基础

　　中国在建筑物的基础建造方面有悠久的历史。从陕西半坡村新石器时代的遗址中发掘出的木柱下已有掺陶片的夯土基础；陕县庙底沟的屋柱下也有用扁平的砾石做的基础；洛阳王湾墙基的沟槽内则填红烧土碎块或铺一层平整的大块砾石。到战国时期，已有块石基础。到北宋元丰年间，基础类型已发展到木桩基础、木筏基础及复杂地基上的桥梁基础、堤坝基础，使基础型式日臻完善。在《营造法式》中对地基设计和基础构造都作了初步规定，如对一般基础埋深作出“凡开基址，须相视地脉虚实，②采用地基上梁和板的计算方法。其深不过一丈，地基土质较好的情况下能够满足设计要求。浅止于五尺或四尺，……”的规定。

　　1、按使用的材料分为：灰土基础、砖基础、毛石基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础。

　　2、按埋置深度可分为：浅基础、深基础。埋置深度不超过5M者称为浅基础，大于5M者称为深基础。

　　3、按受力性能可分为：刚性基础和柔性基础。

　　4、按构造形式可分为条形基础、独立基础、满堂基础和桩基础。满堂基础又分为筏形基础和箱形基础

　　1) 条形基础：当建筑物采用砖墙承重时，墙下基础常连续设置，形成通长的条形基础

　　2) 刚性基础：是指抗压强度较高，而抗弯和抗拉强度较低的材料建造的基础。所用材料有混凝土、砖、毛石、灰土、三合土等，一般可用于六层及其以下的民用建筑和墙承重的轻型厂房。

　　3) 柔性基础：用抗拉和抗弯强度都很高的材料建造的基础称为柔性基础。一般用钢筋混凝土制作。这种基础适用于上部结构荷载比较大、地基比较柔软、用刚性基础不能满足要求的情况。

　　4) 独立基础：当建筑物上部为框架结构或单独柱子时，常采用独立基础；若柱子为预制时，则采用杯形基础形式。

　　5) 满堂基础：当上部结构传下的荷载很大、地基承载力很低、独立基础不能满足地基要求时，常将这个建筑物的下部做成整块钢筋混凝土基础，成为满堂基础。按构造又分为筏形基础和箱形基础两种。

　　6) 筏形基础：筏形基础形象于水中漂流的木筏。井格式基础下又用钢筋混凝土板连成一片，大大地增加了建筑物基础与地基的接触面积，换句话说，单位面积地基土层承受的荷载减少了，适合于软弱地基和上部荷载比较大的建筑物。

　　7) 箱形基础：当筏形基础埋深较大，并设有地下室时，为了增加基础的刚度，将地下室的底板、顶板和墙浇制成整体箱形基础。箱形的内部空间构成地下室，具有较大的强度和刚度，多用于高层建筑。

　　8)桩基础：当建造比较大的工业与民用建筑时，若地基的软弱土层较厚，采用浅埋基础不能满足地基强度和变形要求，常采用桩基。桩基的作用是将荷载通过桩传给埋藏较深的坚硬土层，或通过桩周围的摩擦力传给地基。按照施工方法可分为钢筋混凝土预制桩和灌注桩。补充知识会详细介绍桩基础。

　　9）灰土基础：是由石灰、土和水按比例配合，经分层夯实而成的基础。灰土强度在一定范围内随含灰量的增加而增加。但超过限度后，灰土的强度反而会降低。这是因为消石灰在钙化过程中会析水，增加了消石灰的塑性。

　　10）砖基础：以砖为砌筑材料，形成的建筑物基础。是我国传统的砖木结构砌筑方法，现代常与混凝土结构配合修建住宅、校舍、办公等低层建筑。

　　11）毛石基础：是用强度等级不低于MU30的毛石，不低于M5的砂浆砌筑而形成。为保证砌筑质量，毛石基础每台阶高度和基础的宽度不宜小于400mm，每阶两边各伸出宽度不宜大于200mm。石块应错缝搭砌，缝内砂浆应饱满，且每步台阶不应少于两批毛石。毛石基础的抗冻性较好，在寒冷潮湿地区可用于6层以下建筑物基础。

　　12）混凝土基础：是以混凝土为主要承载体的基础形式，分无筋的混凝土基础和有筋的钢筋混凝土基础2种。

　　桩基础补充介绍 ：

　　桩基础分类

　　1、 按承台位置的高低分

　　①高承台桩基础——承台底面高于地面，它的受力和变形不同于低承台桩基础。一般应用在桥梁、码头工程中。

　　②低承台桩基础——承台底面低于地面，一般用于房屋建筑工程中。

　　2、 按承载性质不同

　　①端承桩——是指穿过软弱土层并将建筑物的荷载通过桩传递到桩端坚硬土层或岩层上。桩侧较软弱土对桩身的摩擦作用很小，其摩擦力可忽略不计。

　　②摩擦桩——是指沉入软弱土层一定深度通过桩侧土的摩擦作用，将上部荷载传递扩散于桩周围土中，桩端土也起一定的支承作用，桩尖支承的土不甚密实，桩相对于土有一定的相对位移时，即具有摩擦桩的作用。

　　3、 按桩身的材料不同

　　①钢筋混凝土桩——可以预制也可以现浇。根据设计，桩的长度和截面尺寸可任意选择。

　　②钢桩——常用的有直径250~1200mm的钢管桩和宽翼工字形钢桩。钢桩的承载力较大，起吊、运输、沉桩、接桩都较方便，但消耗钢材多，造价高。我国目前只在少数重点工程中使用。如上海宝山钢铁总厂工程中，重要的和高速运转的设备基础和柱基础使用了大量的直径914.4mm和600mm，长60mm左右的钢管桩。

　　③木桩——目前已很少使用，只在某些加固工程或能就地取材临时工程中使用。在地下水位以下时，木材有很好的耐久性，而在干湿交替的环境下，极易腐蚀。

　　④砂石桩——主要用于地基加固，挤密土壤。

　　⑤灰土桩——主要用于地基加固。

　　4、 按桩的使用功能分

　　①竖向抗压桩

　　②竖向抗拔桩

　　③水平荷载桩

　　④复合受力桩

　　5、 按桩直径大小分

　　①小直径桩 d ≤250mm

　　②中等直径桩 250mm< d < 800mm

　　③大直径桩 d ≥ 800mm

　　6、 按成孔方法分

　　①非挤土桩：泥浆护壁灌筑桩、人工挖孔灌筑桩，应用较广。

　　②部分挤土桩：先钻孔后打入。

　　③挤土桩：打入桩。

　　7、 按制作工艺分

　　①预制桩：钢筋混凝土预制桩是在工厂或施工现场预制，用锤击打入、振动沉入等方法，使桩沉入地下。

　　②灌筑桩：又叫现浇桩，直接在设计桩位的地基上成孔，在孔内放置钢筋笼或不放钢筋，后在孔内灌筑混凝土而成桩。与预制桩相比，可节省钢材，在持力层起伏不平时，桩长可根据实际情况设计。

　　8、 按截面形式分

　　①方形截面桩：制作、运输和堆放比较方便，截面边长一般为250~550mm。

　　②圆形空心桩：是用离心旋转法在工厂中预制，它具有用料省，自重轻，表面积大等特点。国内铁道部门已有定型产品，其直径有300mm、450mm和550mm，管壁厚80mm，每节长度自2m~12m不等。

　　1)墙下条形基础和柱下独立基础（单独基础）统称为扩展基础。扩展基础的作用是把墙或柱的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力和变形的要求。扩展基础包括无筋扩展基础和钢筋混凝土扩展基础。

　　2) 无筋扩展基础：无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的无需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。无筋基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度都不高，为了使基础内产生的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值，设计时需要加大基础的高度，其基础的宽高比必须符合规范要求。因此，这种基础几乎不发生挠曲变形，故习惯上把无筋基础称为刚性基础。

　　1) 独立基础一般是用来支承柱子的，按基础截面形式又分为台阶式(或阶梯形)基础，锥形基础，杯形基础

　　2) 杯形基础：当柱采用预制构件时，则基础做成杯口形，然后将柱子插入并嵌固在杯口内，故称杯形(或杯口)基础.。当杯的深度大于长边长度时称为高杯口基础

　　柱下独立锥形基础柱独立基础3) 独立基础的特点：一般只坐落在一个十字轴线交点上，有时也跟其它条形基础相连，但是截面尺寸和配筋不尽相同。独立基础如果坐落在几个轴线交点上承载几个独立柱，叫做共用独立基础。

　　部分基础详图见下

　　基础的要求 基础承受着房屋的全部荷载，因此基础应具有足够的强度，才能稳定地把荷载传给地基，同时基础应满足耐久性要求。如果基础先于上部结构破坏，检查和加固都十分困难，而且还会影响房屋建筑的使寿命。

　　基础的埋置深度 由室外设计地面到基础底面的距离，叫做基础的埋置深度。图3.2为基础的埋置深度。基础的埋深大于5m时，称为深基础。基础的埋深不超过5m时，称为浅基础。影响基础埋置深度的因素主要包括：（1）建筑物有无地下室、设备基础及基础的形式及构造等。

　　（2）作用在地基上的荷载大小和性质。

　　地基土的冻结深度和地基土的湿陷

　　地基土冻胀时，会使基础隆起，冰冻消失又会使基础下陷，久而久之，基础就会被破坏。基础最好深埋在冰冻线以下200mm。湿陷性黄土性地基遇水会使基础下沉，因此基础应埋置深一些，避免被地表水浸湿。

　　按基础材料分类

　　砖基础、毛石基础、灰土基础（石灰：黏性土的体积比3：7~2：8）、三合土基础（石灰：砂：骨料1：2：4或1：3：6）、混凝土基础和毛石混凝土基础、钢筋混凝土基础、木基础等；

　　按基础构造和形式分类

　　条形基础、独立基础（壳体基础、墩式基础、杯口基础）、联合基础（柱下条形基础、柱下十字交叉基础、筏形基础、箱形基础）、实体基础；

　　三按基础的特殊用途和特殊施工方法分类

　　补偿性基础、锚杆基础；

　　按基础受力性能分类

　　无筋扩展基础（刚性基础）、扩展基础（柔性基础）。

　　钢筋混凝土基础设计小程序

　　钢筋混凝土柱基础设计

　　条件: 1 地面以下: d= 2 m

　　2 柱脚: 1000X1000

　　混凝土: C20

　　3 荷载: N= 1847.40 kN

　　MX= 777.43 kN.M

　　VX= 113.39 kN

　　4 基础埋深: d+h= 3.00 m

　　5 地基承载力标准值:fk= 300 kPa

　　6 基底保护层: 50 mm

　　有关参数: h1= 0 h2= 0

　　g1= 18 kN/m3 g2= 20 kN/m3

　　ft= 1.1 N/mm2 fc= 10 N/mm2

　　一级钢筋 fy= 210 N/mm2

　　二级钢筋 fy= 310 N/mm2

　　基础设计: a= 1000 mm b= 1000 mm h= 1000 mm

　　a1= 600 mm b1= 600 mm h1= 400 mm

　　a2= 500 mm b2= 500 mm h2= 300 mm

　　a3= 400 mm b3= 400 mm h3= 300 mm

　　L= 4000 mm B= 4000 mm

　　A= L * B = 16 m2

　　Wx= L * B2 / 6 = 10.667 m3

　　Mx= V * h + M

　　= 113.4 + 777.4

　　= 890.8 kN.m

　　f= fk + h1 * g1 ( B - 3 ) + h2 * g2 ( d - 0.5 )

　　= 300.0 + 0 + 0

　　= 300.0 kPa < 1.1fk= 330 kPa

　　则： f= 330.0 kPa

　　基底压力验算:

　　G= g2 * A * (d +h) = 960.00 kN

　　e= Mx / ( N +G ) = 317 mm < B / 6 = 667 mm

　　且: B - 3( B/2 - e ) = 0 mm < B / 4 = 1000 mm

　　OK!

　　Ps= (N+G) / A = 175.46 kPa < f= 330 kPa

　　Psmax= (N+G) / A + Mx / Wx = 258.98 kPa < 1.2 f = 396 kPa

　　Psmin= (N+G) / A - Mx / Wx = 91.95 kPa OK!

　　冲切验算:

　　H01= h01= 350 mm

　　AL1= (b1 - H01) *

　　= 0.9375 m2

　　FL1= Psmax * AL1 = 242.8 kN

　　am1= a + a2 + a3 + H01 = 2250 mm

　　FL1 / ( 0.6 ft * am1 ) = 163 mm < H01 OK!

　　H02= h01 + h2= 650 mm

　　AL2= [(b1+b2) - H02] * [(b1+b2) + H02 +(a+2a3) ]

　　= 1.5975 m2

　　FL2= Psmax * AL2 = 413.7 kN

　　am2= a + a3 + H02 = 2050 mm

　　FL2 / ( 0.6 ft * am2 ) = 306 mm < H02 OK!

　　H03= h0= 950 mm

　　AL3= [(b1+b2+b3) - H03] * [(b1+b2+b3) + H03 +a ]

　　= 1.8975 m2

　　FL2= Psmax * AL3 = 491.4 kN

　　am3= a + h03 = 1950 mm

　　FL3 / ( 0.6 ft * am3 ) = 382 mm < H03 OK!

　　剪切验算:

　　V= (Pnmax+Ps1)*(b1-h01)*b/2= 246.45 kN

　　0.07fcbh01= 980 kN

　　V< 0.07fcbh01 OK!

　　板底配筋:

　　X: Ps1= 233.92 kPa

　　Ps2= 213.04 kPa

　　Ps3= 196.34 kPa

　　M1-1= [( Psmax + Ps1 - 2G/A ) / 2] * b12 * (3L - 2a1) / 6

　　= 186.45 * 0.360 * 1.800

　　= 120.82 kN.m

　　M2-2= [( Psmax + Ps2 - 2G/A ) / 2] * (b1+b2)2 * [3L - 2(a1+a2)] / 6

　　= 176.01 * 1.210 * 1.633

　　= 347.86 kN.m

　　M3-3= [( Psmax + Ps3 - 2G/A ) / 2] * (b1+b2+b3)2 * [3L - 2(a1+a2+a3)] / 6

　　= 167.66 * 2.250 * 1.500

　　= 565.85 kN.m

　　As1-1= M1-1 / ( 0.9h01 * fy ) = 1826 mm2 (一级钢筋) or 1237 mm2 (二级钢筋)

　　As2-2= M2-2 / ( 0.9h02 * fy ) = 2832 mm2 1918 mm2

　　As3-3= M3-3 / ( 0.9h03 * fy ) = 3151 mm2 2135 mm2

　　Asmax = 788 mm2/m 534 mm2/m

　　As实际 = 565 mm2/m 二级钢筋 12@200