1、土木工程毕业设计基础设计第6章 基础设计地基基础是建筑结构的重要组成部分， 是承受上部结构传来的荷载并把这些荷载传递到地基的下部结构。 地基基础设计应综合考虑建筑物的使用要求、上部结构的特点、场地的工程地质、水文地质条件、 施工条件、工期、工程造价等多方面的要求， 合理选择基础方案，保证基础工程的安全可靠、经济合理。 毕业设计中多层框架结构常用的基础形式有柱下独立基础、双柱联合基础、柱下条形基础、柱下接形基础和灌注桩基础等， 本章将主要说明以上基础形式的设计方法。6. 1 基础设计的一般要求6. 1. 1 地基基础设计等级地基基础设计等级设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑物30层以
2、上的高层建筑体型复杂， 层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物大面积的多层地下建筑物（如地下车库、 商场、 运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物（包括商边坡）对原有工程影响较大的新建建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程开挖深度大于15m的基坑工程周边环境条件复杂、 环境保护要求高的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物除甲级、 丙级以外的基坑工程丙级场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及次要的轻型建筑物非软土地区且场地地质条件简单、 基坑周边环境条件简单、 环境保护要求不高且开挖
3、深度小于5m的基坑工程6.1. 2 对地基基础设计的要求为了保证建筑物的安全与正常使用，根据建筑物的基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：1. 所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；2. 设计等级为甲级、 乙级的建筑物，均应按地基变形设计；3. 表6-2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：（1）地基承载力特征值小于l30kPa，且体型复杂的建筑。（2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；（2）地基上的建筑物存在偏心荷载时。（4）相邻建筑距
4、离过近，可能发生倾斜时；（5）地基内有厚度较大或厚薄不均的填士，其自重固结未完成时。4. 对经常受水平荷载作用的高层建筑、 高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性；5. 基坑工程应进行稳定验算；6. 当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。注： 1. 地基主要受力层系指条形基础底面下深度为 3b (b为基础底面宽度， 独立基础下为 1.5b，且厚度均不小于5m的范围（二层以下一般的民用建筑除外）;2.地基主要受力层中如有承载力标准值小于 130kPa 的土层时，表中砌体承重结构的设计，应符合软弱地基的有关要求；3.表中
5、砌体承重结构和框架结构均指民用建筑;4.烟囱高度和水塔容积的数值系指最大值;5.排架结构详见建筑地基基础设计规范 GB 50007-2011;6.1. 3 荷载取值地基基础设计时，所采用的作用效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：1. 按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。2. 计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。3. 计算挡土墙、地基或滑坡稳定以
6、及基础抗浮稳定时，作用效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1. 0。4. 在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的作用效应和相应的基底反力、挡士墙土压力以及滑坡推力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。 当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态作用的标准组合。5.基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数 。不应小于1. 0。6. I. 4 基础埋置深度的选择基础的埋置深度一般指室外地面至基础底面或桩基承台底面的距离。基础埋置深度
7、的大小，对工程造价、施工工期、保证结构安全都有密切的关系。 在选择基础合理的埋置深度，应该详细分析工程地质条件、建筑物荷载大小、使用要求以及建筑周边环境的影响，按技术和经济的最佳方案确定，一般的原则是，在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础宜浅埋，除岩石地基外，基础理深不宜小于 0. 5m。影响基础埋置深度的主要因素，大致可归纳为以下几个方面：1. 建筑场地的地质条件和地下水的影响显然，基础的埋置深度与场地的工程地质与水文条件有密切的关系，一般选用较好的士层作为基础的持力层，浅基础底面进入持力层的深度不小于 300mm。如果上层土的承载力大于下层士且上层土有足够的厚度时，可以取上层士作为基础的
8、持力层，这样基础的埋深和底面积都可以减小，当然此时应验算地基软弱下卧层承载力和变形；当上层软弱层较厚时，可以考虑采用桩基或人工地基。 采用何种基础方案，应从结构安全、施工难易和工程造价等因素综合比较确定。一般基础底面宜设置在地下水位以上，如必须置于地下水位以下时，则应采取地基士在施工时不受扰动的措施，同时考虑地下水对基础是否有侵蚀性的影响，以及施工时基坑排水及基坑支护等问题。位于稳定边坡坡顶的建筑物，当坡高不大于 8m、坡角不大于 45，且垂直于坡顶边缘线的基础底边长度小于等于 3m 时，其基础埋深可按下式计算：条形基础：矩形基础：a-基础外边缘线至坡顶的水平距离，不得小于 2. 5m;b-垂
9、直于坡顶边缘线的基础底边长；-坡角;2. 建筑物的用途及基础构造的影响当有地下室、电梯基坑、地下管线或设备基础时，常需要将基础整体或局部加深以满足建筑物使用功能的需求。 为了保护基础不至露出地面，构造要求基础顶面至室外地面的距离不得小于100mm。3. 基础上荷载大小及性质的影响: 上部结构荷载较大时，一般要求基础置于承载力较高的土层上；对于承受较大水平荷载的基础，为了保证结构的稳定性，常将基础埋深加大；对于承受上拔力的基础，也需要有足够的基础埋深，以保证必要的抗拔阻力。4.相邻建筑物基础埋深的影响当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑基础，同时应考虑新建建筑物基础荷载对原有
10、建筑物的影响。当埋深大于原有建筑基础时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑荷载大小，基础形式和土质情况确定，其净距一般为12倍两相邻基础底面标高差，即L(12)h当上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加同支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基，以保证原有建筑物的安全。5.季节性冻土的影响季节性冻土指一年内冻结与解冻交替出现的土层，有的厚度可达3m。当土层温度降至摄氏零度时，土中的自由水首先结冰，随着土层温度继续下降，结合水的外层也开始冻结，因而结合水膜变薄，附近未冻结区土颗粒较厚的水膜便会迁移至水膜较薄的冻结区，并参与冻结。如地下水位较高，不断向冻结区补充积聚
11、，使冰晶体增大，形成冻胀。如果冻胀产生的上抬力大于作用于基底的竖向力，会引起建筑物开裂甚至破坏；当士层解冻时，土中的冰晶体融化，使土软化，含水量增加，强度降低，将产生附加沉降，称为融陷。季节性冻土的冻胀性与融陷性是互相关联的，故常以阵、胀性加以概括。土的冻胀性大小与土颗粒大小、含水量和地下水位高低有密切关系，建筑地基基础设计规范（以下简称规范）根据土的类别、冻前天然含水量和冻结期间地下水位距冻结面的最小距离将地基士分为不惊胀，弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。当建筑基础底面之下允许有一定厚度的冻土层，可用下式计算基础的最小埋深：hmax-基础底面下允许残留冻土层的最大厚度，按规范附录G.O.
12、2查取;Zd-设计冻深;季节性冻土地基的设计冻深zd应按下式计算:标准冻深。系采用在地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于10年实测最大冻深的平均值。当无实测资料时，按规范附录F采用;zs-土的类别对冻深的影响系数，按表6-3;zw-土的冻胀性对冻深的影响系数，按表64; ze-环境对冻深的影响系数，按表6-50;注：环境影响系数一项，当城市市区人口为20万50万时，按城市近郊取值3；当城市市区人口大于50万小于或等于100万时，只计入市区影响；当城市市区人口超过100万时，除计入市区影响外，尚应考虑5km以内的郊区近郊影响系数。6.1. 5 地基承载力计算确定基础底面尺寸时，需要首先确定
13、地基承载力特征值，在工程地质勘察报告中已经提供了由载荷试验或其他原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定的建筑场地各层士的地基承载力特征值，在基础设计时，当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：Fa-修正后的地基承载力特征值；Fak-地基承载力特征值；b、d-基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下士的类别查表6-6取值;-基础底面以下土的重度(kN/m3），地下水位以下取浮重度；b-基础底面宽度(m)，当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；m-基础底面以上士的加权平均重度（kN/m3），
14、位于地下水位以下的土层取有效重度；d-基础埋置深度Cm），宜自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填士 地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或接基时，基础埋置深度自室外地面标高算 起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。注： 1. 强风化和全风化的岩石， 可参照所风化成的相应土类取值；其他状态下的岩石不修正；2. 地基承载力特征值按规范附录D深层平板载荷试验确定时d 取0;3. 含水比是指土的天然含水量与液压的比值；4. 大面积压实填土是指填士范围大于两倍基础宽度的填士。当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根据
15、士的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并应满足变形要求：Fa-由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；Mb、Md、Mc-承载力系数，按表6 7确定;基础底面宽度，大于6m时按6m取值，对于砂土小于3m时按3m取值；ck-基底下一倍短边宽深度内士的蒙古聚力标准值。注：k基底下一倍短边宽度的深度范围内土的内摩擦角标准值()。在确定地基承载力特征值后， 应计算基础底面的压力，可按下列公式确定：当轴心荷载作用时Fk-相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值 ；Gk-基础自重和基础上的士重；A-基础底面面积;当偏心荷载作用时Mk-相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力
16、矩值。Wk-基础底面的抵抗矩；Pkmin-相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值。当偏心距 eb/6 时，pkmax应按下式计算:式中L-垂直于力矩作用方向的基础底面边长；a-合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。基础底面的压力，应符合下式要求：当轴心荷载作用时: 当偏心荷载作用时，除符合式（6-10）要求外，尚应符合下式要求： （6-12）当地基受力层范围内有软弱卧层时，应按下式进行下卧层强度验算： （6-13）PZ-相应于作用的标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值；Pcz-软卧下卧层顶面处土的自重压力值；Faz-软卧下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。对条形基础和矩
17、形基础，式（6 -13）中的Pz值可按下列公式简化计算： 条形基础：矩形基础：b-矩形基础或条形基础底边的宽度；L-矩形基础底边的长度；PC-基础底面处土的自重压力值；Z-基础底面至软弱下卧层顶面的距离；-地基压力扩散线与垂直线的夹角，可按表6-8采用。注：1. Es1为上层土压缩模量Es2为下层土压缩模量。2z/b0.50时值不变。3. z/b在0.25至0.50之间时可插值使用。6.1. 6 天然地基浅基础的设计内窑与步骤1. 初步选定基础的结构形式、材料和平面布置；2. 确定基础的埋置深度；3. 根据地质勘察报告提供的地基承载力特征值fak,计算经深度和宽度修正后的地基承载力特征值fa;
18、4.根据作用在基础顶面的按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合值和经深度和宽度修正后的地基承载力特征值，计算基础的底面积；5.初步选择基础高度和基础剖面形状，并做冲切承载力验算，确定基础高度；6.若地基持力层下部存在软弱下卧层，则需要验算软弱下卧层的承载力；7.地基基础设计等级为甲、乙级建筑物和部分丙级建筑物应计算地基的变形；8.基础的细部结构和构造设计；9.绘制基础施工图。6.2 柱下独立基础及双柱联合基础设计柱下独立基础是毕业设计、也是实际工程中最常用的基础形式之一，属于扩展基础中的一种，适用于上部结构荷载较大、承受有较大弯矩、水平荷载的建筑物基础。6. 2. 1 构造要求1. 锥形基础的
19、边缘高度，不宜小于200mm，且两个方向的坡度不宜大于1: 3；阶梯形基础的每阶高度一般为300500mm，当基础高度大于或等于600mm而小于900mm时，阶梯形基础分二阶；当基础高度大于或等于900mm时，阶梯形基础分为三阶；2.基础下垫层的厚度不宜小于70mm，每边伸出基础50100mm，垫层混凝土强度为C10;3.底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm，施工时长向钢筋放在下层，短向钢筋放在上层,基础底板受拉钢筋的最小配筋率不应小于0.15%;4.钢筋保护层的厚度，有垫层时不宜小于40mm，无垫层时不宜小于70mm;5.混凝土强度等级不应低于
20、C20;6.现浇柱的纵向钢筋可通过插筋锚入基础中。插筋的数量、直径和钢筋种类与柱纵向钢筋相同，插入基础的钢筋，上下至少应有两道箍筋固定，插筋的下端宜做成直钩放在基础底板钢筋网上。当符合下列条件之一时，可仅将四角的插筋伸至底板钢筋网上，其余插筋伸入基础的长度按锚固长度确定：柱为轴心受压或小偏心受压，基础高度大于或等于1200mm，柱为大偏心受压，基础高度大于或等于1400rnm;7.杯口基础的构造详见建筑地基基础设计规范。6.2. 2 柱下独立基础计算1.基础底面面积设计时可首先按下式估算基础底面面积:式中YG-基础及其以上填士的平均重度，通常取20kN/m2。考虑到偏心荷载的不利影响，对上式得
21、出的基础底面积放大1.11.4倍，偏心距小时取小值，偏心距大时取大值，然后按式（67）式（6-9）验算地基承载力，若满足式(6-7）式（6-9）的要求则可以确定基础底面积，若不满足则要加大基础底面积后重新验算，直至满足要求。2.基础高度基础高度由冲切承载力、剪切承载力和柱内纵向钢筋在基础内的锚固长度的要求确定，一般取100mm的倍数。矩形底板基础一般沿柱短边一侧首先产生冲切破坏，只需根据短边一侧的冲切破坏条件确定基础高度，既要求：上式右边部分为混凝土抗冲切能力，左边部分为冲切力Pi-相应于荷载效应基本组合的地基净反力，轴心荷载作用时，取荷载只在基础长边产生偏心，当偏心距el/6时，取Al-冲切
22、力的作用面积:hp-受冲切承载力截面高度影响系数，当基础高度h不大于800mm时，hp取1.0; 当h大于或等于2000rnm时，hp取0.9，其间接线性内插法取用;Ft-混凝土轴心抗拉强度设计值;bm-冲切破坏锥体斜裂面上、下（顶、底）边长bt，、bb的平均值；h0-基础有效高度;如柱截面长边、短边分别用ac、bc表示，当冲切破坏锥体的底边落在基础底面积之内（图6-1b）的，则冲切力的作用面积为AL=(- -h0)b-(- -h0)2当冲切破坏锥体的底边落在基础底面积之外（图6-lc），则冲切力的作用面积对于阶梯形基础，除了对柱边进行冲切验算外，还应对上一阶底边变阶处进行下阶的冲切验算。验算
23、方法与上面柱边冲切验算相同，只是柱截面长边、短边分别换为主阶的长边和短边，ho换为下阶的有效高度便可。3.基础底板配筋在地基净反力作用下，基础沿柱的周边向上弯曲。一般矩形基础的长宽比小于2，故为双向受弯，当弯曲应力超过基础抗弯强度时，就会发生弯曲破坏，其破坏特征是裂缝沿柱脚至基础角部将基础底板分成四块梯形，故基础底板配筋计算时，可将基础底板看成四块固定于柱边的梯形悬臂板。对于矩形基础，当台阶的高宽比小于或等于2.5和偏心距小于或等于1/6基础宽度时，地基净反力对柱边I I和II -II 截面产生的弯矩为（图6-2):基础底板的配筋计算，根据底板弯矩，各计算截面所需的钢筋面积为：对于阶梯形基础，
24、在变阶处由于混凝土有效高度变小，相应地在基础变阶处（即图2中 III-III 和 IV IV 截面）也应验算基础底板的抗弯承载力，此时只要将以上各式中的ac、 bc换成上阶的长边和短边，将ho换为下阶的有效高度即可。6.2.3 双柱联合基础设计当柱距较小时，按柱下独立基础设计可能出现两个柱下基础底板相互交叉的现象，此时就需要将柱下独立基础改为双柱联合基础。双柱联合基础一般可以分为三种类型：矩形联合基础、 梯形联合基础和梁式联合基础。矩形和梯形联合基础一般用于柱距较小的情况，以避免板的厚度及配筋过大。为使得联合基础的基底压力分布较为均匀，应使基础底面的形心与两柱传下的内力准永久组合值的合力点尽可
25、能一致。联合基础的设计通常做如下假定：（1）基础是刚性的。一般认为，当基础高度不小于柱距的1/6时，基础可视为刚性的；（2）基底压力为线性分布；（3）地基主要受力层范围内土质均匀；（4）不考虑上部结构刚度的影响。1. 矩形联合基础矩形联合基础的设计步骤如下：（1）计算柱荷载的合力作用点（荷载重心）位置。（2）确定基础长度，使基础底面形心尽可能与柱荷载重心重合。（3）按地基士承载力确定基础底面宽度。（4）按反力线性分布假定计算基底净反力设计值，并用静定分析法计算基础内力，画出弯矩图和剪力图。(5）根据受冲切和受剪承载力确定基础高度。一般可先假设基础高度，再代人式（6-27）和式（6-28）进行验
26、算。受冲切承载力验算FL-相应于荷载效应基本组合时的冲切力设计值，取柱轴心荷载设计值减去冲切破坏锥体范围内的基底净反力；m-临界截面的周长，取距离柱周边h02处板垂直截面的最不利周长。受剪承载力验算由于基础高度较大，无需配置受剪钢筋。 验算公式为：V-验算截面处相应于荷载效应基本组合时的剪力设计值，验算截面按宽梁可取在冲切破坏锥体底面边缘处：hs-截面高度影响系数;b-基础底面宽度;（6）按弯矩中的最大正负弯矩进行纵向配筋计算（7）接等效梁概念进横向配筋计算。 矩形联合基础为等厚度的平板， 在两柱间的板受力方式如同一块单向板， 靠近柱位的区段，基础的横向刚度锻大， 可认为在柱边以外各取0. 7
27、5h0的宽度加上柱宽件为 “等效梁” 宽度。 基础的横向受力钢筋按等效梁的柱边弯弯矩计算， 等效梁以外区段按构造要求配置。6.3 柱下条形基础当需要较大的底面积去满足地基承载力要求，此时可将柱下独立基础的底板连接成条，则形成柱下条形基础 。 柱下条形基础主要用于柱距较小的框架结构，也可用于排架结构，它可以是单向设置的，也可以是十字交叉形的。 单向条形基础一般沿房屋的纵向柱列布置。 当单向条形基础不能满足地基承载力的要求，或者由于调整地基变形的需要，可以采用十字交叉条形基础 。柱下条形基础承受柱子传下的集中荷载 ，其基底反力的分布受基础和上部结构刚度的影响，是非线性的。 柱下条形基础的内力应通过
28、计算确定。当条形基础截面高度很大时，例如达到柱距1/31/2时，具有极大的刚度和调整地基变形的能力。6.3.1 构造要求柱下条形基础的截面形状一般为倒T形 ，由翼板和肋梁组成 。其构造除应满足 6.2节柱下独立基础的要求外，尚应符合下列要求：1.肋梁高度一般取1/81/4的柱距，这样的高度一般能满足截面的抗剪要求。柱荷载较大时，可取1/61/4柱距；在建筑物次要部位和柱荷载较小时，可取不小于1/81/7柱距。 肋梁宽度可取柱宽加100 mm，且大于等于翼板宽度的1/4。2. 翼板厚度不宜小于200mm。 当翼板厚度为200250mm时，宜用等厚度翼板；当翼板厚度大于250mm时，宜采用变厚度翼
29、板 ，其坡度小于或等于1 : 30 3. 一般情况下，条形基础的端部应向外伸出悬臂，悬臂长度一般为第一跨跨距的1/41/3。悬臂的存在有利于降低第一跨变矩，减少配筋，也可以用悬臂调整基础形心。4. 现浇柱与条形基础肋梁的交接处，其平面尺寸满足图6-5的要求。图6-5 现浇柱与条形基础胁梁交接处平面尺寸(a）与肋梁轴线垂直的柱边长hc600mm且hcb时； (b）与肋梁轴线垂直的柱边长he600mm 且hcb时。5. 混凝土强度等级不低于C20。6. 肋梁顶、底部纵向受力钢筋除满足计算要求外，顶部钢筋按计算配筋全部贯通底部通长钢筋不少于底部受力钢筋纵截面总面积的1/3。 这是考虑使基础拉、压区的
30、配筋量较为适中，并考虑了基础可能受到的整体弯曲影响。7. 当梁高大于450mm时，应在梁的两侧设置不小于l4的纵向构造钢筋。 该纵向构造钢筋的上下间距不宜大于200mm，其截面面积不应小于腹板截面面积的 0.1%。8. 考虑柱下条形基础可能承受扭矩，肋梁内的箍筋应做成封闭式，直径不小于8mm。间距按计算确定，但不应大于15d (d为纵向受力钢筋直径），也不应大于400mm，在距支座0.25 0.3柱距范围内应加密配置。9. 肋宽b小于或等于350mm时，采用双肢箍筋；350mm800mm时，采用六肢箍筋。10. 翼板的横向受力钢筋由计算确定，但直径不应小于12mm，间距为100200mm。分布
31、钢筋的直径为8l0mm，间距不大于250mm。11.在柱下钢筋混凝土条形基础的T形和十字形交接处，翼板横向受力钢筋仅沿一个主要受力轴方向通长放置，而另一轴向的横向受力钢筋，伸入受力轴方向底板宽度1/4即可。12. 当条形基础底板在L形拐角处，其底板横向受力钢筋应沿两个轴向通长放置，分布钢筋在主要受力轴向通长放置，而另一轴向的分布钢筋可在交接边缘处断开。6.3. 2 计算方法柱下条形基础的内力计算原则上应同时满足静力平衡和变形协调的共同作用条件。 在毕业设计中一般采用简化计算方法，简化计算方法采用基底压力呈直线分布假设，用倒梁法或静定分析法计算。简化计算方法仅满足静力平衡条件，是最常用的设计方法。 简化方法适用于柱荷载比较均匀、柱距相差不大，基础对地基的相对刚度较大，以致可忽略柱间的
