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第二部分 建筑构造认知
模块8基础与地下室
YCF
01
地基与基础
02
地下室构造
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01
地基与基础
8.1.1地基与基础的基本知识
8.1.2基础构造类
基础是建筑物的主要承重构件，是房屋建筑的重要组成部分。它虽然是隐蔽工程，但是承担着建筑物的全部荷载，并将其传递至地基。从工程造价上看，一般建筑的基础工程造价占总造价的10%～20%。
8.1.1地基与基础的基本知识
在建筑工程中，位于建筑物最下部位，直接作用于土层上的承重构件称为基础。基础下面支承建筑物全部荷载的那部分土层称为地基。地基和基础虽然不同，但是又有着不可分割的关系，它们共同保证房屋的坚固、耐久和安全。
因此在工程设计和施工中，基础应满足强度、耐久性及经济方面的要求；地基应满足强度、变形及稳定性方面的要求。
1.地基与基础的关系
基础是建筑物的重要组成部分，它承受建筑物的全部荷载，并将它们传给地基。而地基却不是建筑物的组成部分，它只是承受建筑物荷载的土壤层。地基可分为天然地基和人工地基两类。天然地基是指具有足够强度的天然土层，能直接承受建筑物荷载的地基，如岩石、碎石、砂石、黏土等；人工地基是指天然土层没有足够强度来承受建筑物的荷载，必须对这种土层进行人工加固以提高它的承载能力。人工加固地基通常采用压实法、换土法、打桩法以及化学加固法等。
8.1.1地基与基础的基本知识
2.如何定基础的埋置深度
从室外设计地面至基础底面的垂直距离称为基础的埋置深度，简称基础的埋深，如图所示。基础按照埋置深度的不同分为深基础和浅基础两种。一般基础埋深大于或等于5 m者为深基础，小于5 m者为浅基础。基础的埋置深度是根据建筑物上部荷载的大小、地基土质的好坏、地下水位的高低、冰冻的深度、工程特点、周围环境、经济能力、施工条件等因素综合决定的。不能认为基础埋得深，它的承载力就一定高，而是要依照实际情况进行研究。
8.1.1地基与基础的基本知识
一般情况下，基础应埋在坚硬的土层上，冰冻线以下200 mm、最高水位以上。同时，还应考虑基础至少埋深500 mm，以防外界的影响而损坏。
1.按材料及受力特点分类
1）刚性基础
由刚性材料制作的基础称为刚性基础。一般抗压强度高，而抗拉、抗剪强度较低的材料就称为刚性材料，常用的刚性材料有砖、灰土、混凝土、三合土、毛石等。为满足地基容许承载力的要求，基底宽B一般大于上部墙宽，当基础底部宽度B很宽时，挑出部分b很长，而基础又没有足够的高度H，又因基础采用刚性材料，基础就会因受弯曲或剪切而破坏。为了保证基础不被拉力、剪力破坏，基础必须具有相应的高度。通常按刚性材料的受力状况，基础在传力时只能在材料的允许范围内控制，这个控制范围的夹角称为刚性角，用α表示，如图所示。
8.1.2基础构造类
tanα=b/H，也就是说，基础台阶的挑出宽度b与高度H之比要受到一定的限制。我们把基础的b∶H称为宽高比，刚性基础的台阶宽高比的允许值见表。
8.1.2基础构造类
tanα=b/H，也就是说，基础台阶的挑出宽度b与高度H之比要受到一定的限制。我们把基础的b∶H称为宽高比，刚性基础的台阶宽高比的允许值见表。
8.1.2基础构造类
注1：PK为荷载效应组合时基础底面处的平均压力（kPa）。
注2：阶梯形毛石基础的每阶伸出宽度不宜大于200mm。
注3：当基础由不同材料叠合组成时，应对接触部分作抗压验算。
注4：基础底面处的平均压力值超过300 kPa的混凝土基础，应进行抗剪验算。
8.1.2基础构造类
刚性基础适用于上部荷载较小、地基承载力较好的中小型建筑。
2）砖基础
砖基础宽出部分成台阶形，有等高式和间隔式两种。砌筑时，一般需在基底下先铺设砂、混凝土或灰土垫层，如图所示。
砖基础取材容易、构造简单、造价低廉，但其强度低，耐久性、抗冻性较差，所以只宜用于等级较低的小型建筑中。
8.1.2基础构造类
3）灰土基础
在地下水位较低的地区，可以在砖基础下设灰土垫层，灰土垫层有较好的抗压强度和耐久性，后期强度较高，属于基础的组成部分，叫做灰土基础。灰土基础由熟石灰粉和黏土按体积比3∶7或2∶8的比例，加适量水拌和夯实而成。施工时每层虚铺厚度约为220 mm，夯实后厚度为150 mm，称为一步，一般灰土基础做二至三步，如图所示。
灰土基础的抗冻性、耐水性差，只能埋置在地下水位以上，并且顶面应位于冰冻线以下。
8.1.2基础构造类
4）毛石基础
毛石基础是由未加工的块石用水泥砂浆砌筑而成，毛石的厚度不小于150mm，宽度约为200～300mm。基础的剖面成台阶形，顶面要比上部结构每边宽出100mm，每个台阶的高度不宜小于400mm，挑出的长度不应大于200mm，如图所示。毛石基础的强度高，抗冻、耐水性能好，适用于地下水位较高、冰冻线较深的产石区的建筑。
8.1.2基础构造类
5）混凝土基础和毛石混凝土基础
混凝土基础的断面有矩形、阶梯形和锥形，一般当基础底面宽度大于2000mm时，为了节约混凝土常做成锥形，如图所示。当混凝土基础的体积较大时，为了节约混凝土，可以在混凝土中加入粒径不超过300mm的毛石，这种混凝土基础称为毛石混凝土基础。毛石混凝土基础中，毛石的尺寸不得大于基础宽度的1/3，毛石的体积为总体积的20%～30%，且应分布均匀。
混凝土基础和毛石混凝土基础具有坚固、耐久、耐水的特点，可用于受地下水和冰冻作用的建筑。
8.1.2基础构造类
6）柔性基础
当建筑物的荷载较大而地基承载能力较小时，基础底面B必须加宽，如果仍采用混凝土材料作为基础势必加大基础的埋深，这样既增加了挖土工作量，又使材料的用量增加，对工期和造价都十分不利，混凝土基础与钢筋混凝土基础的比较如图（a）所示。如果在混凝土基础的底部配以钢筋，利用钢筋来承受拉应力，使基础底部能够承受较大的弯矩，这时，基础宽度的加大不受刚性角的限制，故称钢筋混凝土基础为非刚性基础或柔性基础。基础配筋情况如图（b）所示。
钢筋混凝土基础的适用范围广泛，尤其是适用于有软弱土层的地基。
8.1.2基础构造类
2.按基础的构造形式分类
基础构造的形式因建筑物上部结构形式、荷载大小及地基土壤性质的变化而不同。一般情况下，上部结构形式直接影响基础的形式，当上部荷载大，地基承载能力有变化时，基础形式也随之变化。基础按构造特点可分为以下几种基本类型。
1）条形基础
当建筑物上部结构采用墙承重时，基础沿墙身设置，多做成长条形，这类基础称为条形基础或带形基础，如图（a）所示，这是墙承式建筑基础的基本形式。条形基础一般用于墙下，也可用于柱下。当建筑采用柱承重结构，在荷载较大且地基较软弱时，为了提高建筑物的整体性，防止出现不均匀沉降，可将柱上基础沿一个方向连续设置成条形基础，如图（b）所示。
8.1.2基础构造类
2）独立基础
当建筑物上部采用柱承重，且柱距较大时，将柱下扩大形成独立基础。独立基础的形状有阶梯形、锥形和杯形等，如图所示。其优点是土方工程量少，便于地下管道穿越，节约基础材料。但基础相互之间无联系，整体刚度差，因此一般适用于土质均匀、荷载均匀的骨架结构建筑中。
当建筑物上部为墙承重结构，并且基础要求埋深较大时，为了避免开挖土方量过大和便于穿越管道，墙下可采用独立基础，如图所示。墙下独立基础的间距一般为3～4m，上面设置基础梁来支承墙体。
8.1.2基础构造类
3）井格基础
当地基条件较差或上部荷载较大时，为了提高建筑物的整体性，防止柱子之间产生不均匀沉降，常将柱下基础沿纵横两个方向扩展连接起来，做成十字交叉的井格基础，如图所示。
8.1.2基础构造类
4）片筏基础
当建筑物上部荷载大，而地基又较弱时，采用简单的条形基础或井格基础已不能适应地基变形的需要，通常将墙或柱下基础连成一片，使建筑物的荷载承受在一块整板上称为片筏基础。片筏基础可以用于墙下和柱下，有平板式和梁板式两种，如图所示。
片筏基础具有能减小基底压力，提高地基承载力和调整地基不均匀沉降的能力，广泛用于多高层住宅、办公楼等民用建筑中。
8.1.2基础构造类
5）箱形基础
当建筑物荷载很大，或浅层地质情况较差时，为了提高建筑物的整体刚度和稳定性，基础必须深埋，这时常用钢筋混凝土顶板、底板、外墙和一定数量的内墙组成刚度很大的盒状基础，称为箱形基础，如图所示。
箱形基础具有刚度大、整体性好、内部空间可用做地下室的特点。因此，适用于高层公共建筑、住宅建筑及需设地下室的建筑。
8.1.2基础构造类
6）桩基础
当建筑物荷载较大、地基软弱、土层的厚度在5 m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较困难或不经济时，常采用桩基础。桩基础由桩身和承台组成，桩身伸入土中，承受上部荷载,承台用来连接上部结构和桩身,如图所示。桩基础类型很多，按照桩身受力特点，分为端承桩和摩擦桩。上部荷载如果主要依靠下面坚硬土层对桩端的支承来承受时，这种桩基础称为端承桩；上部荷载如果主要依靠桩身与周围土层的摩擦阻力来承受时，这种桩基础称为摩擦桩。桩基础按材料不同分，有木桩、钢筋混凝土桩和钢桩等；按断面形式不同分，有圆形桩、方形桩、环形桩、六角桩和工字形桩等；按桩入土方法的不同分，有打入桩、振入桩、压入桩和灌注桩等。采用桩基础可以减少挖、填土方工程量，改善工人的劳动条件、缩短工期、节省材料。因此，近年来桩基础的应用较为广泛。

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