基础工程课件

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

e
G
W A
G
e
2. 基底平面大小与位置的调整原则:(续上页)
(3)扩大部位宜设置在建筑物的宽度方向
纵向相对挠曲>>横向相对挠曲 (4)基底零应力区 非抗震设防: pk min 0
地基不均匀沉降是否会引起较大附加应力
柔性结构
特点:整个承重体系对基础的不均匀沉降有很大的适应性,沉降
差不引起主体结构的附加应力(次应力)。
思考:过大的沉降差有何后果?
主要包括静定结构:以屋架,柱,基础为承重体系的木
结构或排架结构,三铰拱等。
造成围护结构损坏,预埋管道被剪坏,破坏美学和使 用功能等。
l / 4
短梁(刚性梁)
/ 4 l 有限长梁(有限刚度梁)
l
长梁(柔性梁)
梁纯弯曲微分方程
d 2w EI M dx 2
静力平衡条件 对x求二次导数 基础梁挠曲微分方程
dM V dx dV bp q dx
d 4w EI bp q 4 dx
结论及建议
• 1、上部结构对地基变形有一定的调整作用,地基变形使 上部结构产生附加应力。 • 2、柔性结构,在满足允许沉降值前提下,基础高度宜小 不宜大,最适合采用常规设计方法。
• 3、敏感性结构,宜采用刚度大的基础,这样可以减少上 部结构的附加应力。
• 4、刚性结构(高耸构筑物等),上部结构与基础整个体 系刚度很大,地基不均匀沉降可使其倾斜,但几乎不会使 其发生挠曲,建议采用箱基、桩基或其它深基础。 • 5、随着地基抵抗变形能力增强,相互作用意义相对降低。
两个基本概念: 柔度特征值和柔度指数
(1)柔度特征值,量纲为[1/长度]: 4
kb 4EI
物理含义:表示基础对地基的相对刚度。地基的基床系数和梁的抗弯刚度 有关 。其值愈小,则基础相对刚度愈大。 特征长度(特征刚度) -- 1 / (2)柔度指数——表征文克勒地基上梁的相对刚柔程度 l
0,没柔度 ,柔度极大
3.6.2 内 力 计 算
简化计算法 倒梁法 静定分析法 上部结构为刚性结构 上部结构为柔性结构
假设基底净反力为直线(平面)分布 基础具有足够的相对刚度
弹性地基梁法
倒梁法 基本假定: 1上部结构是刚性的 2各柱之间没有沉降差异 3柱脚视为条形基础的铰支座 4考虑柱间的局部弯曲,略去基础全长整体弯曲 适用条件:地基较均匀,上部结构刚度较好,荷载分布较均匀 条形基础梁的高度大于1/6柱距时,地基反力可按直线分布。 a.基础梁边缘处最大和最小地基净反力。
变形协调条件s=w
文克尔假定p=ks
文克尔地基上 梁挠曲微分方程
d 4 w kb w0 4 dx EI
4

kb 4EI
四阶常系数线性常微分方程
w e x (c1 cos x c2 sin x) e x (c3 cos x c4 sin x)
特解(定出系数c1、c2、c3、c4)
——受影响基础的基底反力呈中间大两边小的拱形分布。
设计时要考虑相邻建筑物之间的间距 (二)地基压缩性不均匀的影响
•荷载布置时应考虑地基的非均匀性,以减少地基土的不均匀变形。
结论及建议
• 1、基础架越作用的强弱,取决于基础相对刚度、 土的压缩性及基底塑性区的大小。
• 2、加强基础刚度可以调整或减少不均匀沉降,但
P0-基底附加应力;sm-基础的平均沉降量。
(2)按载荷试验成果确定
k (bp / b)k p
k的取值误差主要会影响基础沉降位移的大小,对内力影响小。见例3-1。
3.6 柱下条形基础设计
柱下条形基础是常用于软弱地基上框架或排架结构的一种基础 类型。 优点:刚度大、调整不均匀沉降能力强。
缺点:造价较高。 柱下应优先考虑扩展基础
连续基础——柱下条形基础、交叉条形基础、筏板基础、箱形 基础统称。
3.1概述
a ) 柱下单向条形基础
b) 十字交叉条形基础
c) 平板式筏板基础
d) 肋梁式筏板基础
e) 箱形基础
连续基础特点
1、基底面积较大; 2、整体刚度大;
承担较大的建筑物荷载 减小不均匀沉降
3、箱形基础和有地下室的筏基用补偿性概念 设计易于满足承载力和沉降的要求; 4、从地基、基础与上部结构共同作用的概念 出发,将连续基础视为地基上的梁、板受弯 构件,用适当方法进行设计。
3.3.4 相互作用分析的基本条件和常用方法
1. 选择适当的地基模型 2. 满足下面两个基本条件
• 静力平衡条件 外荷载与基底反力抵消。 外荷载和基底反力对基础任一点的力矩之和为0。 • 变形协调条件 基底与地基保持接触不脱开。
微分方程
wi si
基底挠度 地基沉降
解析解3.4节
数值解3.5节
3.4文克勒地基上梁的计算
3.4.4基床系数的确定
• 基床系数——表征土力学性质的力学指标。单位:kN / m3 • 定义式:k=p/s • 影响因素:基底压力大小及分布;土的压缩性;土层厚 度;邻近荷载影响等。
• 确定方法:(1)按基础预估沉降量确定
k p0 / sm
厚度为h的薄压缩层地基:sm z h / Es p0h / Es k Es / h
3.3 地基计算模型
文克勒(Winkler)地基模型 线性弹性地基模型 弹性半空间地基模型 分层地基模型 地基模型 非线性弹性地基模型
弹塑性地基模型
3.3.1文克勒( E.Winkler 1867 )地基模型 基本假定:地基上任一点所受的压力强度P与该点的地基沉降s成正比 p k s k 为基床反力系数(基床系数kN/m3)
适用条件: 力学性质与水相近的地基——不能传递剪应力。
(1)地基主要受力层为软土。软土的抗剪强度低,因而能够承受的 剪力值很小。
(2)压缩层厚度不超过基础底面宽度一半的地基。这时,地基中产
生附加应力集中现象,剪应力很小。 (3)基底下塑性区相应较大时。塑性变形不利于剪应力的传递。
(4)支承在桩上的连续基础,可以用弹簧体系来代替群桩。
Fi Fix Fiy
Fix
Fiy
3.8筏形基础与箱形基础
特点:
(1)基底面积大。
(2)整体刚度好。 (3)具有补偿性。
箱形基础
(4)用于高层建筑。
筏形基础与箱形基础
设计概述:基础平面尺寸的确定
1. 相关因素
①地基承载力 ②上部结构的布置 ③荷载分布
2. 基底平面大小与位置的调整原则:
(1)基础平面形心宜与结构竖向永久荷载重心重合。 (2)在荷载效应准永久组合下,偏心距e宜符合下式要求:
3.2地基、基础与上部结构 相互作用的概念
共同作用主要体现在以下三个方面 一 、地基与基础的相互作用 二、地基变形对上部结构的影响 三、上部结构对基础受力状况的影响
上部结构 基础
地基
静力平衡条件
变形协调条件
一、地基与基础的相互作用
• (一)基础刚度对地基的影响 • 1、柔性基础
特点:基础刚度小,基础可随地基变形而弯曲; 基底反力与与作用在基础上荷载分布一致。
如何分配结点荷载?
结点荷载静力平衡: Fi Fix Fiy 分配原则: 结点位移变形协调: wi x wiy
根据文克勒地基上梁的分析结果P88(3-34)式有:
wi x f ( Fix )
wi x f ( Fiy )
wi x wiy
f ( Fix ) f ( Fiy )
三、上部结构刚度对基础受力状况影响
以柱下条形基础为例
(1)绝对刚性的上部结构——基础梁在基底反力作用下产生弯曲。 各柱只能均匀下沉,弯距图较均匀。 (2)完全柔性的上部结构——基础梁在上部荷载和基底反力作 用下产生弯曲。上部结构不参与工作, 弯距图不均匀。
结论
• 1、上部结构刚度对基础受力有约束作用。
敏感性结构
特点:对基础的不均匀沉降反应灵敏。
常见结构:砖石砌体承重结构(砖混结构) 钢筋混凝土框架结构
刚性结构
特点:倾斜而不挠曲。 常见结构: 1.烟囱、水塔、高炉等高耸结构物下整体配置的 独立基础,与上部结构浑然一体,体系刚度大。 2. 体系简单,长高比很小,通常为采用剪力墙, 筒体结构的高层建筑。
p max p min
F M
i
i
计 算 步 骤
bl
W
b.将柱底视为不动铰支座,以地基净反力为荷载,按 多跨连续梁方法求得梁的纵向内力。 c.按扩展基础设计方法设计横向翼板的抗弯抗剪。
纵向计算内力的调整:
(1)基底来自百度文库力局部调整
调整原因:反力直线分布和柱脚不动铰与实际不符。 上部结构刚度约束基础整体弯曲。 导致 计算支座反力不等于柱子轴力。
调整方法:支反力与柱子轴力差作为荷载,再算两次 (2)弯矩调整 边跨跨中弯矩及第一 内支座的弯矩值宜乘以 1.2的系数。
基础 架越作 用
静定分析法简介
3.7柱下交叉条形基础
• 简化计算方法 适用条件:上部结构刚度较小,地基较软弱而均匀,基 础刚度较大。 具体做法:将交叉结点处的柱荷载分配到纵横两个方向 的基础梁上,再将基础分离为若干单向的柱下条基,最 后按上节的方法进行设计计算。
柱下条形基础适用范围: (1)当地基较软弱,承载力较低,而荷载较大时,或地基压缩 性不均匀(如地基中有局部软弱夹层、土洞等)时; (2)当荷载分布不均匀,有可能导致较大的不均匀沉降时; (3)当上部结构对基础沉降比较敏感,有可能产生较大的次应 大或影响使用功能时。
3.6.1 构造要求
倒 T 形截面 肋梁高度 肋梁宽度 翼板厚度 肋梁和翼板 柱距的 1/8~ 1/4 。 每侧比柱至少宽50mm 不应小于 200mm 。 200~250mm 等厚 大于250mm 变厚度 坡度小于或等于 1:3 外伸长度 边跨跨距的0.25倍 基底形心与荷载合力作用点重合 顶面纵筋 全部通长配置 底面通长钢筋 不少于底面受力钢筋总面积的 1/3 箍筋 四肢箍(梁宽 350~800mm) 混凝土 不低于 C20
2、刚性基础
特点:基底反力分布与地基土的 性质、基础埋深有关 一般当荷载不大、而基础埋深和 基底面积足够大,基底反力分布 呈马鞍形。
基础的架越作用——刚性基础能跨越基底中部,将所承担 的荷载相对集中地传递到基底边缘的现象。
3、基础相对刚度的影响 基础相对刚度指基础与地基之间的刚度比。 架越作用的强弱,取决于基础刚度的大小土 的压缩性及基底塑性区的大小。 基础相对刚度大,架越作用大。 4、邻近荷载的影响
应注意同时会使基础内力加大,故基础方案应作 综合考虑。 • 3、对地基软弱不均(如石芽地基),可采用连续 基础;岩石或压缩性很低的地基,宜优先采用扩 展基础。
二、地基变形对上部结构的影响
• 上部结构的刚度,是指整个上部结构对基 础挠曲和不均匀沉降的抵抗能力。 • 柔性结构 • 敏感性结构 • 刚性结构
• 3、三者各自刚度大小是关键。
3.3 地基计算模型
1、地基模型:描述地基土应力(或地基反力)与应变(或地基 变形)关系的数学表达式。
2、建立模型的要求:
(1)尽可能准确模拟地基与基础的相互作用时所表现出的主要力
学性状
(2)便于工程中运用
3、模型用途:从共同作用的概念出发,用以解决基底压力分布和
地基沉降计算问题。
第3章 连续基础
本章主要内容 连续基础概念 地基、基础与上部结构共同工作概念 柱下条形基础设计 文克尔地基上梁的计算模型与应用
• 要求
• 1、了解连续基础的特点 • 2、掌握柱下条形基础的设计方法 • 3、从共同工作概念出发,了解文克尔地基模型假 设的条件及模型的应用 • 4、了解筏板基础、箱形基础的内力计算方法 • 5、理解补偿性设计概念
• 2、应适度增大上部结构刚度,以减少基础挠曲及
内力,调整地基变形。
• 3、在软土地基上,当基础整体刚度有限时,加强 上部结构刚度才有效。


• 1、设计时应将三者作为一个相互关联的会产 生相应变形的整体,三者按各自刚度对相互变 形起制约作用,因而制约整个体系内力。 • 2、按三者共同作用设计,满足静力平衡条件 和变形协调一致的条件,可使建筑物安全、经 济。
k可以表示地基的刚度,k大,地基刚度大,变形不易。
地基土体划分成许 多竖直的土柱
每条土柱可用一根独 立的弹簧来代替弹簧, 基底反力图形与基础 底面的竖向位移形状 是相似的。
基础刚度非常大, 受荷后基础底面仍 保持为平面,则基 底反力图按直线规 律变化
文克勒地基模型的缺点
在土柱竖向变形时,忽略土柱间剪应力,未考虑 地基中应力扩散,地表变形只限于基底范围之内。 实际情况: 土柱之间存在剪应力 应力扩散 基底以外的地表发生沉降
相关文档
最新文档