2019二級注冊建筑師《建筑結構與設備》復習知識點：地基與基礎設計

一、地基基礎設計原則

1 .對地基計算的要求

根據(jù)地基復雜程度、建筑物規(guī)模和功能特征以及由于地基問題可能造成建筑物破壞或影響正常使用的程度， 《 建筑地基基礎設計規(guī)范 》 將地基基礎設計分為三個設計等級(參見GB50007-2011中表3.0.1)。

根據(jù)建筑物地基基礎設計等級及長期荷載作用下地基變形對上部結構的影響程度，地基基礎設計應符合下列規(guī)定：

( l )所有建筑物的地基計算均應滿足承載力計算的有關規(guī)定;

( 2 )設計等級為甲、乙級的建筑物，均應按地基變形設計;

( 3 ) 《 建筑地基基礎設計規(guī)范 》(GB50007-2011)中表 3 . 0 . 2 所列范圍內設計等級為丙級的建筑物可不作變形驗算，如有下列情況之一時，仍應作變形驗算：

l )地基承載力特征值小于 130kPa ，且體型復雜的建筑;

2 )在基礎上及其附近有地面堆載或相鄰基礎荷載差異較大，可能引起地基產生過大的不均勻沉降時;

3 )軟弱地基上的建筑物存在偏心荷載時;

4 )相鄰建筑距離過近，可能發(fā)生傾斜時;

5 )地基內有厚度較大或厚薄不勻的填土，其自重固結未完成時。

( 4 )對經常受水平荷載作用的高層建筑、高聳結構和擋土墻等，以及建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構筑物，尚應驗算其穩(wěn)定性;

( 5 )基坑工程應進行穩(wěn)定性驗算;

( 6 )當?shù)叵滤癫剌^淺，建筑地下室或地下構筑物存在上浮問題剛，尚應進行抗浮驗算。

2 .關于荷載取值的規(guī)定

地基基礎設計時，所采用的荷載效應最不利組合與相應的抗力限值，應按下列規(guī)定采用：

( 1 )按地基承載力確定基礎底面積及埋深時，傳至基礎底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的標準組合。相應的抗力應采用地基承載力特征值。

( 2 )計算地基變形時，傳至基礎底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的標準永久組合，不應計人風荷載和地震作用。相應的限值應為地基變形允許值。

( 3 )計算擋土墻土壓力、地基和斜坡的穩(wěn)定及滑坡推力時，荷載效應應按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，但其分項系數(shù)均為 1.0。

( 4 )在確定基礎高度、支擋結構截面、計算基礎或支擋結構內力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結構傳來的荷載效應組合和相應的基底反力，應按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數(shù)。

當需要驗算基礎裂縫寬度時，應按正常使用極限狀態(tài)荷載效應標準組合。

( 5 )由永久荷載效應控制的基本組合值可取標準組合值的1.35倍。

二、淺基礎

1 .淺基礎設計內容

天然地基上淺基礎的設計，包括下列各項內容：

( l )選擇基礎的材料、類型，進行基礎平面布置;

( 2 )確定地基持力層和基礎埋置深度;

( 3 )確定地基承載力;

( 4 )確定基礎的底面尺寸，必要時進行地基變形與穩(wěn)定性驗算;

( 5 )進行基礎結構設計(對基礎進行內力分析、截面計算并滿足構造要求) ;

( 6 )繪制基礎施工圖，提出施工說明。

設計淺基礎時要充分掌握擬建場地的工程地質條件和地基勘察資料，地基勘察的詳細程度應與地基基礎設計等級和場地的工程地質條件相適應。

在仔細研究地基勘察資料的基礎上，結合考慮上部結構的類型、荷載的性質及大小和分布、建筑布置和使用要求以及擬建基礎對周圍環(huán)境的影響，即可選擇基礎類型和進行基礎平面布置，并確定地基持力層和基礎埋置深度。

上述淺基礎設計的各項內容是互相關聯(lián)的。設計時可按上述順序逐項進行設計與計算，如發(fā)現(xiàn)前面的選擇不妥，則須修改設計，直至各項計算均符合要求且各數(shù)據(jù)前后一致為止。對規(guī)模較大的基礎工程，還宜對若干可能的方案作出技術經濟比較，然后擇優(yōu)采用。

2 .淺基礎的類型

淺基礎根據(jù)結構型式可分為擴展基礎、聯(lián)合基礎、柱下條形基礎、柱下交叉條形基礎、筏形基礎、箱形基礎和殼體基礎等。根據(jù)基礎所用材料的性能可分為無筋基礎(剛性基礎)和鋼筋混凝土基礎。

( 1 )擴展基礎。

墻下條形基礎和柱下獨立基礎(單獨基礎)統(tǒng)稱為擴展基礎。擴展基礎的作用是把墻或柱的荷載側向擴展到土中，使之滿足地基承載力和變形的要求。擴展基礎包括無筋擴展基礎和鋼筋混凝土擴展基礎。

l )無筋擴展基礎。無筋擴展基礎系指由磚、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料組成的無需配置鋼筋的墻下條形基礎或柱下獨立基礎。無筋基礎的材料都具有較好的抗壓性能，但抗拉、抗剪強度都不高，為了使基礎內產生的拉應力和剪應力不超過相應的材料強度設計值，設計時需要加大基礎的高度。因此，這種基礎幾乎不發(fā)生撓曲變形，故習慣上把無筋基礎稱為剛性基礎。無筋擴展基礎適用于多層民用建筑和輕型廠房。

無筋擴展基礎的抗拉強度和抗剪強度較低，因此必須控制基礎內的拉應力和剪應力。結構設計時可以通過控制材料強度等級和臺階寬高比(臺階的寬度與其高度之比)來確定基礎的截面尺寸，而無需進行內力分析和截面強度計算。圖 9-3 所示為無筋擴展基礎構造示意圖，要求基礎每個臺階的寬高比( b2： h )都不得超過 《 建筑地基基礎設計規(guī)范 》 ( GB 50007-2011 )中表 8 . 1 . 1 中所列的臺階寬高比的允許值(可用圖中角度α的正切 tanα 表示)。設計時一般先選擇適當?shù)幕A埋深和基礎底面尺寸，設基底寬度為 b ，則按上述要求，基礎高度應滿足下列條件

由于臺階寬高比的限制，無筋擴展基礎的高度一般都較大，但不應大于基礎埋深，否則，應加大基礎埋深或選擇剛性角較大的基礎類型(如混凝土基礎)，如仍不滿足，可采用鋼筋混凝土基礎。

2 )鋼筋混凝土擴展基礎。鋼筋混凝土擴展基礎常簡稱為擴展基礎，系指墻下鋼筋混凝土條形基礎和柱下鋼筋混凝土獨立基礎。這類基礎的抗彎和抗剪性能良好，可在豎向荷載較大、地基承載力不高以及承受水平力和力矩荷載等情況下使用。與無筋基礎相比，其基礎高度較小，因此更適宜在基礎埋置深度較小時使用?？煞譃閴ο落摻罨炷翖l形基礎和柱下鋼筋混凝土獨立基礎。

( 2 )聯(lián)合基礎。

聯(lián)合基礎主要指同列相鄰二柱公共的鋼筋混凝土基礎，即雙柱聯(lián)合基礎，但其設計原則，可供其他型式的聯(lián)合基礎參考。

在為相鄰二柱分別配置獨立基礎時，常因其中一柱靠近建筑界線，或因二柱間距較小，而出現(xiàn)基底面積不足或荷載偏心過大等情況，此時可考慮采用聯(lián)合基礎。聯(lián)合基礎也可用于調整相鄰兩柱的沉降差，或防止兩者之間的相向傾斜等。

( 3 )柱下條形基礎。

當?shù)鼗^為軟弱、柱荷載或地基壓縮性分布不均勻，以至于采用擴展基礎可能產生較大的不均勻沉降時，常將同一方向(或同一軸線)上若干柱子的基礎連成一體而形成柱下條形基礎。這種基礎的抗彎剛度較大，因而具有調整不均勻沉降的能力，并能將所承受的集中柱荷載較均勻地分布到整個基底面積上。柱下條形基礎是常用于軟弱地基上框架或排架結構的一種基礎形式。

( 4 )柱下交叉條形基礎。

如果地基軟弱且在兩個方向分布不均，需要基礎在兩方向有一定的剛度來調整不均勻沉降，則可在柱網下沿縱橫兩向分別設置鋼筋混凝土條形基礎，從而形成柱下交叉條形剪。

( 5 )筏形基礎。

當柱下交叉條形基礎底面積占建筑物平面面積的比例較大，或者建筑物在使用上有要求時，可以在建筑物的柱、墻下方做成一塊滿堂的基礎，即筏形(片筏)基礎。筏形基礎由于其底面積大，故可減小基底壓力，同時也可提高地基土的承載力，并能更有效地增強基礎的整體性，調整不均勻沉降。

( 6 )箱形基礎。

箱形基礎是由鋼筋混凝土的底板、頂板、外墻和內隔墻組成的有一定高度的整體空間結構，適用于軟弱地基上的高層、重型或對不均勻沉降有嚴格要求的建筑物。與筏形基礎相比，箱形基礎具有更大的抗彎剛度，只能產生大致均勻的沉降或整體傾斜，從而基本上消除了因地基變形而使建筑物開裂的可能性。箱基埋深較大，基礎中空，從而使開挖卸去的土重部分抵償了上部結構傳來的荷載(補償效應)，因此，與一般實體基礎相比，它能顯著減小基底壓力、降低基礎沉降量。此外，箱基的抗震性能較好。

箱基的鋼筋水泥用量很大，工期長，造價高，施工技術比較復雜，在進行深基坑開挖時，還需考慮降低地下水位、坑壁支護及對周邊環(huán)境的影響等問題。因此，箱基的采用與否，應在與其他可能的地基基礎方案做技術經濟比較之后再確定。

( 7 )殼體基礎。

為了發(fā)揮混凝土抗壓性能好的特性，可以將基礎的形式做成殼體。殼體基礎可用作柱基礎和筒形構筑物(如煙囪、水塔、料倉、中小型高爐等)的基礎。

殼體基礎的優(yōu)點是材料省、造價低。不過，由于較難實行機械化施工，因此施工工期長，同時施工工作量大，技術要求高。

3 .基礎埋置深度的選擇

基礎埋置深度(簡稱埋深)是指基礎底面至天然地面的距離。影響基礎埋深選擇的主要因素可歸納為如下 5 個方面：

( 1 )與建筑物有關的條件。

確定基礎的埋深時，首先要考慮的是建筑物在使用功能和用途方面的要求，例如必須設置地下室、帶有地下設施、屬于半埋式結構物等。

( 2 )工程地質條件。

直接支承基礎的土層稱為持力層，其下的各土層稱為下臥層。為了滿足建筑物對地基承載力和地基變形的要求，基礎應盡可能埋置在良好的持力層上。當?shù)鼗芰?或沉降計算深度)范圍內存在軟弱下臥層時，軟弱下臥層的承載力和地基變形也應滿足要求。

( 3 )水文地質條件。

有地下水存在時，基礎盡量埋置在地下水位以上。對底面低于地下水位的基礎，應考慮施工期間的基坑降水、坑壁圍護、是否可能產生流砂、涌土等問題，并采取保護地基土不受擾動的措施。對于具有侵蝕性的地下水，應采用抗侵蝕的水泥品種和相應的措施(詳見有關勘察規(guī)范)。此外，設計時還應該考慮由于地下水的浮托力而引起的基礎底板內力的變化、地下室或地下貯罐上浮的可能性以及地下室的防滲問題。

( 4 )地基凍融條件。

《 建筑地基基礎設計規(guī)范 》(GB50007-2011) 根據(jù)凍脹對建筑物的危害程度，把地基土的凍脹性分為不凍脹、弱凍脹、凍脹、強凍脹和特強凍脹 5 類。

不凍脹土的基礎埋深可不考慮凍結深度。對于埋置于可凍脹土中的基礎，其最小埋深dmin可按下式確定：

式中zd(設計凍深)和 hmax(基底下允許殘留凍土層的最大厚度)可按 《 建筑地基基礎設計規(guī)范 》(GB50007-2011) 的有關規(guī)定確定。對于凍脹、強凍脹和特強凍脹地基上的建筑物，尚應采取相應的防凍害措施。

( 5 )場地的環(huán)境條件。

氣候變化、樹木生長及生物活動會對基礎帶來不利影響，因此，基礎應埋置于地表以下，其埋深不宜小于 0.5m (巖石地基除外);基礎頂面一般應至少低于設計地面 0 . lm 。

靠近原有建筑物修建新基礎時，新基礎的埋深不宜超過原有基礎的底面，否則新、舊基礎間應保持一定的凈距，其值不宜小于兩基礎底面高差的 1~2 倍(土質好時可取低值) , 如圖 9-4 所示。如不能滿足這一要求，則在基礎施工期間應采取有效措施以保證鄰近原有建筑物的安全。

如果在基側影響范圍內有管道或溝、坑等地下設施通過時，基礎底面一般應低于這些設施的底面，否則應采取有效措施，消除基礎對地下設施的不利影響。

在河流、湖泊等水體旁建造的建筑物基礎，如可能受到流水或波浪沖刷的影響，其底面應位于沖刷線之下。