【正文】 第三章 淺基礎結構設計 基 礎 工 程 石家莊經濟學院工程學院土木工程教研室 無筋擴展基礎設計 ? 無筋擴展基礎系指由磚、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 或 柱下獨立基礎 。無筋擴展基礎適用于多層民用建筑和輕型廠房。 ? 無筋擴展基礎所用材料的抗壓強度較高，抗拉、抗剪強度低，稍有撓曲變形，基礎內拉應力就會超過材料的抗拉強度而產生裂縫。 當基礎在外力作用下，基礎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，這種結構受力后，在靠近柱、墻邊或斷面高度突然變化的臺階邊緣處容易產生彎曲破壞或剪切破壞，因此，設計時必須保證基礎的拉應力和切應力不超過相應的材料強度設計值。 地基反力 剛性基礎受力破壞簡圖 又稱剛性基礎 剛性基礎按材料分類有 ： 磚基礎 三合土基礎 灰土基礎 毛石基礎 混凝土和毛石混凝土基礎 無筋擴展基礎設計 ? 如圖所示，基礎一側的大放腳，在基底反力作用下，如同倒置的短懸壁板；當設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 無筋擴展基礎設計 ? 為保證基礎不發(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基礎設計高度： ?t a n2)( 00 bbH ??α b0 b b1 h1 H0 b2 ?t a n211 bh ? 剛性基礎的寬度應使所產生的基礎截面彎曲拉應力和剪應力不超過基礎材料的強度限值。 如果基礎底面積越大，其底面壓力越小，對地基負荷越有利。但放大尺寸超過一定范圍，超過基礎材料本身的抗拉、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。 無筋擴展基礎臺階寬高比的允許值 kp100＜ 200＜ 基礎材料 質量要求 臺階寬高比的允許值 ≤ 100 ≤ 200 ≤ 300 混凝土基礎 C15混凝土 1∶ 1∶ 1∶ 毛石混凝土基礎 C15混凝土 1∶ 1∶ 1∶ 磚基礎 磚不低于 MU10 砂漿不低于 M5 1∶ 1∶ 1∶ 毛石基礎 砂漿不低于 M5 1∶ 1∶ 灰土基礎 體積比 3∶7 或 2∶8 的灰土，其最小干密度：粉土 ；粉質粘土 ；粘土 。 1∶ 1∶ 三合土基礎 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— 基礎底面處平均壓力（ kPa） ； （ 2） 階梯形毛石基礎的每階伸出寬度不宜大于 200mm。 （ 3） 當基礎由不同材料迭合組成時，應對接觸部分作抗壓驗算。 （ 4） 對混凝土基礎、當基礎底面處于平均壓力超過 300KPa時，尚應進行抗剪驗算 。 無筋擴展基礎設計 ? 磚基礎俗稱大放腳，其各部分的尺寸應符合磚的模數。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 1／ 4磚長， 即 60mm； ? 二一間隔收 :是從底層開始，先砌兩皮磚，收進 1／ 4磚長，再砌一皮磚，收進 1／ 4磚長，如此反復。 無筋擴展基礎設計 ? 毛石基礎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每階高度不應小于 200mm，毛石混凝土基礎每階高度不應小于300mm。 ? 灰土基礎施工時每層虛鋪灰土 220— 250mm，夯實至150mm，稱為“一步灰土”。根據需要可設計成二步灰土或三步灰土，即厚度為 300mm或 50mm，三合土基礎厚度不應小于 300mm。 ? 無筋擴展基礎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不小于 200mm，并符合材料質量和臺階寬高比的要求。 ? 剛性基礎的特點是穩(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、涵洞等結構物首先考慮的基礎形式。它的主要缺點是用料多，自重大。當基礎承受荷載較大，按地基承載力確定的基礎底面寬度也較大時，為了滿足 剛性角 的要求，則需要較大的基礎高度，導致基礎埋深增大。剛性基礎一般適于 6 層和 6 層以下（三合土基礎不宜超過 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。 ? 【 例 】 某中學教學樓承重墻厚 240mm，地基第一層土為 土，重度 17kN/m3。第二層為粉質粘土層，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,室內外高差為 ，試設計該承重墻下條形基礎。 KaGF 210b 1 .24m 20 +2? ? ??? ??? ????【 解 】 （ 1）計算經修正后的地基承載力 設計值 選擇粉質粘土層作為持力層，初步確定 基礎埋深 d= （ 2）確定基礎寬度 取基礎寬度 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）選擇基礎材料，并確定基礎剖面尺寸 基礎下層采用 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。 混凝土基礎設計： 基底壓力 由表查得混凝土基礎寬高比允許值 ，混凝土墊層每邊收進 350mm,基礎高 350mm。 磚墻放大腳所需臺階數 及墻體放大腳基礎總高度 （ 4）基礎剖面圖，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： ? ，上部結構傳來的軸向壓力 F=200KN/m。持力層為粉質粘土，其天然容重 γ=，孔隙比 e=，液性指數IL=，地基承載力特征值 fak=150kpa，地下水位在基礎底面以下。擬設計基礎采用 C10素混凝土砌筑。 ? ⑴經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高度 H=。則按臺階的高寬比要求得到的基礎寬度 bmax為多少？ 回顧 無筋擴展基礎設計 ： 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； ： 限制基礎臺階寬高比， 增大剛度。 ： 基礎臺階寬高比小于允許寬高比。 ?t a n02 ?hb基礎設計高度： ?t a n2)( 00 bbH ???t a n211 bh ?α b0 b b1 h1 H0 b2 b≤b0+2H0tanα 擴展基礎設計 ? 由于不受剛性角限制，設計上可以做到 寬基淺埋 ，充分利用淺層好土層作為持力層。與剛性基礎相比較，鋼筋混凝土基礎具有 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普遍應用于單層和多層結構中。 鋼筋混凝土擴展基礎類型： 柱下獨立基礎 墻下條形基礎 200 100 50 50 100 現澆柱錐形基礎 200 （一）現澆柱基礎 ?砼強度等級 ≥C20 ?受力鋼筋 直徑： ≥φ10 間距： @100~200 ?錐形基礎 構造尺寸如圖示： ?鋼筋保護層厚度： 有墊層： ≥40 無墊層： ≥70 ?階梯形基礎構造尺寸： 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。 階梯形基礎 ?基礎墊層：厚度 ≥70； 砼強度等級 ≥C10 ?鋼筋錨固、布置等按結構規(guī)范要求進行。 （ GB50010— 2022） 底板受力鋼筋長度取 相應邊長的 ， 并交錯布置。 h 0 l a(l aE) 四角插筋 ?階梯形基礎施工質量容易保證，優(yōu)先采用。 ?柱下鋼筋混凝土獨立基礎當邊長 ≥： laE— 有抗震設防要求時縱向鋼筋最小錨固長度。 （二）預制杯形基礎 50 50 75 杯壁 杯底 構造控制尺寸： ?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 50 60 50 50 b ≥200 H≥b/8 100 120 受力筋 構造筋 ?構造尺寸與形式 ?基礎高度＞ 250時 采用錐形； ?基礎高度 ≤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 ?保護層 有墊層 ≥40 無墊層 ≥70 圖3 7 墻 下鋼筋混凝土條形基礎 墻下鋼筋混凝土條形基礎 鋼筋混凝土條形基礎底板在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 上部結構荷載 設計值 F 在基底產生的反力。 （一）中心受壓基礎 ? 基礎結構計算內容一般有兩方面： ? 其一 是按 剪切條件 確定基礎臺階或基礎底板的高度，據工程設計經驗，基礎底板高度一般不小于基礎寬度的 1/8； ? 其二 是受彎計算確定底板橫向配筋。 ① 當墻體材料為混凝土時，取 a1=b1； ② 當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hb1 ? 基礎高度：由受剪承載力確定。 ? 基礎底板配筋 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 ? 計算基礎內力，確定配筋，驗算材料強度時，上部結構的荷載效應按承載能力極