基礎(chǔ)工程學-第4章 柱下十字交叉基礎(chǔ)

1、1 當上部荷載較大、地基土較軟弱，只靠單向設置柱下條形基礎(chǔ)已不能滿足地基當上部荷載較大、地基土較軟弱，只靠單向設置柱下條形基礎(chǔ)已不能滿足地基 承載力和地基變形要求時，可用承載力和地基變形要求時，可用雙向設置的正交格形基礎(chǔ)雙向設置的正交格形基礎(chǔ)，又稱十字交叉基礎(chǔ)。十，又稱十字交叉基礎(chǔ)。十 字交叉基礎(chǔ)字交叉基礎(chǔ)將荷載擴散到更大的基底面積將荷載擴散到更大的基底面積上，減小基底附加壓力，并且可提高基礎(chǔ)上，減小基底附加壓力，并且可提高基礎(chǔ) 整體剛度、減少沉降差。因此這種基礎(chǔ)常做為多層建筑或地基較好的高層建筑的基整體剛度、減少沉降差。因此這種基礎(chǔ)常做為多層建筑或地基較好的高層建筑的基 礎(chǔ)，對于較軟弱的地基

2、，還可與樁基連用。礎(chǔ)，對于較軟弱的地基，還可與樁基連用。 十字交叉基礎(chǔ)有十字交叉基礎(chǔ)有3種結(jié)點種結(jié)點 ： 即即十字形結(jié)點（中柱）十字形結(jié)點（中柱）, T形結(jié)點（邊柱）形結(jié)點（邊柱）, 形結(jié)點形結(jié)點 (角柱角柱) 。 2 柱下十字交叉基礎(chǔ)上的荷載是由柱網(wǎng)通過柱端作用在交叉結(jié)點上。基柱下十字交叉基礎(chǔ)上的荷載是由柱網(wǎng)通過柱端作用在交叉結(jié)點上。基 礎(chǔ)計算的基本原理是礎(chǔ)計算的基本原理是把結(jié)點荷載分配給兩個方向的基礎(chǔ)梁，然后分別按單把結(jié)點荷載分配給兩個方向的基礎(chǔ)梁，然后分別按單 向的基礎(chǔ)梁的方法進行計算向的基礎(chǔ)梁的方法進行計算。 柱下十字交叉基礎(chǔ)計算的關(guān)鍵問題柱下十字交叉基礎(chǔ)計算的關(guān)鍵問題： 單柱荷載如何

3、在兩個方向的梁上分配？單柱荷載如何在兩個方向的梁上分配？ 3 n 一般分配方法一般分配方法 n 實用簡化分配方法實用簡化分配方法 一般分配方法一般分配方法 根據(jù)力平衡和變形協(xié)調(diào)條件，對任一基礎(chǔ)節(jié)點可寫根據(jù)力平衡和變形協(xié)調(diào)條件，對任一基礎(chǔ)節(jié)點可寫 出六個平衡方程，分別是：出六個平衡方程，分別是： y i x ii FFF y Ti x Bixi MMM y Bi x Tiyi MMM y i x i yy y Ti x Bi y Bi x Ti 力力 平平 衡衡 條條 件件 變變 形形 協(xié)協(xié) 調(diào)調(diào) 條條 件件 六個未知量、六個方程，所有未知量可解！六個未知量、六個方程，所有未知量可解！ 太太 復

4、復 雜雜 ！ 4 n 一般分配方法一般分配方法 n 實用簡化分配方法實用簡化分配方法 實用荷載簡化分配方法實用荷載簡化分配方法 所謂簡化，即所謂簡化，即不考慮彎矩的分配不考慮彎矩的分配。彎矩只作用于其。彎矩只作用于其 各自方向上的梁上。各自方向上的梁上。 y i x ii FFF y Ti x Bixi MMM y Bi x Tiyi MMM y i x i yy y Ti x Bi y Bi x Ti 力力 平平 衡衡 條條 件件 變變 形形 協(xié)協(xié) 調(diào)調(diào) 條條 件件 如此簡化，則有兩個方程和兩個未知數(shù)，如何進行求解？如此簡化，則有兩個方程和兩個未知數(shù)，如何進行求解？ 建立建立y和和F之間的關(guān)

5、系之間的關(guān)系 5 n 一般分配方法一般分配方法 n 實用簡化分配方法實用簡化分配方法 實用荷載簡化分配方法實用荷載簡化分配方法 所謂簡化，即所謂簡化，即不考慮彎矩的分配不考慮彎矩的分配。彎矩只作用于其。彎矩只作用于其 各自方向上的梁上。各自方向上的梁上。 y i x ii FFF y i x i yy )( x i x i Ffy )( y i y i Ffy 彈性地基梁彈性地基梁 法（文克爾法（文克爾 地基梁法）地基梁法） )()( y i x i FfFf 6 文克爾地基上的兩根正交文克爾地基上的兩根正交無限長梁無限長梁求解求解 s yxyx i yx i kFy2/ , y i x ii

6、 FFF iix x i FKF iiy y i FKF yyxx xx ix SBSB SB K yyxx yy iy SBSB SB K 7 文克爾地基上的文克爾地基上的一根無限長梁和一根半無一根無限長梁和一根半無 限長梁限長梁求解求解 s xx i x i kFy/2 y i x ii FFF iix x i FKF iiy y i FKF s yy i y i kFy2/ yyxx xx ix SBSB SB K 4 4 yyxx yy iy SBSB SB K 4 8 文克爾地基上的兩根正交文克爾地基上的兩根正交半無限長梁半無限長梁求解求解 s yxyx i yx i kFy/2 ,

7、 y i x ii FFF iix x i FKF iiy y i FKF yyxx xx ix SBSB SB K yyxx yy iy SBSB SB K 9 節(jié)點荷載分配完畢后，縱、橫兩個方向上的梁獨立進行計算。節(jié)點荷載分配完畢后，縱、橫兩個方向上的梁獨立進行計算。 在柱節(jié)點下的那塊面積在縱、橫向梁計算時都被用到，即在柱節(jié)點下的那塊面積在縱、橫向梁計算時都被用到，即重復重復利用了利用了 節(jié)點面積。節(jié)點面積。節(jié)點面積往往節(jié)點面積往往占交叉條形基礎(chǔ)全部面積的占交叉條形基礎(chǔ)全部面積的20 30%，重復重復 利用利用使計算結(jié)果誤差較大，且使計算結(jié)果誤差較大，且偏于不安全偏于不安全。 10 思路：

8、既然重復計算，則提高荷載水平，以保持基底壓力不變。思路：既然重復計算，則提高荷載水平，以保持基底壓力不變。 荷載修正方法：荷載修正方法： 設實際基底面積為設實際基底面積為A ，其中節(jié)點面積為，其中節(jié)點面積為a。 aA F p 荷載修正前基底壓力：荷載修正前基底壓力： 實際基底壓力也即荷載修正實際基底壓力也即荷載修正 所要達到的基底壓力：所要達到的基底壓力： A F p 為使基底壓力保持在實際水準，應將荷載提高為使基底壓力保持在實際水準，應將荷載提高m倍，也即：倍，也即： 11 A a A aA p p m 11 思路：既然重復計算，則提高荷載水平，以保持基底壓力不變。思路：既然重復計算，則提高

9、荷載水平，以保持基底壓力不變。 荷載修正方法：荷載修正方法： 提高提高m倍后的荷載應為：倍后的荷載應為： 故故需要增加的荷載需要增加的荷載應為：應為： ampFi 如此，則兩個方向梁上需要增加的荷載應為：如此，則兩個方向梁上需要增加的荷載應為： ampFpaFF A a Fm )1 ( i i x i x i F F F F i i y i y i F F F F 故修正后的兩個方向荷載應為：故修正后的兩個方向荷載應為： x i x i x i FFF 修正 y i y i y i FFF 修正 12 筏板基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)概念概念：底板連成整片式基礎(chǔ)?？煞譃椋旱装暹B成整片式基礎(chǔ)。可分為梁板式梁板式

10、和和平板式平板式兩類。兩類。 筏板基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)特點特點：基礎(chǔ)底面積大，對地基的承載力要求低，地基中的附加應力小、：基礎(chǔ)底面積大，對地基的承載力要求低，地基中的附加應力小、 地基沉降和不均勻沉降相對?。坏鼗两岛筒痪鶆虺两迪鄬π?；基礎(chǔ)寬度較大，壓縮層厚度也較大基礎(chǔ)寬度較大，壓縮層厚度也較大。 脅梁板式脅梁板式脅梁板式脅梁板式平板式平板式 平板式平板式 13 采用簡化計算方法的前提是采用簡化計算方法的前提是筏板基礎(chǔ)剛度遠大于地基剛度筏板基礎(chǔ)剛度遠大于地基剛度，一般需要滿足以下條件：，一般需要滿足以下條件： 75. 1 m l 14 計算思路和方法計算思路和方法：把筏板劃分為獨立的把筏板劃分為獨立的

11、 條帶，條帶寬度為相鄰柱列間跨中到跨條帶，條帶寬度為相鄰柱列間跨中到跨 中的距離。忽略條帶間的剪力傳遞，則中的距離。忽略條帶間的剪力傳遞，則 條帶下的基底凈線反力為：條帶下的基底凈線反力為： 2 min max 6 L M L F q q n n 已知基底凈反力以及獨立條帶上的已知基底凈反力以及獨立條帶上的 荷載以后，則可以將該條帶看成是條形荷載以后，則可以將該條帶看成是條形 基礎(chǔ)梁，用倒梁法計算其內(nèi)力。基礎(chǔ)梁，用倒梁法計算其內(nèi)力。 15 計算思路和方法計算思路和方法： 16 箱形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)概念概念：作為基礎(chǔ)用的由鋼筋混凝土頂板、底板和縱橫交錯的內(nèi)外：作為基礎(chǔ)用的由鋼筋混凝土頂板、底板和縱橫

12、交錯的內(nèi)外 側(cè)墻板組成的空間格構(gòu)式整體結(jié)構(gòu)。側(cè)墻板組成的空間格構(gòu)式整體結(jié)構(gòu)。 箱形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)特點特點： n 具有很大的剛度和調(diào)節(jié)不均勻沉降的能力；具有很大的剛度和調(diào)節(jié)不均勻沉降的能力； n 具有深埋寬基特點；具有很大的地下空間，具有補償作用，對減小地基沉具有深埋寬基特點；具有很大的地下空間，具有補償作用，對減小地基沉 降有重要作用；降有重要作用； n 具有良好的抗側(cè)向荷載能力。具有良好的抗側(cè)向荷載能力。 箱形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)與前述連續(xù)基礎(chǔ)在設計和施工上的不同考慮與前述連續(xù)基礎(chǔ)在設計和施工上的不同考慮： n 基礎(chǔ)深埋決定要考慮地下水的壓力和浮力作用；基礎(chǔ)深埋決定要考慮地下水的壓力和浮力作用； n

13、基礎(chǔ)埋深決定要考慮抗傾覆和抗滑移的穩(wěn)定性問題；基礎(chǔ)埋深決定要考慮抗傾覆和抗滑移的穩(wěn)定性問題； n 基礎(chǔ)的補償作用決定要沉降計算時考慮深開挖后地基的回彈和再壓縮過程；基礎(chǔ)的補償作用決定要沉降計算時考慮深開挖后地基的回彈和再壓縮過程； n 施工中需要考慮基坑支護和施工降水問題。施工中需要考慮基坑支護和施工降水問題。 17 n 箱形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)材料材料：混凝土強度等級不低于：混凝土強度等級不低于C20，外圍結(jié)構(gòu)的混凝土抗，外圍結(jié)構(gòu)的混凝土抗 滲要求不低于滲要求不低于0.6MPa； n 箱形基礎(chǔ)的箱形基礎(chǔ)的埋置深度埋置深度：要滿足地基承載力、地基變形和穩(wěn)定性要求：要滿足地基承載力、地基變形和穩(wěn)定性要求

14、 并考慮施工環(huán)境影響；采用天然地基時不小于建筑物高度的并考慮施工環(huán)境影響；采用天然地基時不小于建筑物高度的1/12，地，地 震區(qū)埋深不宜小于建筑物高度的震區(qū)埋深不宜小于建筑物高度的1/10； n 箱形基礎(chǔ)的箱形基礎(chǔ)的平面尺寸平面尺寸：綜合考慮地基承載力、變形、上部結(jié)構(gòu)布置：綜合考慮地基承載力、變形、上部結(jié)構(gòu)布置 等條件確定，平面形狀力求簡單，基礎(chǔ)底面形心盡量與上部結(jié)構(gòu)荷載等條件確定，平面形狀力求簡單，基礎(chǔ)底面形心盡量與上部結(jié)構(gòu)荷載 重心重合；不能重合時，偏心距重心重合；不能重合時，偏心距e0.1W/A； n 箱形基礎(chǔ)的箱形基礎(chǔ)的高度高度：指頂、底板之間的凈高。一般取建筑物高度的：指頂、底板之間

15、的凈高。一般取建筑物高度的 1/8-1/12，且不宜小于箱形基礎(chǔ)長度的，且不宜小于箱形基礎(chǔ)長度的1/18，也不小于，也不小于3m； n 箱形基礎(chǔ)的箱形基礎(chǔ)的底板和頂板厚度底板和頂板厚度：基礎(chǔ)底板厚度不應小于：基礎(chǔ)底板厚度不應小于250mm，頂，頂 板厚度不應小于板厚度不應小于150mm，頂、底板厚度由抗剪條件確定。，頂、底板厚度由抗剪條件確定。 18 n 由于大面積的深基坑開挖，引起比較明顯的基坑土回彈變形，回彈由于大面積的深基坑開挖，引起比較明顯的基坑土回彈變形，回彈 變形大小由土的性質(zhì)、卸載大小、基坑面積和施工方法有關(guān)；變形大小由土的性質(zhì)、卸載大小、基坑面積和施工方法有關(guān)； n 高層建筑箱

16、形基礎(chǔ)下地基變形可分為三個階段：高層建筑箱形基礎(chǔ)下地基變形可分為三個階段： l 自重應力變形階段：建筑物加載至基礎(chǔ)開挖土重階段的變形為回彈再壓自重應力變形階段：建筑物加載至基礎(chǔ)開挖土重階段的變形為回彈再壓 縮變形；約占總沉降的縮變形；約占總沉降的20-30%； l 附加應力變形階段：建筑物荷載超過開挖土重，由兩者差值在地基中產(chǎn)附加應力變形階段：建筑物荷載超過開挖土重，由兩者差值在地基中產(chǎn) 生的附加應力引起變形，約占總沉降的生的附加應力引起變形，約占總沉降的35-50%； l 恒應力階段：指建筑物竣工后的地基長期變形，約占總沉降的恒應力階段：指建筑物竣工后的地基長期變形，約占總沉降的30-35%

17、。 箱形基礎(chǔ)地基沉降可按照箱形基礎(chǔ)地基沉降可按照建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范中的分層總和法進行。中的分層總和法進行。 同樣地，基底反力的分布和大小也是隨著基礎(chǔ)荷載的變化而變化。目前，同樣地，基底反力的分布和大小也是隨著基礎(chǔ)荷載的變化而變化。目前，常用常用 的文克爾地基模型和彈性半空間體模型都不能很好解決箱基基底反力分布問題。的文克爾地基模型和彈性半空間體模型都不能很好解決箱基基底反力分布問題。 19 n 假設上部結(jié)構(gòu)為剛性結(jié)構(gòu)，僅考慮箱形基礎(chǔ)局部彎曲作用假設上部結(jié)構(gòu)為剛性結(jié)構(gòu)，僅考慮箱形基礎(chǔ)局部彎曲作用 內(nèi)力計算時，頂板按周邊固定的雙向連續(xù)板，受自重和板上荷載內(nèi)力計算時，頂板按周邊固定的雙向連續(xù)板，受自重和板上荷載 作用；底板按周邊固定的倒雙向板，受基底凈反力作用。作用；底板按周邊固定的倒雙向板，受基底凈反力作用。 n 考慮箱形基礎(chǔ)整體彎曲和局部彎曲作用考慮箱形基礎(chǔ)整體彎曲和局部彎曲作用 20 當施加的建筑物總荷載（扣除地下水浮力）等于挖除的有效土重當施加的建筑物總荷載（扣除地下水浮力）等于挖除的有效土重 時，建筑物的沉降為零，這就是時，建筑物的沉降為零，這就是補償性基礎(chǔ)的概念補償性基礎(chǔ)的概念。 如果建筑物總荷載大于挖除的土重，建筑物還會產(chǎn)