基礎(chǔ)工程第四章地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法和基本規(guī)定基礎(chǔ)工程第四章地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法和基本規(guī)定基礎(chǔ)工程第四章地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法和基本規(guī)定第4章地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法和規(guī)定4.1地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法4.1.1可靠度基本概念4.1.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)4.1.3地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法4.2地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本規(guī)定4.2.1設(shè)計(jì)分級(jí)4.2.2地基計(jì)算規(guī)定4.2.3荷載組合和抗力限值24.1.1可靠度基本概念1在進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)力求其在安全性、適用性與經(jīng)濟(jì)之間達(dá)到合理的平衡，使其在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)滿足下列功能要求。（1）正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；（2）在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性；（3）在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；（4）在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能。上述第1、2兩項(xiàng)指的是工程結(jié)構(gòu)的安全性，第3項(xiàng)是適用性，第4項(xiàng)是耐久性。3無私第4章地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法和規(guī)定4.1地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法4.1.1可靠度基本概念4.1.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)4.1.3地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法4.2地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本規(guī)定4.2.1設(shè)計(jì)分級(jí)4.2.2地基計(jì)算規(guī)定4.2.3荷載組合和抗力限值24.1.1可靠度基本概念1在進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)力求其在安全性、適用性與經(jīng)濟(jì)之間達(dá)到合理的平衡，使其在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)滿足下列功能要求。（1）正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；（2）在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性；（3）在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；（4）在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能。

上述第1、2兩項(xiàng)指的是工程結(jié)構(gòu)的安全性，第3項(xiàng)是適用性，第4項(xiàng)是耐久性。34.1.1可靠度基本概念2安全性、適用性、耐久性總稱為工程結(jié)構(gòu)的可靠性。工程結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率，稱為工程結(jié)構(gòu)的可靠度,用Pr表示。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和在規(guī)定的條件下，結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能，則稱相應(yīng)的概率為工程結(jié)構(gòu)的失效概率,用Pf表示。預(yù)定功能是指結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性。44.1.1可靠度基本概念3假設(shè)抗力（或強(qiáng)度）R和荷載效應(yīng)S（或應(yīng)力）為兩個(gè)獨(dú)立的連續(xù)型隨機(jī)變量，且服從某種分布形式，其概率密度函數(shù)分別為fR（R）和fS（S），那么，當(dāng)抗力R小于作用在其上的荷載效應(yīng)S時(shí)則認(rèn)為會(huì)失效。失效概率可闡述為：由概率理論：由此：失效概率Pf成為評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)可靠度的重要指標(biāo),是結(jié)構(gòu)可靠度的核心。由此，結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程為：5R，SR，Sf(S)f(R)RSRS下圖給出了fR（R）和fS（S），圖中陰影表示兩曲線的重疊部分，稱為干涉區(qū)，它是工程結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)失效的區(qū)域。干涉區(qū)面積越小，可靠度越高，反之，可靠度越低。根據(jù)干涉區(qū)情況進(jìn)行可靠度計(jì)算的理論，稱為荷載-抗力干涉理論。64.1.1可靠度基本概念4由于直接應(yīng)用數(shù)學(xué)方法（數(shù)值積分）計(jì)算失效概率是相當(dāng)困難，為此，工程上引入可靠指標(biāo)（β）的概念，采用近似方法表示工程結(jié)構(gòu)的可靠度?？煽恐笜?biāo)（β）的定義式：假設(shè)R、S、Z均服從正態(tài)分布，則可靠指標(biāo)β與失效概率Pf的關(guān)系：式中φ（.）表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)值。7只要功能函數(shù)Z的分布確定，可靠指標(biāo)β與失效概率Pf的關(guān)系就確定了，并且存在一一對(duì)應(yīng)的數(shù)量關(guān)系，因此，采用可靠指標(biāo)β可以用來表征工程結(jié)構(gòu)的可靠度?？煽恐笜?biāo)β與安全系數(shù)K的關(guān)系。從上述關(guān)系式可看出：安全系數(shù)K僅與R和S的相對(duì)位置有關(guān)，而可靠指標(biāo)β除與R和S的相對(duì)位置有關(guān)外，還與R和S的離散程度有關(guān)。因此，可靠指標(biāo)β更能反映工程安全度的實(shí)質(zhì)。84.1.1可靠度基本概念5可靠指標(biāo)β與分項(xiàng)系數(shù)的關(guān)系：

1、分項(xiàng)系數(shù)是指對(duì)設(shè)計(jì)中的每個(gè)隨機(jī)變量，根據(jù)概率可靠度設(shè)計(jì)方法確定的一個(gè)設(shè)計(jì)系數(shù)。如下式：2、其實(shí)質(zhì)是將總安全系數(shù)利用分離函數(shù)加以分離，并與可靠指標(biāo)β聯(lián)系起來，使其表達(dá)為分項(xiàng)系數(shù)的形式。3、可靠指標(biāo)β與分項(xiàng)系數(shù)的關(guān)系可以由計(jì)算可靠度的一次二階矩方法導(dǎo)出（具體導(dǎo)出方法請(qǐng)參閱其他文獻(xiàn)）。94.1.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法按《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50153-1992以及《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2001的規(guī)定，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)采用以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。10一、極限狀態(tài)極限狀態(tài)：整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求（安全性、適用性、耐久性），此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)有兩種承載能力極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適于繼續(xù)承載的變形的狀態(tài)。正常使用極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的狀態(tài)。11二、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法：將結(jié)構(gòu)或巖土置于極限狀態(tài)進(jìn)行分析的設(shè)計(jì)方法。與之相應(yīng)的方法，就是容許應(yīng)力法。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法有兩種：極限狀態(tài)方程用定值法處理

（安全系數(shù)法和以經(jīng)驗(yàn)確定的分項(xiàng)系數(shù)法）——極限狀態(tài)設(shè)計(jì)極限狀態(tài)方程用概率法處理

（以概率理論確定的分項(xiàng)系數(shù)法）——概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)12三、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求11、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)所考慮的極限狀態(tài)，應(yīng)采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)的最不利組合。持久狀況：與設(shè)計(jì)使用年限為同一數(shù)量級(jí)短暫狀況：與設(shè)計(jì)使用年限相比，持續(xù)期較短，如施工、維修等。偶然狀況：與設(shè)計(jì)使用年限相比，持續(xù)期很短，如地震、爆炸、撞擊等。13三、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求23、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的作用組合：（1）承載能力極限狀態(tài)的作用組合（2）正常使用極限狀態(tài)的作用組合基本組合：用于持久和短暫設(shè)計(jì)狀況偶然組合：用于偶然設(shè)計(jì)狀況標(biāo)準(zhǔn)組合頻遇組合準(zhǔn)永久組合144.1.3地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法地基基礎(chǔ)作為建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)同樣應(yīng)符合《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50153-1992以及《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2001的要求，采用以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。然而，由于巖土工程的不確定性（見下幀），導(dǎo)致巖土工程的可靠度分析方法相對(duì)不夠成熟。傳統(tǒng)的巖土工程設(shè)計(jì)（包括地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)）有容許應(yīng)力法、安全系數(shù)法（可統(tǒng)稱為定值法）等經(jīng)驗(yàn)方法。有部分專家認(rèn)為用地基容許承載力即可，精度很差或連精度的大致范圍都不清楚的設(shè)計(jì)進(jìn)行可靠性分析，是沒有意義的。目前，在我國地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已經(jīng)采用了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，但地基的設(shè)計(jì)往往采用傳統(tǒng)方法結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。15巖土工程的不確定性土層剖面與邊界的不確定性現(xiàn)場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)室?guī)r土指標(biāo)的不確定性現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力與孔隙水壓力的不確定性外加荷載及其分布的不確定性計(jì)算理論和方法的不確定性應(yīng)力變形的機(jī)理不清楚。164.2地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本規(guī)定從已有的大量地基事故分析，絕大多數(shù)事故都由地基變形過大且不均勻所造成。土為大變形材料，荷載增加，變形增加，承載力也隨之增大，很難界定“極限值”。地基承載力還有潛力時(shí)，變形已超限。地基設(shè)計(jì)：采用正常使用極限狀態(tài)，所選定的地基承載力是一種允許承載力（承載力特征值）,相應(yīng)的荷載組合采用標(biāo)準(zhǔn)組合。

按變形設(shè)計(jì)的原則!174.1設(shè)計(jì)分級(jí)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002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題可能造成建筑物破壞或影響正常使作的程度，將地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分為三個(gè)設(shè)計(jì)等級(jí),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況,按表4.1選用。地基復(fù)雜程度建筑物規(guī)模功能特征建筑物破壞或影響正常使用的程度三級(jí)甲級(jí)乙級(jí)丙級(jí)分級(jí)依據(jù)18地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)

表4.1設(shè)計(jì)等級(jí)建筑和地基類型甲級(jí)重要的工業(yè)與民用建筑物30層以上的高層建筑體型復(fù)雜、層數(shù)相差超過10層的高低層連成一體建筑物大面積的多層地下建筑物（地下車庫、商場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等）對(duì)地基變形有特殊要求的建筑物復(fù)雜地質(zhì)條件下的坡上建筑物（包括高邊坡）對(duì)原有工程影響較大的新建筑物場(chǎng)地和地基條件復(fù)雜的一般建筑物位于復(fù)雜地質(zhì)條件及軟土地區(qū)的二層及二層以上地下室的基坑工程乙級(jí)除甲級(jí)、丙級(jí)以外的工業(yè)與民用建筑物丙級(jí)場(chǎng)地和地基條件簡單、荷載分布均勻的七層及七層以下民用建筑及一般工業(yè)建筑物；次要的輕型建筑物19注：建筑物安全等級(jí)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)安全等級(jí)建筑樁基安全等級(jí)建筑基坑側(cè)壁安全等級(jí)204.2

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基本規(guī)定根據(jù)建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)及長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：㈠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；㈡設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、乙級(jí)的建筑物，均應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì)；㈢表4.2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：1、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、相鄰建筑距離過近，可能發(fā)生傾斜時(shí)；5、地基內(nèi)有厚度較大或厚薄不均的填土，其自重固結(jié)未完成時(shí)。21地基主要受力層情況地基承載力特征值fak(kPa)60≤fak＜8080≤fak＜100100≤fak＜130130≤fak＜160160≤fak＜200200≤fak＜300各土層坡度（%）≤5≤5≤10≤10≤10≤10建筑類型砌體承重結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)（層數(shù)）≤5≤5≤5≤6≤6≤7單層排架結(jié)構(gòu)（6m柱距）單跨吊車額定起重量（t）5~1010~1515~2020~3030~5050~100廠房跨度（m）≤12≤18≤24≤30≤30≤30多跨吊車額定起重量（t）3~55~1010~1515~2020~3030~75廠房跨度（m）≤12≤18≤24≤30≤30≤30煙窗高度(m)≤30≤40≤50≤75≤100水塔高度(m)≤15≤20≤30≤30≤30容積(m3)≤5050~100100~200200~300300~500500~100022注：1、地基主要受力層系指條形基礎(chǔ)底面下深度為3b（b為基礎(chǔ)底面寬度），獨(dú)立基礎(chǔ)下為1.5b，且厚度均不小于5m的范圍（二層以下一般的民用建筑除外）；2、地基主要受力層中如有承載力特征值小于130KPa的土層時(shí)，表中砌體承重結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)符合軟弱地基設(shè)計(jì)的有關(guān)要求；3、表中砌體承重結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)均指民用建筑，對(duì)工業(yè)建筑可按廠房高度、荷載情況折合成與其相當(dāng)?shù)拿裼媒ㄖ訑?shù)；4、表中吊車額定起重量、煙囪高度和水塔容積的數(shù)值系指最大值。23㈣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；㈤基坑工程應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算；㈥當(dāng)?shù)叵滤癫剌^淺，建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問題時(shí)，尚應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。244.2.3荷載組合和抗力限值

一、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：1、按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至基礎(chǔ)或承臺(tái)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或單樁承載力特征值。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)的準(zhǔn)永久組合，不應(yīng)計(jì)入風(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、地基或斜坡穩(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)或樁臺(tái)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)下荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。5、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)安全等級(jí)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)應(yīng)按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定采用，但結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0不應(yīng)小于1.025計(jì)算內(nèi)容荷載效應(yīng)最不利組合相應(yīng)的抗力及限值按地基承載力確定基底面積及基礎(chǔ)埋深正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合地基承載力特征值fa計(jì)算地基變形正常使用極限狀態(tài)下荷在效應(yīng)的準(zhǔn)永久值組合(不計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用）地基變形允許值[S]計(jì)算擋土墻土壓力、地基和斜坡的穩(wěn)定、滑坡推力承載力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，但分項(xiàng)系數(shù)均為1；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；確定配筋或驗(yàn)算材料強(qiáng)度承載力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)；驗(yàn)算基礎(chǔ)裂縫寬度正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合26承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)基本組合簡化基本組合標(biāo)準(zhǔn)組合準(zhǔn)永久組合27

二、正常使用極限狀態(tài)荷載組合1、正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合值SK應(yīng)用下式表示：式中：SGK——按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值GK

計(jì)算的荷載效應(yīng)值；

SQiK——按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值QiK計(jì)算的荷載效應(yīng)值；