1、1,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,2,4.1.1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。

2、,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。,3,4.1.1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。,4,4.1.1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

3、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：,5,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。,6,4.1.1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)（）的概念，采用近似方法表示工程結(jié)構(gòu)的可靠度。 可靠指標(biāo)（）的定義式：假設(shè)R、S、Z均服從正態(tài)分布，則,可靠

4、指標(biāo)與失效概率Pf的關(guān)系：式中（.）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)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)可以用來(lái)表征工程結(jié)構(gòu)的可靠度。,可靠指標(biāo)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)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)更能反映工程安全度的實(shí)質(zhì)。,8,4.1.1可靠度基本概念5,可靠指標(biāo)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

5、與可靠指標(biāo)聯(lián)系起來(lái)，使其表達(dá)為分項(xiàng)系數(shù)的形式。 3、可靠指標(biāo)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)）。,9,4.1.2 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(guò)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

6、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1,1、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

7、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2,3、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,14,4.1.3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

8、的不確定性（見(jiàn)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(méi)有意義的。 目前，在我國(guó)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。,16

9、,4.2 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(guò)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!,4.1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(wèn)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

10、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),地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí) 表4.1,19,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),20,4.2 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(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： 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； 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)； 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

11、； 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均的填土，其自重固結(jié)未完成時(shí)。,21,22,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

12、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。,23,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； 基坑工程應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算； 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)題時(shí)，尚應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。,24,4.2.3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

13、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(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)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、

14、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)0不應(yīng)小于1.0,25,26,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),基本組合 簡(jiǎn)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； Ci 可變荷載Qi的組合值系數(shù)，按現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009的規(guī)定取值。,28,2、正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合值SK應(yīng)用下式表示： 式中：qi 準(zhǔn)永久值系數(shù)，按現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009的規(guī)定 取值。,29,三、承載能力極限狀態(tài)荷載組合,承載能力極限狀態(tài)下，由可變荷載效應(yīng)控制的基本組合設(shè)計(jì)值S，用下式表示： 式中：G永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，按現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009的規(guī)定取值。 Q1第i個(gè)可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，按現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009的規(guī)定取值。,30,對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合，也可采用簡(jiǎn)化規(guī)則，荷載效應(yīng)基本組合的設(shè)計(jì)值S按下式確定： S=1.