《地基与基础工程》课件第2章-BW.ppt

1、第第2章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计n本章学习要求：本章学习要求：u理解：理解：v概率极限状态设计法的原理；概率极限状态设计法的原理；v荷载及代表值、荷载组合值及组合系数、荷载效荷载及代表值、荷载组合值及组合系数、荷载效应及效应系数、分项系数等概念。应及效应系数、分项系数等概念。u掌握：掌握：v浅基础的类型及相关概念；浅基础的类型及相关概念；v浅基础设计的基本步骤；浅基础设计的基本步骤；v地基承载力的确定方法；地基承载力的确定方法；v浅基础的设计计算或验算内容与方法；浅基础的设计计算或验算内容与方法；v减轻建筑物不均匀沉降危害的措施。减轻建筑物不均匀沉降危害的措施。1地基与

2、基础工程地基与基础工程2.1 概述概述n2.1.1基本概念基本概念u地基地基v天然地基天然地基v人工地基人工地基u基础基础v浅基础浅基础v深基础深基础n2.1.2地基基础类型选择依据地基基础类型选择依据u建筑物的重要性、结构形式、荷载性质及大小；建筑物的重要性、结构形式、荷载性质及大小；u地基的工程与水文地质状况。地基的工程与水文地质状况。2地基与基础工程地基与基础工程2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤n2.2.1地基基础的允许承载力设计方法地基基础的允许承载力设计方法u地基允许承载力地基允许承载力：满足以下要求的最大压力：满足以下要求的最大压力:v基底压力基底压力地基极限承

3、载力；地基极限承载力；v地基变形地基变形地基允许变形值。地基允许变形值。u设计方法：设计方法：v根据地基的允许承载力计算确定基底面积：根据地基的允许承载力计算确定基底面积：vS 上部结构总荷载与基础自重之和；上部结构总荷载与基础自重之和；vR 地基允许承载力。地基允许承载力。u特点特点：允许承载力多按经验确定；安全度未知。：允许承载力多按经验确定；安全度未知。u应用应用：工业与民用建筑地基基础设计规范工业与民用建筑地基基础设计规范TJ7-743地基与基础工程地基与基础工程n2.2.2地基基础的极限状态设计方法地基基础的极限状态设计方法u承载能力极限状态承载能力极限状态(稳定极限状态稳定极限状态

4、)vPu地基极限承载力地基极限承载力;vFs 安全系数安全系数.u正常使用极限状态正常使用极限状态(变形极限状态变形极限状态)u设计方法：设计方法：v先变形验算先变形验算;再稳定性验算再稳定性验算.u特点特点：变形验算时控制基底压力不超过临塑或：变形验算时控制基底压力不超过临塑或临界荷载，故通常不需做稳定极限状态验算临界荷载，故通常不需做稳定极限状态验算.2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤4地基与基础工程地基与基础工程n2.2.3地基基础的可靠度设计方法地基基础的可靠度设计方法(概率极限状态设计概率极限状态设计方法方法)u定义：定义：v以以概率理论概率理论为基础，以为基础，以

5、极限状态极限状态为分析方法，为分析方法，以以可靠度指标可靠度指标为安全标准的设计方法。为安全标准的设计方法。u可靠度设计的原理可靠度设计的原理：v结构工作状态的表达式：结构工作状态的表达式：Z表征结构工作状态的功能函数表征结构工作状态的功能函数;R结构抗力结构抗力(多为正态分布随机变量多为正态分布随机变量);S结构荷载效应结构荷载效应(多正态分布随机变量多正态分布随机变量)。2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤5地基与基础工程地基与基础工程vv功能函数功能函数功能函数功能函数Z的概率密度函数为的概率密度函数为的概率密度函数为的概率密度函数为 f(Z)，见下图：见下图：结构可靠度

6、：结构在规定时间、条件下完成预结构可靠度：结构在规定时间、条件下完成预结构可靠度：结构在规定时间、条件下完成预结构可靠度：结构在规定时间、条件下完成预定功能的概率定功能的概率定功能的概率定功能的概率.失效概率：失效概率：失效概率：失效概率：Pf（Z0Z0RZ=0Z=R-SZf(Z)0Pf2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤6地基与基础工程地基与基础工程转换成标准正态分布：转换成标准正态分布：转换成标准正态分布：转换成标准正态分布：;可靠指标：可靠指标：可靠指标：可靠指标：的意义：的意义：的意义：的意义：表征失效概率；表征失效概率；表征失效概率；表征失效概率；越大，失效概率越大，

7、失效概率越大，失效概率越大，失效概率 越低，可靠度越高。越低，可靠度越高。越低，可靠度越高。越低，可靠度越高。0PfPf2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤7地基与基础工程地基与基础工程u概率极限状态设计的实用方法：概率极限状态设计的实用方法：vv极限状态表达式写成分项系数形式极限状态表达式写成分项系数形式极限状态表达式写成分项系数形式极限状态表达式写成分项系数形式结结构构重重要要性性系系数数永永久久荷荷载载标标准准值值效效应应分分项项系系数数控控制制可可变变荷荷载载标标准准值值效效应应分分项项系系数数可可变变荷荷载载标标准准值值效效应应分分项项系系数数可可变变荷荷载载组组合合

8、值值系系数数结结构构抗抗力力分分项项系系数数材材料料性性能能标标准准值值几几何何参参数数标标准准值值2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤8地基与基础工程地基与基础工程u建筑结构荷载分类建筑结构荷载分类v永久荷载永久荷载：使用期内不随时间变化或变化可忽略：使用期内不随时间变化或变化可忽略结构自重等结构自重等v可变荷载可变荷载：使用期内随时间变化且变化不可忽略：使用期内随时间变化且变化不可忽略一般活荷载，风荷载，雪荷载等一般活荷载，风荷载，雪荷载等v偶然荷载偶然荷载：使用期内未必出现，出现时数值很大：使用期内未必出现，出现时数值很大地震荷载地震荷载v说明：说明：上述不同荷载未必同时

9、出现；上述不同荷载未必同时出现；计算荷载效应计算荷载效应(荷载引起的结构内力与变形荷载引起的结构内力与变形)时，时，通过荷载组合系数，提高取值的合理性。通过荷载组合系数，提高取值的合理性。2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤9地基与基础工程地基与基础工程u建筑结构荷载的代表值建筑结构荷载的代表值v标准值标准值荷载的基本代表值。相当于设计基准期内荷载的基本代表值。相当于设计基准期内年最大荷载统计分布的特征值，可取均值年最大荷载统计分布的特征值，可取均值或某分位值。或某分位值。v准永久值准永久值对于可变荷载，在设计基准期内，其超越对于可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计

10、基准期一半的荷载值。的总时间约为设计基准期一半的荷载值。2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤10地基与基础工程地基与基础工程v组合值组合值:对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现的概率趋于一致的荷载值；或者，使组现的概率趋于一致的荷载值；或者，使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。载值。v设计值设计值:荷载代表值与荷载分项系数的乘积。荷载代表值与荷载分项系数的乘积。2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤11地基与基

11、础工程地基与基础工程u建筑结构荷载组合建筑结构荷载组合v基本组合基本组合承载能力极限状态计算时最常用的组合；承载能力极限状态计算时最常用的组合；承载能力极限状态计算时最常用的组合；承载能力极限状态计算时最常用的组合；包括永久荷载效应和可变荷载效应共同作用组合包括永久荷载效应和可变荷载效应共同作用组合包括永久荷载效应和可变荷载效应共同作用组合包括永久荷载效应和可变荷载效应共同作用组合.2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤12地基与基础工程地基与基础工程2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤13地基与基础工程地基与基础工程v标准组合标准组合正常使用极限状态计算时常用的

12、组合；正常使用极限状态计算时常用的组合；正常使用极限状态计算时常用的组合；正常使用极限状态计算时常用的组合；v准永久组合准永久组合地基变形计算中常用的荷载组合；地基变形计算中常用的荷载组合；地基变形计算中常用的荷载组合；地基变形计算中常用的荷载组合；可变荷载间断作用，不易引起充分固结；可变荷载间断作用，不易引起充分固结；可变荷载间断作用，不易引起充分固结；可变荷载间断作用，不易引起充分固结；将将将将组合值系数组合值系数替换为替换为替换为替换为准永久值系数准永久值系数：2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤14地基与基础工程地基与基础工程u荷载的各种系数荷载的各种系数v结构重要性系

13、数：结构重要性系数：v荷载效应的分项系数：荷载效应的分项系数：与荷载概率分布特征有关，统计分析系数与荷载概率分布特征有关，统计分析系数与荷载概率分布特征有关，统计分析系数与荷载概率分布特征有关，统计分析系数v荷载效应系数：荷载效应系数：单位荷载引起的荷载效应值。单位荷载引起的荷载效应值。单位荷载引起的荷载效应值。单位荷载引起的荷载效应值。v荷载组合系数荷载组合系数参见概念参见概念参见概念参见概念荷载组合。荷载组合。荷载组合。荷载组合。2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤15地基与基础工程地基与基础工程n注注 意：意：u概率极限状态设计方法的详细内容参考：概率极限状态设计方法的详

14、细内容参考：v建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准GB50068GB5006820012001v结构可靠度理论结构可靠度理论，赵国藩，建筑工业出版社，赵国藩，建筑工业出版社，20002000v建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002GB50007-2002u结构荷载及组合的定义及规定参考结构荷载及组合的定义及规定参考:v建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范 GB50009-2001 GB50009-20012.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤16地基与基础工程地基与基础工程n2.2.4建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范设计方法要点设计方

15、法要点u地基基础设计等级地基基础设计等级v划分依据：划分依据：地基复杂程度地基复杂程度建筑物的规模、功能与特征建筑物的规模、功能与特征地基问题可能造成建筑破坏或影响使用地基问题可能造成建筑破坏或影响使用的程度的程度v设计等级：设计等级：甲级甲级乙级乙级丙级丙级2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤17地基与基础工程地基与基础工程u地基基础设计重要规定地基基础设计重要规定此部分内容参阅此部分内容参阅GB50007-2002之之3.0.13.0.5。v1）各等级地基设计均要满足承载力要求。各等级地基设计均要满足承载力要求。荷载组合荷载组合按正常使用极限状态下的标准组合；按正常使用极限

16、状态下的标准组合；抗力抗力采用地基承载力特征值。采用地基承载力特征值。v2）甲、乙级应按地基变形设计。甲、乙级应按地基变形设计。基底荷载组合基底荷载组合按按正常使用极限状态下的准按按正常使用极限状态下的准永久组合，不计入风载与地震作用；永久组合，不计入风载与地震作用；地基变形极限地基变形极限按地基变形允许值取值。按地基变形允许值取值。v3）下表中丙级建筑，除有特殊规定，均可不作下表中丙级建筑，除有特殊规定，均可不作变形验算：变形验算：2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤18地基与基础工程地基与基础工程可不做地基变形计算的设计等级为丙级的建筑物可不做地基变形计算的设计等级为丙级的建筑物2.2 浅基础的设计方法及步骤浅基础的设计方法及步骤19地基与基础工程地基与基础工程须做地基变形计算设计等级为丙级的建筑物须做地基变形计算设计等级为丙级的建筑物1.1.地基承载力特征值小于地基承载力特征值小于130kpa130kpa，且体型复杂者；，且体型复杂者；2.2.在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀