基礎(chǔ)工程學(xué)-第4章 柱下十字交叉基礎(chǔ)

1、1 當(dāng)上部荷載較大、地基土較軟弱，只靠單向設(shè)置柱下條形基礎(chǔ)已不能滿(mǎn)足地基當(dāng)上部荷載較大、地基土較軟弱，只靠單向設(shè)置柱下條形基礎(chǔ)已不能滿(mǎn)足地基 承載力和地基變形要求時(shí)，可用承載力和地基變形要求時(shí)，可用雙向設(shè)置的正交格形基礎(chǔ)雙向設(shè)置的正交格形基礎(chǔ)，又稱(chēng)十字交叉基礎(chǔ)。十，又稱(chēng)十字交叉基礎(chǔ)。十 字交叉基礎(chǔ)字交叉基礎(chǔ)將荷載擴(kuò)散到更大的基底面積將荷載擴(kuò)散到更大的基底面積上，減小基底附加壓力，并且可提高基礎(chǔ)上，減小基底附加壓力，并且可提高基礎(chǔ) 整體剛度、減少沉降差。因此這種基礎(chǔ)常做為多層建筑或地基較好的高層建筑的基整體剛度、減少沉降差。因此這種基礎(chǔ)常做為多層建筑或地基較好的高層建筑的基 礎(chǔ)，對(duì)于較軟弱的地基

2、，還可與樁基連用。礎(chǔ)，對(duì)于較軟弱的地基，還可與樁基連用。 十字交叉基礎(chǔ)有十字交叉基礎(chǔ)有3種結(jié)點(diǎn)種結(jié)點(diǎn) ： 即即十字形結(jié)點(diǎn)（中柱）十字形結(jié)點(diǎn)（中柱）, T形結(jié)點(diǎn)（邊柱）形結(jié)點(diǎn)（邊柱）, 形結(jié)點(diǎn)形結(jié)點(diǎn) (角柱角柱) 。 2 柱下十字交叉基礎(chǔ)上的荷載是由柱網(wǎng)通過(guò)柱端作用在交叉結(jié)點(diǎn)上?；率纸徊婊A(chǔ)上的荷載是由柱網(wǎng)通過(guò)柱端作用在交叉結(jié)點(diǎn)上?；?礎(chǔ)計(jì)算的基本原理是礎(chǔ)計(jì)算的基本原理是把結(jié)點(diǎn)荷載分配給兩個(gè)方向的基礎(chǔ)梁，然后分別按單把結(jié)點(diǎn)荷載分配給兩個(gè)方向的基礎(chǔ)梁，然后分別按單 向的基礎(chǔ)梁的方法進(jìn)行計(jì)算向的基礎(chǔ)梁的方法進(jìn)行計(jì)算。 柱下十字交叉基礎(chǔ)計(jì)算的關(guān)鍵問(wèn)題柱下十字交叉基礎(chǔ)計(jì)算的關(guān)鍵問(wèn)題： 單柱荷載如何

3、在兩個(gè)方向的梁上分配？單柱荷載如何在兩個(gè)方向的梁上分配？ 3 n 一般分配方法一般分配方法 n 實(shí)用簡(jiǎn)化分配方法實(shí)用簡(jiǎn)化分配方法 一般分配方法一般分配方法 根據(jù)力平衡和變形協(xié)調(diào)條件，對(duì)任一基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)可寫(xiě)根據(jù)力平衡和變形協(xié)調(diào)條件，對(duì)任一基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)可寫(xiě) 出六個(gè)平衡方程，分別是：出六個(gè)平衡方程，分別是： y i x ii FFF y Ti x Bixi MMM y Bi x Tiyi MMM y i x i yy y Ti x Bi y Bi x Ti 力力 平平 衡衡 條條 件件 變變 形形 協(xié)協(xié) 調(diào)調(diào) 條條 件件 六個(gè)未知量、六個(gè)方程，所有未知量可解！六個(gè)未知量、六個(gè)方程，所有未知量可解！ 太太 復(fù)

4、復(fù) 雜雜 ！ 4 n 一般分配方法一般分配方法 n 實(shí)用簡(jiǎn)化分配方法實(shí)用簡(jiǎn)化分配方法 實(shí)用荷載簡(jiǎn)化分配方法實(shí)用荷載簡(jiǎn)化分配方法 所謂簡(jiǎn)化，即所謂簡(jiǎn)化，即不考慮彎矩的分配不考慮彎矩的分配。彎矩只作用于其。彎矩只作用于其 各自方向上的梁上。各自方向上的梁上。 y i x ii FFF y Ti x Bixi MMM y Bi x Tiyi MMM y i x i yy y Ti x Bi y Bi x Ti 力力 平平 衡衡 條條 件件 變變 形形 協(xié)協(xié) 調(diào)調(diào) 條條 件件 如此簡(jiǎn)化，則有兩個(gè)方程和兩個(gè)未知數(shù)，如何進(jìn)行求解？如此簡(jiǎn)化，則有兩個(gè)方程和兩個(gè)未知數(shù)，如何進(jìn)行求解？ 建立建立y和和F之間的關(guān)

5、系之間的關(guān)系 5 n 一般分配方法一般分配方法 n 實(shí)用簡(jiǎn)化分配方法實(shí)用簡(jiǎn)化分配方法 實(shí)用荷載簡(jiǎn)化分配方法實(shí)用荷載簡(jiǎn)化分配方法 所謂簡(jiǎn)化，即所謂簡(jiǎn)化，即不考慮彎矩的分配不考慮彎矩的分配。彎矩只作用于其。彎矩只作用于其 各自方向上的梁上。各自方向上的梁上。 y i x ii FFF y i x i yy )( x i x i Ffy )( y i y i Ffy 彈性地基梁彈性地基梁 法（文克爾法（文克爾 地基梁法）地基梁法） )()( y i x i FfFf 6 文克爾地基上的兩根正交文克爾地基上的兩根正交無(wú)限長(zhǎng)梁無(wú)限長(zhǎng)梁求解求解 s yxyx i yx i kFy2/ , y i x ii

6、 FFF iix x i FKF iiy y i FKF yyxx xx ix SBSB SB K yyxx yy iy SBSB SB K 7 文克爾地基上的文克爾地基上的一根無(wú)限長(zhǎng)梁和一根半無(wú)一根無(wú)限長(zhǎng)梁和一根半無(wú) 限長(zhǎng)梁限長(zhǎng)梁求解求解 s xx i x i kFy/2 y i x ii FFF iix x i FKF iiy y i FKF s yy i y i kFy2/ yyxx xx ix SBSB SB K 4 4 yyxx yy iy SBSB SB K 4 8 文克爾地基上的兩根正交文克爾地基上的兩根正交半無(wú)限長(zhǎng)梁半無(wú)限長(zhǎng)梁求解求解 s yxyx i yx i kFy/2 ,

7、 y i x ii FFF iix x i FKF iiy y i FKF yyxx xx ix SBSB SB K yyxx yy iy SBSB SB K 9 節(jié)點(diǎn)荷載分配完畢后，縱、橫兩個(gè)方向上的梁獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算。節(jié)點(diǎn)荷載分配完畢后，縱、橫兩個(gè)方向上的梁獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算。 在柱節(jié)點(diǎn)下的那塊面積在縱、橫向梁計(jì)算時(shí)都被用到，即在柱節(jié)點(diǎn)下的那塊面積在縱、橫向梁計(jì)算時(shí)都被用到，即重復(fù)重復(fù)利用了利用了 節(jié)點(diǎn)面積。節(jié)點(diǎn)面積。節(jié)點(diǎn)面積往往節(jié)點(diǎn)面積往往占交叉條形基礎(chǔ)全部面積的占交叉條形基礎(chǔ)全部面積的20 30%，重復(fù)重復(fù) 利用利用使計(jì)算結(jié)果誤差較大，且使計(jì)算結(jié)果誤差較大，且偏于不安全偏于不安全。 10 思路：

8、既然重復(fù)計(jì)算，則提高荷載水平，以保持基底壓力不變。思路：既然重復(fù)計(jì)算，則提高荷載水平，以保持基底壓力不變。 荷載修正方法：荷載修正方法： 設(shè)實(shí)際基底面積為設(shè)實(shí)際基底面積為A ，其中節(jié)點(diǎn)面積為，其中節(jié)點(diǎn)面積為a。 aA F p 荷載修正前基底壓力：荷載修正前基底壓力： 實(shí)際基底壓力也即荷載修正實(shí)際基底壓力也即荷載修正 所要達(dá)到的基底壓力：所要達(dá)到的基底壓力： A F p 為使基底壓力保持在實(shí)際水準(zhǔn)，應(yīng)將荷載提高為使基底壓力保持在實(shí)際水準(zhǔn)，應(yīng)將荷載提高m倍，也即：倍，也即： 11 A a A aA p p m 11 思路：既然重復(fù)計(jì)算，則提高荷載水平，以保持基底壓力不變。思路：既然重復(fù)計(jì)算，則提高

9、荷載水平，以保持基底壓力不變。 荷載修正方法：荷載修正方法： 提高提高m倍后的荷載應(yīng)為：倍后的荷載應(yīng)為： 故故需要增加的荷載需要增加的荷載應(yīng)為：應(yīng)為： ampFi 如此，則兩個(gè)方向梁上需要增加的荷載應(yīng)為：如此，則兩個(gè)方向梁上需要增加的荷載應(yīng)為： ampFpaFF A a Fm )1 ( i i x i x i F F F F i i y i y i F F F F 故修正后的兩個(gè)方向荷載應(yīng)為：故修正后的兩個(gè)方向荷載應(yīng)為： x i x i x i FFF 修正 y i y i y i FFF 修正 12 筏板基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)概念概念：底板連成整片式基礎(chǔ)?？煞譃椋旱装暹B成整片式基礎(chǔ)。可分為梁板式梁板式

10、和和平板式平板式兩類(lèi)。兩類(lèi)。 筏板基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)特點(diǎn)特點(diǎn)：基礎(chǔ)底面積大，對(duì)地基的承載力要求低，地基中的附加應(yīng)力小、：基礎(chǔ)底面積大，對(duì)地基的承載力要求低，地基中的附加應(yīng)力小、 地基沉降和不均勻沉降相對(duì)??；地基沉降和不均勻沉降相對(duì)小；基礎(chǔ)寬度較大，壓縮層厚度也較大基礎(chǔ)寬度較大，壓縮層厚度也較大。 脅梁板式脅梁板式脅梁板式脅梁板式平板式平板式 平板式平板式 13 采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法的前提是采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法的前提是筏板基礎(chǔ)剛度遠(yuǎn)大于地基剛度筏板基礎(chǔ)剛度遠(yuǎn)大于地基剛度，一般需要滿(mǎn)足以下條件：，一般需要滿(mǎn)足以下條件： 75. 1 m l 14 計(jì)算思路和方法計(jì)算思路和方法：把筏板劃分為獨(dú)立的把筏板劃分為獨(dú)立的

11、 條帶，條帶寬度為相鄰柱列間跨中到跨條帶，條帶寬度為相鄰柱列間跨中到跨 中的距離。忽略條帶間的剪力傳遞，則中的距離。忽略條帶間的剪力傳遞，則 條帶下的基底凈線反力為：條帶下的基底凈線反力為： 2 min max 6 L M L F q q n n 已知基底凈反力以及獨(dú)立條帶上的已知基底凈反力以及獨(dú)立條帶上的 荷載以后，則可以將該條帶看成是條形荷載以后，則可以將該條帶看成是條形 基礎(chǔ)梁，用倒梁法計(jì)算其內(nèi)力?；A(chǔ)梁，用倒梁法計(jì)算其內(nèi)力。 15 計(jì)算思路和方法計(jì)算思路和方法： 16 箱形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)概念概念：作為基礎(chǔ)用的由鋼筋混凝土頂板、底板和縱橫交錯(cuò)的內(nèi)外：作為基礎(chǔ)用的由鋼筋混凝土頂板、底板和縱橫

12、交錯(cuò)的內(nèi)外 側(cè)墻板組成的空間格構(gòu)式整體結(jié)構(gòu)。側(cè)墻板組成的空間格構(gòu)式整體結(jié)構(gòu)。 箱形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)特點(diǎn)特點(diǎn)： n 具有很大的剛度和調(diào)節(jié)不均勻沉降的能力；具有很大的剛度和調(diào)節(jié)不均勻沉降的能力； n 具有深埋寬基特點(diǎn)；具有很大的地下空間，具有補(bǔ)償作用，對(duì)減小地基沉具有深埋寬基特點(diǎn)；具有很大的地下空間，具有補(bǔ)償作用，對(duì)減小地基沉 降有重要作用；降有重要作用； n 具有良好的抗側(cè)向荷載能力。具有良好的抗側(cè)向荷載能力。 箱形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)與前述連續(xù)基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)和施工上的不同考慮與前述連續(xù)基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)和施工上的不同考慮： n 基礎(chǔ)深埋決定要考慮地下水的壓力和浮力作用；基礎(chǔ)深埋決定要考慮地下水的壓力和浮力作用； n

13、基礎(chǔ)埋深決定要考慮抗傾覆和抗滑移的穩(wěn)定性問(wèn)題；基礎(chǔ)埋深決定要考慮抗傾覆和抗滑移的穩(wěn)定性問(wèn)題； n 基礎(chǔ)的補(bǔ)償作用決定要沉降計(jì)算時(shí)考慮深開(kāi)挖后地基的回彈和再壓縮過(guò)程；基礎(chǔ)的補(bǔ)償作用決定要沉降計(jì)算時(shí)考慮深開(kāi)挖后地基的回彈和再壓縮過(guò)程； n 施工中需要考慮基坑支護(hù)和施工降水問(wèn)題。施工中需要考慮基坑支護(hù)和施工降水問(wèn)題。 17 n 箱形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)材料材料：混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于：混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C20，外圍結(jié)構(gòu)的混凝土抗，外圍結(jié)構(gòu)的混凝土抗 滲要求不低于滲要求不低于0.6MPa； n 箱形基礎(chǔ)的箱形基礎(chǔ)的埋置深度埋置深度：要滿(mǎn)足地基承載力、地基變形和穩(wěn)定性要求：要滿(mǎn)足地基承載力、地基變形和穩(wěn)定性要求

14、 并考慮施工環(huán)境影響；采用天然地基時(shí)不小于建筑物高度的并考慮施工環(huán)境影響；采用天然地基時(shí)不小于建筑物高度的1/12，地，地 震區(qū)埋深不宜小于建筑物高度的震區(qū)埋深不宜小于建筑物高度的1/10； n 箱形基礎(chǔ)的箱形基礎(chǔ)的平面尺寸平面尺寸：綜合考慮地基承載力、變形、上部結(jié)構(gòu)布置：綜合考慮地基承載力、變形、上部結(jié)構(gòu)布置 等條件確定，平面形狀力求簡(jiǎn)單，基礎(chǔ)底面形心盡量與上部結(jié)構(gòu)荷載等條件確定，平面形狀力求簡(jiǎn)單，基礎(chǔ)底面形心盡量與上部結(jié)構(gòu)荷載 重心重合；不能重合時(shí)，偏心距重心重合；不能重合時(shí)，偏心距e0.1W/A； n 箱形基礎(chǔ)的箱形基礎(chǔ)的高度高度：指頂、底板之間的凈高。一般取建筑物高度的：指頂、底板之間

15、的凈高。一般取建筑物高度的 1/8-1/12，且不宜小于箱形基礎(chǔ)長(zhǎng)度的，且不宜小于箱形基礎(chǔ)長(zhǎng)度的1/18，也不小于，也不小于3m； n 箱形基礎(chǔ)的箱形基礎(chǔ)的底板和頂板厚度底板和頂板厚度：基礎(chǔ)底板厚度不應(yīng)小于：基礎(chǔ)底板厚度不應(yīng)小于250mm，頂，頂 板厚度不應(yīng)小于板厚度不應(yīng)小于150mm，頂、底板厚度由抗剪條件確定。，頂、底板厚度由抗剪條件確定。 18 n 由于大面積的深基坑開(kāi)挖，引起比較明顯的基坑土回彈變形，回彈由于大面積的深基坑開(kāi)挖，引起比較明顯的基坑土回彈變形，回彈 變形大小由土的性質(zhì)、卸載大小、基坑面積和施工方法有關(guān)；變形大小由土的性質(zhì)、卸載大小、基坑面積和施工方法有關(guān)； n 高層建筑箱

16、形基礎(chǔ)下地基變形可分為三個(gè)階段：高層建筑箱形基礎(chǔ)下地基變形可分為三個(gè)階段： l 自重應(yīng)力變形階段：建筑物加載至基礎(chǔ)開(kāi)挖土重階段的變形為回彈再壓自重應(yīng)力變形階段：建筑物加載至基礎(chǔ)開(kāi)挖土重階段的變形為回彈再壓 縮變形；約占總沉降的縮變形；約占總沉降的20-30%； l 附加應(yīng)力變形階段：建筑物荷載超過(guò)開(kāi)挖土重，由兩者差值在地基中產(chǎn)附加應(yīng)力變形階段：建筑物荷載超過(guò)開(kāi)挖土重，由兩者差值在地基中產(chǎn) 生的附加應(yīng)力引起變形，約占總沉降的生的附加應(yīng)力引起變形，約占總沉降的35-50%； l 恒應(yīng)力階段：指建筑物竣工后的地基長(zhǎng)期變形，約占總沉降的恒應(yīng)力階段：指建筑物竣工后的地基長(zhǎng)期變形，約占總沉降的30-35%

17、。 箱形基礎(chǔ)地基沉降可按照箱形基礎(chǔ)地基沉降可按照建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中的分層總和法進(jìn)行。中的分層總和法進(jìn)行。 同樣地，基底反力的分布和大小也是隨著基礎(chǔ)荷載的變化而變化。目前，同樣地，基底反力的分布和大小也是隨著基礎(chǔ)荷載的變化而變化。目前，常用常用 的文克爾地基模型和彈性半空間體模型都不能很好解決箱基基底反力分布問(wèn)題。的文克爾地基模型和彈性半空間體模型都不能很好解決箱基基底反力分布問(wèn)題。 19 n 假設(shè)上部結(jié)構(gòu)為剛性結(jié)構(gòu)，僅考慮箱形基礎(chǔ)局部彎曲作用假設(shè)上部結(jié)構(gòu)為剛性結(jié)構(gòu)，僅考慮箱形基礎(chǔ)局部彎曲作用 內(nèi)力計(jì)算時(shí)，頂板按周邊固定的雙向連續(xù)板，受自重和板上荷載內(nèi)力計(jì)算時(shí)，頂板按周邊固定的雙向連續(xù)板，受自重和板上荷載 作用；底板按周邊固定的倒雙向板，受基底凈反力作用。作用；底板按周邊固定的倒雙向板，受基底凈反力作用。 n 考慮箱形基礎(chǔ)整體彎曲和局部彎曲作用考慮箱形基礎(chǔ)整體彎曲和局部彎曲作用 20 當(dāng)施加的建筑物總荷載（扣除地下水浮力）等于挖除的有效土重當(dāng)施加的建筑物總荷載（扣除地下水浮力）等于挖除的有效土重 時(shí)，建筑物的沉降為零，這就是時(shí)，建筑物的沉降為零，這就是補(bǔ)償性基礎(chǔ)的概念補(bǔ)償性基礎(chǔ)的概念。 如果建筑物總荷載大于挖除的土重，建筑物還會(huì)產(chǎn)