地基基础设计理论与荷载

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,李广信,关于地基基础设计的若干问题,清华大学,岩土工程研究所,目录,1地基基础设计理论与荷载,2关于地基承载力,3桩的承载特性与群桩效应,4复合地基设计的三个原则,5基坑及其事故分析,6基坑的设计,7土中水及其渗流问题,8土工合成材料,地基基础设计理论与荷载,满足如下要求：,1,、承载力,2,、变形,3,、稳定,4,、基础本身（强度、刚度、耐久性、抗裂,）,设计基本原则,两种极限状态设计,承载能力极限状态,：,以结构内力（地基荷载）超过其承载能力为依据各种失稳、结构破坏。,正常使用极限状态：,以结构（地基）的变形、裂缝、振动参数（老化蠕变）的限值为依据。有时间接通过应力控制（例如最大塑性深度的限制容许承载力）,地基基础的设计思想,可靠度理论：以概率理论未基础的极限状态设计方法；是不确定性理论方法因果关系的破缺；结果是破坏的概率或者工程的可靠度。,定值设计法：所有参数和条件是定值，所有不确定性由一个安全系数K包括。,一、地基基础承载力,设计理论,1、容许承载力理论,2、极限承载力理论安全系数法,3、极限承载力理论分项系数法,重要性系数,分项系数,分项系数,1、容许承载力理论,承载力：塑性区开展范围：P,cr,，P,1/4,，s/b（载荷试验）、计算公式,荷载：标准值（组合）,F,塑性区,1、容许承载力理论,在载荷试验中可以由其比例界限确定；,按一定沉降比人为规定，例如s/b,0.002,在理论计算中可以由塑性区发展理论中的临塑荷载p,cr,p,1/4,、p,1/3,确定。,按容许承载力理论确定的承载力，其沉降一般也会满足要求，常常不需进行沉降验算。,在这种设计中，工程的安全性和可靠性是无定量的概念的。因而是一种经验的设计方法。,其设计荷载可取为标准值或标准组合。,2、极限承载力理论安全系数法,承载力：极限承载力公式、平板载荷试验的极限值/安全系数（23）,荷载采用标准值（组合）,2、极限承载力理论安全系数法,在这一理论方法中，其安全程度用单一的安全系数K表示，但这一安全系数反映多大的失事概率是不得而知的。,对于地基承载力问题，单一安全系数法的一般表达式为：,定值设计法,长期的经验的积累,合理的综合判断,工程的类比,合理的反算,3、极限承载力理论分项系数,承载力：采用标准值除以承载力分项系数,荷载：荷载效应组合的代表值分项系数设计值S（基本组合）,3、极限承载力理论分项系数,基于可靠度理论的分项系数设计方法也是一种极限状态设计方法。,由于工程中的荷载和抗力都是随机变量，有多少可能使荷载大于抗力而失事是一个随机事件，,破坏的概率（可能性）决定于两个随机变量的均值（众值，中值及某个分位值）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标表示。例如，则表示失效概率为万分之9.4。相应的设计公式可简单表示为：,3.0,这种设计理论能够明确地给出安全与失效的概率，然后通过经济、社会、技术的风险分析，给出最合理的设计值。所以是一种最科学合理的设计理论与方法，为国内外工程设计所广泛采用。我国颁布的建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）规定，对于各种结构设计应遵循该理论方法。,岩土工程的不确定性,土层剖面与边界的不确定性,现场与实验室岩土指标的不确定性,现场应力与孔隙水压力的不确定性,外加荷载及其分布的不确定性,计算理论和方法的不确定性,应力变形的机理不清楚。,三种设计理论,容许承载力法,单一安全系数,可靠度设计,二、荷载计算,1 极限状态：,结构或者结构的一部分超过某一特定状态，而不能满足设计规定的某一功能要求时，这一特定状态为结构对于该功能的极限状态。,（1）承载能力极限状态,：,一般是结构的内力超过其承载能力为依据；,（2）正常使用极限状态,：,一般是以结构的变形、裂缝、振动参数等超过设计允许的限值为依据。,2 荷载种类：,永久,荷载（恒荷载）：,（1）不随时间变化(自重）；（2）变化与均值比可忽略（设备）；（3）单调变化并趋于极值（正常水压力）：结构及基础自重、固定设备重量、土压力、正常稳定水位的水压力,可变,荷载（活荷载1）：,变化与均值比不可忽略：屋面、楼面、吊车、雪、风荷载,偶然,荷载（特殊荷载、活荷载2）：,在结构使用期间不一定出现，一旦出现其值很大，持续时间很短：地震、撞击、爆炸、,3荷载的代表值,（1）标准值：,基本代表值，为设计,基准期,内最大荷载统计分布的,特征值,（如：,均值,、众值、中值）,（2）组合值：,对于可变荷载，组合超越概率与其出现概率相同（等于标准值）如：1台风设防地震最大楼面荷载,（3）频遇值：,对于可变荷载，超越概率为规定的较小比率；,（4）准永久值：,对于,可变,荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为设计基准期一半的荷载值。（人群活荷载沉降）,p,S：荷载,R：抗力,标准值,荷载与抗力的取值,4荷载与承载力的设计值,荷载S代表值,分项系数,（大于1）,抗力R代表值/,分项系数,（大于1）,5 荷载效应,：,指在一定的外荷载作用下，在一定设计对象中的作用：轴力、水平力、力矩,基础上荷载及荷载效应,上部结构F、M、H：结构自重 屋面荷载 楼面荷载 活荷载,基础自重G：设计地面高程（内外地面平均值）,F M,F,F H,F M,H,一般为前两种情况，横向力不大，只做校核,基础上荷载及荷载效应,6 荷载组合,：,按极限状态设计时，为保证结构的可靠性对于同时出现的各种荷载设计值的规定。,基本组合,：,承载能力极限状态,设计时，永久作用与可变作用的组合；（分项系数）,偶然组合：,承载能力极限状态,设计时，（永久作用）（可变作用）（,一个偶然作用）,的组合；,（大于基本组合）,标准组合,：,正常使用,极限状态设计时，采用,标准值,，（或组合值）为荷载代表的组合；,（频遇组合）：,正常使用,极限状态设计时，对于可变荷载，采用频遇值（或准永久值）为荷载代表的组合：（永久组合标准值）（主导可变荷载频遇值）（伴随可变荷载的准永久值）,准永久组合,：,正常使用,极限状态设计时，对于可变荷载，采用准永久值为荷载代表的组合,（1）基本组合,荷载效应组合的,设计值,（1）由,可变,荷载控制时：,S,Q1k,:在所有可变荷载中产生最不利荷载效应的一个,（2）由,永久,荷载控制时：,组合值系数,c,（2）标准组合,荷载效应组合的设计值,S,Q1k,:在所有可变荷载中产生最不利荷载效应的一个,组合值系数,c,（4）准永久组合,荷载效应组合的设计值,准永久值系数,q,民用建筑楼面均布活荷载的各种代表值,类别,标准值(kN/m,2,),组合值系数,c,频遇值系数,f,准永久值系数,q,住宅、宿舍、办公楼,教室、实验室、会议室,2.0,0.7,0.5,0.6,0.4,0.5,食堂、餐厅,2.5,0.7,0.6,0.5,礼堂、剧场、影院,3.0,0.7,0.5,0.5,商店、车站、机场大厅,3.5,0.7,0.6,0.3,健身房、舞厅,4.0,0.7,0.6,0.5,书库、档案库,5.0,0.9,0.9,0.8,规范GB5007-2002中的规定,（一）按地基,承载力,确定基础底面积及埋深，传至基础底面上的荷载应按,正常使用,极限状态下,荷载效应的标准组合,。承载力采用特征值。,组合值系数,c,（二）计算地基,变形,时，传至基础底面上的荷载效应应按,正常使用极限状态下的荷载效应的准永久组合,。不应计入风荷载和地震荷载,。,相应的限值应为地基变形的允许值。,准永久值系数,q,（三）在确定基础或承台高度、支挡结构高度、计算它们的,内力,、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，采用,承载能力极限状态下荷载效应的,基本组合,，采用相应的分项系数。,（1）由可变荷载控制时：,组合值系数,c,（2）由永久荷载控制时：,组合值系数,c,（3）对于,由永久荷载控制的基本组合，也可采用简化规则：,R:结构构件抗力的设计值,S,k,:荷载效应的标准组合值,（四）计算挡土墙、地基或斜坡稳定基滑坡推力时，荷载效应，按承载能力极限状态下荷载效应的,基本组合，但其分项系数均为1：,组合值系数,c,GB50007-2002的设计理论应用,地基承载力容许承载力,稳定分析单一安全系数,结构计算可靠度的分项系数,几种荷载组合的应用,地基承载力标准组合,稳定分析基本组合，分项系数1，（单一安全系数法）,结构设计基本组合,沉降计算准永久组合,