基礎工程課設計基礎計算方法與步驟

1、精品文檔 勘察*基礎工程 課程設計 基礎計算方法與步驟提要：本文對常用的靜力平衡法和倒梁法的近似計算及其各自的適用范圍和相互關系作了一些敘述,提岀了自己的一些看法和具體步驟，并附有柱下條基構造表，目的是使基礎設計工作條理清楚，方法得當，既簡化好用，又比較經濟合理.一適用范圍:柱下條形基礎通常在下列情況下采用：1多層與高層房屋無地下室或有地下室但無防水要求，當上部結構傳下的荷載較大，地基的承載力較低，采用各種形式的單獨基礎不能滿足設計要求時2當采用單獨基礎所需底面積由于鄰近建筑物或構筑物基礎的限制而無法擴展時3地基土質變化較大或局部有不均勻的軟弱地基，需作地基處理時4各柱荷載差異過大，采用單獨基

2、礎會引起基礎之間較大的相對沉降差異時5需要增加基礎的剛度以減少地基變形，防止過大的不均勻沉降量時 其簡化計算有靜力平衡法和倒梁法兩種，它們是一種不考慮地基與上部結構變形協(xié)調條件的實用簡化法，也即當柱荷載比較均勻，柱距相差不大，基礎與地基相對剛度較大，以致可忽略 柱下不均勻沉降時，假定基底反力按線性分布，僅進行滿足靜力平衡條件下梁的計算二 Fi二計算圖式1.上部結構荷載和基礎剖面圖HirnVl/1qFl F?F- F4 世戕罠 Qi2靜力平衡法計算圖式3倒梁法計算圖式三.設計前的準備工作在采用上述兩種方法計算基礎梁之前，需要做好如下工作：1. 確定合理的基礎長度為使計算方便，并使各柱下彎矩和跨中

3、彎矩趨于平衡，以利于節(jié)約配筋，一般將偏心地基凈反 力（即梯形分布凈反力）化成均布，需要求得一個合理的基礎長度.當然也可直接根據(jù)梯形分布的凈反力和任意定的基礎長度計算基礎.基礎的縱向地基凈反力為：j maxFi6 MPjmin bLbL2式中Pjmax，Pjmin 基礎縱向邊緣處最大和最小凈反力設計值刀F作用于基礎上各豎向荷載合力設計值（不包括基礎自重和其上覆土重，但包括其它局 部均布qi）.刀M 作用于基礎上各豎向荷載（Fi ,qi）,縱向彎矩（Mi）對基礎底板縱向中點產生的總彎矩設計值.L基礎長度，如上述.B基礎底板寬度.先假定，后按第2條文驗算.當Pjmax與Pjmin相差不大于10% ,

4、可近似地取其平均值作為均布地基反力，直接定出基礎懸臂長度a仁a2 （按構造要求為第一跨距的1/41/3）,很方便就確定了合理的基礎長度L ；如果Pjmax與Pjmin相差較大時，常通過調整一端懸臂長度3i或32,使合力刀Fi的重心恰為基礎的形心（工程中允許兩者誤差不大于基礎長度的3%）,從而使刀M 為零,反力從梯形分布變?yōu)榫迹?i和32的過程如下：先求合力的作用點距左起第一柱的距離：FixiMixF式中，刀Mi作用于基礎上各縱向彎矩設計值之和.Xi 各豎向荷載 Fi距Fl的距離.當 x a/2 時，基礎長度 l=2（x+ ai）, a2=L-a-ai.當 xa/2 時，基礎長度 L=2（a

5、-x+ a2）, ai=L- a-a2.按上述確定ai和a2后，使偏心地基凈反力變?yōu)榫嫉鼗鶅舴戳Γ渲禐椋篎iPj bL式中，pj 均布地基凈反力設計值.由此也可得到一個合理的基礎長度L.2. 確定基礎底板寬度b.由確定的基礎長度L和假定的底板寬度b，根據(jù)地基承載力設計值f，一般可按兩個方向分別進行如下驗算，從而確定基礎底板寬度b.基礎底板縱向邊緣地基反力：maxFiG 6 MminbLbL2應滿足maxP min1 2 f及 P maxp minf2基礎底板橫向邊緣地基反力maxlpjminmaxFiG 6 M1.2bL及肌懾 Pminf2應滿足式中,Pmax, pmin 基礎底板縱向邊緣

6、處最大和最小地基反力設計值P max, pmin 基礎底板橫向邊緣處最大和最小地基反力設計值G基礎自重設計值和其上覆土重標準值之和，可近似取G=20bLD,D為基礎埋深,但在地下水位以下部分應扣去浮力.刀M作用于基礎上各豎向荷載、橫向彎矩對基礎底板橫向中點產生的總彎矩設計值.其余符號同前述當?shù)禡=0時，則只須驗算基礎底板縱向邊緣地基反力當?shù)禡=0時，則只須驗算基礎底板橫向邊緣地基反力當?shù)禡=0且刀M=0時(即地基反力為均布時),則按下式驗算，很快就可確定基礎底板寬 度b:pFi GfbF20D)bLL(f式中，p均布地基反力設計值3求基礎梁處翼板高度并計算其配筋先計算基礎底板橫向邊緣最大地基凈

7、反力pmax和最小地基凈反力pmin，求出基礎梁邊處翼板的地基凈反力pj1,如圖,再計算基礎梁邊處翼板的截面彎矩和剪力，確定其厚度h1和抗彎鋼筋面積.二F,右圖中，p翼板懸挑長度，bi =(b- b)/2hi基礎梁邊翼板高度b0,h基礎梁寬和梁高j max p j minS6 M p j max. p j maxP j min. . 2LbL基礎底板橫向邊緣處地基凈反力式中，S從基礎縱向邊緣最大地基反力處開始到任一截面的距離 其余符號同前述基礎梁邊處翼板地基凈反力pj1 p j maxmaxmin基礎梁邊處翼板每米寬彎矩P j 2 P j1 2M 寸于 b2pj2 Pjmax Pj1基礎梁邊處

8、翼板每米寬剪力P j2V 2若刀M=01M p jnax 2L若刀M=0時,則上述M,V表達式為pji bi時則上述M,V表達式為S.2pj max pj minb1 , Vp j maxp j maxp j minb1pj2pji32bi2,Pj22pji bi但pji和pj2公式中的pjmax和pjmin可簡化為J maxFi6 M PjminbLbL2若刀M=0和刀M=0時,則上述M,V表達式為i2MVPjbFiPjbL基礎梁邊處翼板有效高度VhOimmOi 0.07 iOOO fc基礎梁邊處翼板截面配筋M2AsmmAO.9hoi fy式中，fc混凝土軸心抗壓強度設計值fy鋼筋抗拉強度設

9、計值其余符號同前述4抗扭當上述刀M工0時，對于帶有翼板的基礎梁，一般可以不考慮抗扭計算，僅從構造上將梁的箍筋做成閉合式；反之，則應進行抗扭承載力計算四.靜力平衡法和倒梁法的應用在采用凈力平衡法和倒梁法分析基礎梁內力時，應注意以下六個問題：第一，由于基礎自重和其上覆土重將與它產生的地基反力直接抵消，不會引起基礎梁內力，故基礎梁的內力分析用的是地基凈反力第二，對ai和a2懸臂段的截面彎矩可按以下兩種方法處理：1.考慮懸臂段的彎矩對各連續(xù)跨的影響，然后兩者疊加得最后彎矩；2.倒梁法中可將懸臂段在地基凈反力作用下的彎矩，全由懸臂段承受，不傳給其它跨.第三，兩種簡化方法與實際均有出入，有時出入很大，并且

10、這兩種方法同時計算的結果也不相 同.建議對于介于中等剛度之間且對基礎不均勻沉降的反應很靈敏的結構，應根據(jù)具體情況采用一種方法計算同時，采用另一種方法復核比較，并在配筋時作適當調整.第四，由于建筑物實際多半發(fā)生盆形沉降，導至柱荷載和地基反力重新分布.研究表明：端 柱和端部地基反力均會加大.為此,宜在邊跨增加受力縱筋面積，并上下均勻配置.第五，為增大底面積及調整其形心位置使基底反力分布合理，基礎的端部應向外伸出，即應有懸臂段.第六，一般計算基礎梁時可不考慮翼板作用（一）靜力平衡法靜力平衡法是假定地基反力按直線分布不考慮上部結構剛度的影響根據(jù)基礎上所有的作用 力按靜定梁計算基礎梁內力的簡化計算方法1

11、.靜力平衡法具體步驟：先確定基礎梁縱向每米長度上地基凈反力設計值，其最大值為pmax*b，最小值為Pjmin*b，若地基凈反力為均布則為pj*b，如圖中虛線所示:r -h1,tV J 1 1 1h15山Ki 2U1mt iVIW-4對基礎梁從左至右取分離體，列出分離體上豎向力平衡方程和彎矩平衡方程，求解梁縱向任意截面處的彎矩 M s和剪力V s,般設計只求出梁各跨最大彎矩和各支座彎矩及剪 力即可.Fi IF? IF3 ，-軽沖I T二4L2靜力平衡法適用條件：地基壓縮性和基礎荷載分布都比較均勻，基礎高度大于柱距的1/6或平均柱距滿足I, 1.75/ ，且上部結構為柔性結構時的柱下條形基礎和聯(lián)合

12、基礎，用此法計算比較接近實際.上式中Im基礎梁上的平均柱距4 一ksbo_ 4EcI其中ks基床系數(shù)，可按ks= po/So計算（po為基礎底面平均附加壓力標準值，S0為以po計算的基礎平均沉降量），也可參照各地區(qū)性規(guī)范按 土類名稱及其狀態(tài)已給出的經驗值.bo，I L基礎梁的寬度和截面慣性矩.Ec混凝土的彈性模量.3. 對靜力平衡法的一些看法（僅供參考評議）:由于靜力平衡法不考慮基礎與上部結構的相互作用，因而在荷載和直線分布的基底反力作用下可能產生整體彎曲.與其它方法比較，這樣計算所得的基礎梁不利截面的彎矩絕對 值一般還是偏大.上述適用條件中要求上部結構為柔性結構.如何判斷上部結構為柔性結構，

13、從絕大多數(shù)建筑的實際剛度來看均介于絕對剛性和完全柔性之間，目前還難以定量計算.在實踐中往往只能定性地判斷其比較接近哪一種極端情況，例如，剪力墻體系的高層建筑是接近絕對剛性的，而以屋架-柱-基礎為承重體系的排架結構和木結構以及一般靜定結構，是接近完全柔性的具體應用上，對于中等剛度偏下的建筑物也可視為柔性結構，如中、低層輕鋼結構；柱距偏大而柱斷面不大且樓板開洞又較多的中、低層框架結構以及體型簡單，長高比偏大（一般大于5以上）的結構等等（二）倒梁法倒梁法是假定上部結構完全剛性，各柱間無沉降差異，將柱下條形基礎視為以柱腳作為固定 支座的倒置連續(xù)梁，以線性分布的基礎凈反力作為荷載，按多跨連續(xù)梁計算法求解

14、內力的計 算方法1倒梁法具體步驟：先用彎矩分配法或彎矩系數(shù)法計算出梁各跨的初始彎矩和剪力彎矩系數(shù)法比彎矩分配法簡便,但它只適用于梁各跨度相等且其上作用均布荷載的情況，它的計算內力表達式為：M=彎矩系數(shù)* pj * b * l;V=剪力系數(shù)* pj * b * l如前述，pj*b即是基礎梁縱向每米長度上地基凈反力設計值。其中彎矩系數(shù)和剪力系數(shù)按所計算的梁跨數(shù)和其上作用的均布荷載形式，直接從建筑結構靜力計算手冊中查得，1為梁跨長度，其余符號同前述。調整不平衡力：由于倒梁法中的假設不能滿足支座處靜力平衡條件，因此應通過逐次調整消除不平衡力首先，由支座處柱荷載 F和求得的支座反力 R計算不平衡力 R：

15、 R= F - R ; R i= V左 右 i式中，R支座i處不平衡力，V左i，右i 支座i處梁截面左，右邊剪力其次，將各支座不平衡力均勻分布在相鄰兩跨的各1/3跨度范圍內，如圖C（實際上是調整地基反力使其成階梯形分布 ，更趨于實際情況，這樣各支座上的不平衡力自然也就得到了消除）, q按下式計算：對于邊跨支座： qi = Ri /（ai +1 1/3）對于中間支座： qi = R / （l i-1 /3 + I i/3）式中， qi支座i處不平衡均布力I i-1i 支座i左右跨長度繼續(xù)用彎矩分配法或彎矩系數(shù)法計算出此情況的彎矩和剪力，并求出其支座反力與原支座反力疊加，得到新的支座反力重復步驟，

16、直至不平衡力在計算容許精度范圍內一般經過一次調整就基本上能滿足所需精度要求了 （不平衡力控制在不超過20%）.將逐次計算結果疊加即可得到最終彎矩和剪力a）柱荷載Fi和柱距圖Fit -1F;Fhd1LJ1 1C）調整不平衡力荷載qi：Fi Fi-1R.一Fi+1b）計算簡圖和支座反力R:LI.H 1川丨丨1丨丨丨丨丨1111111丄川2倒梁法適用條件：地基壓縮性和基礎荷載分布都比較均勻，基礎高度大于柱距的1/6或平均柱距滿足lm 1.75/ （符號同靜力平衡法所述），且上部結構剛度較好時的柱下條形基礎，可按倒梁法 計算.基礎梁的線剛度大于柱子線剛度的3倍，即：EcIl 3EcIzLH式中,Ec混

17、凝土彈性模量.I L 基礎梁截面慣性矩.H ,1 z分別為上部結構首層柱子的計算高度和截面慣性矩同時,各柱的荷載及各柱柱距相差不多時，也可按倒梁法計算.3對倒梁法的一些看法（僅供參考評議）:滿足上述適用條件之一的條形基礎一般都能迫使地基產生比較均勻的下沉，與假定的地基反力按直線分布基本吻合由于假定中忽略了各支座的豎向位移差且反力按直線分布，因此在采用該法時，相鄰柱荷載差值不應超過 20%，柱距也不宜過大，盡量等間距.另外，當基礎與地基相對剛度愈小 ， 柱荷載作用點下反力會過于集中成鐘形”與假定的線性反力不符；相反，如軟弱地基上基礎的剛度較大或上部結構剛度大，由于地基塑性變形，反力重分布成“馬鞍

18、形”趨于均勻，此時用 倒梁法計算內力比較接近實際實際工程中，有一些不需要算得很精很細，有時往往粗略地將第一步用彎矩分配法或 彎矩系數(shù)法計算出的彎矩和剪力直接作為最終值，不再進行調整不平衡力，這對于中間支座及其中間跨中來說是偏于安全的，而對于邊跨及其支座是偏于不安全，從幾個等跨梁算例來 看，一般情況下，多次調整不平衡力（此項較繁瑣）,結果使中間支座的內力（指彎矩，剪力）及其 跨中彎矩有所減小，邊跨支座剪力及其跨中彎矩有所增加 ，但增減幅度都不大因此,若不進行 調整平衡力，建議根據(jù)地區(qū)設計經驗適當增大邊跨縱向抗彎鋼筋 ，其幅度5%左右，這在某些 精度范圍內一般可以滿足設計要求，另外，由于各支座剪力

19、值相差不大（除邊支座外），也可取 各支座最大剪力值設計抗剪橫向鋼筋 ，當然每跨的中間可以放寬申間支座.- r.“尹 #右芒 才F.:;I亡購中間腐4 1基礎梁的高跨比選用參考表梁底平均反力標準值 q（kN/m）4001/31/5注：1.選用時應注意梁高不致于過大，同時尚應綜合考慮地基與上部結構對基礎抗彎剛度的要求2反力大時取上限柱下條形基礎構造表截面和分類截面采用倒T形截面，由梁和翼板組成分類分單向條形基礎（沿柱列單向平行配置）和交叉條形基礎（沿縱橫柱列分別 平行配置）兩種懸臂長度條形基礎的端部應向外伸岀，其長度宜為第一跨長的1/41/3梁高h及梁寬b梁高h宜為柱距的1/81/4,當柱荷載大且柱距較大，可在柱兩側局部加腋.梁寬b比該方向柱每側寬出50mm以上,且b bf /4,但不宜過大；當小于該方向柱寬，梁與柱交接應符合有關要求.翼板厚度hf1. 不宜小于200mm.2. 當hf =200250mnM,宜用等厚度翼板；當hf 250mn時寸,宜用1:3坡度的變厚度翼板，且其邊緣高度不小于150mm.翼板鋼筋1. 橫向受力鋼筋直徑不應小于10mm間距不應大于200mm宜優(yōu)先選用II級鋼.2. 縱向分布筋直徑為810mm間距不大于250mm.基礎梁鋼筋1. 縱向受力鋼筋為上下雙筋，其直徑不應小于10mm,配筋率不應小于0.2%,梁底和梁頂應各有24根通長配筋