基礎工程02第1章基礎工程設計原則.ppt

1、基礎工程Foundation Engineering,第一部分 天然地基淺基礎設計,河北工程大學資源學院,第一部分 天然地基淺基礎設計,第一章 地基基礎設計原則與規(guī)定 第二章 天然地基上的淺基礎設計 第三章地基基礎與上部結構共同工作概述,第一章 地基基礎設計原則與規(guī)定,一、有關基礎的幾個概念 二、地基基礎組合 三、地基基礎設計原則與要求 四、地基變形特征與容許變形值 五、建筑物安全等級與地基設計規(guī)定 六、地基基礎設計方法 七、地基基礎設計步驟（內容）,一、有關基礎的幾個概念,F,G,d,（埋深）,持力層,下臥層（承載力小）,地基,基礎,do,Co,基頂,P,設計地面,1基礎埋深（d）從設計地面

2、（一般從室 外地面算起）到基礎底面的距離。 2基頂埋深(do)基頂?shù)皆O計地面的距離。 要求：do1015cm （美觀、保護基礎） 3基頂寬度（Co）基頂外緣到墻面或柱面 間的距離。 4基礎高（厚）度基礎頂?shù)酌嬷g的距離。,5基礎的作用 支撐上部結構（承受荷載） 傳遞上部荷載（傳給地基） 擴散上部荷載（應力擴散） 上受建筑物荷載 F 軸力 基礎 基礎內力 剪力 下受地基反力 P 彎矩 6基底反力 P=F+G p=(F+G)/A,承上啟下,第一章 地基基礎設計原則與規(guī)定,一、有關基礎的幾個概念 二、地基基礎組合 三、地基基礎設計原則與要求 四、地基變形特征與容許變形值 五、建筑物安全等級與地基設計

3、規(guī)定 六、地基基礎設計方法 七、地基基礎設計步驟（內容）,二、地基基礎（組合）方案類型 多數(shù)建筑物都涉及到地基、基礎與上部結構三者的組合關系，只是組合類型不同而已。若不管上部結構，僅考慮地基基礎兩方面，就有如下四種組合方案：,天然地基,人工地基,淺基礎,深基礎,人工地基上淺基礎,人工地基上深基礎,天然地基上深基礎,天然地基上淺基礎,第一章 地基基礎設計原則與規(guī)定,一、有關基礎的幾個概念 二、地基基礎組合 三、地基基礎設計原則與要求 四、地基變形特征與容許變形值 五、建筑物安全等級與地基設計規(guī)定 六、地基基礎設計方法 七、地基基礎設計步驟（內容）,三、地基基礎設計原則與要求,（一）設計原則 1建

4、筑結構的功能要求 為了保證建筑物的安全、穩(wěn)定和正常使用，建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準（GB 50068-2001）規(guī)定，建筑結構應滿足如下功能要求： （1）安全性能承受在正常施工和正常使用過程中可能出現(xiàn)的各種作用。（結構荷載、施工荷載等） （2）適用性在使用過程中應具有良好的工作性能。 （3）耐久性在正常維護條件下應能滿足使用年限。 （4）穩(wěn)定性在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必須的整體穩(wěn)定。,2地基基礎設計要求 建筑物的地基基礎和上部結構是共同工作的，基礎作為建筑物的下部結構，必須滿足上述要求，基礎設計原則為：設計基礎應保證其本身有足夠的強度、剛度和耐久性。 （一旦破壞將危機整個建筑，隱蔽工

5、程） 地基承受建筑物全部荷載，一旦破壞，基礎與上部結構都會發(fā)生不同程度的位移、變形甚至破壞，因而地基也應適應建筑物的設計要求，地基的設計原則為： 設計地基要有足夠的強度、穩(wěn)定性和不過量的變形。 設計地基基礎要因地制宜，就地取材。,三、地基基礎設計原則與要求,（二）設計要求 遵照上述設計原則，地基計算應按下列要求進行： 1地基承載力 （1）中心荷載 p f 式中： p 基底面處的平均壓力設計值（KN/m2）； f 地基承載力設計值（KN/m2）。,（2）偏心荷載 除滿足（1）的要求外，尚應滿足： pmax1.2f, pmin0 式中： pmax、 pmin分別為基底邊緣的最大和最小壓力設計值（k

6、N/m2）,2地基變形 S S （正常使用極限狀態(tài)） 3穩(wěn)定性(對受水平荷載或建于斜坡及傾斜地層上的建筑物或構筑物) KMr/Ms 1.2,地基變形值,地基允許變形值,滑動力矩,穩(wěn)定系數(shù),抗滑力矩,第一章 地基基礎設計原則與規(guī)定,一、有關基礎的幾個概念 二、地基基礎組合 三、地基基礎設計原則與要求 四、地基變形特征與容許變形值 五、建筑物安全等級與地基設計規(guī)定 六、地基基礎設計方法 七、地基基礎設計步驟（內容）,四、地基變形特征與容許變形值,（一）地基變形特征,由于不同類型的建筑物變形特征不同，對地基變形的適應性也不同，因而計算變形時，要考慮不同建筑物采用不同的地基變形指標來比較和控制。,地基

7、規(guī)范將地基變形依其特征分為四種： 1沉降量基礎中點的沉降值。 2沉降差基礎兩點或兩相鄰單獨基礎沉降量之差。 3傾斜基礎在傾斜方向上兩端點的沉降差與其距離的比值。即tg=（S1-S2）/b 4局部傾斜砌體承重結構沿縱墻610m內基礎兩點的沉降差與其距離的比值，即tg=（S1-S2）/L,椐調查分析，砌體結構墻體開裂多由于墻身局部傾斜過大所致，所以當?shù)鼗痪鶆?，荷載差異大，建筑體形復雜時，就要驗算墻身的局部傾斜。,（二）地基容許變形值 1概念：正常使用條件下，建筑物所能承受的變形限度。 2地基容許變形值 為了找出不同建筑物所能承受的變形限度，地基規(guī)范根據(jù)大量常見建筑物系統(tǒng)沉降觀測資料，經(jīng)過計算分析

8、，總結出各類建筑的容許變形值。見58頁，表221。,表中對不同建筑物分別列出了沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜的變形指標的容許值，地基設計時應遵照執(zhí)行。,作為建筑物的地基，首先應滿足強度和變形兩個條件。但在實際地基計算時，為了減少不必要的工作量，并不是對所有建筑物地基都進行變形驗算，而是根據(jù)建筑物的安全等級、地基強度和建筑類型的具體情況來確定的。,第一章 地基基礎設計原則與規(guī)定,一、有關基礎的幾個概念 二、地基基礎組合 三、地基基礎設計原則與要求 四、地基變形特征與容許變形值 五、建筑物安全等級與地基設計規(guī)定 六、地基基礎設計方法 七、地基基礎設計步驟（內容）,五、建筑物安全等級與地基設計規(guī)定,

9、（一）建筑物安全等級 建筑物破壞后都會造成一定的不良后果，只是嚴重程度不同而已。地基規(guī)范根據(jù)地基失效，造成建筑物破壞后果（危機人的生命，造成經(jīng)濟損失、社會影響及修復的可能性）的嚴重程度，將建筑物劃分為三個安全等級：,建筑物安全等級,地基基礎設計等級(P35),（二）變形驗算的規(guī)定 根據(jù)建筑物安全等級及長期荷載作用下地基變形對上部結構的影響程度，地基設計應符合下列規(guī)定： 1對各級建筑物地基均應進行承載力計算； 2設計等級甲級和乙級的建筑物均應按地基變形進行設計。（準永久組合荷載） 3表27（P36）所列的丙級建筑物（符合特殊條件的除外），可不做變形驗算；,可不作地基變形計算的丙級建筑物范圍,4對

10、于表27所列范圍以外的建筑物及表27以內符合下列特殊條件之一者，應進行地基變形驗算。,（1）地基承載力小于130KPa,且體形復雜的建筑； （2） 在基礎上及其附近有地面堆載或相鄰基礎荷載差異較大，引起地基產(chǎn)生過大的不均勻沉降時； （3）軟弱地基上的相鄰建筑物距離過近可能發(fā)生傾斜時 （4）地基內有厚度較大或厚度不均的填土，其自重固結未完成時。,第一章 地基基礎設計原則與規(guī)定,一、有關基礎的幾個概念 二、地基基礎組合 三、地基基礎設計原則與要求 四、地基變形特征與容許變形值 五、建筑物安全等級與地基設計規(guī)定 六、地基基礎設計方法 七、地基基礎設計步驟（內容）,滿足如下要求： 1、承載力 2、變形

11、 3、穩(wěn)定 4、基礎本身（強度、剛度、耐久性、抗裂）,設計基本原則,兩種極限狀態(tài)設計,承載能力極限狀態(tài)：以結構內力（地基荷載）超過其承載能力為依據(jù)各種失穩(wěn)、結構破壞。 正常使用極限狀態(tài)：以結構（地基）的變形、裂縫、振動參數(shù)（老化蠕變）的限值為依據(jù)。有時，間接通過應力控制（例如最大塑性深度的限制容許承載力）,六、地基基礎設計方法,(一 )三種設計理論,容許承載力法 單一安全系數(shù) 可靠度設計,1、容許承載力理論,承載力：塑性區(qū)開展范圍：臨塑荷載Pcr，臨界荷載P1/4,，s/b=0.01-0.02（載荷試驗）、計算公式 荷載：標準值（組合）,F,塑性區(qū),1、容許承載力理論,在載荷試驗中可以由其比例

12、界限確定； 按一定沉降比人為規(guī)定，例如s/b0.002 在理論計算中可以由塑性區(qū)發(fā)展理論中的臨塑荷載pcrp1/4、 p1/3確定。 按容許承載力理論確定的承載力，其沉降一般也會滿足要求，常常不需進行沉降驗算。 在這種設計中，工程的安全性和可靠性是無定量的概念的。因而是一種經(jīng)驗的設計方法。 其設計荷載可取為標準值或標準組合。,2、極限承載力理論安全系數(shù)法,承載力：極限承載力公式、平板載荷試驗的極限值/安全系數(shù)（23） 荷載采用標準值（組合）,2、極限承載力理論安全系數(shù)法,在這一理論方法中，其安全程度用單一的安全系數(shù)K表示，但這一安全系數(shù)反映多大的失事概率是不得而知的。,對于地基承載力問題，單一

13、安全系數(shù)法的一般表達式為：,定值設計法,長期的經(jīng)驗的積累 合理的綜合判斷 工程的類比 合理的反算,3、極限承載力理論分項系數(shù),承載力：采用標準值除以承載力分項系數(shù) 荷載：荷載效應組合的代表值分項系數(shù)設計值S（基本組合）,r、rR-分項系數(shù)；r0-結構重要性系數(shù)0.91.1,3、極限承載力理論分項系數(shù),基于可靠度理論的分項系數(shù)設計方法也是一種極限狀態(tài)設計方法。 由于工程中的荷載和抗力都是隨機變量，有多少可能使荷載大于抗力而失事是一個隨機事件， 破壞的概率（可能性）決定于兩個隨機變量的均值（眾值，中值及某個分位值）及其分布。,可靠度,其失事概率可用可靠度指標表示。如3.0,可靠度,這種設計理論能夠

14、明確地給出安全與失效的概率，然后通過經(jīng)濟、社會、技術的風險分析，給出最合理的設計值。所以是一種最科學合理的設計理論與方法，為國內外工程設計所廣泛采用。 我國頒布的建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準（GB50068-2001）規(guī)定，對于各種結構設計應遵循該理論方法。,巖土工程的不確定性,土層剖面與邊界的不確定性 現(xiàn)場與實驗室?guī)r土指標的不確定性 現(xiàn)場應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 計算理論和方法的不確定性 應力變形的機理不清楚。,(二)、 荷載計算,1 極限狀態(tài)：結構或者結構的一部分超過某一特定狀態(tài)，而不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求時，這一特定狀態(tài)為結構對于該功能的極限狀態(tài)。 （1

15、）承載能力極限狀態(tài)：一般是結構的內力超過其承載能力為依據(jù)； （2）正常使用極限狀態(tài)：一般是以結構的變形、裂縫、振動參數(shù)等超過設計允許的限值為依據(jù)。,2 荷載種類：,永久荷載（恒荷載） ： （1）不隨時間變化(自重）；（2）變化與均值比可忽略（設備）；（3）單調變化并趨于極值（正常水壓力）：結構及基礎自重、固定設備重量、土壓力、正常穩(wěn)定水位的水壓力 可變荷載（活荷載1） ：變化與均值比不可忽略：屋面、樓面、吊車、雪、風荷載 偶然荷載（特殊荷載、活荷載2） ：在結構使用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)其值很大，持續(xù)時間很短：地震、撞擊、爆炸、,3荷載的代表值,（1）標準值：基本代表值，為設計基準期內最大荷

16、載統(tǒng)計分布的特征值（如：均值、眾值、中值） （2）組合值：對于可變荷載，組合超越概率與其出現(xiàn)概率相同（等于標準值）如：1臺風設防地震最大樓面荷載 （3）頻遇值：對于可變荷載，超越概率為規(guī)定的較小比率； （4）準永久值：對于可變荷載，在設計基準期內，其超越的總時間為設計基準期一半的荷載值。（人群活荷載沉降）,p,S：荷載,R：抗力,標準值,荷載與抗力的取值,4荷載與承載力的設計值,荷載S代表值分項系數(shù)（大于1） 抗力R代表值/分項系數(shù)（大于1）,5 荷載效應：指在一定的外荷載作用下，在一定設計對象中的作用：軸力、水平力、力矩,基礎上荷載及荷載效應,上部結構F、M、H：結構自重 屋面荷載 樓面荷載

17、 活荷載 基礎自重G：設計地面高程（內外地面平均值）,F M,F,F H,F M,H,一般為前兩種情況，橫向力不大，只做校核,基礎上荷載及荷載效應,6 荷載組合：按極限狀態(tài)設計時，為保證結構的可靠性對于同時出現(xiàn)的各種荷載設計值的規(guī)定。,基本組合：承載能力極限狀態(tài)設計時，永久作用與可變作用的組合；（分項系數(shù)） 偶然組合：承載能力極限狀態(tài)設計時，（永久作用）（可變作用）（一個偶然作用）的組合；（大于基本組合） 標準組合：正常使用極限狀態(tài)設計時，采用標準值，（或組合值）為荷載代表的組合； （頻遇組合）：正常使用極限狀態(tài)設計時，對于可變荷載，采用頻遇值（或準永久值）為荷載代表的組合：（永久組合標準值）

18、（主導可變荷載頻遇值）（伴隨可變荷載的準永久值） 準永久組合：正常使用極限狀態(tài)設計時，對于可變荷載，采用準永久值為荷載代表的組合,（1）基本組合荷載效應組合的設計值,（1）由可變荷載控制時： SQ1k: 在所有可變荷載中產(chǎn)生最不利荷載效應的一個,（2）由永久荷載控制時：,組合值系數(shù)c1,rG永久荷載分項系數(shù) 11.2、1.3,Qi可變荷載,（2）標準組合荷載效應組合的設計值,SQ1k: 在所有可變荷載中產(chǎn)生最不利荷載效應的一個,組合值系數(shù)c,（4）準永久組合荷載效應組合的設計值,準永久值系數(shù)q,民用建筑樓面均布活荷載的各種代表值,建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50007-2002）中的規(guī)定,（1）按地基承載力確定基礎底面積及埋深，傳至基礎底面上的荷載應按正常使