(1)設(shè)計(jì)理論與荷載

1、李廣信李廣信 目錄 1地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論與荷載 2關(guān)于地基承載力 3樁的承載特性與群樁效應(yīng) 4復(fù)合地基設(shè)計(jì)的三個(gè)原則 5基坑及其事故分析 6基坑的設(shè)計(jì) 7土中水及其滲流問(wèn)題 8土工合成材料 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論與 荷載 滿(mǎn)足如下要求：滿(mǎn)足如下要求： 1、承載力 2、變形 3、穩(wěn)定 4、基礎(chǔ)本身（強(qiáng)度、 剛度、耐久性、抗 裂） fp ss 設(shè)計(jì)基本原則設(shè)計(jì)基本原則 兩種極限狀態(tài)設(shè)計(jì) 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)：以結(jié)構(gòu)內(nèi)力 （地基荷載）超過(guò)其承載能力為依據(jù)各 種失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞。 正常使用極限狀態(tài)：正常使用極限狀態(tài)：以結(jié)構(gòu)（地 基）的變形、裂縫、振動(dòng)參數(shù)（老化蠕變） 的限值為依據(jù)。有時(shí)間接通過(guò)應(yīng)力控

2、制 （例如最大塑性深度的限制容許承載力） 地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思想 可靠度理論：以概率理論未基礎(chǔ)的 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法；是不確定性理 論方法因果關(guān)系的破缺；結(jié)果 是破壞的概率或者工程的可靠度。 定值設(shè)計(jì)法：所有參數(shù)和條件是定 值，所有不確定性由一個(gè)安全系數(shù)K 包括。 一、地基基礎(chǔ)承載力設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)理論 1、容許承載力理 論 2、極限承載力理 論安全系數(shù)法 3、極限承載力理 論分項(xiàng)系數(shù)法 a fp Kfp u / RSRR Rk 0 / 重要性系數(shù)分項(xiàng)系數(shù) k SS 分項(xiàng)系數(shù) 1、容許承載力理論 承載力：塑性區(qū)開(kāi)展范圍：Pcr， P1/4,，s/b=0.01-0.02（載荷試驗(yàn)）、 計(jì)算公式 荷載：標(biāo)準(zhǔn)

3、值（組合） F 塑性區(qū) 1、容許承載力理論 在載荷試驗(yàn)中可以由其比例界限確定； 按一定沉降比人為規(guī)定，例如s/b0.002 在理論計(jì)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(huì)滿(mǎn)足要求，常常不需進(jìn)行沉降驗(yàn)算。 在這種設(shè)計(jì)中，工程的安全性和可靠性是無(wú)定量 的概念的。因而是一種經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法。 其設(shè)計(jì)荷載可取為標(biāo)準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)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(yàn) 的極限值/安全系數(shù)（23） 荷載采用標(biāo)準(zhǔn)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

4、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。 Kpp u / 對(duì)于地基承載力問(wèn)題，單一安全系數(shù) 法的一般表達(dá)式為： 定值設(shè)計(jì)法 長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)的積累 合理的綜合判斷 工程的類(lèi)比 合理的反算 3、極限承載力理論分項(xiàng)系數(shù) 承載力：采用標(biāo)準(zhǔn)值除以承載力分 項(xiàng)系數(shù) 荷載：荷載效應(yīng)組合的代表值分 項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)值S（基本組合） k SS RSRR Rk 0 / 3、極限承載力理論分項(xiàng)系數(shù) 基于可靠度理論的分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)方 法也是一種極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。 由于工程中的荷載和抗力都是隨機(jī) 變量，有多少可能使荷載大于抗力 而失事是一個(gè)隨機(jī)事件， 破壞的概率（可能性）決定于兩個(gè) 隨機(jī)變量的均值（眾值，中值及某

5、個(gè)分位值）及其分布。 R ， S R， S f(S) f(R) R S R S 可靠度 其失事概率可用可靠度指標(biāo)表示。例如，則 表示失效概率為萬(wàn)分之9.4。相應(yīng)的設(shè)計(jì)公 式可簡(jiǎn)單表示為：3.0 這種設(shè)計(jì)理論能夠明確地給出安全與失效的 概率，然后通過(guò)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)分 析，給出最合理的設(shè)計(jì)值。所以是一種最科 學(xué)合理的設(shè)計(jì)理論與方法，為國(guó)內(nèi)外工程設(shè) 計(jì)所廣泛采用。我國(guó)頒布的建筑結(jié)構(gòu)可靠 度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50068-2001）規(guī)定， 對(duì)于各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)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(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

6、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。 三種設(shè)計(jì)理論 容許承載力法 單一安全系數(shù) 可靠度設(shè)計(jì) 二、二、 荷載計(jì)算荷載計(jì)算 1 1 極限狀態(tài)：極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)的一部分 超過(guò)某一特定狀態(tài)，而不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定 的某一功能要求時(shí)，這一特定狀態(tài)為結(jié)構(gòu) 對(duì)于該功能的極限狀態(tài)。 （1 1）承載能力極限狀態(tài)）承載能力極限狀態(tài)：一般是結(jié) 構(gòu)的內(nèi)力超過(guò)其承載能力為依據(jù)； （2 2）正常使用極限狀態(tài)）正常使用極限狀態(tài)：一般是以 結(jié)構(gòu)的變形、裂縫、振動(dòng)參數(shù)等超過(guò)設(shè)計(jì) 允許的限值為依據(jù)。 2 荷載種類(lèi)：荷載種類(lèi)： 永久永久荷載（恒荷載） ： （1）不隨時(shí)間變 化(自重）；（2）變化與均值

7、比可忽略（設(shè)備）； （3）單調(diào)變化并趨于極值（正常水壓力）：結(jié)構(gòu) 及基礎(chǔ)自重、固定設(shè)備重量、土壓力、正常穩(wěn)定 水位的水壓力 可變可變荷載（活荷載1） ：變化與均值比不 可忽略：屋面、樓面、吊車(chē)、雪、風(fēng)荷載 偶然偶然荷載（特殊荷載、活荷載2） ：在 結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)其值很大， 持續(xù)時(shí)間很短：地震、撞擊、爆炸、 3荷載的代表值荷載的代表值 （1）標(biāo)準(zhǔn)值：基本代表值，為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期基準(zhǔn)期 內(nèi)最大荷載統(tǒng)計(jì)分布的特征值特征值（如：均值均值、眾值、 中值） （2）組合值：對(duì)于可變荷載，組合超越概 率與其出現(xiàn)概率相同（等于標(biāo)準(zhǔn)值）如：1臺(tái) 風(fēng)設(shè)防地震最大樓面荷載 （3）頻遇值：對(duì)于可變荷載，超

8、越概率為 規(guī)定的較小比率； （4）準(zhǔn)永久值：對(duì)于可變可變荷載，在設(shè)計(jì)基 準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期一半的荷 載值。（人群活荷載沉降） p S：荷載 R：抗力 標(biāo)準(zhǔn)值 荷載與抗力的取值 4荷載與承載力的設(shè)計(jì)值荷載與承載力的設(shè)計(jì)值 荷載S代表值分項(xiàng)系數(shù)（大于1） 抗力R代表值/分項(xiàng)系數(shù)（大于1） 5 5 荷載效應(yīng)荷載效應(yīng)：指在一定的外荷載作用下，在一定 設(shè)計(jì)對(duì)象中的作用：軸力、水平力、力矩 基礎(chǔ)上荷載及荷載效應(yīng)基礎(chǔ)上荷載及荷載效應(yīng) 上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)F F、M M、H H：結(jié)構(gòu)自重：結(jié)構(gòu)自重 屋面屋面 荷載荷載 樓面荷載樓面荷載 活荷載活荷載 基礎(chǔ)自重基礎(chǔ)自重G G：設(shè)計(jì)地面高程（內(nèi)外地：設(shè)

9、計(jì)地面高程（內(nèi)外地 面平均值）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 6 荷載組合荷載組合：按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證結(jié)構(gòu)的 可靠性對(duì)于同時(shí)出現(xiàn)的各種荷載設(shè)計(jì)值的規(guī)定。 基本組合基本組合：承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用與可變 作用的組合；（分項(xiàng)系數(shù)） 偶然組合：承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，（永久作用） （可變作用）（一個(gè)偶然作用）一個(gè)偶然作用）的組合；（大于基本組 合） 標(biāo)準(zhǔn)組合標(biāo)準(zhǔn)組合：正常使用正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值， （或組合值）為荷載代表的組合； （頻遇組合）：正常使用正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于可

10、變荷 載，采用頻遇值（或準(zhǔn)永久值）為荷載代表的組合：（永 久組合標(biāo)準(zhǔn)值）（主導(dǎo)可變荷載頻遇值）（伴隨可變 荷載的準(zhǔn)永久值） 準(zhǔn)永久組合準(zhǔn)永久組合：正常使用正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于可變荷載， 采用準(zhǔn)永久值為荷載代表的組合 （1）基本組合）基本組合 荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 （1）由可變荷載控制時(shí)： SQ1k: 在所有 可變荷載中產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)的一個(gè) n i QikciQikQQGkG SSSS 2 11 （2）由永久荷載控制時(shí)： n i QikciQiGkG SSS 1 組合值系數(shù)c （2）標(biāo)準(zhǔn)組合）標(biāo)準(zhǔn)組合 荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 n i QikcikQGk SSSS 2 1 SQ1k: 在

11、所有可變荷載中產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)的一個(gè) 組合值系數(shù)c （4）準(zhǔn)永久組合）準(zhǔn)永久組合 荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 n i QikqiGk SSS 1 準(zhǔn)永久值系數(shù)q 民用建筑樓面均布活荷載的各種代 表值 類(lèi)別 標(biāo)準(zhǔn)值 (kN/m2) 組合值系 數(shù)c 頻遇值系 數(shù)f 準(zhǔn)永久值 系數(shù)q 住宅、宿舍、辦公樓 教室、實(shí)驗(yàn)室、會(huì)議室 2.00.70.5 0.6 0.4 0.5 食堂、餐廳2.50.70.60.5 禮堂、劇場(chǎng)、影院3.00.70.50.5 商店、車(chē)站、機(jī)場(chǎng)大廳3.50.70.60.3 健身房、舞廳 4.00.70.60.5 書(shū)庫(kù)、檔案庫(kù) 5.00.90.90.8 規(guī)范GB5007-2002中的規(guī)定

12、 （一）按地基承載力承載力確定基礎(chǔ)底面 積及埋深，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載 應(yīng)按正常使用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)荷載效應(yīng) 的標(biāo)準(zhǔn)組合的標(biāo)準(zhǔn)組合 。承載力采用特征值。 n i QikcikQGkk SSSS 2 1 組合值系數(shù)c （二）計(jì)算地基變形變形時(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)下的荷載效 應(yīng)的準(zhǔn)永久組合。不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震荷 載。相應(yīng)的限值應(yīng)為地基變形的允許值。 n i QikqiGk SSS 1 準(zhǔn)永久值系數(shù)q （三）在確定基礎(chǔ)或承臺(tái)高度、支擋 結(jié)構(gòu)高度、計(jì)算它們的內(nèi)力內(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， 采用承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的 基本組合基本組合，采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。 （1）由可變荷載控制時(shí)： n i QikciQikQQGkG SSSS 2 11 組合值系數(shù)c （2）由永久荷載控制時(shí)： n i QikciQiGkG SSS 1 組合值系數(shù)c （3）對(duì)于由永久荷載控制的基本組 合，也可采用簡(jiǎn)化規(guī)則： R:結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值 Sk:荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合值 RSS k 35. 1 n i QikciQiGkG SSS 1 （四）計(jì)算擋土墻、地基或斜坡穩(wěn)定基滑坡 推力時(shí)，荷載效應(yīng)，按承載能力極限狀態(tài)下 荷