柱下條形基礎(chǔ)設(shè)計.ppt

1、7.8.1 地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互作用的概念,1 基本概念,上部結(jié)構(gòu),基礎(chǔ),地基,較簡單的基礎(chǔ)型式,較復(fù)雜的基礎(chǔ)型式,7.8柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)設(shè)計,建筑結(jié)構(gòu)常規(guī)設(shè)計方法結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)模型 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計：用固定支座代替基礎(chǔ)，假設(shè)支座沒有任何變形，求的結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和支座反力。 基礎(chǔ)設(shè)計：把支座反力作用于基礎(chǔ)，用材料力學(xué)的方法求得地基反力，再進(jìn)行基礎(chǔ)得內(nèi)力和變形驗算。 地基驗算：把基礎(chǔ)反力作用于地基，驗算地基的承載力和沉降。,常規(guī)設(shè)計得結(jié)果：上部底層和邊跨的實際內(nèi)力大于計算值，而基礎(chǔ)的實際內(nèi)力要比計算值小很多。,2 相對剛度影響,（上部結(jié)構(gòu)+基礎(chǔ)）與地基之間的剛度比,結(jié)構(gòu)絕對柔性：,結(jié)構(gòu)絕對剛性

2、：,結(jié)構(gòu)相對剛性：,相對剛度為0，產(chǎn)生整體彎曲， 排架結(jié)構(gòu),相對剛度為無窮大，產(chǎn)生局部彎曲， 剪力墻、筒體結(jié)構(gòu),相對剛度為有限值，既產(chǎn)生整體彎曲，又產(chǎn)生局部彎曲 砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu) (敏感性結(jié)構(gòu) ),3 工程處理中的規(guī)定,按照具體條件不考慮或計算整體彎距時，必須采取措施同時滿足整體彎曲的受力要求。 從結(jié)構(gòu)布置上，限制梁板基礎(chǔ)（或稱連續(xù)基礎(chǔ)）在邊柱或邊墻以外的挑出尺寸，以減輕整體彎曲效應(yīng)。 在確定地基反力圖形時，除箱形基礎(chǔ)按實測以外，柱下條形基礎(chǔ)和筏形基礎(chǔ)縱向兩端起向內(nèi)一定范圍，如1-2開間，將平均反力加大10%20%設(shè)計。 基礎(chǔ)梁板的受力鋼筋至少應(yīng)部分通長配置（具體數(shù)量見有關(guān)規(guī)范），

3、在合理的條件下，通長鋼筋以多為好，尤其是頂面抵抗跨中彎曲的受拉鋼筋，對筏板基礎(chǔ)，這種鋼筋應(yīng)全部通長配置為宜。,7.8.2 柱下剛進(jìn)混凝土條形基礎(chǔ)的設(shè)計,地基模型：用以描述地基的數(shù)學(xué)模型。,下面介紹的地基模型應(yīng)注意其適用條件。,7.8.2.1 地基模型,k地基基床系數(shù)，表示產(chǎn)生單位變形所需的壓力強度(kNm3)； p地基上任點所受的壓力強度(kPa)； s p作用位置上的地基變形(m)。 注：基床系數(shù)k可根據(jù)不同地基分別采用現(xiàn)場荷載試驗、室內(nèi)三軸試驗或室內(nèi)固結(jié)試驗成果獲得。見下表。,1 文克爾地基模型 基本假定：地基上任一點所受的壓力強度與該點的地基沉陷s成正比，關(guān)系式如下: P=ks,適用條件

4、：抗剪強度很低的半液態(tài)土(如淤泥、軟粘土等)地基或塑性區(qū)相對較大土層上的柔性基礎(chǔ);厚度度不超過梁或板的短邊寬度之半的薄壓縮層地基(如薄的破碎巖層)上的柔性基礎(chǔ).,地基基床系數(shù)表,這個假定是文克勒于1867年提出的故稱文克勒地基模型。該模型計算簡便，只要k值選擇得當(dāng)，可獲得較為滿意的結(jié)果。地基土越軟弱，土的抗剪強度越低，該模型就越接近實際情況。 缺點：文克勒地基模型忽略了地基中的剪應(yīng)力，按這一模型，地基變形只發(fā)生在基底范圍內(nèi)，而基底范圍外沒有地基變形，這與實際情況是不符的，使用不當(dāng)會造成不良后果。,2半無限彈性體法 基本假定：假定地基土半無限彈性體，柱下條形基礎(chǔ)看作時放在半無限彈性體上的梁，當(dāng)荷

5、載作用與半無限彈性體上時，某點的沉降不但和該點上的壓力有關(guān)，和該點附近作用的荷載也有關(guān)。 特點：考慮了應(yīng)力擴散，但擴散范圍超出實際，未考慮地基的非均勻性。 適用條件：壓縮層深度較大的一般土層的柔性基礎(chǔ)。要求土的彈性模量和泊松比角準(zhǔn)確。,7.8.2.2 柱下條形基礎(chǔ)設(shè)計,1 構(gòu)造要求,兩端宜伸出邊柱0.25L1,宜為柱距的1/4-1/8,2 內(nèi)力計算方法,方法種類：倒梁法、剪力平衡法 （1）倒梁法 1）基本假定：a、剛度較大，基礎(chǔ)的彎曲撓度不致改變地基反力； b、地基反力分布呈直線，其重心與作用于板上的荷載合力作用線重合。,簡化的內(nèi)力計算方法 （按線形分布的基底凈反力）,2）適用條件：地基較均勻

6、，上部結(jié)構(gòu)剛度較好，荷載分布較均勻，且條形基礎(chǔ)梁的高度大于1/6柱距（設(shè)計時盡可能按此設(shè)計），地基反力按直線分布，條形基礎(chǔ)梁的內(nèi)力可按連續(xù)梁計算，此時邊跨跨中彎距及第一支座的彎距值乘以1.2系數(shù)。,補充：倒梁法計算假定,1.將地基凈反力作為基礎(chǔ)梁的荷載，柱子看成鉸支座，基礎(chǔ)梁看成倒置的連續(xù)梁； 2.作用在基礎(chǔ)梁上的荷載為直線分布； 3.豎向荷載合力作用點必須與基礎(chǔ)梁形心相重合，若不能滿足，兩者偏心距以不超過基礎(chǔ)梁長的3%為宜； 4.結(jié)構(gòu)和荷載對稱時，或合力作用點與基礎(chǔ)形心相重合時，地基反力為均勻分布；,3）計算步驟：,繪出條形基礎(chǔ)的計算草圖，包括荷載、尺寸等；,求合力作用點的位置 (目的是盡可

7、能的將偏心地基凈反力化成均勻的地基反力，然后確定基礎(chǔ)梁的長度)。,設(shè)合力作用點離邊柱的距離為Xc ，用合力矩定理，以A點為參考點，則有：,確定基礎(chǔ)梁的底面尺寸L,B,當(dāng)Xc確定后，按合力作用點與底面心形相重合的原則，可定出基礎(chǔ)的長度L。,確定后，寬度B按地基承載力fa確定,中心受荷 ：,偏心受荷 ：,作用在基礎(chǔ)梁上墻梁自重及墻體重量之和,基礎(chǔ)底板凈反力計算,確定基礎(chǔ)梁的底板厚度h及配筋,先求出靠近pnmax的柱邊凈反力pn1，在柱邊M、V值有：,則有：,求基礎(chǔ)梁縱向正截面強度計算斜截面強度計算,對連續(xù)梁可用彎矩分配法或連續(xù)梁系數(shù)法求解。由于柱下條基一般兩端都有外伸部分，因此，若用連續(xù)梁系數(shù)法，

8、要對懸臂端進(jìn)行處理，現(xiàn)有兩種方法： 1）懸臂端在凈反力作用下的彎矩全部由懸臂端承擔(dān)，不再傳給其他支座，其他跨按連續(xù)梁系數(shù)法計算； 2）懸臂端彎矩對其他跨有影響，此彎矩要傳給其他支座，因此，懸臂端用彎矩分配法求出各支座及跨中彎矩，其他跨用連續(xù)梁系數(shù)法求出各支座及跨中彎矩，然后將所得結(jié)果疊加，或全梁用彎矩分配法求出各支座及跨中彎矩。,注意：,按倒梁法求得的梁的支座反力，往往會不等于柱傳來的豎向荷載（軸力）。此時，可采用所謂“基底反力局部調(diào)整法”，即：將支座處的不平衡力均勻分布在本支座兩側(cè)各1/3跨度范圍內(nèi)，從而將地基反力調(diào)整為臺階狀，再按倒梁法計算出內(nèi)力后與原算得的內(nèi)力疊加。經(jīng)調(diào)整后的不平衡力將明

9、顯減少，一般調(diào)整12次即可。 據(jù)基礎(chǔ)梁的M圖，對各支座、跨中分別按矩形、T形截面進(jìn)行強度計算；據(jù)V圖，進(jìn)行斜截面抗剪強度計算，并應(yīng)滿足構(gòu)造要求。,（2）剪力平衡法（靜定分析法）,適用范圍：上部結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)，且自身剛度較大的條形基礎(chǔ)以及聯(lián)合基礎(chǔ)。 計算方法：靜力平衡條件（剪力平衡）計算出任意截面上的彎距 M 和剪力 V。,【例】試確定如下圖所示條形基礎(chǔ)的底面尺寸，并用簡化計算方法分析內(nèi)力。已知：基礎(chǔ)埋深d=1.5m,地基承載力特征值fa=120Kpa,其余數(shù)據(jù)見圖示。,如果要求豎向合力與基底形心重合，則基礎(chǔ)必須伸出圖中D點之外 x2：x2= 2(7.85+0.5)-(14.7+0.5)=1.5

10、m (等于邊距的1/3) 基礎(chǔ)總長度： L= 14.7+0.5+1.5=16.7m 基礎(chǔ)底板寬度:,【解】1、確定基礎(chǔ)底面尺寸 各柱豎向力的合力，距圖中A點的距離x為,考慮構(gòu)造需要，基礎(chǔ)伸出A點外,取b=2.5m。,2、內(nèi)力分析： （1）倒梁法 因荷載的合力通過基底形心，故地基反力是均布的，沿基礎(chǔ)每米長度上的凈反力值 以柱底A、B、C、D為支座，按彎距分配法分析三跨連續(xù)梁，其彎距M和剪力V見圖7-43b。,（2）剪力平衡法 按靜力平衡條件計算內(nèi)力：,AB跨內(nèi)最大負(fù)彎距的截面至A點的距離:,則：,其余各截面的M、V均仿此計算，結(jié)果見圖7-43c。 比較兩種方法的計算結(jié)果，按剪力平衡法算出的支座彎

11、距較大；按倒梁法算得的跨中彎距較大。,倒梁法,剪力平衡法,【書例7-12】如圖7-44為某柱網(wǎng)布置圖。已知B軸線上邊柱荷載設(shè)計值中柱初選基礎(chǔ)埋深為1.5m，地基承載力特征值fa=120Kpa ，試設(shè)計B軸線上條形基礎(chǔ)。,2、梁的彎矩計算 在對稱荷載作用下，由于基礎(chǔ)底面反力為均勻分布，因此單位長度地基的凈反力為：,【解】1、確定基底面積,基礎(chǔ)底寬度（綜合荷載分項系數(shù)取1.35）：,基礎(chǔ)兩邊各放出：,取b=2.50m設(shè)計。,基礎(chǔ)梁可看成在均布線荷載 qn 作用下以柱為支座的五跨等跨度連續(xù)梁。為了計算方便，可將圖7-45a分解為圖7-45b和圖7-45c兩部分。圖7-45b用力矩分配法計算，A截面處

12、的固端彎矩為：,在圖7-45c的荷載作用下，利用五跨等跨度連續(xù)梁的相應(yīng)彎矩系數(shù)m，可得有關(guān)截面的彎矩：支座B（和B）：,其余同（略）。 將圖7-45b與c的彎矩疊加，即為按倒梁法計算所得的JL2梁的彎矩圖見圖7-45d.,3、梁的剪力計算,基礎(chǔ)梁TL2的剪力圖繪于圖7-45e。,基底寬2500，主助寬500（400+250），翼板外挑長度 1/2 （2500-500）=1000，翼板外邊緣厚度200，梁助處（相當(dāng)于翼板固定端）翼板厚度300（見圖7-46）。翼板采用C20混凝土，HPB235鋼筋。,基底凈反力設(shè)計值：,4、梁板部分計算,（2）翼板受力筋計算,配 12120 (實際AS =942

13、mm)。,(1)斜截面抗剪強度驗算（按每米長計）,實際,113.2，可以。,5、肋梁部分計算 肋梁高取 寬500。主筋用HRB335鋼筋，C20混凝土。 （1）正截面強度計算 根據(jù)圖7-45d的JL-2梁M圖，對各支座、跨中分別按矩形、T形截面進(jìn)行正截面強度計算。 軸支座處（M=700KNm） 由 查混凝土設(shè)計手冊可知,（2）斜截面強度計算 軸左邊截面（V=698KN）： 配 10 250箍筋（四肢箍）。 Vcs =702kN 350KN，可以 各部分的正、斜截面配筋均可列表計算，此略。 統(tǒng)一調(diào)整后，JL-2梁的配筋見圖7-46。,7.10.1建筑措施 1.建筑物的體型力求簡單 （1）平面形狀簡單 （2）立面體形變化不宜過大，砌體承 重結(jié)構(gòu)房屋高差不宜超過12層 2、控制建筑物長高比及合理布置縱橫墻,7.10 減輕不均勻沉降損害的措施,3、設(shè)置沉降縫: 將建筑劃成若干長高比較小，體形簡單，整體剛度好，結(jié)構(gòu)類型相同，自成沉降體系的獨立單元。 （1）設(shè)置的位置 （2）