地基与基础外文翻译资料

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1. 地基与基础

16.1 地基与基础的类型和作用

下部结构或称基础通常是设置在地面以下，并将荷载传递给下面的土壤或岩石的结构部分。所以地基在受到荷载作用时明显受到压缩，并引起所支撑的建筑物沉降。在基础设计中有两个基本要求，一是结构的沉降要限制到尽量小的程度，二是要尽可能消除结构物各部分的不均匀沉降。就建筑物被破坏的可能性而言，避免不均匀沉降即避免同一建筑物的沉降差值比限制均匀的总沉降更为重要。

为了限制上述沉降，必须把建筑物的荷载传递到有足够刚度的土层，把荷载分布到该土层足够大的面积上，以减少支撑压力，如果建筑物下找不到合适的土层，必须采用深基础，例如桩或沉箱，以便把荷载传递到坚实土层上，如果建筑物下面正好有良好的土层，仅需要用基础或其它手段来扩散荷载，这样的基础叫做扩展基础，这也是即将讨论的主要基础类型。关于深基础的更多特殊类型的信息可以在基础工程相关文献查询，例如，文献16.1到16.3.

16.2扩展基础

扩展基础常分为柱下独立基础和墙下条形基础，最普通的基础类型的大致轮廓如图16.1.所示。墙基础不过是比墙稍宽的混凝土条带，它分散墙体的压力，单桩基础通常是正方形，有时是长方形，都是最简单最经济的形式，如果地产圈不允许基础突出外墙，外柱使用这种基础就会有麻烦，在这种情况下，可采用不突出墙体以外的复式基础或条形基础，在间距小的重载内柱下可采用两柱或更多柱的复式基础，如果在这种情况下采用单个基础，它们将完全连在一起。

在有较好承载力的土层上，单个柱基或复式柱基是扩展基础最常用的形式，如果土质较软或柱载太大，需要的基础面积就会很大而不符合经济要求，在这种条件下，除非根据土壤条件需要深基础，否则就采用板式基础，这种基础是铺在建筑物下面的钢筋混凝土实心板，因此可以把结构荷载分布到很大的面积上，从这种基础本身的刚度来看，也会减少基础的不均匀沉降，它最简单的形式是从两个方向配筋的混凝土，另一种刚度更大且通常是最经济的形式，导致的肋梁楼盖，主梁在柱列中沿一个方向放置，沿另一个方向放置次梁，次梁通常排列紧密，如果柱列为方形，粱在两个方向的间距相当，板双向配筋，柱底部的倒置平板也用板式基础。

16.3影响设计的因素

在一般建筑中，墙或柱上的荷载竖直的传给基础，并由基础下面向上的土压力所支撑，如果荷载对称与支撑面积和支撑压力可假设成均匀分布的，这被认为是近似的（如图16.2a）。埋置在粗颗粒土中的基础压力在基础中心大，向周边逐渐减弱，因为粗颗粒之间多少会有滑动，是周边受荷载土向土压力低的地方移动（如图16.2b）。与此相反，在粘性土中，靠近基础周边的土压力比基础中心的土压力高，因为黏性土中，荷载在基础周边引起剪切力，从而增加向上的土压力（如图16.2b），人们习惯考虑这些不均匀性，因为不均匀性的数值不明显，当土质不均匀时，不均匀对弯矩的影响很大。

在压缩性土中，基础中心加载，以避免由于基础一边的支撑压力比另一边的大得多而产生倾斜，单个基础应该与柱对中，墙基础应该与墙对中，偏心荷载的基础可用于较密实的土层，可见，当土层良好时，单独基础约束柱子的转动，除非基础位于岩石之上。

精确的确定应力，特别是对单桩基础而言，在均匀向上的压力作用下，基础底部变成碗型，这将使精确的分析变得特别复杂。目前，这种基础的设计方法完全基于两种广泛的实验，都是在伊利斯诺大学完成的（见，文献16.4和16.5）这些实验已被重新估价，特别是在剪切和斜拉方面，从较新的强度理论观点进行重新评价（见文献16.6和16.8）。复合基础和筏板基础也可以用简单的方法来设计，尽管这些方法是由复杂的计算工具得来的，比如有限元软件。

16.4荷载，承载力和基础尺寸

允许承载力是从土力学原理建立的，在荷载测试和其它实验测定的基础上建立的（见，例如，文献16.1，16.3）。在使用荷载下的允许承载力通常是基于一个安全系数为2.5到3.0对超过特定土壤的承载力和保持住沉降在容许范围内。许多地方的建筑规范中包含了特定地区的不同种类的土壤和不同土壤条件的允许承载力。

对集中荷载作用下的基础所需要的面积由下式确定

(16.1)

另外，大多数规范规定，考虑风荷载和地震作用时，承载力允许提高33%，此时，需要的基础面积为下式

or (16.2)

值得注意的是基础尺寸取决于无分裂的工作载荷和土壤压力而不是钢筋混凝土构件的设计承载力。这是因为基础的安全设计是考虑之前提到过的所有安全因素来设计的，而不是根据单独荷载作用和强度降低等因素来设计基础尺寸的。

即基础设计尺寸，是取等式16.1和等式16.2计算出来的较大值，等式16.1和等式16.2分子上的荷载是基础底面的荷载，即土壤和基础的接触面。含义就是指基础自重和基础承担的荷载必须包含在上述荷载中。风载和其它侧向荷载会导致基础的倾覆，在检测基础倾覆时，计算荷载只包含使基础倾覆的活荷载和使基础反倾覆的永久荷载应该乘以0.9。在反倾覆计算中应该考虑一个大于1.5的安全因数，其它情况根据各地建筑规范确定（见文献16.7）。

如果基础所支撑的柱不在基础的轴心处或者柱传递给基础的荷载不仅有竖向荷载还有弯矩时，此时基础承受的荷载是偏心荷载。在一般情况下，荷载对基础的影响可由竖向荷载P和弯矩M来代表。只要偏心距不超过基础的突出距离，偏心受压公式按下式计算

（16.3）

取决于基础两边缘的承载力，如图16.3所示。基础尺寸应该满足。如果偏心距超过K，则等式16.3计算出的拉力q。因为基底和地基之间是不能承受拉力的，等式16.3计算结果不再有效，此时承载力应根据图16.3b来计算。尺寸为矩形基础所能承受的最大，承载力由下式计算

（16.4）

计算所得的承载力值一定比允许值小。对于其他各种不同的非矩形结构，计算承载力时需要的K和其它A可以在文献16.1和16.7或者其它文献处查找。

一旦基础尺寸确定后，此时基础设计必须考虑设计必要的强度来抵抗由荷载产生的弯矩，剪力和其它构件内部的变形。为了达到这个目的，ACI规范9.2里的荷载因素适用于基础和其它结构构件。相应的，基础的强度设计由外部荷载的影响来规定（见表1.2）:

如果考虑了风荷载,

在地震区地震作用E必须考虑，在这种情况下，1.1E可以代替风载W。这个条件将不能控制基础的强度设计。然而，侧向地面荷载H将有可能会影响基础设计，此时

对于液体的水平荷载，例如地下水，在最后一个公式里面，可以用1.4F代替1.7H。竖向的液压荷载记入永久荷载内。载荷因素1.4适用于它们。

这些设计极限荷载会被地基相应的承载力所抵抗和抵消。因此，一旦基础尺寸确定，以强度计算为目标的极限荷载设计值所需的承载力将会重新计算。这些是虚构的荷载，这些荷载仅仅需要用来产生基础的极限容许值。在工作负载中把虚构荷载从实际荷载q中区分出来，用来抵消设计极限荷载U的设计承载力将会被设计成。

16.5墙下连续条形基础

适用于梁的作用的简单规则也适用于墙基础，只需做些许的改动。图16.4显示了有力作用的墙基。如果力矩是通过这些力计算得到的，最大力矩将会出现在基底宽度的中间。事实上，刚性墙不是这种情况，从16.3处引用的实验可以看出，对于钢筋混凝土墙下的基础应该在墙的表面计算弯矩（1-1截面）。本次实验中张拉裂缝出现在图16.4所示的位置，裂缝出现在墙的下面而不是在中间。对于支撑砌体墙的基础来说，最大弯矩出现在中部和墙底面的中间，因为砌体的刚性比混凝土的小。因此，混凝土墙下面的基础的最大弯矩值按下式计算

(16.5)

为了确定切应力，在图上的2-2截面计算剪切力，和梁一样，截面位于离墙表面距离为d的地方。计算公式如下

(16.6)

基于最大弯矩处的截面1-1计算裂缝发展长度.

例16.1.墙基础的设计

混凝土墙上有恒荷载D=14KN/M，活荷载L=10KN/M，基础底部极限承载力是=4.5，这是4英尺以下的等级。利用3000平方英寸的混凝土和40级钢筋为该墙设计一个基础。

解答：在基础为12英寸厚的情况下，基础自重是每平方英尺重150并且填充在基础上端3英尺部分的自重是每平方英尺重。因此，极限承载力的一部分可以满足或有效的承担墙的荷载，这部分荷载是

因此基础需要的宽度是b=24000/4050=5.93英尺，采用宽度为6英尺。

基础的强度设计的设计承载力是

由上可知，强度设计的弯矩设计值是

假设d=9英寸,2-2截面的剪力是

剪力控制基础的厚度，特别的，在基础里面设置抗剪钢筋是不经济的。每英尺设计的抗剪强度时

其中

自从美国混凝土协会规范7.7.1规定采用直径为3英寸的光圆钢筋和厚度为12英寸的基础来设计基础，并给出d=8.5英寸。这个计算足够接近假设值，而且不用修改计算。

为了确定需要使用的钢筋面积，对于这个值，曲线40/3给出配筋率为rho;=0.0067，需要的钢筋面积为,6号钢筋7英寸。在中部，所需钢筋是。设计延伸长度根据表5.5查得是22英寸，这个长度从1-1截面外面开始延伸。如果要求钢筋直径是3英寸，那么每根钢筋的长度是72-6=66 英寸.，并且从截面1-1开始延伸的实际延伸长度是.，这个延伸长度超过了所要求的延伸长度。

根据美国混凝土规范7.12，纵向收缩的热轧钢筋至少需要 。长度为8英寸的4号钢筋，中心部位需要的钢筋是0.31平方英寸/英尺。

16.6柱下独立基础

在设计中，单柱基础通常是正方形。如果空间限制决定这个选择或者支撑柱强烈拉长矩形截面，此时，则使用矩形基础；最简单的形式，它们是由一个单板组成（如图16.5a）。另一类是图16.5b所示的，基座置于柱与基础板之间；基座提供了一个更有利的荷载转移，在很多情况下是为了提供延伸长度所需的定位销长度也需要设置基座。这种形式也被称为阶梯式基础。为了提供整体效应，一个阶梯式基础的所有部分必须在单一灌注。有时，也会使用如图16.5C所示的斜面基础，它所需的混凝土比阶梯型基础的少，但是浇筑斜面基础，这样会增加额外的必要劳动力（比如模板等等），所以阶梯型基础是经济的。通常情况下，对于厚度为3英尺的基础来说，阶梯形基础是比较经济的。

单柱基础可以表示为由柱两个方向伸出的悬臂梁，并且承受向上的土压力。相应的拉应力由底表面这两个方向引起的，因此这种基础需要用双层钢筋来加强，钢筋的布置方向一边平行基础边缘，另一边与这些钢筋垂直。

要求支承面积是由划分总荷载得来的，荷载包括基础自重。在这种情况下，基础的自重必须估计并且一般为柱荷载的百分之四到百分之八，前一个值应用于更坚硬的土壤里。

在弯矩和剪力的计算中，只考虑由柱荷载因素引起的向上的应力，基础的自重不会产生弯矩和剪力，很明显，就像一本放在桌子上的书不会产生弯矩和剪力。

1. 剪力

一旦基础要求的尺寸通过承载力和由基础自重与填充荷载的最不利荷载组合确定时，基础的厚度必须确定。在单柱基础中最有效的深度d是由剪力控制的。因为这样的基础是双向作用的，在两个主要方向弯曲，剪力的这种效应就像柱附近的平板产生的剪力一样(见13.6章节）然而，和双向板相反，通常情况下在基础里配置抗剪钢筋是不经济的。由于这个原因，这儿只讨论由混凝土承受剪力的基础设计。在厚度被强调的偶然情况下就需要配置抗剪钢筋。13.6章节关于板的信息也适用于基础。

基础里有两种不同类型的抗剪强度：双向的，冲剪的，单向剪切。

如图16.6所示，因为在柱的周围达到了抗剪强度，所以平板上支撑着的柱子将会冲剪平板。与此同时，除了剪力之外，来自柱子的轴心压力将会扩散到基础中区导致与混凝土相近的柱子在竖直方向或稍微倾斜的方向产生压缩。结果，如果破坏出现，椎体的破坏形式如图16.7所示，两侧向外倾斜约45°。不能承受这种荷载的混凝土的抗剪强度在该截面发生，该截面是位于离柱子表面d/2的竖直截面（如图16.7中的abcd竖直截面）。混凝土受剪应力v也在垂直的压缩应力，这个竖向压缩应力来自柱子，来自两个主要方向的水平压力，这个水平压力是由基础里面的双轴弯矩引起的。三轴压力增加了混凝土的抗剪强度。相应的，基础和平板的试验表明了在重要周边面积计算得到的冲切抗剪强度比单向的要大。

如13.6部分讨论的一样，美国混凝土规范给出了冲切周边正常的抗冲剪强度：

(16.7a)

除了矩形截面的的柱子，用下式lt;

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