二級(jí)建筑師建筑結(jié)構(gòu)與設(shè)備：電氣安全和建筑物防雷

一、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則

1 .對(duì)地基計(jì)算的要求

根據(jù)地基復(fù)雜程度、建筑物規(guī)模和功能特征以及由于地基問(wèn)題可能造成建筑物破壞或影響正常使用的程度， 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 將地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分為三個(gè)設(shè)計(jì)等級(jí)(參見(jiàn)GB50007-2011中表3.0.1)。

根據(jù)建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)及長(zhǎng)期荷載作用下地基變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響程度，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：

( l )所有建筑物的地基計(jì)算均應(yīng)滿足承載力計(jì)算的有關(guān)規(guī)定;

( 2 )設(shè)計(jì)等級(jí)為甲、乙級(jí)的建筑物，均應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì);

( 3 ) 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》(GB50007-2011)中表 3 . 0 . 2 所列范圍內(nèi)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)的建筑物可不作變形驗(yàn)算，如有下列情況之一時(shí)，仍應(yīng)作變形驗(yàn)算：

l )地基承載力特征值小于 130kPa ，且體型復(fù)雜的建筑;

2 )在基礎(chǔ)上及其附近有地面堆載或相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大，可能引起地基產(chǎn)生過(guò)大的不均勻沉降時(shí);

3 )軟弱地基上的建筑物存在偏心荷載時(shí);

4 )相鄰建筑距離過(guò)近，可能發(fā)生傾斜時(shí);

5 )地基內(nèi)有厚度較大或厚薄不勻的填土，其自重固結(jié)未完成時(shí)。

( 4 )對(duì)經(jīng)常受水平荷載作用的高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和擋土墻等，以及建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構(gòu)筑物，尚應(yīng)驗(yàn)算其穩(wěn)定性;

( 5 )基坑工程應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算;

( 6 )當(dāng)?shù)叵滤癫剌^淺，建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問(wèn)題剛，尚應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。

2 .關(guān)于荷載取值的規(guī)定

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，所采用的荷載效應(yīng)最不利組合與相應(yīng)的抗力限值，應(yīng)按下列規(guī)定采用：

( 1 )按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深時(shí)，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。相應(yīng)的抗力應(yīng)采用地基承載力特征值。

( 2 )計(jì)算地基變形時(shí)，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)永久組合，不應(yīng)計(jì)人風(fēng)荷載和地震作用。相應(yīng)的限值應(yīng)為地基變形允許值。

( 3 )計(jì)算擋土墻土壓力、地基和斜坡的穩(wěn)定及滑坡推力時(shí)，荷載效應(yīng)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，但其分項(xiàng)系數(shù)均為 1.0。

( 4 )在確定基礎(chǔ)高度、支擋結(jié)構(gòu)截面、計(jì)算基礎(chǔ)或支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力、確定配筋和驗(yàn)算材料強(qiáng)度時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載效應(yīng)組合和相應(yīng)的基底反力，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。

當(dāng)需要驗(yàn)算基礎(chǔ)裂縫寬度時(shí)，應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。

( 5 )由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合值可取標(biāo)準(zhǔn)組合值的1.35倍。

二、淺基礎(chǔ)

1 .淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容

天然地基上淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，包括下列各項(xiàng)內(nèi)容：

( l )選擇基礎(chǔ)的材料、類型，進(jìn)行基礎(chǔ)平面布置;

( 2 )確定地基持力層和基礎(chǔ)埋置深度;

( 3 )確定地基承載力;

( 4 )確定基礎(chǔ)的底面尺寸，必要時(shí)進(jìn)行地基變形與穩(wěn)定性驗(yàn)算;

( 5 )進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行內(nèi)力分析、截面計(jì)算并滿足構(gòu)造要求) ;

( 6 )繪制基礎(chǔ)施工圖，提出施工說(shuō)明。

設(shè)計(jì)淺基礎(chǔ)時(shí)要充分掌握擬建場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件和地基勘察資料，地基勘察的詳細(xì)程度應(yīng)與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)和場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件相適應(yīng)。

在仔細(xì)研究地基勘察資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合考慮上部結(jié)構(gòu)的類型、荷載的性質(zhì)及大小和分布、建筑布置和使用要求以及擬建基礎(chǔ)對(duì)周圍環(huán)境的影響，即可選擇基礎(chǔ)類型和進(jìn)行基礎(chǔ)平面布置，并確定地基持力層和基礎(chǔ)埋置深度。

上述淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)內(nèi)容是互相關(guān)聯(lián)的。設(shè)計(jì)時(shí)可按上述順序逐項(xiàng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，如發(fā)現(xiàn)前面的選擇不妥，則須修改設(shè)計(jì)，直至各項(xiàng)計(jì)算均符合要求且各數(shù)據(jù)前后一致為止。對(duì)規(guī)模較大的基礎(chǔ)工程，還宜對(duì)若干可能的方案作出技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，然后擇優(yōu)采用。

2 .淺基礎(chǔ)的類型

淺基礎(chǔ)根據(jù)結(jié)構(gòu)型式可分為擴(kuò)展基礎(chǔ)、聯(lián)合基礎(chǔ)、柱下條形基礎(chǔ)、柱下交叉條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)和殼體基礎(chǔ)等。根據(jù)基礎(chǔ)所用材料的性能可分為無(wú)筋基礎(chǔ)(剛性基礎(chǔ))和鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

( 1 )擴(kuò)展基礎(chǔ)。

墻下條形基礎(chǔ)和柱下獨(dú)立基礎(chǔ)(單獨(dú)基礎(chǔ))統(tǒng)稱為擴(kuò)展基礎(chǔ)。擴(kuò)展基礎(chǔ)的作用是把墻或柱的荷載側(cè)向擴(kuò)展到土中，使之滿足地基承載力和變形的要求。擴(kuò)展基礎(chǔ)包括無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)和鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。

l )無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)。無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)系指由磚、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料組成的無(wú)需配置鋼筋的墻下條形基礎(chǔ)或柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。無(wú)筋基礎(chǔ)的材料都具有較好的抗壓性能，但抗拉、抗剪強(qiáng)度都不高，為了使基礎(chǔ)內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力不超過(guò)相應(yīng)的材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，設(shè)計(jì)時(shí)需要加大基礎(chǔ)的高度。因此，這種基礎(chǔ)幾乎不發(fā)生撓曲變形，故習(xí)慣上把無(wú)筋基礎(chǔ)稱為剛性基礎(chǔ)。無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)適用于多層民用建筑和輕型廠房。

無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度較低，因此必須控制基礎(chǔ)內(nèi)的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)控制材料強(qiáng)度等級(jí)和臺(tái)階寬高比(臺(tái)階的寬度與其高度之比)來(lái)確定基礎(chǔ)的截面尺寸，而無(wú)需進(jìn)行內(nèi)力分析和截面強(qiáng)度計(jì)算。圖 9-3 所示為無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)構(gòu)造示意圖，要求基礎(chǔ)每個(gè)臺(tái)階的寬高比( b2： h )都不得超過(guò) 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 ( GB 50007-2011 )中表 8 . 1 . 1 中所列的臺(tái)階寬高比的允許值(可用圖中角度α的正切 tanα 表示)。設(shè)計(jì)時(shí)一般先選擇適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)埋深和基礎(chǔ)底面尺寸，設(shè)基底寬度為 b ，則按上述要求，基礎(chǔ)高度應(yīng)滿足下列條件

由于臺(tái)階寬高比的限制，無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的高度一般都較大，但不應(yīng)大于基礎(chǔ)埋深，否則，應(yīng)加大基礎(chǔ)埋深或選擇剛性角較大的基礎(chǔ)類型(如混凝土基礎(chǔ))，如仍不滿足，可采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

2 )鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)常簡(jiǎn)稱為擴(kuò)展基礎(chǔ)，系指墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)和柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。這類基礎(chǔ)的抗彎和抗剪性能良好，可在豎向荷載較大、地基承載力不高以及承受水平力和力矩荷載等情況下使用。與無(wú)筋基礎(chǔ)相比，其基礎(chǔ)高度較小，因此更適宜在基礎(chǔ)埋置深度較小時(shí)使用。可分為墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)和柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。

( 2 )聯(lián)合基礎(chǔ)。

聯(lián)合基礎(chǔ)主要指同列相鄰二柱公共的鋼筋混凝土基礎(chǔ)，即雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)，但其設(shè)計(jì)原則，可供其他型式的聯(lián)合基礎(chǔ)參考。

在為相鄰二柱分別配置獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，常因其中一柱靠近建筑界線，或因二柱間距較小，而出現(xiàn)基底面積不足或荷載偏心過(guò)大等情況，此時(shí)可考慮采用聯(lián)合基礎(chǔ)。聯(lián)合基礎(chǔ)也可用于調(diào)整相鄰兩柱的沉降差，或防止兩者之間的相向傾斜等。

( 3 )柱下條形基礎(chǔ)。

當(dāng)?shù)鼗^為軟弱、柱荷載或地基壓縮性分布不均勻，以至于采用擴(kuò)展基礎(chǔ)可能產(chǎn)生較大的不均勻沉降時(shí)，常將同一方向(或同一軸線)上若干柱子的基礎(chǔ)連成一體而形成柱下條形基礎(chǔ)。這種基礎(chǔ)的抗彎剛度較大，因而具有調(diào)整不均勻沉降的能力，并能將所承受的集中柱荷載較均勻地分布到整個(gè)基底面積上。柱下條形基礎(chǔ)是常用于軟弱地基上框架或排架結(jié)構(gòu)的一種基礎(chǔ)形式。

( 4 )柱下交叉條形基礎(chǔ)。

如果地基軟弱且在兩個(gè)方向分布不均，需要基礎(chǔ)在兩方向有一定的剛度來(lái)調(diào)整不均勻沉降，則可在柱網(wǎng)下沿縱橫兩向分別設(shè)置鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，從而形成柱下交叉條形剪。

( 5 )筏形基礎(chǔ)。

當(dāng)柱下交叉條形基礎(chǔ)底面積占建筑物平面面積的比例較大，或者建筑物在使用上有要求時(shí)，可以在建筑物的柱、墻下方做成一塊滿堂的基礎(chǔ)，即筏形(片筏)基礎(chǔ)。筏形基礎(chǔ)由于其底面積大，故可減小基底壓力，同時(shí)也可提高地基土的承載力，并能更有效地增強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性，調(diào)整不均勻沉降。

( 6 )箱形基礎(chǔ)。

箱形基礎(chǔ)是由鋼筋混凝土的底板、頂板、外墻和內(nèi)隔墻組成的有一定高度的整體空間結(jié)構(gòu)，適用于軟弱地基上的高層、重型或?qū)Σ痪鶆虺两涤袊?yán)格要求的建筑物。與筏形基礎(chǔ)相比，箱形基礎(chǔ)具有更大的抗彎剛度，只能產(chǎn)生大致均勻的沉降或整體傾斜，從而基本上消除了因地基變形而使建筑物開(kāi)裂的可能性。箱基埋深較大，基礎(chǔ)中空，從而使開(kāi)挖卸去的土重部分抵償了上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載(補(bǔ)償效應(yīng))，因此，與一般實(shí)體基礎(chǔ)相比，它能顯著減小基底壓力、降低基礎(chǔ)沉降量。此外，箱基的抗震性能較好。

箱基的鋼筋水泥用量很大，工期長(zhǎng)，造價(jià)高，施工技術(shù)比較復(fù)雜，在進(jìn)行深基坑開(kāi)挖時(shí)，還需考慮降低地下水位、坑壁支護(hù)及對(duì)周邊環(huán)境的影響等問(wèn)題。因此，箱基的采用與否，應(yīng)在與其他可能的地基基礎(chǔ)方案做技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較之后再確定。

( 7 )殼體基礎(chǔ)。

為了發(fā)揮混凝土抗壓性能好的特性，可以將基礎(chǔ)的形式做成殼體。殼體基礎(chǔ)可用作柱基礎(chǔ)和筒形構(gòu)筑物(如煙囪、水塔、料倉(cāng)、中小型高爐等)的基礎(chǔ)。

殼體基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)是材料省、造價(jià)低。不過(guò)，由于較難實(shí)行機(jī)械化施工，因此施工工期長(zhǎng)，同時(shí)施工工作量大，技術(shù)要求高。

3 .基礎(chǔ)埋置深度的選擇

基礎(chǔ)埋置深度(簡(jiǎn)稱埋深)是指基礎(chǔ)底面至天然地面的距離。影響基礎(chǔ)埋深選擇的主要因素可歸納為如下 5 個(gè)方面：

( 1 )與建筑物有關(guān)的條件。

確定基礎(chǔ)的埋深時(shí)，首先要考慮的是建筑物在使用功能和用途方面的要求，例如必須設(shè)置地下室、帶有地下設(shè)施、屬于半埋式結(jié)構(gòu)物等。

( 2 )工程地質(zhì)條件。

直接支承基礎(chǔ)的土層稱為持力層，其下的各土層稱為下臥層。為了滿足建筑物對(duì)地基承載力和地基變形的要求，基礎(chǔ)應(yīng)盡可能埋置在良好的持力層上。當(dāng)?shù)鼗芰?或沉降計(jì)算深度)范圍內(nèi)存在軟弱下臥層時(shí)，軟弱下臥層的承載力和地基變形也應(yīng)滿足要求。

( 3 )水文地質(zhì)條件。

有地下水存在時(shí)，基礎(chǔ)盡量埋置在地下水位以上。對(duì)底面低于地下水位的基礎(chǔ)，應(yīng)考慮施工期間的基坑降水、坑壁圍護(hù)、是否可能產(chǎn)生流砂、涌土等問(wèn)題，并采取保護(hù)地基土不受擾動(dòng)的措施。對(duì)于具有侵蝕性的地下水，應(yīng)采用抗侵蝕的水泥品種和相應(yīng)的措施(詳見(jiàn)有關(guān)勘察規(guī)范)。此外，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該考慮由于地下水的浮托力而引起的基礎(chǔ)底板內(nèi)力的變化、地下室或地下貯罐上浮的可能性以及地下室的防滲問(wèn)題。

( 4 )地基凍融條件。

《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》(GB50007-2011) 根據(jù)凍脹對(duì)建筑物的危害程度，把地基土的凍脹性分為不凍脹、弱凍脹、凍脹、強(qiáng)凍脹和特強(qiáng)凍脹 5 類。

不凍脹土的基礎(chǔ)埋深可不考慮凍結(jié)深度。對(duì)于埋置于可凍脹土中的基礎(chǔ)，其最小埋深dmin可按下式確定：

式中zd(設(shè)計(jì)凍深)和 hmax(基底下允許殘留凍土層的最大厚度)可按 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》(GB50007-2011) 的有關(guān)規(guī)定確定。對(duì)于凍脹、強(qiáng)凍脹和特強(qiáng)凍脹地基上的建筑物，尚應(yīng)采取相應(yīng)的防凍害措施。

( 5 )場(chǎng)地的環(huán)境條件。

氣候變化、樹(shù)木生長(zhǎng)及生物活動(dòng)會(huì)對(duì)基礎(chǔ)帶來(lái)不利影響，因此，基礎(chǔ)應(yīng)埋置于地表以下，其埋深不宜小于 0.5m (巖石地基除外);基礎(chǔ)頂面一般應(yīng)至少低于設(shè)計(jì)地面 0 . lm 。

靠近原有建筑物修建新基礎(chǔ)時(shí)，新基礎(chǔ)的埋深不宜超過(guò)原有基礎(chǔ)的底面，否則新、舊基礎(chǔ)間應(yīng)保持一定的凈距，其值不宜小于兩基礎(chǔ)底面高差的 1~2 倍(土質(zhì)好時(shí)可取低值) , 如圖 9-4 所示。如不能滿足這一要求，則在基礎(chǔ)施工期間應(yīng)采取有效措施以保證鄰近原有建筑物的安全。

如果在基側(cè)影響范圍內(nèi)有管道或溝、坑等地下設(shè)施通過(guò)時(shí)，基礎(chǔ)底面一般應(yīng)低于這些設(shè)施的底面，否則應(yīng)采取有效措施，消除基礎(chǔ)對(duì)地下設(shè)施的不利影響。

在河流、湖泊等水體旁建造的建筑物基礎(chǔ)，如可能受到流水或波浪沖刷的影響，其底面應(yīng)位于沖刷線之下。