楼房地基基础计算是一个复杂的过程,主要涉及以下几个关键部分:
1. 确定地基承载力
- 理论计算法:根据土的抗剪强度指标,利用公式计算地基的极限承载力,例如太沙基极限承载力公式。不过这种方法理论性较强,实际应用中要考虑多种修正因素。
- 原位试验法:
- 静载荷试验:在现场通过千斤顶对一定面积的承压板分级加载,观测沉降随荷载的变化,确定地基土的承载力特征值。这是最直接、最可靠的方法,但试验成本高、周期长。
- 旁压试验:通过旁压器对钻孔壁周围土体施加压力,根据压力与变形关系确定地基土的承载力等参数,适用于原位测试深层地基土。
2. 基础底面尺寸计算
- 轴心荷载作用下:根据公式p_{k}=\frac{F_{k}+G_{k}}{A},其中p_{k}是相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压力值;F_{k}是上部结构传至基础顶面的竖向力值;G_{k}是基础自重和基础上的土重;A是基础底面面积。通过已知的地基承载力特征值f_{a},要求p_{k} \leq f_{a},从而计算出基础底面尺寸。
- 偏心荷载作用下:除了满足p_{kmax} \leq 1.2f_{a}(p_{kmax}是相应于荷载效应标准组合时,基础底面边缘的最大压力值)外,还要考虑偏心距e的影响,根据偏心距的大小和基础形状来计算基础底面尺寸,确保基础底面压力分布在允许范围内。
3. 地基变形计算
- 分层总和法:将地基土分为若干个分层,分别计算各分层的压缩量,然后累加得到地基的总变形量。计算时需要知道各分层土的压缩模量、初始孔隙比等参数。其计算公式为\Delta s_{i}=\frac{e_{1i}-e_{2i}}{1 + e_{1i}}h_{i},其中\Delta s_{i}是第i分层土的压缩量,e_{1i}和e_{2i}是第i分层土在自重应力和自重应力与附加应力之和作用下的孔隙比,h_{i}是第i分层土的厚度。
- 规范法:按照《建筑地基基础设计规范》提供的方法,根据地基土的类别、建筑物的结构类型等因素,采用不同的计算公式和修正系数来计算地基变形量。这种方法在实际工程中应用较为广泛,因为它考虑了更多的实际因素。
4. 基础内力计算
- 浅基础内力计算:
- 扩展基础(如独立基础、条形基础):当基础底面尺寸和上部荷载确定后,对于中心荷载作用的情况,可根据材料力学的方法计算基础的弯矩和剪力。例如,对于矩形独立基础,在柱荷载作用下,基础底面两个方向上的弯矩可按公式M=\frac{1}{24}(l - a)^{2}(2b + a)p_{max}(l和b是基础底面的长边和短边尺寸,a是柱截面尺寸,p_{max}是基础底面边缘的最大压力)计算。
- 筏板基础和箱形基础:其内力计算较为复杂,要考虑上部结构、基础和地基的共同作用。可以采用简化计算方法,如倒楼盖法或弹性地基梁板法。倒楼盖法将筏板或箱形基础视为倒置的楼盖,按普通楼盖的计算方法计算内力;弹性地基梁板法考虑了地基与基础的相互作用,更符合实际情况,但计算过程复杂。
- 桩基础内力计算:
- 单桩内力计算:对于竖向受压桩,主要考虑桩身轴力的计算,桩身轴力随深度逐渐减小,可根据桩顶荷载和桩侧摩阻力分布来计算。对于承受水平荷载的桩,要考虑桩身的弯矩、剪力和位移的计算,通常采用弹性地基梁理论,如m法进行计算。
- 群桩基础内力计算:群桩基础内力计算除了考虑单桩的内力外,还要考虑群桩效应。群桩效应会使桩的承载力和沉降特性发生变化,计算时要考虑桩与桩之间的相互作用、桩与土之间的相互作用等因素。例如,在计算群桩基础的沉降时,要考虑群桩基础的等效作用系数等因素。