、用于高层建筑，执行高层建筑箱筏技术规范。、用于高层建筑，执行高层建筑箱筏技术规范。2、设计内容：、设计内容：地基计算抗震区执行抗震规范地基计算抗震区执行抗震规范2）高层建筑箱基、筏基深度较大，应将地基回）高层建筑箱基、筏基深度较大，应将地基回弹再压缩变形考虑在内。弹再压缩变形考虑在内。3）横向整体倾斜允许沉降和整体倾斜值，根据）横向整体倾斜允许沉降和整体倾斜值，根据建筑使用要求，及对相邻建筑造成影响按地建筑使用要求，及对相邻建筑造成影响按地区经验确定，但横向整体倾斜的计算值区经验确定，但横向整体倾斜的计算值3.8.1 筏形基础筏形基础1 1、构造要求、构造要求、构造要求、构造要求1 1）板厚由冲切和受剪承受力确定。平板式筏基的最小板厚不）板厚由冲切和受剪承受力确定。平板式筏基的最小板厚不）板厚由冲切和受剪承受力确定。平板式筏基的最小板厚不）板厚由冲切和受剪承受力确定。平板式筏基的最小板厚不宜小于宜小于宜小于宜小于400mm400mm。当柱荷载较大时，局部加厚，抗冲切箍筋。当柱荷载较大时，局部加厚，抗冲切箍筋。当柱荷载较大时，局部加厚，抗冲切箍筋。当柱荷载较大时，局部加厚，抗冲切箍筋。1212层以上，不应小于层以上，不应小于层以上，不应小于层以上，不应小于400mm400mm，板厚与短边板净跨之比不小于，板厚与短边板净跨之比不小于，板厚与短边板净跨之比不小于，板厚与短边板净跨之比不小于1/14,1/14,外伸长度不大于外伸长度不大于外伸长度不大于外伸长度不大于1.5m1.5m。2 2）梁板式）梁板式）梁板式）梁板式肋梁应满足正截面受弯及斜截面受剪和肋梁应满足正截面受弯及斜截面受剪和肋梁应满足正截面受弯及斜截面受剪和肋梁应满足正截面受弯及斜截面受剪和 顶面局压。顶面局压。顶面局压。顶面局压。 3 3）考虑整体弯曲影响）考虑整体弯曲影响）考虑整体弯曲影响）考虑整体弯曲影响梁板：支座梁板：支座梁板：支座梁板：支座1/21/31/21/3贯通，配筋率贯通，配筋率贯通，配筋率贯通，配筋率0.150.15，跨中配筋全通，跨中配筋全通，跨中配筋全通，跨中配筋全通柱下板带和跨中板带的底部钢筋应有柱下板带和跨中板带的底部钢筋应有柱下板带和跨中板带的底部钢筋应有柱下板带和跨中板带的底部钢筋应有1/21/31/21/3贯通全跨。配筋率贯通全跨。配筋率贯通全跨。配筋率贯通全跨。配筋率不应小不应小不应小不应小0.15%0.15%4 4）当筏板厚度大于）当筏板厚度大于）当筏板厚度大于）当筏板厚度大于2000mm2000mm时，设置直径不小于时，设置直径不小于时，设置直径不小于时，设置直径不小于12mm12mm、间距、间距、间距、间距不大于不大于不大于不大于300mm300mm5 5）高层混凝土强度等级不应低于）高层混凝土强度等级不应低于）高层混凝土强度等级不应低于）高层混凝土强度等级不应低于C30C30底板肋梁其抗渗等级不应小于底板肋梁其抗渗等级不应小于底板肋梁其抗渗等级不应小于底板肋梁其抗渗等级不应小于0.6MPa0.6MPa构造构造2、内力计算1）简化计算法2）弹性地基板法3.8.3 地下室设计施工应注意问题地下室设计施工应注意问题1、补偿性设计概念、补偿性设计概念 把建筑基础，地下部分做成中空、封把建筑基础，地下部分做成中空、封闭的形式，被挖取的土重就可以补偿闭的形式，被挖取的土重就可以补偿上部结构部分或全部重量。按照上述上部结构部分或全部重量。按照上述原理进行的地基基础设计，可称为补原理进行的地基基础设计，可称为补偿性基础。偿性基础。2、地下室抗浮设计、地下室抗浮设计1）抗浮）抗浮稳定定n n不满足时采取措施不满足时采取措施 a：增加重量，充水、堆石：增加重量，充水、堆石 b：底板下设置抗拔桩：底板下设置抗拔桩2）底板强度验算）底板强度验算抗拔桩，改变受力状态。抗拔桩，改变受力状态。3）后浇带的设置）后浇带的设置n n为避免大体积收缩而开裂。长度为避免大体积收缩而开裂。长度40m时，后时，后教施工缝教施工缝n n缝宽不小于缝宽不小于800mm，在此处钢筋必，在此处钢筋必须贯通。