第 9 章 天然地基上浅基础的设计 本章内容简介 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1、天然地基上浅基础的设计原则 2、浅基础类型 3、基础埋置深度的选择 4、地基承载力的确定 5、浅基础的设计与计算 6、减轻不均匀沉降危害的措施 本章内容简介
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1、天然地基上浅基础的设计原则 识记：建筑物安全等级的概念。 领会：对地基计算的要求 2、浅基础类型 识记：浅基础的类型与适用条件 3、基础埋置深度的选择 识记：有关基础埋置深度的确定的原则。 领会：影响基础埋置深度选择的因素。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 4、地基承载力的确定 识记：各级建筑物确定地基承载力的方法； 影响地基承载力的主要因素。 地基承载力特征值的深度、宽度修正方法。 领会：根据规范表格确定各类地基土承载力特征值的方法。 5、浅基础的设计与计算 识记：刚性基础台阶宽高比的概念。 领会：各类建筑物对地基变形验算的要求。 综合应用：按地基持力层承载力，确定墙下条形基础 和柱下单独基础的底面尺寸；进行基础结构设计； 软弱下卧层承载力的验算。 6、减轻不均匀沉降危害的措施。 领会：减轻不均匀沉降危害的建筑措施、结构措施和施工措施。
学习目的和要求 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 通过本章的学习，了解浅基础的类型及其适用条件， 熟悉基础埋置深度的确定原则，掌握地基承载力特征值 的确定方法，熟练掌握按地基持力层承载力计算墙下 条形基础和柱下单独基础的底面尺寸，掌握软弱下卧层 承载力的验算方法，理解地基变形验算要求和减轻不均匀 沉降危害的措施。
地基基础设计是土木工程结构设计的重要组成部分。结构设计包含基础设计。在某种地质条件下，基础设计的意义和要求，比上部结构设计更重要、更难。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 §9.1 地基基础设计原则 1、概述 地基基础设计是土木工程结构设计的重要组成部分。结构设计包含基础设计。在某种地质条件下，基础设计的意义和要求，比上部结构设计更重要、更难。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 地基基础分类： 地基 天然地基 是不经过对地基土的处理 人工地基 经过地基处理
基础 第 9章 天然地基上浅基础的设计 浅基础 埋深小于5m，或者埋深大于5m，但是 小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。 所以不是简单的深浅概念。 基础 深基础：当基础埋置深度较大（一般大于5m或 大于基础最小宽度），须借助特殊的施工方法和装备建造的基础。
第9 章 天然地基上浅基础的设计 地基基础设计包括两方面的内容： 地基、基础 地基及基础示意图 对基础的要求： ① 结构强度、刚度和耐久性 ② 与上部结构相适应 对地基的要求： ① 承载力（强度） ② 沉降(变形）
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 D D 地基与基础密切相关，彼此制约 地基与基 础的关系 地基与基础设计 不能单方面考虑
地基基础 方案选择 优选 天然地基 上的浅基础 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 包括建筑物的用途、结构布置、结构类型、荷载性质及大小等 建筑物的性质 包括场地土层分布、组成、土性及地下水等 地基基础 方案选择 工程地质条件 优选 施工条件 包括当地施工技术力量、施工设备、材料价格、工期等 天然地基 上的浅基础
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 地基基础设计等级
甲级 乙级 地基基础设计等级 丙级 1）地基复杂程度 2）建筑物规模和功能特征 3）地基问题可能造成建筑物 破坏或影响正常使用程度 划分原则 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 地基基础设计等级 甲级 乙级 丙级 1）地基复杂程度 2）建筑物规模和功能特征 3）地基问题可能造成建筑物 破坏或影响正常使用程度 划分原则
计算要求 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 地基计算内容 建筑物类型 地基承载力计算 设计等级为甲、乙、丙级的建筑物 地基变形计算 设计等级为甲、乙及部分丙级建筑物 地基稳定性计算 经常受水平荷载的高层建筑物；高耸结构、挡土墙；建造在斜坡上或边坡附近的建筑物或构筑物；基坑工程 抗浮验算 当地下水埋藏较浅，建筑物地下室或地下构筑物存在上浮问题
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 荷载取值 F M e F+G 计算内容 荷载效应最不利组合 相应的抗力及限值 图示 按地基承载力确定基底面积及基础埋深 正常使用极限状态下荷载效应的标准组合 地基承载 力特征值 fa ( kpa ) 计算地基变形 正常使用极限状态下荷载效应的准永久值组合 （不计入风荷载和地震作用） 地基变形值 [S] 计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定、滑坡推力 承载力极限状态下荷载效应的基本组合，但分项系数均为1； 确定基础高度、支挡结构截面；计算基础或支挡结构内力；确定配筋或验算材料强度 承载力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数； F M e F+G
（软弱下卧层强度、变形稳定、抗滑验算等） 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 建筑物的型式与功能 上部结构荷载资料 场地勘察与室内试验资料 场地施工技术条件 基础型式方案比较 拟定基础型式及平面布置 确定基础埋深 必要时的验算 （软弱下卧层强度、变形稳定、抗滑验算等） 确定地基承载力 确定基底平面尺 寸 计算地基承受荷 载 基础结构设计（基础剖面尺寸、配筋） 编制施工说明、绘施工 图 计算地基净反力 不 满 足 设计 内 容和 步骤
浅基础的设计方法 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 上部结构 基础 地基 基底压力接近直线“刚性设计” 上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的。 建筑物设计 基础 地基 基底压力 附加应力 地基沉降变形 基底反力 基础结构的外荷载 基底压力接近直线“刚性设计”
§9.2 浅基础的类型 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 刚性基础 按基础受力特点 柔性基础 扩展基础 柱下条形基础 浅基础的分类方法 §9.2 浅基础的类型 按基础受力特点 柔性基础 刚性基础 按基础结构类型 扩展基础 柱下条形基础 柱下交叉条形基础 筏形基础 箱形基础 壳体基础 浅基础的分类方法 按基础材料 无筋基础 钢筋混凝土基础
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1)扩展基础 基础材料 无筋扩展基础(刚性基础) 钢筋混凝土基础(柔性基础) 结构型式 柱下独立基础(单独基础) 墙下条形基础
无筋扩展基础(刚性基础） 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 材料：砖、石、灰土、三合土及混凝土 工作条件：犹如一倒置的承受地基反力 的两端外伸的悬臂梁 特点：砖、石、灰土，素混凝土材料 抗压强度较高，抗拉和抗剪强 度很低，受弯后易剪切破坏。 设计 采用限制基础外伸宽度与高 方法：度之比（台阶宽高比）不超 过允许值的构造措施。
刚性基础：用砖、石抗拉和抗剪强度较低的材料 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 刚性基础：用砖、石抗拉和抗剪强度较低的材料 建造，在构造上受刚性角限制，受力 后不发生挠曲变形的基础。 定义 应用范围： 一般用于六层及六层以下（三合土不超过四层）的民用建筑和轻型厂房。
钢筋混凝土扩展基础(柔性基础) 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 材料: 钢筋混凝土 工作条件：倒置悬臂梁 材料: 钢筋混凝土 工作条件：倒置悬臂梁 特点：基础配置一定数量的钢筋，可 以承受拉应力，故不受刚性角 的限制，但要满足抗弯, 抗剪 和抗冲切等结构要求。 定义：柔性基础 ---- 用钢筋混凝土建造，构造上不受刚性角限制，受力后允许产生一定挠曲变形的基础。 适用条件： 宽基浅埋
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 基础材料: 钢筋混凝土 2)柱下条形基础 单向条形基础: 同一轴线（或同一方向）上若干 柱下相连的钢筋混凝土条形基础。 结构型式 十字交叉条形基础: 柱网下沿纵横两向分别设置 的钢筋混凝土条形基础。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 适用条件： 地基土较软弱，分布不均；基底面积受相邻建筑物或设备基础的限制无法扩展时；柱荷载差异大，以致基底面积扩大使其彼此接近或象相碰时。 工作条件：有别于钢筋混凝土扩展基础，不仅在横截面方向如倒置的悬臂梁，在纵向则如倒置的以各柱为铰支的多跨连续梁。 特点：1）抗弯刚度大，具有调 整不均匀沉降的能力。 2）能将集中柱荷载较均 匀地分布到整个基底。
覆盖于建筑物地基上的整体钢筋混凝土板状基础。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 3) 筏形基础 覆盖于建筑物地基上的整体钢筋混凝土板状基础。 基础材料: 钢筋混凝土 工作条件: 犹如倒置的楼盖结构 墙下筏基 –-- 平板式 结 构 型 式 平板式 柱下筏基 梁板式
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 3) 筏形基础
筏基的功能 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1)无力调整过大的差异沉降 2)上下配筋，经济指标较高 不足之处 1）有较大基底面积，不仅易于满足软弱地基承载力的要求， 而且减少了地基的附加压力，并在与上部结构共同工作的 条件下使沉降比较均匀； 2）对上部结构刚度较好的多层房屋，能增加整体性能，减少 相对沉降，增强抗震性能； 3）可跨越土中浅层小洞穴和局部软弱层，防止因局部下沉造 成的房屋损坏； 4）可作为水池、油库等的防渗底板； 5）有地下室时，可提供较宽敞的使用空间； 6）有地下室或架空地板时，具有一定的补偿性效应。
由钢筋混凝土底板、顶板和内外墙体组成的整体空间结构基础。整体性更好 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 4) 箱形基础 由钢筋混凝土底板、顶板和内外墙体组成的整体空间结构基础。整体性更好 基础材料: 钢筋混凝土 适用条件： 软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降要求严格的建筑物
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 4) 箱形基础 底板 外墙 内墙
1）基础埋深大、中空形式，使开挖卸去的土重部分抵偿 了上部结构传来的荷载，能显著减小基底压力、降低 基础沉降量； 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 4) 箱形基础 特点 1）基础埋深大、中空形式，使开挖卸去的土重部分抵偿 了上部结构传来的荷载，能显著减小基底压力、降低 基础沉降量； 2）整体刚度大，只能产生大致的均匀沉降或整体倾斜， 抗震性能好； 3）具有较大地下空间可供各种使用功能，但因内墙分隔 而使使用受限； 4）经济指标高，施工技术复杂，对防水通风要求较高。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 5) 壳体基础 基础材料：钢筋混凝土 正圆锥壳体 结构型式 M形组合壳体 内球外锥组合壳体 适用条件： 可用作柱基础和筒形构筑物基础 特点：1）材料省、造价低， 2）施工技术要求高。
基底面积越来越大、对上部结构荷载的扩散作用越来越强 设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 小结 浅基础的特点： 单独基础 柱下条形基础 箱形和筏形基础 基底面积越来越大、对上部结构荷载的扩散作用越来越强 在相同的上部结构荷载作用下，基底压力和基底附加压力越来越小， 刚度越来越大，可以适应更软弱的地基，可以减小地基的沉降变形 在相同的地基条件下，可以承受更大的上部结构荷载作用 设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高
持力层（受力层） F G 下卧层 埋深定义 d §9.3 基础埋置深度的选择 1、确定基础埋深的意义和原则 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 §9.3 基础埋置深度的选择 1、确定基础埋深的意义和原则 埋深定义 下卧层 持力层（受力层） F G d 设计地面 基础底面 基础埋深
选择埋深的意义 选择合适的持力层 实质 保证 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1）地基的可靠性（强度、变形要求） 2）基础的稳定性（抗倾覆、滑动和侵蚀要求） 3）施工的难易性（埋深大施工难，反之则易） 4）造价的经济性（埋深大造价高，反之则低） 保证
浅埋可节约材料，方便施工，缩短工期，降低造价 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 选择埋深的原则 浅埋可节约材料，方便施工，缩短工期，降低造价 1）在满足地基强度、稳定和变形要求的前提下，基础应 尽量浅埋； 2）除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。基础顶面一般不露出地面，要求基础顶面低于地面不小于0.1m 。
1）与建筑物有关的条件 2、选择基础埋深的影响因素 建 筑 物 的 功 能 用 途 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 抗震区筏板、箱形基础不宜小于建筑物高度1/15； 桩箱、桩筏基础 不宜小于建筑物高度1/18~1/20 2、选择基础埋深的影响因素 1）与建筑物有关的条件 建 筑 物 的 功 能 用 途 1、考虑建筑物结构类型、使用功能和用途要求； 2、土质地基上高层建筑，应满足稳定性要求； 3、岩石地基上高层建筑，应满足抗滑要求； 4、受上拔力的基础，满足抗拔要求； 5、高耸构筑物，满足抗倾覆稳定性要求。
软土 好土 软土 好土 好土 软土 2）工程地质条件 h1 h1 (很深) 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 I II III IV 基础条件由其它条件确定时，基础尽可能浅埋 只有轻型建筑可用，否则采用连续基础、人工处理或深基础比较确定 上软下硬 h1< 2m , 基底置于下层好土h1=2m~4m高楼置于好土,低楼置于软土 h1>4 m 桩基或人工处理 上硬下软 尽量浅埋（宽基浅埋），但是如h1太小就按情况Ⅱ考虑
3）水文地质条件 地基中有地下水时 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1）基础应尽量置于地下水位以上； 2）当基础必须置于地下水位以下时，应考虑排水、围护 及扰动，地下水有无侵蚀性，设计时还应考虑地下室 防渗、抗浮等问题； 3）有承压水时，由避免基坑被承压水冲破的条件确定。 向下的土压力 . 要求 有承压水时 向上的承压水压力
4）地基冻融条件 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 冻土地基：地基土的温度低于摄氏零度时，土 中部分孔隙水将冻结而形成冻土。 冻土地基：地基土的温度低于摄氏零度时，土 中部分孔隙水将冻结而形成冻土。 季节性冻土----冬季冻结，夏季融化， 每年冻融交替一次。 冻土的类 型 多年冻土----连续冻结三年以上的冻土。
冰 冻胀机理 土的冻胀与融陷 结合水 冻胀 — 土冻结后体积的膨胀 毛细水 土颗粒 融陷 — 冻土融化后引起建筑物沉陷的现象。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 土的冻胀与融陷 毛细水 土颗粒 结合水 冰 冻胀 — 土冻结后体积的膨胀 冻胀机理 结冰时水的膨胀可达10% 左右，且膨胀力很大，达 2MPa量级，当膨胀力大于 基底压力时，基础被抬起 融陷 — 冻土融化后引起建筑物沉陷的现象。
土冻胀的 影响因素 冻结区 冻深 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 土质：含弱结合水或有毛细水的细粒土 含水量：含水量越大，冻胀性越强 地下水位：离冻结区越近，水分补充越快 冻结区 冻深 毛细区 地下水位
dmin hmax 室内地面 冻胀的分类 Zd 冻深对基础埋深的要求 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 不冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 室内地面 dmin = zd – hmax dmin 式中： zd –– 设计冻深； hmax ––允许残留冻土 最大厚度。 Zd hmax
L/ H=1~2 5）场地环境条件 ① 有地下室或半地下室的建筑， 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 其埋深必须结合地下部分设计 标高选定。地下管道（上下水， 煤气电缆）应在基底以上，且 应预留孔洞，孔径应大于管径 （10~15mm），管道宜选柔材。 L/ H=1~2 ② 同一建筑物基础可采用不 同的埋深，对土质地基上 的墙下无筋基础，应做成 台阶状，这是为解决基础 不均匀变形的构造措施。
d ③ 新旧相邻建筑物新基础的 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 埋深不宜超过原有建筑物 基础底面，否则应有一定 L H ③ 新旧相邻建筑物新基础的 埋深不宜超过原有建筑物 基础底面，否则应有一定 间距，即：L／H =1~2 若不能满足上述要求，则 应在施工期间对原有建筑 物采取保护措施。 ④ 为了保护基础不受人 类和其他生物活动等 的影响，基础的顶面 宜低于室外设计地面 0.10m，同时又要便 于周围排水沟的布置。 d 大于10cm
§9.4 浅基础的地基承载力 1. 地基承载力的概念 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 地基承受荷载的能力 1. 地基承载力的概念 地基承受荷载的能力 为了满足地基强度和稳定性的要求，设计时必须控制基础底面最大压力不得大于某一界限值，这一界限值称为地基承载力 。 极限承载力:地基即将丧失稳定性时的承载力; 允许承载力:地基稳定有足够的安全度且变形 在允许范围内时的承载力。
s p ~ s曲线 地基承载力特征值fa — 在保证地基稳定的条件下, 使建筑物的沉降量不超过 允许值的地基承载力。 pcr pu fa 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 地基承载力特征值fa — 在保证地基稳定的条件下, 使建筑物的沉降量不超过 允许值的地基承载力。 s p ~ s曲线 pcr pu fa sa p 地基承载力特征值相应于载荷试验时，地基土的压力变形曲线线性变形段内不超过比例界限点的 地基压力值。
地基承载力是 2. 地基承载力确定的原则 其变形的函数 荷载增加 特点： 地基变形增长 地基承载力加大 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 2. 地基承载力确定的原则 1） 在最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象； 2）在长期荷载作用下，地基变形不造成上部结构损坏。 荷载增加 特点： 1. 地基承载力特征值实质就是允许 承载力； 2. 按正常使用 极限状态原则确定； 3. 以地基的变形作为控制标准。 地基变形增长 地基承载力加大
3. 地基承载力特征值确定的方法 分类 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 按地基现场载荷试验确定 根据土的抗剪强度指标，按理论公式计算 3. 地基承载力特征值确定的方法 按地基现场载荷试验确定 根据土的抗剪强度指标，按理论公式计算 分类 按规范承载力表确定 根据相邻条件相似的建筑经验确定
1) 按地基载荷试验确定 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 浅层平板载荷试验 ------ 适用于浅层地基 深层平板载荷试验 螺旋板载荷试验 适用于深层地基 千斤顶 荷载板 载荷板的测试范围：在现场通过0.25～0.50m2的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的成果一般能反映相当于1～2倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。
地基承载力特征值 p ~ s曲线“陡降型” 比例界限 pb时，取pb对 应的荷载值为地基承载 力特征值； 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 载荷试验结果 p ~ s 曲线 确定 地基承载力特征值 p ~ s曲线“陡降型” 步骤： 1）当p ~ s曲线上有明显的 比例界限 pb时，取pb对 应的荷载值为地基承载 力特征值； 2）当 pu < 2pb时，取 pu / 2 为地基承载力特征值。
p ~ s曲线“缓变型” 条件： 承压板面积为 0.25 ~ 0.50m2 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 步骤： 当p ~ s曲线上无明显的比例界限 pb和极限荷载pu时，取沉降 s = (0.01~0.015) b对应的荷载值为地基承载力特征值；且其值不大于最大加载量的一半。 条件： 承压板面积为 0.25 ~ 0.50m2
地基承载力特征值 方 法 常出现于低压缩性土 控制 常出现于中、高压缩性土 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 载荷试验结果 确定 p ~ s 曲线 确定 p-s曲线“陡降型”—— 取值主要由地基强度控制 方 法 常出现于低压缩性土 p-s曲线“缓变型” —— 取值主要由地基允许变形 控制 常出现于中、高压缩性土
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 要求 同一层土参加统计试验点不少于三点，所得试验实测值的极差(最大值与最小值之差)不超过平均值的30%时，取此平均值为地基承载力特征值fak。即： 满足： Δf = famax – famin ≤ 0.3fam 有： fak = fam
载荷试验的主要优缺点 缺点：费时、耗资多；载荷板的尺寸一般比实际基础小，影响深度较小，试验只反映这个范围内土层的承载力。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 载荷试验的主要优缺点 优点： 载荷试验可靠性高，对于成分或结构很不均匀的土层，如杂填土、裂隙土、风化岩等，它则显出用别的方法所难以代替的作用。 缺点：费时、耗资多；载荷板的尺寸一般比实际基础小，影响深度较小，试验只反映这个范围内土层的承载力。 载荷板与实际基础对地基影响深度比较 (a)载荷试验 (b)实际基础
fa = Mb b + Md md + Mcck 2) 按土的抗剪强度指标确定 为理论依据 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 承载力系数，按 查表确定。 地基极限承载力理论公式 安全系数，一般取2~3 地基规范推荐的理论公式 该公式相应的理论模式是基底压力呈条形均匀分布。所以仅适用于e ≤0.0033b的 情况。 fa = Mb b + Md md + Mcck 注：此式以p1/4=N b/2+Nq d+Ncc 为理论依据
几点说明： fa = Mb b + Md md + Mcck 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 （1）土的抗剪强度指标 、ck的取值 原状土样，三轴试验，每层土的试验数量≥6组； （2）地下水对地基承载力的影响 基底上下土的重度γm、γ，在地下水位以下采用有效重度; （3）基础宽度和埋深对地基承载力的影响 对 ＞0的土，增大基础宽度，地承力随之增大；但b ≥6 时，取b = 6；对砂土地基b < 3时，取b = 3。 （4）按此式确定fa时，尚应进行地基的变形验算。
3.地基承载力特征值的修正 修正原因: 适用条件: 修正公式: 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 3.地基承载力特征值的修正 考虑增加基础宽度和埋置深度时，地基承载力也将随之提高，所以，应将地基承载力对不同的基础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。 修正原因: 当基础宽度大于 3m或埋置深度大于0.5m时，从现场载荷试验或其他原位测试等方法确定的地基承载力特征值应进行修正。 适用条件: fa = fak + ηb (b – 3) + η d m (d – 0.5) 修正公式: 基础宽度和埋深的地承力修正系数，查表7.10
fa 与 fak 的 区 别 fa = Mb b + Md md + Mcck 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 fa 与 fak 的 区 别 fa = Mb b + Md md + Mcck 以界限荷载 为基础的理论公式结合经验给出计算地基承载力设计值 fa = fak + ηb (b – 3) + η d m (d – 0.5) 未经深宽修正的地基承载力特征值，由土质地基的现场载荷试验和静力触探、动力触探、标准贯入试验等原位测试法取得，经深宽修正后方得到。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计
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§9.5 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 基础底面尺寸的确定 建筑物确定了基础类型和埋置深度后，若已知基础底面尺寸，可以进行地基土持力层承载力和变形验算，如果还存在软弱下卧层，还需对软弱下卧层的承载力进行验算。 若底面尺寸不知道，可以根据外荷载和地基承载力进行地基基础设计，对于轴心荷载作用，可假定基础底面形状为正方形；对于偏心荷载作用，可假定基础底面形状为长方形，并根据偏心距的大小给出长边和短边的合适比例后，再进行设计。
Fk 计算要求 Gk 1. 按地基持力层承载力特征值确定基底面积 1）中心荷载下的基础 计算假定: 基底压力均匀分布 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1. 按地基持力层承载力特征值确定基底面积 Gk Fk 1）中心荷载下的基础 计算假定: 基底压力均匀分布 计算要求 基底平均压力标准值pk不超过持力层经修正后的地基承载力特征值fa，即： pk ≤ fa
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 Fk 基础自重及其台阶上的土重 计算公式 实体 基础 d Gk Gk =γGAd = 20Ad l b
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 讨 论 基础及回填土的平均重度，一般取20 , 地下水位以下取10 上式中有两个未知数 和 ，可能要通过反复试算确定。 计算时，可先对地基承载力只进行深度修正，计算 值； 然后按计算所得的 ，考虑是否需要进行宽度修正， 使得 、 间相互协调一致。
① 矩形基础 A = l b （一般l / b ≤ 3） ② 方形基础 A = b2 ③ 条形基础 A = 1×b = b 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 ① 矩形基础 A = l b （一般l / b ≤ 3） ② 方形基础 A = b2 沿基础长度方向取1m的计算单元（l = 1m） ③ 条形基础 A = 1×b = b
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 【例1】某住宅承重墙厚240mm，采用墙下条形基础；地基土表层为杂填土，厚度0.80m，重度17.5kN/m3，其下为粘土层，重度18.5 kN/m，承载力特征值 fak为 170kPa，孔隙比0.86。地下水位在地表下 1.0m 处。若已知上部墙体传来的竖 向荷载标准值为195kN/m。试 确定基础底面尺寸。 解: 1.确定基础埋深: 为了便于施工，基础宜建在 地下水位以上，故选择粘土层 作为持力层，初步选择基础 埋深 d = 1m。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 2.对持力层土进行深度修正: 埋深范围内土的加权平均重度： 3.取 1m 长的条基作计算单元 基础宽度：
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 取该承重墙下条形基础宽度 b ＝ 1.25m。 4.验算: 满足要求。
计算要求 pk ≤ fa 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 e F+G F M l b pkmax pkmin pk （2）偏心荷载作用下的基础： 计算假定: 基底压力按直线分布 （梯形或三角形分布） 计算要求 同时满足下列两式的要求，即： pk ≤ fa pkmax ≤ 1.2fa
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 Mk = ( Fk + Gk ) e 计算公式 基础底面的抵抗矩 矩形基础
当pkmin< 0时 矩形基础 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 F+G l e k b x y 3k e > l / 6: 出现拉应力区 当pkmin< 0时 矩形基础 偏心荷载作用点至最大压力pkmax作用边缘的距离(m): k = (l /2 ) -e
计算步骤 A ≈A1 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸——逐次渐近试算法 1) 按中心受压初步计算基底尺寸： 承载力特征 值可先进行 深度修正 2) 据偏心大小，增加基 底尺寸10~40%，即： A1 =（1.1~1.4）A0 A ≈A1 3) 初选 l 和 b，一般取l / b=1~2，得实际基底尺寸： 若b＞3，则对地基承载力进行宽度修正
pk pkmax 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 4) 计算基底应力： 其中： Mk = M0k + VkH0 上部结构 传来的力矩标准值
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 要求：1）应满足 e ≤ l／６ (即pkmin≥0) 2）对重要建筑物：pkmin／pkmax≥1/4 ~ 1/3 以避免产生过大的不均匀沉降； 3）对个别情况可：e ＞ l／6 (即pkmin< 0） 此时： 5) 验算 ： pk ≤ fa pkmax ≤ 1.2fa 如不满足要求，应修改尺寸，重复 上述步骤，直到符合要求为止。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 【例2】 柱截面尺寸300mm×400mm，作用在柱底的荷载标准值：中心垂直荷载700kN，力矩80kN-m，水平荷载13kN。其它参数见下图。试根据持力层地基承载力确定基础底面尺寸。 此题为偏心荷载作用下的基础，解题思路为:对地基承载力进行深度修正，按中心荷载作用初定基础底面积，考虑偏心荷载作用扩大基础面积，验算地基承载力，如不合适，调整基底面积重复按上述步骤计算。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 【解】 1、求地基承载力特征值 根据粘性土e=0.7，IL=0.78查表7.10，得：ηb=0.3ηd=1.6 持力层承载力特征值fa（先只考虑对基础进行深度修正）： 2、初步选择基底尺寸计算基础和回填土重Gk时的基础埋深。 按中心受压计算基底面积： 由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即： 初步选择基础底面积 因 不需再对fa进行宽度修正。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 3、验算持力层地基承载力 基础和回填土重： 即 基底最大压力： 基底平均压力： 满足要求。 最后确定该柱基础底面长 L = 2.4m, 宽b = 1.6m。
Es1 Es2 软土 2. 地基软弱下卧层承载力验算 验算要求： pcd pcz pz + pcz ≤ faz 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 2. 地基软弱下卧层承载力验算 软卧层顶面处的 附加应力标准值 软弱下卧层是指在持力层下，成层土地基受力层范围内，承载力显著低于持力层的高压缩性土层。 当持力层下有软土时，可能在此层破坏，需要验算软弱下卧层的地基承载力 基底压力 Fk Pk d z pcd 软土 Es1 Es2 Gk pcz 基底处自重应力 验算要求： 作用于下卧层顶面的全部压力（自重应力和附加应力），不超过软卧层的承载力。即： pz + pcz ≤ faz 软卧层顶面处自重应力
Es1 Es2 软土 条件 软弱下卧层顶面的附加应力简化计算 --- 压力扩散角法 矩形基础： 条形 基础 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 软弱下卧层顶面的附加应力简化计算 --- 压力扩散角法 假设基底处的附加应力向下传递时按某一角度向外扩散，并均匀分布于较大面积的软弱下卧土层上。 Fk Pk d z 软土 Es1 Es2 Gk 软卧层顶面处附加应力= 基底处附加应力 应力扩散后面积 矩形基础： 条形 基础 注 扩散角 与Es1/ Es2及z/b有 意: 关，持力层太薄不起作用 条件
Es1 Es2 软土 软弱下卧层地基承载力特征值faz计算 faz = fak + ηdγm（d + z – 0.5） 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 软弱下卧层地基承载力特征值faz计算 faz = fak + ηdγm（d + z – 0.5） 对软弱下卧层地基 承载力只进行深度 修正，修正深度从 地面到软卧层顶面 pz + pcz ≤ faz Fk Pk d z pcd 软土 Es1 Es2 Gk pcz
1) 采用“宽基浅埋”方案，尽量减少基础埋深，增 加基底至软弱下卧层的距离，使传至软弱下卧 层的附加应力减小； 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 当上述验算不能满足时可采取的措施 1) 采用“宽基浅埋”方案，尽量减少基础埋深，增 加基底至软弱下卧层的距离，使传至软弱下卧 层的附加应力减小； 2) 增大基础宽度，减小基底压力，使传至软卧层 的附加应力减小（但可能增加软弱卧层变形）; 3) 采用人工地基或采用深基础避开软弱下卧层 。
基础埋深 ，地基资料如下图所示，试确定基底尺寸并验算软弱下卧层。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 【例3】某承重墙厚 ，传来轴力标准值 基础埋深 ，地基资料如下图所示，试确定基底尺寸并验算软弱下卧层。 【解】 1、持力层承载力验算： 中心荷载作用，沿墙长方向取 。 埋深范围内土的加权平均重度 先进行深度修正：
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 确定基底尺寸： 由于： 不须进行宽度修正。 基底平均压力标准值：
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 2、软弱下卧层验算： 软弱下卧层顶面处自重应力 软弱下卧层顶面以上土的加权 平均重度： 软弱下卧层顶面处的附加应力： 淤泥质土承载力修正： 则： 满足要求
验算对象 验算内容 3. 地基稳定性验算 1) 承受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构物 2) 建在斜坡上或边坡附近的建(构)筑物。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 抗滑力矩 3. 地基稳定性验算 滑动力矩 验算对象 1) 承受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构物 2) 建在斜坡上或边坡附近的建(构)筑物。 验算内容 1) 整体滑动破坏 --- 通常采用圆弧滑动面法 要求: K = Mr／Ms ≥ 1.2
验算内容 2) 斜坡上建(构)筑物 对稳定土坡(如图)上的基础 当b≤ 3m，a < 2.5m，且符合 要求: 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 验算内容 可不进行稳定验算 2) 斜坡上建(构)筑物 对稳定土坡(如图)上的基础 当b≤ 3m，a < 2.5m，且符合 要求: 对条形基础: 对矩形基础:
地基变形验算目的——保证建筑物安全、正常使用和 外观。 变形验算的要求：建筑物的地基特征变形计算值，不 应大于地基特征变形允许值，即 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 地基变形验算 §9.6 地基变形验算目的——保证建筑物安全、正常使用和 外观。 变形验算的要求：建筑物的地基特征变形计算值，不 应大于地基特征变形允许值，即 Δ—— 地基特征变形计算值 [Δ]——变形特征允许值。 注： 传至基础上的荷载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）。 Δ≤[Δ]
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 地基变形特征： 对各种建筑物产生危害的不利沉降形式。 沉降量 沉降差 类型 倾斜 局部倾斜
(1) 沉降量 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 —— 指基础某点的沉降值。 控制对象：对于单层排架结构，体型简单的高层建筑基础， 高耸结构基础的沉降量应注意验算。
(2)沉降差 —— 一般指相邻柱基中点的沉降量之差。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 控制对象：是不均匀沉降的一种，框架结构 容易出现这种情况的破坏。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 （3）倾斜 ——指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离 的比值。 控制对象：高耸结构、长高比很小的高层建筑
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 —— 指砌体承重结构沿纵向6～10m内基 础两点的沉降差与其距离的比值。 （4）局部倾斜 控制对象：一般砌体承重结构房屋的长高比不太大，易出现这种不均匀沉降。它是砌体承重结构的主要变形特征。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 沉降量 沉降差 倾斜 局部倾斜 变形特征 定 义 图 示 控制对象 基础中心点的沉降值 图 示 控制对象 沉降量 基础中心点的沉降值 单层排架结构，体型简单的高层建筑基础，高耸结构基础的沉降量应注意验算。 沉降差 相邻两个柱基的沉降量之差。 框架结构、砌体墙填充的边排柱等基础 倾斜 基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值 多高层建筑物、高耸结构、土层分布不均及相邻建筑物影响 局部倾斜 砌体承重结构沿纵墙6~10米内基础两点的沉降差与其距离的比值 砌体承重结构
变形验算的选择 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 （1）与柔性结构有关的地基变形特征 通常柔性结构指排架结构，一般在低、中压缩性地基上不会产生沉降破坏，但在高压缩性地基上应注意下列变形特征： ① 砌体墙填充的边排柱（尤其是端部抗风柱）-- 验算沉降差 ② 单层排架柱基（尤其是多跨排架的中排柱基）验算沉降量 ③ 对有桥式吊车的厂房，应限制相邻柱基沉降差引起的吊车轨道面的倾斜，以防导致吊车滑行或卡轨。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 （2）与敏感性结构有关的地基变形特征 所谓敏感性结构指对不均匀沉降敏感的框架结构和砌体承重结构。由于一般砌体的抗拉、抗剪强度较低，在地基不均匀变形影响下，易沿纵墙开裂破坏；而框架结构则主要是由于相邻柱基的不均匀沉降在上部结构中产生较大次应力，使强度超过安全储备而破坏。因此： ① 砌体承重结构--- 验算局部倾斜 ② 框架结构---验算相邻柱基的沉降差
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 （3）与刚性结构有关的地基变形特征 所谓刚性结构指高层建筑和高耸结构物。 ① 高耸结构和长高比很小的高层建筑，地基变形的主要特征 是建筑物的整体倾斜； ② 对地基较均匀、且无相邻荷载影响的高耸结构，则注意控 制沉降量。 高耸及高层建筑容易产生倾斜的主要原因是地基不均匀及相邻建筑影响，此外这类结构受水平荷载大、重心高，容易重心偏移引起偏心力矩而影响倾覆稳定性，故倾斜允许值随高度增加而递减。
沉降观测与地基变形值的预估 来验证计算方法； 沉降观测目的 及时采取处理措施。 预估 变形值 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 通过对观测结果的分析 来验证计算方法； 沉降观测目的 可预测沉降发展的趋势 及时采取处理措施。 施工期间 便于预留 建筑物有关部 分间净空 预估 变形值 使用期间
预估地基 变形值 多层建筑在施工期间完成的沉降量 变形不满足时的措施 1) 适当调整基底尺寸(改变基底附加压力); 2) 适当调整基础埋深; 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 砂土--- 80%以上 多层建筑在施工期间完成的沉降量 预估地基 变形值 低压缩性土– 50~80% 土的 压缩性 考虑 中压缩性土– 20~50% 高压缩性土 – 5~20% 变形不满足时的措施 1) 适当调整基底尺寸(改变基底附加压力); 2) 适当调整基础埋深; 3) 改用其它基础型式; 4) 采用人工地基处理方案; 5) 从建筑\结构及施工等方面采取措施以防止地 基不均匀沉降对上部结构造成的损害。
§9.7 无筋扩展基础设计 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 Fk 材料：由砖、毛石、素混凝土与 灰土等材料组成 b0 b1 适用范围：六层以及六层以下 （三合土基础不宜超过4层）的 民用建筑和墙承重 的厂房。 d H0 b2 b
设计原理 采用增加基础高度H0，控制基础外伸宽度b2与基础高度H0 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 设计原理 Fk 采用增加基础高度H0，控制基础外伸宽度b2与基础高度H0 的比值（台阶宽高比，又称刚性角）来提高基础抗弯能力，从而无需配筋就可保证基础结构不发生破坏。 b0 b1 d H0 b2 b
设计方法 设计公式 通过控制材料强度等级和基础台阶的宽高比来确定基础的截面尺寸，要求台阶宽高比小于其允许值 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 设计方法 通过控制材料强度等级和基础台阶的宽高比来确定基础的截面尺寸，要求台阶宽高比小于其允许值 Fk b0 b1 设计公式 基础台阶宽 高比允许值 查表 7.1 d H0 b2 b
一般先按地基承载力特征值确定基础底面尺寸，然后根据刚性角要求按下式计算基础高度： 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 一般先按地基承载力特征值确定基础底面尺寸，然后根据刚性角要求按下式计算基础高度： 因 Fk b0 b1 d H0 刚性角，大小取决于基础材料和pk b2 b
验算要求 对阶梯形截面基础，除基础高度应符合要求外，各级台阶的宽高比亦应满足刚性角要求 ； 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 验算要求 对阶梯形截面基础，除基础高度应符合要求外，各级台阶的宽高比亦应满足刚性角要求 ； 2) 除墙下条基只在横截面方向进行台阶宽高比验算外，单独基础则应在长、宽两个方面进行验算 ; 3) 若基础由二种或二种以上材料叠合而成，则应分别满足不同材料的允许刚性角，并应对两种材料接触部分进行局部受压验算。
不满足刚性角要求时可采取的措施 1）增加基础高度H0 （增加埋深d）——使 减小； 2）改用钢筋混凝土扩展基础——不受允许宽高比限 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 不满足刚性角要求时可采取的措施 1）增加基础高度H0 （增加埋深d）——使 减小； （应注意若其下有软弱下卧层时，不宜采用） ； 2）改用钢筋混凝土扩展基础——不受允许宽高比限 制，使H0 及d 减小 ; 3）采用人工地基——提高地基承载力使b 减小 。
构 造 要 求 （1）必要性： ①保护不受大气风化和外力破坏； ②保持建筑物整体外观； ③预留地坪结构层及埋设管线所需位置。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1）基顶埋深d1 （1）必要性： ①保护不受大气风化和外力破坏； ②保持建筑物整体外观； ③预留地坪结构层及埋设管线所需位置。 （2）最小构造尺寸： ①民用建筑≥100mm ②工业建筑≥500mm； 构 造 要 求
构 造 要 求 （1）必要性： ①便于增加建筑物的稳定性； 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 2)基顶宽度bt （1）必要性： ①便于增加建筑物的稳定性； ②便于施工，防止误差，上部结构有调整余地（2）最小构造尺寸：两侧超出墙、柱的尺寸原则上应符合材料的模数。 ①砖——b1≥60mm ②石——b1≥100mm ③砼——b1≥50mm 构 造 要 求
构 造 要 求 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 3）基础剖面形状及尺寸 不同材料的基础原则上应符合材料的模数要求。 3）基础剖面形状及尺寸 不同材料的基础原则上应符合材料的模数要求。 （1）砖基础(模数)60的倍数 剖面形式按砌筑方法可分为二种： ①二皮一收砌法：从底面开始，每层为二匹砖，高120mm，逐渐内收1/4砖长60mm(简称等高法)； ②二一间隔收砌法：从底面开始，先砌二匹砖，内收1/4砖长60mm，再砌一匹砖内收1/4砖长60mm，如此反复(简称间隔法)。 5×60 构 造 要 求 5×60
构 造 要 求 （2）砌石基础： ① 毛石基础：每级由二层 毛石错缝砌成，每级伸 出宽度bi ≤200mm， 高度一般400~600mm 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 （2）砌石基础： ① 毛石基础：每级由二层 毛石错缝砌成，每级伸 出宽度bi ≤200mm， 高度一般400~600mm ② 条石基础：每级高度为 300或300mm的倍数， 伸出宽度同上。 150 150 构 造 要 求 300 300 300
构 造 要 求 （3）混凝土基础 ① 毛石混凝土基础：毛石含 量约为基础体积的25- 30%，毛石尺寸一般不超 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 （3）混凝土基础 ① 毛石混凝土基础：毛石含 量约为基础体积的25- 30%，毛石尺寸一般不超 过300mm, 每级高度 一般 为500mm。 ② 素混凝土基础：阶梯形 （每阶高度≤ 500 mm）; 锥形（要求边缘高度≥ 200mm ），一般300- 500mm（节约材料）。 150 60 150 构 造 要 求
构 造 要 求 每层虚铺220-250mm，夯实到150mm 为一步）一般每阶高300~450mm。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 （4）灰土基础：每阶二~三步（分层夯实， 每层虚铺220-250mm，夯实到150mm 为一步）一般每阶高300~450mm。 （5）三合土基础：每阶高≥300mm（虚铺 220~250mm，夯实至150mm） 构 造 要 求
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 4）基础垫层 垫层材料可选用灰土、三合土和混凝土。垫层每边伸出基础底面50～100mm，厚度一般为100mm。 基础垫层主要为施工方便而设，一般作为构造垫层，不作为基础结构部分考虑。因此，垫层的宽度和厚度都不计入基础宽度和厚度及埋深之内，它不同于组合基础也非人工地基的垫层，应注意区别。 构 造 要 求
Fk＝220kN/m，埋深d＝1.3m。地基土为很厚的细砂，其 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 例：某住宅的承重砖墙厚b0＝240mm，传至基顶的荷载标准值 Fk＝220kN/m，埋深d＝1.3m。地基土为很厚的细砂，其 承载力特征值fak＝140kPa，天然重度＝19kN/m3，基础材 料用MU10砖和M5砂浆砌筑。试设计刚性条形基础。 解：查表知 。地基承载力进行深度修正： ， 取单位长度 进行计算，则有:
考虑采用“二一间隔收” 砌筑方法，设砖基础台阶数为n阶，按砖的模数，基底宽度应为： 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 考虑采用“二一间隔收” 砌筑方法，设砖基础台阶数为n阶，按砖的模数，基底宽度应为： b = b0 + 2×60n = 240 + 120n ≥ 1380mm，则有： （阶）。n应取整数，即n = 10（阶） 则基底宽度应为b = b0 + 2×60n = 240 + 120×10 = 1440mm < 3m(可不作宽度修正) 。验算： 满足要求。
bt = b0 + 2b1 = 0.24 + 2×0.06 = 0.36m。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 按“二一间隔收” 砌筑方法，基础台阶数为n = 10阶，则基础高度应为： H0 = 120×5 + 60×5 = 900mm。 查表知: 砖基础的宽高比允许值为 ，验算： 满足要求 dt = d - H0 = 1.3 – 0.9 = 0.4m > 0.15m； bt = b0 + 2b1 = 0.24 + 2×0.06 = 0.36m。
§9.8 扩展基础（柔性基础）设计 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 扩展基础适用范围 适用于上部结构荷载较大，有时为偏心荷载或承受弯矩、 水平荷载的建筑物基础。在地基表层土质较好、下层土质 软弱的情况，利用表层好土层设计浅埋基础，最适宜采用 扩展基础。 类型：独立基础和墙下条形基础 受力模型：倒置的悬臂梁。 主要问题：弯曲，剪切，冲切。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 一、扩展基础的构造要求： 1、一般要求： 底板钢筋的保护层，当有垫层时不小于40mm，无垫层时不小于70mm。 砼强度等级不应低于C25。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 2、现浇柱下独立基础的构造要求 现浇钢筋砼柱基础剖面尺寸
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 现浇柱基础中应伸出插筋，插筋在基础内应符合下列要求： （1）插筋的数量、直径、以及钢筋种类应与柱内的纵向受力钢筋相同。 （2）插筋锚入基础的长度等应满足有关规范要求。 （3）基础中插筋至少需分别在基础顶面下100mm和插筋下端设置箍筋，且间距不大于800mm， 基础中箍筋直径与柱中同。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 3、墙下条形基础的构造要求：
二、扩展基础的设计计算 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 二、扩展基础的设计计算 进行扩展基础结构计算，确定基础配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合；相应的基底反力为净反力。 比 较 不计基础及其上覆土自重时的基底反力 确定基底面积时，传至基础底面上的荷载效应组合应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合；
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 （一）墙下钢筋混凝土条形基础的结构计算 1、中心荷载作用 简化计算：
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 2、偏心荷载作用 计算基底偏心距： 基底边缘处的最大和最小净反力 悬臂支座处1-1截面的地基净反力 1-1截面处的弯距M和剪力V：
（二）柱下钢筋混凝土单独基础结构计算 1、中心荷载作用下： （1）基础底板厚度 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 柱下钢筋混凝土单独基础的底板厚度（即基础高度） 主要由受冲切承载力计算决定。
对矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力； 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 对矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力； 受冲切承载力应按下列公式验算： 作用在冲切面上的地基净反力 冲切破坏锥体最不利 一侧计算长度
第 9 章 天然地基上浅基础的设计
（2）基础底板配筋 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 基础底板的配筋，应按受弯承载力确定。对于柱下单独内力 采用简化计算方法计算： 即将单独基础的底板视为嵌固在柱子边或基础变阶处（阶梯形基础）
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 2、偏心荷载作用：
§9.9 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 柱下钢筋混凝土条形基础设计 一、地基、基础与上部结构相互作用的概念 常规设计法是把上部结构、基础与地基三者作为彼此离散的独立结构单元进行力学分析， 不难看出常规设计法有不合理之处，因为地基、基础和上部 结构沿接触面分离后，虽然满足静力平衡但却完全忽略了三者之间受荷前后的变形连续性。
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 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 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
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 其实，地基、基础和上部结构三者是相互联系成整体来承担荷载而发生变形的。这时，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用，从而使整个体系的内力（包括柱脚和基底的反力）和变形（包括基础沉降）发生变化。显然，当地基软弱、结构物对不均匀沉降敏感时，上述常规分析结果与实际情况的差别就愈大。 由此可见，合理的分析方法，原则上应该以地基、基础、上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前提。只有这样，才能揭示它们在外荷作作用下相互制约、彼此影响的内在联系，从而达到安全、经济的设计目的。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 二、地基和基础的相互作用 （一）基础刚度对基底压力的影响 1.柔性基础 (a) (b) 二、地基和基础的相互作用 （一）基础刚度对基底压力的影响 1.柔性基础 柔性基础的抗弯刚度很小。它好比放在地上的柔软薄膜，可以随着地基的变形而任意弯曲。基础上任意一点的荷载传递到基底时不可能向旁边扩散分布，象直接作用在地基上一样。 特点：基础刚度小，基础可随地基 变形而弯曲；基底反力与作 用在基础上荷载分布一致。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 2、刚性基础 刚性基础具有非常大的抗弯刚度，受荷后基础不挠曲，因此，原来是平面的基底，沉降后仍然保持平面。此处把刚性基础能跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中地传至基底边缘的现象叫做基础的“架越作用”。
3.基础相对刚度的影响 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 结论：基础相对刚度越大，架越作用越明显，基底压力分布与上部荷载分布越不一致。 6-6 6-7 结论：基础相对刚度越大，架越作用越明显，基底压力分布与上部荷载分布越不一致。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 4、邻近荷载的影响——使其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。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 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。
(三)上部结构刚度对基础受力状况影响 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 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。 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。 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 结论: 1、上部结构刚度对基础受力有约束作用。 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。
二、柱下钢筋混凝土条形基础设计 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1、定义： 条形基础是指布置成单向条状的钢筋混凝土基础，由单根梁 或交叉梁及其伸出的底板所组成。其上部各片框架结构由 条形基础连接成整体。 条形基础示意图
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 2、特点： 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 3、适用条件： （1）柱荷载较大； （2）地基承载力不足，基底面积大而连成一体； （3）两柱之间沉降差过大，为解决此问题使基础连成一体； （4）上部结构对基础沉降较敏感，有可能产生较大次应力或影响使用功能时。 4、内力计算满足的条件：静力平衡和变形协调条件
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 倒梁法 上部结构为刚性结构 简化计算法 静定分析法 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
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 （1）简化计算法——倒梁法和剪力平衡法，不考虑共同作用 都是按线性分布的基底净反力计算的方法； 适合按这种假定计算基底反力的前提是要求基础具有足够的 相对刚度。 （2）弹性地基梁的计算法——考虑地基与基础的相互作用， 不考虑上部结构刚度影响 局部弯曲——基础在地基反力作用下，在基础内产生的弯曲。 整体弯曲——基础在上部结构和地基反力作用下，在基础内产生的弯曲。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 ① 倒梁法 1、计算假定： 1）上部结构是绝对刚性的，不考虑各柱之间沉降差；柱脚视 为固定铰支座 2）只考虑出现于柱间的局部弯曲，而略去沿基础梁全长的 整体弯曲 3）基底反力按线性分布。 2、计算要点： 1）基底反力按线性分布计算； 2）按倒置的连续梁计算内力； 3）内力计算可用弯距分配法或连续梁系数法。 4）调整不平衡力
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 内力计算： a.根据柱传至梁上的荷载，按偏心受压计算基础梁边缘处最大和最小地基净反力： 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内力。 倒梁法求得的支座反力 可能会不等于原先用于 基底净反力的竖向柱荷载。
（3）计算结果 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 弯距绝对值偏小，但地基净反力分布及正负弯距较均匀； 由于考虑上部结构刚性，存在基础的“架越作用”，使跨中和两端支座处的力有所增加，通常配筋时按计算的弯距增大15%~20%配筋。 由于假定使支座处不满足静力平衡条件； 该法未考虑变形协调条件 （4）从构造要求考虑整体弯曲的影响
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 ② 剪力平衡法（静定分析方法） 假定地基反力按直线分布，其值仍按式下计算。求出净反力 分布后，基础上所有的作用力都已确定，可按静力平衡条件 （剪力平衡）计算出任意截面上的弯矩 M 和剪力 V 。 剪力平衡法未考虑地基基础与上部结构的相互作用，因而在 荷载和直线分布的基底反力作用下产生整体弯曲。与其他方法 比较，这样计算所得的基础不利截面上弯矩绝对值一般较大。 但此法只宜用于上部为柔性结构、且自身刚度较大的条形基础 以及联合基础。
计算结果 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 不利截面的弯距绝对值偏大。 假定上部结构柔性与假定基底反力按直线分布是矛盾的。 由于假定上部结构绝对柔性，对基础弯曲无调整作用，所以该法是按基础整体弯曲计算内力。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 3.截面类型及构造要求
§9.10 减轻不均匀沉降危害的措施 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 均匀沉降 影响建筑物的功能和正常使用 不均匀沉降 建筑物开裂、倾斜、甚至破坏 框架等超静定结构 结构产生次应力 主要危害对象 砌体承重结构 门窗洞口部位开裂 裂缝位置和方向与不均匀沉降的状况有关
砌体结构开裂的规律 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 当中段沉降大，产生正向 挠曲（下凹）时，裂缝呈 正“八”字形开展，若两 翼沉降大，墙体反向挠曲 （上凸）时，裂缝呈“例 八”字形开展。总之斜裂 缝形态特征是：朝沉降大 的一方倾斜地向上延伸。
解决途径 具体措施 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 如何解决不均匀沉降的问题？ 思考 增强上部结构对不均匀沉降的适应能力 减少不均匀沉降或总沉降 选用条形、筏形或箱形等连续基础 采用桩基础或其它深基础 具体措施 进行地基处理（采用人工地基） 从地基、基础和上部结构共同工作的观点出 发，在建筑、结构和施工方面采取某些措施
一、建筑措施 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1.建筑物的体型应力求简单 ①平面形状简单，如用“一”字形建筑物； ②立面体型变化不宜过大，砌体承重结构房屋高差不宜 超过1—2层。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 2.控制建筑物长高比及合理布置纵横墙。 一般，二层以上的砌体承重房屋，当预估的最大沉降量超过120mm时，长高比不宜大于2.5；对于平面简单，内外墙贯通，横墙间隔较小的房屋，长高比的限制可放宽至不大于3.0。不符合上述条件时，可考虑设置沉降缝。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 合理布置纵横墙，是增强 砌体承重结构房屋整体 刚度的重要措施之一。
3.设置沉降缝 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 沉降缝是从屋面到基础把建筑物断开，将建筑物划分成 若干个长高比较小、体型简单、整体刚度较好、结构类型 相同、自成沉降体系的独立单元。 沉降缝的位置通常选择在下列部位上： (1) 复杂建筑平面转折处; (2) 高度或荷载变化差异处; (3) 结构或基础类型不同处; (4) 长高比过大的适当部位; (5) 地基压缩性显著变化处; (6) 分期建造房屋交接处; 沉降缝可结合伸缩缝设置，在抗震区，最好与抗震缝共用。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 沉降缝缝宽要求： 二、三层房屋为50～80mm； 目的 四、五层房屋为80～120mm； 防止缝两侧单元发生互倾 沉降时造成单元结构间的 挤压破坏 目的
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 4.恰当安排相邻建筑物基础间的净距 新建11层楼房 原有建筑 相邻基础 不均匀沉降 附加应力叠加 相邻基础 不均匀沉降 ①同期建造的两相邻建筑物， 低（或轻）者受高（或重） 者的影响； ②不同期建造的两相邻建筑物， 原有建筑物受邻近新建高 （或重）的建筑物的影响。
原理： 具体措施： 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 5.调整建筑物各部分的标高 根据可能产生的不均匀沉降，将预估沉降量大的部分标高提高，待其沉降后达到预定的标高，与沉降小的部分协调一致。 原理： 具体措施： （1）室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量予以提高； （2）建筑物各部分（或设备之间）有联系时，可将沉降较大者标高提高； （3）建筑物与设备之间，应留有足够的净空； （4）当有管道穿过建筑物时，应预留足够尺寸的孔洞，或采用柔性的 管道接头。
二、结构措施 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1.减轻建筑物自重 ①减轻墙重量：采用多孔砖，轻质墙等。 ②选用轻型结构：采用预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构及各种轻型空间结构。 ③减少基础和回填土重量：如采用空心基础、壳体基础、以及架空地板代替厚填土等。
第 9 章 天然地基上浅基础的设计 作用 —增强建筑物的抗弯刚度 2.设置圈梁 对于砌体承重房屋，不均匀沉降的损害突出地表现为墙体的开裂。因此，实践中常在基础顶面附近（俗称“地圈梁”）、门窗顶部楼（层）面处设置圈梁，每道圈梁应尽量贯通外墙、承重内纵墙及主要内横墙，并在平面内形成闭合的网状系统。
① 减小基底附加压力：除了采用本节“减轻建筑 物自重”减小基底附加压力外，还可设置地下 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 3.减小或调整基底附加压力 ① 减小基底附加压力：除了采用本节“减轻建筑 物自重”减小基底附加压力外，还可设置地下 室 （或半地下室、架空层），以挖除的土重去 补偿（抵消）一部分甚至全部的建筑物重量， 达到减小沉降的目的。 ② 改变基底尺寸：按照沉降控制的要求，选择和 调整基础底面尺寸，从而调整基底压力。
① 采用钢筋混凝土基础，如条形，十字形，筏形 和箱形基础，可以增大基底面积，加强基础刚 度和提高调整不均匀沉降的能力。尤其是软弱 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 4.加强基础刚度 ① 采用钢筋混凝土基础，如条形，十字形，筏形 和箱形基础，可以增大基底面积，加强基础刚 度和提高调整不均匀沉降的能力。尤其是软弱 地基上的砌体结构房屋，特别有效。 ② 设置基础梁，以提高基础的整体刚度，增强适 应不均匀沉降的能力。
排架、三铰拱（架）等铰接结构 油罐、水池等基础采用柔性底板 5.采用非敏感性结构 单层厂房、仓库和某些公共建筑 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 5.采用非敏感性结构 排架、三铰拱（架）等铰接结构 油罐、水池等基础采用柔性底板 适用条件 单层厂房、仓库和某些公共建筑
三、施工措施 先高重后低轻，先主体后附属 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1）合理安排施工程序 2）基础周围不宜堆载 3）保护基底的地基土(岩) 4）防止施工中的不利影响
本章小结 第 9 章 天然地基上浅基础的设计 1、地基基础设计首先要满足安全和正常使用的要求；按 承载力极限状态设计是为保证建筑物的安全，而正常 使用的要求是由正常使用极限状态验算来以保证；地 基基础按以上两个状态设计。 2、基础埋深受很多因素的影响，在满足安全可靠的前提下， 尽可能浅埋，可便于施工和降低造价。 3、无筋扩展基础设计要求满足刚性角和材料模数；扩展基 础可设计成多种形式，其截面尺寸和配筋需计算确定。 4、基底尺寸首先由上部荷载和地基承载力确定，然后经过 必要的验算加以修改，以满足两种极限状态的要求。 5、地基、基础和上部结构共同工作的原理是减轻不均匀沉 降危害的依据，在此基础上，从工程实践中，总结出建 筑、结构、施工方面不少行之有效的措施。