【正文】 第三章 淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計 基 礎(chǔ) 工 程 石家莊經(jīng)濟學(xué)院工程學(xué)院土木工程教研室 無筋擴展基礎(chǔ)設(shè)計 ? 無筋擴展基礎(chǔ)系指由磚、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料組成的 墻下條形基礎(chǔ) 或 柱下獨立基礎(chǔ) 。無筋擴展基礎(chǔ)適用于多層民用建筑和輕型廠房。 ? 無筋擴展基礎(chǔ)所用材料的抗壓強度較高，抗拉、抗剪強度低，稍有撓曲變形，基礎(chǔ)內(nèi)拉應(yīng)力就會超過材料的抗拉強度而產(chǎn)生裂縫。 當(dāng)基礎(chǔ)在外力作用下，基礎(chǔ)底面將承受地基的反力，工作條件像個倒置的兩邊外伸的懸臂，這種結(jié)構(gòu)受力后，在靠近柱、墻邊或斷面高度突然變化的臺階邊緣處容易產(chǎn)生彎曲破壞或剪切破壞，因此，設(shè)計時必須保證基礎(chǔ)的拉應(yīng)力和切應(yīng)力不超過相應(yīng)的材料強度設(shè)計值。 地基反力 剛性基礎(chǔ)受力破壞簡圖 又稱剛性基礎(chǔ) 剛性基礎(chǔ)按材料分類有 ： 磚基礎(chǔ) 三合土基礎(chǔ) 灰土基礎(chǔ) 毛石基礎(chǔ) 混凝土和毛石混凝土基礎(chǔ) 無筋擴展基礎(chǔ)設(shè)計 ? 如圖所示，基礎(chǔ)一側(cè)的大放腳，在基底反力作用下，如同倒置的短懸壁板；當(dāng)設(shè)計的臺階根部高度小時，就會彎曲拉裂或剪裂 . 地基反力bα2h1hb 22α1b1 無筋擴展基礎(chǔ)設(shè)計 ? 為保證基礎(chǔ)不發(fā)生彎曲破壞或剪切破壞，通常都是限制臺階的寬高比以滿足一定 的剛度和強度要求，即滿足如下要求： ?t a n02 ?hb基礎(chǔ)設(shè)計高度： ?t a n2)( 00 bbH ??α b0 b b1 h1 H0 b2 ?t a n211 bh ? 剛性基礎(chǔ)的寬度應(yīng)使所產(chǎn)生的基礎(chǔ)截面彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力不超過基礎(chǔ)材料的強度限值。 如果基礎(chǔ)底面積越大，其底面壓力越小，對地基負(fù)荷越有利。但放大尺寸超過一定范圍，超過基礎(chǔ)材料本身的抗拉、抗剪能力，就容易因受剪切而引起破壞。 對于剛性基礎(chǔ)材料而言，材料強度越高，允許的臺階寬高比（剛性角）越大。 無筋擴展基礎(chǔ)臺階寬高比的允許值 kp100＜ 200＜ 基礎(chǔ)材料 質(zhì)量要求 臺階寬高比的允許值 ≤ 100 ≤ 200 ≤ 300 混凝土基礎(chǔ) C15混凝土 1∶ 1∶ 1∶ 毛石混凝土基礎(chǔ) C15混凝土 1∶ 1∶ 1∶ 磚基礎(chǔ) 磚不低于 MU10 砂漿不低于 M5 1∶ 1∶ 1∶ 毛石基礎(chǔ) 砂漿不低于 M5 1∶ 1∶ 灰土基礎(chǔ) 體積比 3∶7 或 2∶8 的灰土，其最小干密度：粉土 ；粉質(zhì)粘土 ；粘土 。 1∶ 1∶ 三合土基礎(chǔ) 體積比為 1∶2∶4 ～ 1∶3∶6 （石灰 ∶ 砂 ∶ 骨料），每層虛鋪220mm，夯至 150mm。 1∶ 1∶ 注 : （ 1） Pk— 基礎(chǔ)底面處平均壓力（ kPa） ； （ 2） 階梯形毛石基礎(chǔ)的每階伸出寬度不宜大于 200mm。 （ 3） 當(dāng)基礎(chǔ)由不同材料迭合組成時，應(yīng)對接觸部分作抗壓驗算。 （ 4） 對混凝土基礎(chǔ)、當(dāng)基礎(chǔ)底面處于平均壓力超過 300KPa時，尚應(yīng)進(jìn)行抗剪驗算 。 無筋擴展基礎(chǔ)設(shè)計 ? 磚基礎(chǔ)俗稱大放腳，其各部分的尺寸應(yīng)符合磚的模數(shù)。砌筑方式有 兩皮一收 和 二一間隔收 (又稱兩皮一收與一皮一收相間 )兩種 (圖 220)。 ? 兩皮一收 :每砌兩皮磚，即 120mm，收進(jìn) 1／ 4磚長， 即 60mm； ? 二一間隔收 :是從底層開始，先砌兩皮磚，收進(jìn) 1／ 4磚長，再砌一皮磚，收進(jìn) 1／ 4磚長，如此反復(fù)。 無筋擴展基礎(chǔ)設(shè)計 ? 毛石基礎(chǔ)的每階伸出寬度不宜大于 200mm，每階高度通常取 400600mm，并由兩層毛石錯縫砌成?；炷粱A(chǔ)每階高度不應(yīng)小于 200mm，毛石混凝土基礎(chǔ)每階高度不應(yīng)小于300mm。 ? 灰土基礎(chǔ)施工時每層虛鋪灰土 220— 250mm，夯實至150mm，稱為“一步灰土”。根據(jù)需要可設(shè)計成二步灰土或三步灰土，即厚度為 300mm或 50mm，三合土基礎(chǔ)厚度不應(yīng)小于 300mm。 ? 無筋擴展基礎(chǔ)也可由兩種材料疊合組成，例如，上層用磚砌體，下層用混凝土。下層用混凝土高度應(yīng)不小于 200mm，并符合材料質(zhì)量和臺階寬高比的要求。 ? 剛性基礎(chǔ)的特點是穩(wěn)定性好，施工簡便，因此只要 地基強度 能夠滿足要求，它是房屋、橋梁、涵洞等結(jié)構(gòu)物首先考慮的基礎(chǔ)形式。它的主要缺點是用料多，自重大。當(dāng)基礎(chǔ)承受荷載較大，按地基承載力確定的基礎(chǔ)底面寬度也較大時，為了滿足 剛性角 的要求，則需要較大的基礎(chǔ)高度，導(dǎo)致基礎(chǔ)埋深增大。剛性基礎(chǔ)一般適于 6 層和 6 層以下（三合土基礎(chǔ)不宜超過 4 層）的民用建筑和砌體承重的廠房以及荷載較小的橋梁基礎(chǔ)。 ? 【 例 】 某中學(xué)教學(xué)樓承重墻厚 240mm，地基第一層土為 土，重度 17kN/m3。第二層為粉質(zhì)粘土層，厚 ,重度 18kN/m3，η b=,η d=。已知上部墻體傳來的豎向荷載值 FK=210KN/m,室內(nèi)外高差為 ，試設(shè)計該承重墻下條形基礎(chǔ)。 KaGF 210b 1 .24m 20 +2? ? ??? ??? ????【 解 】 （ 1）計算經(jīng)修正后的地基承載力 設(shè)計值 選擇粉質(zhì)粘土層作為持力層，初步確定 基礎(chǔ)埋深 d= （ 2）確定基礎(chǔ)寬度 取基礎(chǔ)寬度 b= ? ?? ?a ak d mf f d 0. 518 0 1 .6 17 .2 1. 0 0. 519 3. 76 k P a? ? ? ? ?? ? ? ??312mzdz 1 7 0 . 8 1 8 0 . 2 1 7 . 2 k N / md z 0 . 8 0 . 2? ? ? ? ? ?? ? ? ???（ 3）選擇基礎(chǔ)材料，并確定基礎(chǔ)剖面尺寸 基礎(chǔ)下層采用 350mm厚 C15素混凝土層，其上層采用 MU10或 M5砂漿砌二、一間隔收的磚墻放大腳。 混凝土基礎(chǔ)設(shè)計： 基底壓力 由表查得混凝土基礎(chǔ)寬高比允許值 ，混凝土墊層每邊收進(jìn) 350mm,基礎(chǔ)高 350mm。 磚墻放大腳所需臺階數(shù) 及墻體放大腳基礎(chǔ)總高度 （ 4）基礎(chǔ)剖面圖，如圖所示 20b / h 1 : 1?????1 3 0 0 2 4 0 2 3 5 0 1n36 0 2?? ? ?H 12 0 2 60 1+ 35 0= 65 0m m? ? ? ?KKkFG 300 20 2pA 1 .7 P a 200k P a? ? ? ? ??????練習(xí)： ? ，上部結(jié)構(gòu)傳來的軸向壓力 F=200KN/m。持力層為粉質(zhì)粘土，其天然容重 γ=，孔隙比 e=，液性指數(shù)IL=，地基承載力特征值 fak=150kpa，地下水位在基礎(chǔ)底面以下。擬設(shè)計基礎(chǔ)采用 C10素混凝土砌筑。 ? ⑴經(jīng)深度修正后地基承載力特征值 。 ? ⑵ 按承載力要求初步確定基礎(chǔ)寬度 bmin為多少？ ? ⑶若承重磚墻大放腳底面寬度 b0=840mm，初步選定素混凝土基礎(chǔ)高度 H=。則按臺階的高寬比要求得到的基礎(chǔ)寬度 bmax為多少？ 回顧 無筋擴展基礎(chǔ)設(shè)計 ： 磚，毛石，混凝土，三合土，灰土等； ： 抗拉，抗剪強度低，抗壓性能相對高； ： 倒置短懸臂梁彎拉破壞； ： 限制基礎(chǔ)臺階寬高比， 增大剛度。 ： 基礎(chǔ)臺階寬高比小于允許寬高比。 ?t a n02 ?hb基礎(chǔ)設(shè)計高度： ?t a n2)( 00 bbH ???t a n211 bh ?α b0 b b1 h1 H0 b2 b≤b0+2H0tanα 擴展基礎(chǔ)設(shè)計 ? 由于不受剛性角限制，設(shè)計上可以做到 寬基淺埋 ，充分利用淺層好土層作為持力層。與剛性基礎(chǔ)相比較，鋼筋混凝土基礎(chǔ)具有 較大的抗拉、抗彎能力 ，能承受較大的豎向荷載和彎矩，因此，鋼筋混凝土擴展基礎(chǔ)普遍應(yīng)用于單層和多層結(jié)構(gòu)中。 鋼筋混凝土擴展基礎(chǔ)類型： 柱下獨立基礎(chǔ) 墻下條形基礎(chǔ) 200 100 50 50 100 現(xiàn)澆柱錐形基礎(chǔ) 200 （一）現(xiàn)澆柱基礎(chǔ) ?砼強度等級 ≥C20 ?受力鋼筋 直徑： ≥φ10 間距： @100~200 ?錐形基礎(chǔ) 構(gòu)造尺寸如圖示： ?鋼筋保護(hù)層厚度： 有墊層： ≥40 無墊層： ≥70 ?階梯形基礎(chǔ)構(gòu)造尺寸： 每階高度： 300~500； 500＜ h≤900，宜兩階； h＞ 900，宜三階； 尺寸變化宜 50倍數(shù)。 階梯形基礎(chǔ) ?基礎(chǔ)墊層：厚度 ≥70； 砼強度等級 ≥C10 ?鋼筋錨固、布置等按結(jié)構(gòu)規(guī)范要求進(jìn)行。 （ GB50010— 2022） 底板受力鋼筋長度取 相應(yīng)邊長的 ， 并交錯布置。 h 0 l a(l aE) 四角插筋 ?階梯形基礎(chǔ)施工質(zhì)量容易保證，優(yōu)先采用。 ?柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)當(dāng)邊長 ≥： laE— 有抗震設(shè)防要求時縱向鋼筋最小錨固長度。 （二）預(yù)制杯形基礎(chǔ) 50 50 75 杯壁 杯底 構(gòu)造控制尺寸： ?杯口深度 ?杯壁厚度 ?杯底厚度 ?杯壁配筋 柱截面長邊尺寸 h（ mm） 杯底厚度 α 1（ mm） 杯壁厚度 t（ mm） h＜ 500 ≥ 150 150～ 200 500≤h ＜ 800 ≥ 200 ≥ 200 800≤h ＜ 1000 ≥ 200 ≥ 300 1000≤h ＜ 1500 ≥ 250 ≥ 350 1500≤h ＜ 2022 ≥ 300 ≥ 400 （三）墻下鋼筋砼條形基礎(chǔ) 50 60 50 50 b ≥200 H≥b/8 100 120 受力筋 構(gòu)造筋 ?構(gòu)造尺寸與形式 ?基礎(chǔ)高度＞ 250時 采用錐形； ?基礎(chǔ)高度 ≤250時 采用平板式。 ?橫向受力鋼筋 直徑： ≥φ10 間距： @100~200 砼強度等級 ≥C20 ?縱向分布鋼筋 ≥φ8 @ 100~300 ?保護(hù)層 有墊層 ≥40 無墊層 ≥70 圖3 7 墻 下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ) 墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ) 鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)底板在T形及十字形交接處 ， 底板橫向受力鋼筋僅沿一個主要受力方向通長布置 ， 另一方向的橫向受力鋼筋可布置到主要受力方向底板寬度 1/4處 ； 在拐角處底板橫向受力鋼筋應(yīng)沿兩個方向布置 。 b a Ⅰ Ⅰ (ba)/2 倒置懸臂梁 pj F ? 受力分析 1. 倒置懸臂梁； 2. 受地基凈反力作用； 3. 危險截面：墻根部 Ⅰ Ⅰ 面彎矩與剪力最大。 地基凈反力 ： pj 上部結(jié)構(gòu)荷載 設(shè)計值 F 在基底產(chǎn)生的反力。 （一）中心受壓基礎(chǔ) ? 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計算內(nèi)容一般有兩方面： ? 其一 是按 剪切條件 確定基礎(chǔ)臺階或基礎(chǔ)底板的高度，據(jù)工程設(shè)計經(jīng)驗，基礎(chǔ)底板高度一般不小于基礎(chǔ)寬度的 1/8； ? 其二 是受彎計算確定底板橫向配筋。 ① 當(dāng)墻體材料為混凝土?xí)r，取 a1=b1； ② 當(dāng)墻體材料為磚砌體且放腳寬度不大于 1/4磚長時，取 a1=b1+（ m） 。 剪切和彎矩的控制截面 P j圖332 墻 下條形基礎(chǔ)hb1 ? 基礎(chǔ)高度：由受剪承載力確定。 ? 基礎(chǔ)底板配筋 tfVh? hfMAys ? hfV t? ? 軸心荷載作用： 21121bPMbPVjj??b1 pj Ⅰ Ⅰ ? 偏心荷載作用： ? ?? ? 21m a x1m a x26121bPpMbPpVjjjj??????b a Ⅰ Ⅰ pjmin F M pjmax pjⅠ b1 pjmax pjmin Pj1 ? ?bbppppjjjj1m i nm a xm a x ????x h0— 基礎(chǔ)底板有效高度 有墊層 h0 =h－ 40 － φ/2 無墊層 h0 =h－ 70 － φ/2 ? 計算基礎(chǔ)內(nèi)力，確定配筋，驗算材料強度時，上部結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)按承載能力極