建筑构造-地基与基础

意大利比萨斜塔比萨大教堂钟楼的建造开始于1173年8月，设计为垂直建造，但是在工程开始后不久（1178），便由于地基不均匀和土层松软而倾斜，1372年完工，塔身倾斜向东南。工程曾间断了两次很长的时间，历经约二百年才完工。它的设计者是那诺·皮萨诺。虎丘塔苏州虎丘塔,建于公元959～961年期间，7级8角形砖塔，塔底直径13.66m，高47.5m。塔顶1957年位移1.7m，1978年2.3m。重心偏离基础轴线0.924m。上海“莲花河畔景苑”单元2地基与基础2.1概述2.2基础的埋置深度及影响因素2.3基础的分类和构造2.4地下室的构造单元概述：本章首先介绍了地基与基础的概念、分类和要求，然后介绍了基础的埋置深度及影响因素，由于基础具有隐蔽性难以补救，所以基础的分类和构造尤为重要，本章的难点是地下室的构造、防水和防潮，为了使学生学习方便，配备了大量的构造图。学习目标：1、了解地基的分类、要求。2、掌握基础埋置深度的概念及影响因素。3、掌握基础的分类，常用基础的构造。4、了解地下室的分类、组成及防潮防水构造等。学习重点：1、地基的分类、要求。2、影响基础埋深的因素。3、基础的分类和常用基础的构造。4、地下室的分类和组成。学习建议：本章的学习方法建议采用参观实践及项目教学法相结合，任课教师选择一个正在施工的基础作为实物进行现场教学，让学生根据实物，掌握基础由哪些部分组成，各组成部分的名称及材料，对现场看不到的基础类型，建议教师借助多媒体课件采用项目教学，本章学习结束后，建议教师用一套真实的基础施工图为学生讲解，锻炼学生识读施工图的能力。2.1概述2.1.1有关概念基础：是建筑物埋在地面以下的承重构件。它承受上部建筑物传递下来的全部荷载，并将这些荷载连同自重传给下面的土层。是建筑物的重要组成部分。地基：基础下面承受其传来全部荷载的土层。地基承受建筑物荷载而产生的应力和应变是随着土层的深度的增加而减小，在达到一定的深度以后就可以忽略不计。地基与基础2.1.1有关概念天然地基：是指天然土层具有足够承载力，不需经人工改良或加固即可以在上面建造房屋的地基。岩石、碎石土、砂土、粘性土人工地基：经过人工加固和处理的土层称为人工地基。压实法、换土法、打桩法、化学加固法等2.1.2地基分类2.1.2地基分类人工加固地基方法压实法2.1.2地基分类人工加固地基方法换土法2.1.2地基分类人工加固地基方法换土法桩基坚实土层2.1.2地基分类人工加固地基方法打桩法2.1.3对地基的要求强度要求：地基的承载力应足以承受基础传来的压力。地基承受荷载的能力称为地基承载力，即单位面积所承受荷载的大小，单位为kPa。变形要求：地基的沉降量应保证在允许的沉降范围内，且沉降差也应保证在允许的范围内，建筑物的总荷载通过基础传给地基，地基因此产生应变，出现沉降。若沉降过大，会造成整个建筑物下沉过多，印象建筑物的正常使用；若沉降不均匀，沉降差过大，会引起墙身开裂、倾斜甚至破坏。稳定性要求：要求地基有抵抗产生滑坡、倾斜方面的能力。必要时应加设挡土墙，以防止滑坡变形的出现。2.1.3对基础的要求强度要求：应具有足够的强度，才能稳定地把荷载传给地基，如果基础在承受荷载后受到破坏，整个建筑物的安全就无法保证。耐久性要求：在选择基础材料和构造形式时应与上部建筑物的使用年限相适应。经济方面的要求：基础工程造价占建筑物总造价的10%—40%，要在坚固耐久，技术合理的前提下，尽量就地取材，减少运输，以降低整个工程的造价。2.2基础的埋置深度及影响因素2.2.1基础的埋置深度基础埋深:是指自室外设计地坪至基础底面的垂直距离。浅基础：基础埋深不超过5m时，此类基础称为浅基础。深基础：基础埋深超过5m时,此类基础称为深基础，如桩基、沉箱、沉井和地下连续墙等。基础埋深应≥500mm。2.2.2影响基础埋深的因素1.地基土层构造基础应建造在坚实的土层上。如果地基土层为均匀好土，则应尽量浅埋。如果地基土层不均匀，既有好土，又有软土，若坚实土层离地面近，土方开挖量不大，可挖去软土，将基础埋在好土层上；若坚实土层很深，可做地基加固处理，或将基础埋在好土上，或采用桩基础，具体方案应在作技术经济比较后确定。2.2.2影响基础埋深的因素1.地基土层构造（1）地基土质分布均匀时，基础应尽量浅埋，但也不得低于500mm。（2）地基土层的上层为软土，厚度在2m以内，下层为好土时，基础应埋在好土层内，此时土方开挖量不大，既可靠又经济。（3）地基土层的上层软土厚度大于5m时，对于建筑总荷载较小的建筑，应尽量利用表层的软弱土层为地基，将基础埋在软土内。必要时应加强上部结构，增大基础底面积或进行人工加固。（4）地基土层由好土和软土交替组成，低层轻型建筑应尽可能将基础埋在好土内；总荷载大的建筑可采用打端承桩穿过软土层，也可将基础深埋到下层好土中，两方案经技术经济比较后选定。图2-2地基土层对基础埋深的影响2.建筑物自身构造3.地下水位基础埋深一般在地下水位以上。地下水位高时，基础埋深在最低地下水位以下200mm。4.冻结深度冰冻线：地面以下，冻结土与不冻结土的分界线称为冰冻线。冰冻线的深度称为冻结深度。基础底面置于冰冻线以下。冻结深度对基础埋深的影响5.相邻基础埋深一般情况下：新基础应尽量浅于原有基础。当新基础深于原有基础时，两基础间保持一定的距离L。图2-5相邻基础埋深的影响2.3基础的分类和构造2.3.1基础类型1.按所用材料分类可分为砖基础、毛石基础、灰土基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础等。（1）无筋扩展基础：又称刚性基础，砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土、三合土等（2）扩展基础：柔性基础，钢筋混凝土1.刚性基础由刚性材料制作的基础称为刚性基础，所谓刚性材料，一般是指抗压强度高，而抗拉、抗剪强度低的材料。在常用材料中，砖、石、和混凝土等均属刚性材料。因此，砖基础、毛石基础、混凝土基础以及毛石混凝土基础皆为刚性基础。1)砖基础用于地质条件好、地下水位低的五层以下砖混结构建筑2)毛石基础用于地下水位较高，冻结深度较深的单层民用建筑用于地下水位低，冻结深度较浅的南方4层以下民用建筑3)灰土基础4)混凝土基础用于潮湿的地基或有水的基槽中。2.柔性基础在混凝土基础的底部配以钢筋，利用钢筋来承受拉力，如图所示，使基础底部能够承受较大弯矩。这时，基础宽度的加大不受刚性角限制。故称钢筋混凝土基础为柔性基础。2.按构造形式分可分为独立基础、条形基础、筏式基础、桩基础、箱形基础等。1）独立基础当建筑物上部采用框架结构或单层排架结构承重，且柱距较大时，基础常采用方形或矩形的单独基础，这种基础称独立基础。独立基础（a）阶梯形（b）锥形（c）杯形(d)正在施工的独立基础2）条形基础基础为连续的长条形状时称为条形基础。条形基础一般用于墙下，也可用于柱下。条形基础(a)墙下条形(b)柱下条形3）筏式基础当上部荷载较大，地基承载力较低，条形基础的底面积占建筑物平面面积较大比例时，可考虑选用整片的筏板承受建筑物的荷载并传给地基，这种基础形似筏子，称筏式基础。筏形基础（a)板式（b)梁板式4）箱形基础当建筑物很大，或浅层地质情况较差，基础需埋深时，为增加建筑物的整体刚度，不致因地基的局部变形影响上部结构时，常采用钢筋砼将基础四周的墙、顶板、底板整浇成刚度很大的盒状基础，叫箱形基础5）桩基础当建筑物荷载较大，地基的软弱土层厚度在5m以上，基础不能埋在软弱土层内，或对软弱土层进行人工处理困难和不经济时，常采用桩基础。桩基的种类很多，最常采用的是钢筋混凝土桩，其根据施工方法不同可分为打入桩，压入桩，振入桩及灌入桩等。根据受力性能不同，又可以分为端承桩和摩擦桩等。图2-10桩基础实例桩基础（a)端承桩（b)摩擦桩2.3.2基础的构造1.混凝土基础多采用C7.5或C10混凝土浇筑而成。一般有阶梯形和锥形两种。混凝土基础的刚性角45度,宽高比应小于1∶1或1:1.5。混凝土基础底面应设置垫层:厚为100mm，混凝土标号为C7.5、C10，作用为找平和保护钢筋。图2-9混凝土基础2.钢筋混凝土基础垫层:目的是保证基础钢筋和地基之间有足够的距离，以免钢筋锈蚀，而且还可以作为绑扎钢筋的工作面。垫层一般采用C10素混凝土，厚度100mm。垫层两边应伸出底板各100mm。底板：基础主要受力构件，厚度和配筋均由计算确定。受力筋直径不得小于8mm，间距不大于200mm混凝土强度等级不宜低于C15。钢筋混凝土锥形基础底板边缘厚度：不小于200mm且不宜大于500mm。图2-13钢筋混凝土锥形基础钢筋混凝土阶梯形基础每阶厚度300～500mm。基础高度在500～900mm时采用两阶。基础高度超过900mm时采用三阶。图2-14钢筋混凝土阶梯形基础(a)单阶(b)两阶(c)三阶2.4地下室构造2.4.1地下室的分类1.按使用性质分1）普通地下室普通的地下空间一般按地下楼层进行设计。2）人防地下室有人民防空要求的地下空间。人防地下室应妥善解决紧急状态下的人员隐蔽与疏散，应有保证人身安全的技术措施。2.按埋入地下深度分类（1）全地下室全地下室是指地下室地面低于室外地坪面的高度超过该房间净高1/2者。（2）半地下室半地下室是指地下室地面低于室外地坪面高度超过该房间净高1/3，且不超过1/2者。3.按结构材料分类（1）砖墙结构地下室用于上部荷载不大及地下水位较低的情况。（2）钢筋混凝土结构地下室当地下水位较高及上部荷载很大时，常采用钢筋混凝土墙结构的地下室。2.4.2地下室的构造图2-27地下室组成1.墙体承担垂直荷载及土、地下水以及土冻胀时侧压力。其最小厚度不低于300mm。2.顶板可用预制板、现浇板、或者预制板上作现浇层（装配整体式楼板）。如为防空地下室，必须采用现浇板，并按有关规定决定厚度和混凝土强度等级。3.底板一般采用现浇钢筋混凝土底板。4.门窗普通地下室门窗同地上部分。防空地下室应符合相应等级的防护和密闭要求，一般采用钢门或混凝土门，防空地下室一般不容许设窗。5.采光井采光井由底板和侧墙构成：侧墙可以用砖墙或钢筋混凝土板墙制作，底板一般为钢筋混凝土浇筑。采光井底板应有1%～3%的坡度。采光井的上部应有铸铁篦子或尼龙瓦盖，以防止人员、物品掉入采光井内。深度：采光井底板距窗台低250～300mm。宽度：1000mm。开间：窗宽+1000mm。图2-15采光井的构造6.楼梯可与地面上房间结合设置，层高小或用作辅助房间的地下室，可设置单跑楼梯。防空要求的地下室至少要设置两部楼梯通向地面的安全出口，并且必须有一个是独立的安全出口。且安全出口与地面以上建筑应有一定距离，一般不小于地面建筑物高度的一半。2.4.3地下室的防水如何保证地下室在使用时不渗漏，是地下室构造设计的主要任务。目前我国颁发的《地下工程防水技术规范》（GB50108—2001）把地下工程防水分为四级，见表2-1。表2-1地下工程防水等级标准表2-2不同防水等级的适用范围1.地下室防潮当设计最高地下水位低于地下室底板300mm以上，且地基范围内的土壤及回填土无形成上层滞水可能时，采用防潮做法。地下室墙体为钢筋混凝土：不必做防潮。地下室墙体为砌体：应做防潮。地下室防潮的构造要求：1)砖墙体必须采用水泥砂浆砌筑，灰缝必须饱满。2)在外墙外侧设垂直防潮层，防潮层做法一般为1：2.5水泥砂浆找平、刷冷底子油一道、热沥青两道，防潮层做至室外散水处，然后在防潮层外侧回填低渗透性土壤如粘土、灰土等，并逐层夯实，底宽500mm左右。3)地下室所有墙体，必须设两道水平防潮层，一道设在底层地坪附近，一般设置在结构层之间。另一道设在室外地面散水以上150～200mm的位置。图2-16地下室的防潮2.地下室防水当设计最高地下水位高于地下室底板，或地下室周围土层属弱透水性土存在滞水可能，应采取防水措施。目前，采用的防水方案有材料防水和自防水两大类。1）材料防水材料防水是在外墙和底板表面敷设防水材料