天然地基基礎設計

天然地基基礎設計第一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.1概述5.2基礎埋置深度5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定5.4地基承載力驗算和變形驗算5.5抗震設計5.6基礎結構設計5.7共同作用概念5.8減輕不均勻沉降危害的措施本章目錄第二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.1概述幾個概念：d基礎地基埋深第三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.1概述基礎類型：天然地基上的淺基礎樁基礎人工地基上的淺基礎深基礎換土墊層，水泥土樁、碎石樁復合地基等人工地基：埋深>5m特殊方法施工考慮側壁阻力作用沉井基礎沉箱基礎樁基礎也屬深基礎淺基礎：埋深小于5m，或者埋深大于5m，但是小于基礎寬度。兩側（四周）的摩阻力忽略不計。所以不是簡單的深淺概念。第四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.1概述FdG主要受力層持力層（受力層）下臥層條形基礎3b獨立基礎1.5b且5m（二層以下民用建筑除外）主要受力層深度：第五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二淺基礎的類型按基礎剛度分無筋擴展基礎（剛性基礎）單獨基礎（獨立基礎）、條形基礎、筏型基礎、箱型基礎、殼型基礎····按結構形式分擴展基礎（柔性基礎）5.1概述第六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二按基礎剛度分無筋擴展基礎擴展基礎(柔性基礎)1:1.0–1:2.0與材料和荷載有關Fbth0F磚、石、灰土，素混凝土材料抗拉強度很低要求基礎臺階寬高比（剛性角）符合一定條件鋼筋混凝土要滿足抗彎、抗剪和抗沖切等結構要求5.1概述第七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二按基礎結構形式分1單獨基礎2條形基礎5.1概述第八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二3十字交叉基礎——條形基礎的變種5.1概述第九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二4筏形（筏板）基礎5.1概述第十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二底板外墻內墻5箱形基礎由底板、墻和頂板形成箱，整體性更好5.1概述第十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二6殼體基礎高聳建筑物5.1概述第十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.1概述設計要求滿足：承載力、變形要求設計內容確定：埋深、型式、結構尺寸（長寬高）、材料驗算：承載力、變形、結構本身強度設計規(guī)范1《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GBJ7-89）2《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2002）第十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.1概述設計等級02規(guī)范：設計等級甲級乙級丙級設計方法允許（容許）承載力設計方法極限狀態(tài)設計方法承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)第十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.1概述荷載規(guī)定荷載分類永久荷載可變荷載偶然荷載（特殊荷載）：爆炸力、撞擊力《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001）荷載的標準值荷載的準永久值第十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.1概述荷載組合基本組合標準組合準永久組合正常使用極限狀態(tài)下的承載力驗算正常使用極限狀態(tài)下的變形驗算，不記入風荷載和地震作用水平荷載較大的建筑物、擋土墻等，承載力極限狀態(tài)下的穩(wěn)定驗算第十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.1概述民用建筑樓面均布活荷載的代表值類別住宅宿舍辦公室教室試驗室食堂餐廳禮堂劇場影院商店車站機場大廳健身房舞臺書庫檔案庫標準值(KN/m2)組合值系數(shù)c準永久值系數(shù)q2.02.53.03.54.05.00.70.70.70.70.70.90.40.50.50.30.50.50.8第十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.2基礎埋置深度原則：在滿足承載力的條件下盡量淺埋基本要求：除巖石以外，D大于50cm（表土擾動，植物，凍融，沖蝕）基礎頂距離表土大于10cm，保護橋要求在沖刷深度以下其它控制因素第十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.2基礎埋置深度1建筑物的用途、結構類型及荷載性質與大小地震區(qū)，除巖石地基外，天然地基的筏形和箱形基礎埋深不宜小于建筑物高度的1/15地下管道（上下水，煤氣電纜）應在基底以上，便于維修基礎埋深不同時(1)主樓與裙房，高度不同,分期施工設置后澆帶(2)臺階式相連,如山坡上的房屋新舊及相鄰建筑物有一定距離。否則要求支護，并且要嚴格限制支護的水平位移。第十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.2基礎埋置深度2工程地質和水文地質條件盡量在地下水位以上,否則開挖降水,費用大有承壓水時，防止承壓水頂破基底基坑第二十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.2基礎埋置深度根據(jù)土層分布情況確定在滿足其他要求下盡量淺埋只有低層房屋可用，否則處理盡量淺埋。但是如h1太小就為IIh1<2m基底在好土；h1=2m~4m高樓好土，低樓軟土；h1>5m樁基或處理；好土軟土好土III IIIIV好土軟土軟土(很深)h1第二十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.2基礎埋置深度3地基土的凍脹第二十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.2基礎埋置深度凍土多年凍土（凍結時間3年）季節(jié)性凍土發(fā)生凍脹的條件（1）土的條件一般是細顆粒土（2）溫度條件低于凍結溫度（3）水力條件含水量，具有開放性條件，如粉土凍脹最嚴重外因內因土的凍脹性第二十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.2基礎埋置深度土的凍脹性衡量指標凍脹性分類平均凍脹率：不凍脹1%弱凍脹1%

<3.5%凍脹3.5%

<6%強凍脹6%

<12%特強凍脹>12%注意：碎石、砂等中粒徑小于0.075mm的顆粒含量太高也會導致凍脹新講義表2-10第二十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.2基礎埋置深度考慮凍脹的基礎埋深按02規(guī)范dminzd-hmaxzd:

設計凍深hmax：容許殘留凍土層最大厚度zd=z0zs

zw

ze標準凍深土類別凍脹性環(huán)境影響系數(shù)Z0標準凍深：北京0.8~1.0m哈爾濱2.0m滿洲里2.8m10年的實測最大凍深平均值第二十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定極限承載力承載力容許承載力：設計承載力通常所說的承載力指容許承載力第二十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二理論公式計算承載力：臨界荷載P1/4、P1/3臨塑荷載Pcr5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定階段1：彈性段階段2：局部塑性區(qū)階段3：完全破壞段極限荷載Pu（極限承載力）第二十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定q=0dp2zMZmax=0

：Zmax=B/4或B/3

：

Pcr=0dNq+cNcP1/4=BN1/4+0dNq+cNc臨界荷載P1/3=BN1/3+0dNq+cNc臨塑荷載第二十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二極限荷載（極限承載力）Pu計算1普朗德爾-瑞斯納公式5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定q=0dd第二十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二2太沙基公式5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定被動區(qū)過渡區(qū)剛性核太沙基極限承載力：一個半經驗的公式第三十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二3斯凱普頓公式5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定對于飽和軟粘土地基＝0：條形基礎下：普朗德爾-瑞斯納公式的特例矩形基礎下：斯凱普頓公式第三十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二4漢森公式5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定在原有極限承載力公式上修正：基礎形狀修正深度修正荷載傾斜修正地面傾斜修正基底傾斜修正第三十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二理論公式計算承載力（總結）：臨界荷載P1/4、P1/3臨塑荷載Pcr極限荷載Pu（極限承載力）普朗特爾-雷斯諾公式太沙基公式斯凱普頓公式漢森公式5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定第三十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二我國規(guī)范中取：fa=Mbb+Mdmd+Mcck以臨界荷載P1/4為理論基礎5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定1通過公式計算2通過載荷試驗確定3通過經驗確定GBJ7-89規(guī)范：推薦查表方法GB50007-2002規(guī)范：取消了相關表格第三十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二承載力公式計算：fa=Mbb+Mdmd+Mcck——fa：承載力特征值（設計值）5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定——Mb、Md、Mc：承載力系數(shù)，由k查表——b：基底寬度，大于6m按6m考慮，對于砂土小于3m按3m考慮——ck：基底下一倍短邊寬深度內土的粘聚力第三十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二查表計算：5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定GBJ7-89規(guī)范fk=ff0——fk：承載力標準值——f0：承載力基本值（查表）——f：承載力修正系數(shù)變異系數(shù)粘性土e、IL粉土e、w砂土N63.5淤泥w第三十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)進行深度和寬度修正：fak：查表計算或靜載荷試驗確定的承載力標準值fa：深寬修正后的承載力特征值（設計值）b、d：寬度和埋深修正系數(shù)：基礎底面以下土的重度m：基礎底面以上土的加權平均重度b：大于6m按6m考慮，小于3m按3m考慮第三十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定基礎尺寸初步確定：GFdF

——作用在頂面的荷載，kNG

——基礎及臺階上填土總重，kNA

——基底面積，m2G

——平均重度，一般取20kN/m3d

——基礎埋深，mf=fak+dm(d-0.5)

——暫不做寬度修正單獨基礎，中心荷載第三十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.3地基承載力和基礎尺寸初步確定GFd條形基礎，中心荷載偏心荷載時：將上面計算的A

或b

擴大至1.1~1.4倍根據(jù)A可初步確定b和L第三十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.4地基承載力驗算和變形驗算1持力層承載力驗算：根據(jù)初步確定的埋深d與b，確定f承載力驗算第四十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二偏心荷載時：5.4地基承載力驗算和變形驗算pmax1.2f高層建筑(筏,箱基)：pmin0考慮地震可能出現(xiàn)e>b/6,此時允許pmin<0，但0應力區(qū)不能超過25%blN=F+G要求：第四十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二以條形面積為例beNe<b/6:梯形beNe>b/6:三角形偏心荷載時：5.4地基承載力驗算和變形驗算第四十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二偏心荷載時：5.4地基承載力驗算和變形驗算blN=F+G增加面積AA不變，改變b和

l，具體看偏心方向采用不對稱柱若不滿足承載力要求，則考慮：第四十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.4地基承載力驗算和變形驗算2軟弱下臥層承載力驗算：F

pdzpcz軟土Es1Es2注意：下臥層承載力f只做深度修正條基無后一項擴散角可查表第四十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二3其它驗算：水平荷載較大時，穩(wěn)定驗算建筑在斜坡上時，穩(wěn)定驗算抗震驗算5.4地基承載力驗算和變形驗算后面介紹PhPv第四十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二建筑物需滿足地基變形要求計算原理：分層總和法部分建筑物可不做變形驗算沉降量、沉降差、傾斜等5.4地基承載力驗算和變形驗算新講義表2-74地基變形驗算：計算方法：規(guī)范推薦“平均附加應力系數(shù)”方法高大釗書中將其稱為“應力面積法”注意：荷載應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的準永久組合，不應計入風荷載和地震荷載第四十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.4地基承載力驗算和變形驗算dzizi-10i沉降不滿足時，需要：增大尺寸(減少p0)增加埋深(減少p0),尤其增加地下室-補償基礎地基處理調整荷載第四十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.5抗震設計5.5.1概述5.5.2地基抗震驗算5.5.3飽和砂土與粉土的振動液化5.5.4抗震設計要點第四十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.5.1概述地震定義：由內力地質作用和外力地質作用引起的地殼振動現(xiàn)象的總稱唐山地震：24萬人關東地震：大火、龍卷風阪神地震地震類型構造地震：占90%火山地震陷落地震激發(fā)地震：水庫誘發(fā)、核爆炸甘肅地震：20萬人5.5抗震設計蘇門答臘地震：>20萬人第四十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二1995年阪神地震1995年1月17日，日本兵庫縣南部阪神－淡路地區(qū)發(fā)生了里氏7.2級強烈地震，死5438人，傷24523人，直接經濟損失約800億美元。震區(qū)的大開等多個地鐵車站遭到嚴重的破壞。現(xiàn)代地下結構在地震中遭到嚴重破壞的第一個實例。地震：嚴重的自然災害5.5抗震設計第五十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二震源：發(fā)生地震的部位震中：震源在地面的投影震中距：地面上某一點到震中的距離震源深度：震源到震中距離。深度<60km，淺源地震；占95%以上5.5抗震設計第五十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二地震波：1體波：在地球內傳播2面波：在只限于在地球表面?zhèn)鞑?，由體波反射所形成的次生波。振幅大，破壞力大縱波：又稱壓力波或P波，破壞力小，速度快橫波：又稱剪切波或S波，破壞力大，速度慢瑞利波：又稱R波，在地表作橢圓運動樂甫波：又稱L波，在地表作蛇行擺動傳播速度：縱波>橫波>面波5.5抗震設計第五十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二震級：表示地震本身強度大小的等級，是衡量震源釋放能量大小的一種量度M:震級A:標準地震儀在距震中100km處記錄的以微米為單位記錄的最大水平地動位移（單幅值）里希特（Richter)—里氏M<2:無感2<M<4:有感M>5：破壞M>7：強烈一般1<M<8.5，震級增加一級能量增加30倍左右5.5抗震設計上限?第五十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二烈度：地面及建筑物受地震影響的強烈的程度烈度大?。?2度（中國）比震中烈度低一度：近震比震中烈度低2度及以上：遠震震級震源深度距震中距離場地巖土情況與等有關5.5抗震設計第五十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.5抗震設計地震烈度的定量描述極其復雜烈度地震現(xiàn)象1~2度人們一般沒感覺，只有地震儀才能記錄到3度室內少數(shù)人感覺到輕微震動4~5度人們有不同程度的感覺6度人行不穩(wěn)，器血傾斜，房屋出現(xiàn)裂縫，少數(shù)受到坡壞7~8度人立不住，大部分房屋遭到破壞，高大煙囪可以斷裂，有時有噴砂冒水現(xiàn)象9~10度房屋嚴重破壞，地表烈縫很多，湖泊水庫中有大浪，部分鐵軌彎曲、變形11~12度房屋普遍倒坍，地面變形嚴重，造成巨大的自然災害地震烈度表第五十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二基本烈度：一個地區(qū)今后一定時期內，一般場地條件下可能遭遇的最大地震烈度。目前我國基本上取50年超越概率為10％的烈度值作為基本烈度抗震設防烈度：一個地區(qū)作為抗震設防依據(jù)的烈度設計烈度：各類不同建筑物抗震設計所采用的烈度甲類構造物：專門設計，采用特殊抗震措施。乙類構造物：烈度提高一度丙類構造物：按設防烈度丁類構造物：降低一度（6度時不降）一般6度以下可不進行地震作用計算5.5抗震設計第五十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二場地土類型場地覆蓋層厚度建筑場地類別：ⅠⅡⅢⅣ場地土類型中硬堅硬中軟軟弱根據(jù)土層剪切波速劃分5.5抗震設計建筑場地類別：第五十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二地震震害：地震液化地震滑坡和地裂軟土震陷5.5抗震設計第五十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.5抗震設計抗震承載力：pE=s

f

s=1~1.5（軟~硬），抗震承載力提高系數(shù)，可查表在動荷載作用下，動強度有所高特殊荷載，安全系數(shù)可降低5.5.2地基抗震驗算第五十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.5抗震設計地震作用（地震力）計算：FE=GeqGeq－等效重力荷載：單層=Ge，多層=0.85Ge

－相應于結構物基本周期

T的地震影響系數(shù)第六十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.5抗震設計地震影響系數(shù)：T(s)3Tg

00.1max0.45max我國規(guī)范，查圖T

－結構物的基本周期Tg

－場地的特征周期取決于場地類別（Ⅰ~Ⅳ）

地震類型（近震，遠震）內因外因max

－與地震烈度有關=0.04~0.32（6~9度）?第六十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.5抗震設計基底壓力計算：GGEdFE

beN將地震作用等效為慣性力,按靜荷載分析計算——擬靜力法驗算要求：0應力面積25%GE

－結構的總重力荷載G

－基礎與周圍土的混合重FE

、M－地震慣性力和力矩M

第六十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二地震液化：5.5.3飽和砂土與粉土的振動液化對于飽和松砂、細砂，在振動荷載下(剪切力)土有由松變密的趨勢。這個過程中，由于水來不及排走，顆粒在一段時間內處于懸浮狀態(tài)。有效應力變?yōu)榱?，抗剪強度喪失——液化液化條件：飽和；松散；細砂或粉土注意：粘土有粘聚力c,不易液化密砂,不液化埋深15m以下，一般不液化5.5抗震設計第六十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二液化機理示意5.5抗震設計第六十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二地基液化可能性判斷方法5.5抗震設計1規(guī)范法2抗液化剪應力法（H.B.Seed）3動力反應分析法4概率統(tǒng)計法（谷本喜一）第六十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二規(guī)范推薦的地基液化可能性判斷方法1初步判別2標準貫入試驗判別若初步判別為不液化土，可不進行第二步判別5.5抗震設計第六十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二以下情況不液化：第四紀晚更新世(Q3)烈度為6度小于0.005mm（粘粒）的百分率：

7度：不少于10％8度：不少于13％9度：不少于16％非液化土層du很厚,地下水位dw很深，即滿足下列條件之一則不液化：

du>d0+db-2dw>d0+db-3

du+dw>1.5d0+2db-4.5

1初步判別地面以下15米內有飽和砂土、粉土，要進行初判5.5抗震設計第六十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二2標準貫入試驗判別對于初步判別為液化的土，進一步判斷ds－標慣點深度；dw－地下水深度；c

－粘粒含量（去掉百分號），小于3時取c

＝3；N0－基準標慣擊數(shù)，可查表N63.5<NcrN63.5Ncr液化不液化5.5抗震設計第六十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二地基土液化的等級已判斷為液化土的地基，要進一步判斷地基的液化等級。輕微ILE=0~5中等ILE=5~15嚴重ILE>155.5抗震設計液化指數(shù)ILENi<Ncr才計入第六十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二抗震設計基本原則：5.5.4抗震設計要點加大埋深；增強地基、上部結構整體性抗震設計規(guī)范：擬靜力法1以預防為主“小震不壞，大震不倒”2選擇有利地形選擇較好場地；使建筑物基本周期避開地層特征周期（卓越周期）3做好基礎設計5.5抗震設計第七十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二防止液化的工程措施：全部消除液化沉降的措施采用樁基；深基礎；加密法；挖除全部可液化土層部分消除液化沉降的措施加密；挖除減小液化不均勻沉降危害的措施減小埋深，離開液化土層；箱基、筏基、十字交叉基礎；增加上部結構剛度、近對稱5.5抗震設計第七十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.6基礎結構設計剛性基礎（無筋擴展基礎）1:1.0–1:2.0Fbth0有剛性角要求新講義表2-8第七十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期二5.6基礎結構設計FFFF安全不安全安全浪費第七十三頁，共八十四頁，編輯于2023