高层建筑基础工程4-箱形基础

1第一节概述箱形基础的定义？它有哪些特点？常见类型有哪些？第四章箱形基础2•概念：箱形基础是由钢筋混凝土顶、底板、侧墙和一定数量内隔墙构成的、具有相当大的整体刚度的箱形结构。组成：钢筋混凝土顶、底板、侧墙和内隔墙箱形基础箱形基础的概念：3优点：•刚度大、整体性好、传力均匀；•能适应局部软硬不均匀地基，有效调整基底反力；•能提高了地基承载力、减小了建筑物的沉降；•抗震性能较好；•箱基的底板及其外围墙形成的整体有利于防水。•还具有兼作人防地下室的优点。绪论箱形基础的特点：箱形基础4缺点：•内隔墙相对较多。支模和绑扎钢筋都需要时间，因而施工工期相对较长；•此外，使用上也因隔墙较多而受到一定的影响。绪论箱形基础的特点：箱形基础5适用于：高层框架、剪力墙以及框架剪力墙结构。绪论箱形基础的适用情况：箱形基础6类型：（属补偿性基础）基底土的自重应力pcz和水压力pw之和pc、计算基底压力p•欠补偿p0＝p﹣pc﹥0•全补偿p0＝p﹣pc=0•超补偿p0＝p﹣pc﹤0绪论箱形基础的常见类型：箱形基础7绪论箱形基础全补偿时地下室的层数：箱形基础81.埋深：A.埋深应满足地基承载力、变形、稳定性要求；B.地震区，（H为建筑物地面以上高度）c.桩筏（箱）基础：（注：d不包括桩长）注：位于岩石地基上时，应满足抗滑要求。建筑物倾斜1/250时，肉眼可察，可造成建筑物损害；1/150时，结构开始破坏。第二节箱形基础埋深及构造要求箱形基础一、埋置深度：Hd151Hd)201~181(91.高度：A.应能满足承载力和自身刚度的要求；B.不宜小于箱基长度的1／20，也不应小于3m；绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求102.平面尺寸：通常是先根据地基承载力、上部结构布局及荷载分布情况来确定。A.一般情况下，箱基平面形状与上部结构一致；B.对单幢建筑物，地基较均匀时，基底平面形心宜与结构竖向永久荷载重心重合；绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求112.平面尺寸：当不能重合时，偏心距e，宜符合下列要求：永久荷载与活载组合时：永久荷载、活载与风载组合时：式中：W为与偏心距方向一致的基础底面抵抗矩，A为基础底面积．绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求AWe1.0AWe2.0122.平面尺寸：如不满足上述要求：（1）可调整箱基底板挑出尺寸；（2）调整箱基平面尺寸．绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求132.平面尺寸：调整箱基底板挑出尺寸：（1）将基础底板一侧或四边适当悬挑；（2）将箱形基础整体扩大．注：宽度方向优先考虑。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求14绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求15注明：（1）扩大部分的墙体应与箱形基础的内墙或外墙拉通连成整体；（2）扩大部分的墙体可视作由箱基内、外墙伸出的悬挑梁，计算时扩大部分的墙体根部受剪截面宜符合：V≤0.15fcbh0其中：V为墙根部的剪力设计值，b和h0分别为扩大部分墙体的厚度和墙的有效高度。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求163.内外墙：作用：•连接箱基顶，底板；•使箱基具有足够的整体刚度和承载力；•把上部结构的竖向荷载安全地传到地基上。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求173.内外墙：布置：•外墙沿建筑物四周布置；•内墙沿上部结构柱网和剪力墙的位置均匀布置；•墙体水平截面总面积不宜小于箱基础外墙外包尺寸的水平投影面积的1/10。•对平面尺寸长宽比大于4的箱基，长度方向墙体水平截面面积不得小于箱基外墙外包尺寸的水平投影面积的1/18。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求183.内外墙：墙厚：•外墙厚度不应小于250mm；•内墙厚度不应小于200mm；•当箱基兼作人防地下室时，其外墙厚度还应根据人防等级，按实际情况计算后确定。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求194.顶板和底板：A.应根据荷载大小、跨度、整体刚度、防水要求确定；B.底板厚度不应小于400-500mm，且板厚与最大双向板区格的短边尺寸之比不小于1／14；C.顶板厚度一般不应小于150mm，且应能承受由整体弯曲产生的压力，当考虑上部结构嵌固在箱基顶板上时．顶板厚不宜小于200mm；绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求204.顶板和底板：D.对兼作人防地下室的箱基基底、顶板的厚度，按实际要求计算后确定。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求215.墙体洞口：布置：•应设在墙体剪力较小的部位；•门洞宜设在柱间居中部位。•洞边至上层柱中心的水平距离不宜小于1．2m；绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求225.墙体洞口：刚度折减系数c：绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求式中：n——洞口上过粱的截面高度与箱基净高比值；m——洞口宽度与柱间中心距的比值。236.配筋：•墙体内应设置双面钢筋，横、纵向钢筋不应小于Φ10@200；•除上部为剪力墙外，内、外墙的墙顶处宜配置两根不小于Φ20mm的钢筋；仅考虑局部弯曲时：•纵横方向的支座钢筋尚应有1/2—1/3贯通全跨，且配筋率应分别不小于0.15％、0.10％．•跨中钢筋按实际配筋率全部连通。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求246.配筋：如下情形可仅考虑局部弯曲：在岩石地基、密实的碎(砾)石土、砂土地基上的箱基或上部结构为剪力墙体系、层数为20层以上的框架、框架—剪力墙体系的箱基，其顶、底板可仅考虑局部弯曲作用。荷载取值：顶板取实际荷载；底板反力可取为均布基底净反力。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求257.混凝土：•箱基混凝土强度等级不应低于C20；•抗渗标号不应低于S6；•当箱基长度超过40～60m时，为了避免因温差在混凝土中产生应力．应设置贯通箱基横断面的后浇带，带宽不宜小于80cm，后浇带处钢筋必须连通并适当加强。绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求267.混凝土：绪论箱形基础二、构造要求：箱形基础埋深及构造要求27（1）基础底面压力应小于地基容许承载力值；（2）建筑物的沉降应小于容许变形值；（3）避免地基滑动，防止建筑物失稳。第三节地基计算箱形基础设计基本原则：28当受轴心荷载作用时：绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算当受偏心荷载作用时：29当地震荷载验算中基底出现零压力区时：绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算L——垂直于力矩作用方向的底面边长；a——合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。301．非抗震设防时：式中f——地基承载力设计值。绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算311．非抗震设防时：对软土地区尚应按下列荷载组合进行验算。(1)恒载与活荷载组合而无风荷载:eb/60(2)风载与恒载及其他活荷载组合:eb/80绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算322．抗震设防时：绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算332．抗震设防时：绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算342．抗震设防时：注：高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现拉应力；其他建筑基础底面与地基之间零压力区面积不应超过基础底面面积的15％；此外，当地基受力层范围内有软弱下卧层时．还应验算软弱下卧层的承载力：绪论箱形基础一、地基强度验算：地基计算35稳定性验算：（一）水平滑移稳定性验算（二）偏心、水平荷载作用下防倾覆验算（三）整体倾覆稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算36稳定性验算：（一）水平滑移稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算37稳定性验算：（一）水平滑移稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算K为安全系数．取1.2一1.5A1－基础底面积，一般不计挑出部分；S－地基土抗剪强度，A2－平行于剪力方向的两侧壁有效面积(A2＝2bhc)；fh－土与混凝土之间的摩擦系数；σ0－静止土压力。38稳定性验算：（二）偏心、水平荷载作用下防倾覆验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算1.水平荷载作用下(竖向荷载偏心距e＝0）抗倾覆力矩标准值倾覆力矩标准值39稳定性验算：（二）偏心、水平荷载作用下防倾覆验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算2.偏心和水平荷载作用下：抗倾覆力矩标准值倾覆力矩标准值40稳定性验算：（二）偏心、水平荷载作用下防倾覆验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算抗倾覆稳定性安全系数k为：41稳定性验算：（三）整体倾覆稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算1．经典的滑动圆弧条分法2.简化的圆弧滑动面法42稳定性验算：（三）整体倾覆稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算1．经典的滑动圆弧条分法计算式：43稳定性验算：（三）整体倾覆稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算注：经典的滑动圆弧条分法需验算多个可能滑动面以确定最小安全系数是否满足要求，比较麻烦。44稳定性验算：（三）整体倾覆稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算2．简化的圆弧滑动面法计算式：45稳定性验算：（三）整体倾覆稳定性验算绪论箱形基础二、地基稳定性验算：地基计算2．简化的圆弧滑动面法当基底以下，深度t处有坚硬土层时，滑弧将与硬土层面相切：46（一）地基变形计算深度1．规范公式2．经验公式绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算47（一）地基变形计算深度1．规范公式适用条件：当无相邻荷载影响，基础宽度在1～50m范围内时，基础中点的沉降计算深度zn可简化计算为：绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算式中B为基础宽度48（一）地基变形计算深度2．经验公式适用条件：B＝10—30m的方形或矩形基础绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算49（二）地基沉降计算箱基下地基变形存在四个阶段：开挖阶段的回弹变形；再压缩阶段(自重应力阶段)的变形；附加应力阶段变形；恒载阶段的变形。绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算50（二）地基沉降计算1．采用压缩模量计算2.采用变性模量计算绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算51（二）地基沉降计算1．采用压缩模量计算绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算注：（1）p0为基底有效附加压力P0＝p－pD式中：p－相应于荷载标准值时基底平均总压力，扣除水浮力；pD－基底标高处土的自重压力。（2）Ψs为经验修正系数，应特别注意地区经验，可参照表4-4采用(埋深一般小于6m)．5253（二）地基沉降计算2.采用变性模量计算绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算545556（三）地基回弹变形计算5.3.9当建筑物地下室基础埋置较深时，需要考虑开挖基坑地基土的回弹，该部分回弹变形量可按下式计算：绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算57（四）高层建筑箱基与筏基的允许变形1.最大沉降值2.差异沉降3.整体倾斜绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算58（四）高层建筑箱基与筏基的允许变形1.最大沉降值绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算59（四）高层建筑箱基与筏基的允许变形2.差异沉降限制的原则：首先是差异沉降引起的结构内力不得超过容许范围；其次是差异沉降引起的建筑物整体倾斜值不得超过容许范围；第三是差异沉降引起的楼地面倾斜不得影响正常使用；第四是差异沉降引起沉降缝两侧的楼、地面无明显的落差。绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算60（四）高层建筑箱基与筏基的允许变形3.整体倾斜（1）按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）（可查表）（2）按《高层建筑箱形与筏板基础技术规范》(JGJ6—99)绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算6162（四）高层建筑箱基与筏基的允许变形3.整体倾斜（2）按《高层建筑箱形与筏板基础技术规范》(JGJ6—99)•在非震区整体倾斜计算值α≤B/100H其中B为箱基宽度，H为建筑物高度；•在地震区，整体倾斜的控制应更加严格，建议α≤(1/200～1/150)B/H。绪论箱形基础三、地基变形计算：地基计算63箱形基础结构设计的内容：组成构件：顶板