7箱型基础

7箱型基础【职业能力目标】能认识到深基础的作用，清楚深基础需计算强度、变形及稳定性等。能够根据工程具体情况确定深基础的方案。【学习目标】理解深基础、箱形基础的概念及作用；熟悉箱形基础的构造要求；了解箱形基础的计算内容。7箱型基础7.1概述箱形基础适用于软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物，是由顶板、底板、外墙和内墙组成的格式空间结构（见图7.1），一般由钢筋混凝土建造，部分可结合建筑使用功能设计成地下室，是在国内外多层和高层建筑中广泛采用的一种基础形式。7箱型基础图7.1箱形基础7箱型基础箱形基础具有以下特点：（1）有很大的刚度和整体性，因而能有效地调整基础的不均匀沉降。常用于上部结构荷载大、地基软弱且分布不均的情况，当地基特别软弱且复杂时，可采用箱基下桩基的方案。（2）有较好的抗震效果。因为箱形基础将上部结构较好地嵌固于基础，基础埋置得又较深，因而可降低建筑物的重心，从而增加建筑物的整体性。在地震区，对抗震、人防和地下室有要求的高层建筑，宜采用箱形基础。7箱型基础（3）有较好的补偿性。箱形基础的埋置深度一般比较大，基础底面处的土自重应力和水压力在很大程度上补偿了由于建筑物自重和荷载产生的基底压力。如果箱形基础有足够埋深，使得基底土自重应力等于基底接触压力，从理论上讲，基底附加压力等于零，在地基中就不会产生附加应力，因而也就不会产生地基沉降，亦不存在地基承载力问题。按照这种概念进行地基基础设计的称为补偿性设计。7箱型基础但在施工过程中，由于基坑开挖解除了土自重，使坑底发生回弹，当建造上部结构和基础时，土体会因再次受荷而发生沉降，在这一过程中，地基中的应力发生一系列变化。因此，实际上不会存在那种完全不引起沉降和强度问题的理想情况，但如果能精心设计、合理施工，就能有效地发挥箱形基础的补偿作用。7箱型基础箱形基础的设计与计算比一般基础要复杂得多，长期以来没有统一的计算方法，例题的设计应考虑上部结构、基础和地基的共同作用。我国于20世纪70年代在北京、上海等地的高层建筑中进行了测试研究工作，对箱基的基底反力和箱基内力分析等问题取得了重要成果，并编制了《高层建筑箱形基础设计与施工规程》（JGJ6—80），为箱形基础的设计与施工提供了有效的依据。7箱型基础7.2箱形基础的构造要求1.箱形基础的平面尺寸箱形基础的平面尺寸应根据地基强度、上部结构的布局和荷载分布等条件确定。在均匀的地基条件下，基底平面形心应尽可能与上部结构竖向荷载重心相重合。当偏心较大时，可使箱形基础底板四周伸出不等长的短悬臂以调整底面形心位置，如不可避免偏心，偏心距不宜大于0.1ρ，ρ值按下式计算：e≤ρ=0.1W/A（7.1）7箱型基础式中W——与偏心距方向一致的基础底面边缘抵抗矩(m3)；A——基础底面积(m2)。2.箱形基础的高度箱形基础的高度(底板底面到顶板顶面的外包尺寸)应满足结构承载力、结构刚度和使用的要求，其值不宜小于箱形基础长度的1/20，并不宜小于3.0m。箱形基础的长度不包括底板悬挑部分。7箱型基础3.箱形基础的埋深箱形基础埋深必须满足地基承载力和稳定性的要求，在地震区，箱基埋深d应满足下式要求：d≥1/15Hg(7.2)式中Hg——自天然地面算起的建筑物高度。4.箱形基础的墙体箱形基础的墙体是保证箱形基础整体刚度和纵横方向抗剪强度的重要构件。构造上的具体要求如下：7箱型基础(1)箱形基础的内、外墙应沿上部结构柱网和剪力墙纵横均匀布置，墙体水平截面总面积不宜小于箱形基础外墙外包尺寸的水平投影面积的1/10。对基础平面长宽比大于4的箱形基础，其纵墙水平截面面积不得小于箱基外墙外包尺寸水平投影面积的1/18。计算墙体水平截面，不扣除洞口部分。(2)外墙厚度不应小于250mm，内墙厚度不应小于200mm。7箱型基础(3)墙体内应设置双面钢筋，竖向和水平钢筋的直径不应小于10mm，间距不应大于250mm。除上部为剪力外，内、外墙的墙顶宜配置两根直径不小于20mm的通长构造钢筋。(4)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，洞口上过梁的高度不宜小于层高的1/5，洞口面积不宜大于柱距和箱形基础全高乘积的1/6。墙体洞口周围应设置加强钢筋，洞口四周附加钢筋面积不应小于洞口内被切断钢筋面积的一半，且不少于两根直径为14mm的钢筋，此钢筋应从洞口边缘处延长40倍钢筋直径。7箱型基础5.箱基顶板箱基顶板厚度应按跨度、荷载、反力大小确定，并应进行斜截面抗剪强度的验算和冲切验算。一般要求顶板厚度不宜小于200mm，一般为200~400mm，顶板配筋率不大于0.8%。6.箱基底板（1）箱基底板厚度根据实际受力情况、整体刚度及防水要求确定，底板厚度不应小于400mm。7箱型基础（2）底板除计算正截面受弯承载力外，其斜截面受剪承载力应符合下式要求：Vs≤0.07fcbh0(7.3)式中Vs——扣除底板自重后基底净反力产生的板支座边缘处的总剪力设计值；fc——混凝土轴心抗压强度设计值；b——支座边缘处板的净宽；h0——板的有效高度。7箱型基础(3)箱形基础底板应满足受冲切承载力的要求。当底板区格为矩形双向板时，底板的载面有效高度应符合下式要求：7.箱形基础的混凝土的强度等级不应低于C25，并采用密实混凝土，刚性防水。当有地下室时，应采用防火混凝土。7箱型基础7.3箱形基础计算7.3.1箱形基础强度验算对于天然地基上的箱形基础，应验算拔力层的地基承载力，其验算方法与天然地基上的浅基础大体相同，应符合下列要求：在非地震区：p≤f(7.5)pmax≤1.2f(7.6)pmin≥0(7.7)在地震区：除应符合上式中的前两式外，还应符合下式的要求：pmax≤ψf(7.8)7箱型基础式中p——基底平均压力(kPa);pmax、pmin——分别为基底最大、最小压力(kPa);f——地基承载力设计值，按《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）确定;ψ——地基土抗震承载力修正系数，按《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）确定。在强震、强台风地区，当建筑物比较软弱、建筑物高耸、偏心较大、埋深较浅时，有必要作水平抗滑稳定性和整体倾覆稳定性验算。7箱型基础（1）基底反力基底反力是箱基结构计算的关键，因基底反力的大小与分布直接影响箱基承受的弯矩与剪力的大小、分布与方向。目前基底反力计算方法，均以弹性理论为依据，假定地基的应力与应变为线性关系，选用不同的地基模型建立不同的计算方法。《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGJ6—2011）提供了地基反力确定方法，即将基础底面（包括底板悬挑部分）划分为若干区格，每区格基底反力为7箱型基础7箱型基础该方法适用于上部结构刚度不大和荷载比较均称的框架结构，地基土比较均匀，底板悬挑部分不宜超过0.8m，不考虑相邻建筑手的影响以及满足规范构造要求的单幢建筑物的箱形基础。（2）箱基内力计算①当地基压缩层深度范围内的土层在竖向和水平方向较均匀，且上部结构为平立面布置较规则的剪力墙、框架剪力墙体系时，箱形基础的顶、底板可仅按局部弯曲计算，计算时，底板反力应扣除板的自重。7箱型基础②对不符合上述要求的箱形基础，应同时考虑局部弯曲及整体弯曲的作用，底板局部弯曲产生的弯矩应乘以0.8折减系数；计算整体弯曲时，应考虑上部结构与箱形基础的共同作用；对框架结构，箱形基础的自重应按均布荷载处理。7箱型基础7.3.2地基变形计算由于箱形基础埋深较大，随着施工的进展，地基的受力状态和变形十分复杂。在基坑开挖前大多用井点降低地下水位，以便进行基坑开挖和基础施工，因此，由于降水使地基压缩。在基础开挖阶段，由于卸去土重引起地基回弹变形，根据某些工程的实例，回弹变形不容忽视。当基础施工时，由于逐步加荷，使地基产生再压缩变形。基础施工完后可停止降水，地基又回弹。最后在上部结构施工和使用阶段，由于继续加载，地基继续产生压缩变形。7箱型基础为了使地基变形计算所取用的参数尽可能与地基实际受力状但由于模拟条件与真实情况不尽符合，故目前实际上仍以《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）推荐的分层总和法计算箱基的沉降，具体运作时作一些修正。7箱型基础本章小结本章对于箱形基础主要从以下几个方面进行了讲述:第一,主要针对箱形基础的构造要求。对这部分内容要求学生熟练掌握并理解，尤其对于其中有些规范上发生变动的数值要求必须按新规范加以记忆理解；第二，主要针对箱形基础的特点和国内外的应用情况加以简单介绍,如：箱形基础具有刚度大、较好的抗震效果、较好的补偿性等特点；第三，主要针对箱形基础的计算进行学习，在这一部分主要学习箱基整个设计过程中的验算，如：验算地基强度的问题、地基变形的计算、整体倾斜的验算等等。7箱型基础在计算过程中需要学生注意几个问题：（1）由于箱形基础埋深较大，计算平均附加压力时应扣除水的浮力；（2）地基变形的计算建议按《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）中的简化经验公式确定；（3）地基规范的分层总和法适用于软土地基和箱基础的回弹再压缩模量占总沉降的比例较小的情况。当箱形基础的补偿量较大时，应采用其他有效的方法估算回弹再压缩。Thankyou!