二级建筑师建筑结构与设备：电气安全和建筑物防雷

一、地基基础设计原则

1 .对地基计算的要求

根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度， 《 建筑地基基础设计规范 》 将地基基础设计分为三个设计等级(参见GB50007-2011中表3.0.1)。

根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：

( l )所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定;

( 2 )设计等级为甲、乙级的建筑物，均应按地基变形设计;

( 3 ) 《 建筑地基基础设计规范 》(GB50007-2011)中表 3 . 0 . 2 所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：

l )地基承载力特征值小于 130kPa ，且体型复杂的建筑;

2 )在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时;

3 )软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时;

4 )相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时;

5 )地基内有厚度较大或厚薄不匀的填土，其自重固结未完成时。

( 4 )对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性;

( 5 )基坑工程应进行稳定性验算;

( 6 )当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题刚，尚应进行抗浮验算。

2 .关于荷载取值的规定

地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值，应按下列规定采用：

( 1 )按地基承载力确定基础底面积及埋深时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值。

( 2 )计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准永久组合，不应计人风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。

( 3 )计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为 1.0。

( 4 )在确定基础高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。

当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。

( 5 )由永久荷载效应控制的基本组合值可取标准组合值的1.35倍。

二、浅基础

1 .浅基础设计内容

天然地基上浅基础的设计，包括下列各项内容：

( l )选择基础的材料、类型，进行基础平面布置;

( 2 )确定地基持力层和基础埋置深度;

( 3 )确定地基承载力;

( 4 )确定基础的底面尺寸，必要时进行地基变形与稳定性验算;

( 5 )进行基础结构设计(对基础进行内力分析、截面计算并满足构造要求) ;

( 6 )绘制基础施工图，提出施工说明。

设计浅基础时要充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察资料，地基勘察的详细程度应与地基基础设计等级和场地的工程地质条件相适应。

在仔细研究地基勘察资料的基础上，结合考虑上部结构的类型、荷载的性质及大小和分布、建筑布置和使用要求以及拟建基础对周围环境的影响，即可选择基础类型和进行基础平面布置，并确定地基持力层和基础埋置深度。

上述浅基础设计的各项内容是互相关联的。设计时可按上述顺序逐项进行设计与计算，如发现前面的选择不妥，则须修改设计，直至各项计算均符合要求且各数据前后一致为止。对规模较大的基础工程，还宜对若干可能的方案作出技术经济比较，然后择优采用。

2 .浅基础的类型

浅基础根据结构型式可分为扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础等。根据基础所用材料的性能可分为无筋基础(刚性基础)和钢筋混凝土基础。

( 1 )扩展基础。

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。

l )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。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。无筋扩展基础适用于多层民用建筑和轻型厂房。

无筋扩展基础的抗拉强度和抗剪强度较低，因此必须控制基础内的拉应力和剪应力。结构设计时可以通过控制材料强度等级和台阶宽高比(台阶的宽度与其高度之比)来确定基础的截面尺寸，而无需进行内力分析和截面强度计算。图 9-3 所示为无筋扩展基础构造示意图，要求基础每个台阶的宽高比( b2： h )都不得超过 《 建筑地基基础设计规范 》 ( GB 50007-2011 )中表 8 . 1 . 1 中所列的台阶宽高比的允许值(可用图中角度α的正切 tanα 表示)。设计时一般先选择适当的基础埋深和基础底面尺寸，设基底宽度为 b ，则按上述要求，基础高度应满足下列条件

由于台阶宽高比的限制，无筋扩展基础的高度一般都较大，但不应大于基础埋深，否则，应加大基础埋深或选择刚性角较大的基础类型(如混凝土基础)，如仍不满足，可采用钢筋混凝土基础。

2 )钢筋混凝土扩展基础。钢筋混凝土扩展基础常简称为扩展基础，系指墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础。这类基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。与无筋基础相比，其基础高度较小，因此更适宜在基础埋置深度较小时使用。可分为墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础。

( 2 )联合基础。

联合基础主要指同列相邻二柱公共的钢筋混凝土基础，即双柱联合基础，但其设计原则，可供其他型式的联合基础参考。

在为相邻二柱分别配置独立基础时，常因其中一柱靠近建筑界线，或因二柱间距较小，而出现基底面积不足或荷载偏心过大等情况，此时可考虑采用联合基础。联合基础也可用于调整相邻两柱的沉降差，或防止两者之间的相向倾斜等。

( 3 )柱下条形基础。

当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀，以至于采用扩展基础可能产生较大的不均匀沉降时，常将同一方向(或同一轴线)上若干柱子的基础连成一体而形成柱下条形基础。这种基础的抗弯刚度较大，因而具有调整不均匀沉降的能力，并能将所承受的集中柱荷载较均匀地分布到整个基底面积上。柱下条形基础是常用于软弱地基上框架或排架结构的一种基础形式。

( 4 )柱下交叉条形基础。

如果地基软弱且在两个方向分布不均，需要基础在两方向有一定的刚度来调整不均匀沉降，则可在柱网下沿纵横两向分别设置钢筋混凝土条形基础，从而形成柱下交叉条形剪。

( 5 )筏形基础。

当柱下交叉条形基础底面积占建筑物平面面积的比例较大，或者建筑物在使用上有要求时，可以在建筑物的柱、墙下方做成一块满堂的基础，即筏形(片筏)基础。筏形基础由于其底面积大，故可减小基底压力，同时也可提高地基土的承载力，并能更有效地增强基础的整体性，调整不均匀沉降。

( 6 )箱形基础。

箱形基础是由钢筋混凝土的底板、顶板、外墙和内隔墙组成的有一定高度的整体空间结构，适用于软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物。与筏形基础相比，箱形基础具有更大的抗弯刚度，只能产生大致均匀的沉降或整体倾斜，从而基本上消除了因地基变形而使建筑物开裂的可能性。箱基埋深较大，基础中空，从而使开挖卸去的土重部分抵偿了上部结构传来的荷载(补偿效应)，因此，与一般实体基础相比，它能显著减小基底压力、降低基础沉降量。此外，箱基的抗震性能较好。

箱基的钢筋水泥用量很大，工期长，造价高，施工技术比较复杂，在进行深基坑开挖时，还需考虑降低地下水位、坑壁支护及对周边环境的影响等问题。因此，箱基的采用与否，应在与其他可能的地基基础方案做技术经济比较之后再确定。

( 7 )壳体基础。

为了发挥混凝土抗压性能好的特性，可以将基础的形式做成壳体。壳体基础可用作柱基础和筒形构筑物(如烟囱、水塔、料仓、中小型高炉等)的基础。

壳体基础的优点是材料省、造价低。不过，由于较难实行机械化施工，因此施工工期长，同时施工工作量大，技术要求高。

3 .基础埋置深度的选择

基础埋置深度(简称埋深)是指基础底面至天然地面的距离。影响基础埋深选择的主要因素可归纳为如下 5 个方面：

( 1 )与建筑物有关的条件。

确定基础的埋深时，首先要考虑的是建筑物在使用功能和用途方面的要求，例如必须设置地下室、带有地下设施、属于半埋式结构物等。

( 2 )工程地质条件。

直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称为下卧层。为了满足建筑物对地基承载力和地基变形的要求，基础应尽可能埋置在良好的持力层上。当地基受力层(或沉降计算深度)范围内存在软弱下卧层时，软弱下卧层的承载力和地基变形也应满足要求。

( 3 )水文地质条件。

有地下水存在时，基础尽量埋置在地下水位以上。对底面低于地下水位的基础，应考虑施工期间的基坑降水、坑壁围护、是否可能产生流砂、涌土等问题，并采取保护地基土不受扰动的措施。对于具有侵蚀性的地下水，应采用抗侵蚀的水泥品种和相应的措施(详见有关勘察规范)。此外，设计时还应该考虑由于地下水的浮托力而引起的基础底板内力的变化、地下室或地下贮罐上浮的可能性以及地下室的防渗问题。

( 4 )地基冻融条件。

《 建筑地基基础设计规范 》(GB50007-2011) 根据冻胀对建筑物的危害程度，把地基土的冻胀性分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀 5 类。

不冻胀土的基础埋深可不考虑冻结深度。对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深dmin可按下式确定：

式中zd(设计冻深)和 hmax(基底下允许残留冻土层的最大厚度)可按 《 建筑地基基础设计规范 》(GB50007-2011) 的有关规定确定。对于冻胀、强冻胀和特强冻胀地基上的建筑物，尚应采取相应的防冻害措施。

( 5 )场地的环境条件。

气候变化、树木生长及生物活动会对基础带来不利影响，因此，基础应埋置于地表以下，其埋深不宜小于 0.5m (岩石地基除外);基础顶面一般应至少低于设计地面 0 . lm 。

靠近原有建筑物修建新基础时，新基础的埋深不宜超过原有基础的底面，否则新、旧基础间应保持一定的净距，其值不宜小于两基础底面高差的 1~2 倍(土质好时可取低值) , 如图 9-4 所示。如不能满足这一要求，则在基础施工期间应采取有效措施以保证邻近原有建筑物的安全。

如果在基侧影响范围内有管道或沟、坑等地下设施通过时，基础底面一般应低于这些设施的底面，否则应采取有效措施，消除基础对地下设施的不利影响。

在河流、湖泊等水体旁建造的建筑物基础，如可能受到流水或波浪冲刷的影响，其底面应位于冲刷线之下。