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1、地基基础的设计原则地基基础的设计原则11.地基基础设计原则内容提要 1.1 概 述1.2 地基基础设计原则1.3 地基常见类型 1.4 常用基础类型 1.5 地基-基础-上部结构共同工作 概念21.地基基础设计原则1、掌握基础工程设计的目的、任务、 设计原则、基本规定 2、了解天然地基与人工地基3、初步掌握基础类型及其选取原则4、基本理解地基基础上部结构 共同作用概念教学目的要求31.地基基础设计原则重点地基基础设计基本规定，各种地基特点、各基础类型选取原则难点涉及规范多、表格多, 地基基础上部结构共同作用概念 疑点 1、概率极限状态设计法与极限状态设计原则 2、荷载组合牵涉到的承载能力极限状
2、态和正 常使用极限状态41.地基基础设计原则n基础工程设计目的设计等级设计状况n基础工程设计任务基础结构作用效应分析基础结构抗力及其他性能分析1.1 1.1 概概 述述51.地基基础设计原则n设计等级（安全等） 土木工程结构设计时，根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命，造成经济损失，产生社会影响等）的严重性 ，采用不同的安全等级，见书P6-7相关表格，其中地基基础设计分甲、乙、丙三个等级 。 1.1 1.1 概概 述述6地基基础设计等级 建筑地基基础设计规范GB50007-2002 71.地基基础设计原则n设计状况设计工作寿命 ：在设计规定的期限内，结构或结构构件只需进行正常的维护便可按其
3、预定的目的使用，而不需进行修理加固，（见表1-6）。设计状况：根据具体的基础安全等级，结构设计工作寿命分类。持久状况：在结构使用过程中一定出现，其持续期很长的状况。持续期一般与设计工作寿命为同一数量级。需承载能力极限和正常使用极限状态设计。短暂状况：在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计工作寿命相比，持续期很短的状况，如施工和维修等。需承载能力极限可正常使用极限状态设计。偶然状况：在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况，如火灾，爆炸、撞击等。需承载能力极限可不按正常使用极限状态设计。 1.1 1.1 概概 述述基础工程设计目的？81.地基基础设计原则n设计任务 基础结构作用效应
4、分析 确定由于地基反力、上部结构荷载作用在基础结构上的作用效应。即基础结构内力：弯矩、剪力、轴力等 。基础结构抗力及其他性能分析根据拟定的基础截面进行基础结构抗力及其它性能的分析，确定基础结构截面的承受能力及其性能。（按两种极限状态、最不利荷载组合）。1.1 1.1 概概 述述91.地基基础设计原则n概率极限设计法与极限状态设计原则概率极限设计法极限状态地基基础设计原则n地基基础设计资料n地基基础设计基本规定1.2 1.2 地基基础设计原则地基基础设计原则101.地基基础设计原则n概率极限设计法与极限状态设计原则概率极限设计法概率极限设计法：又称可靠性分析设计。可靠性含义：就是指系统在规定的时
5、间内,在规定的条件下完成预定功能的概率。系统不能完成预定功能的概率即是失效概率。这种以统计分析确定的失效概率来度量系统可靠性的方法即为概率极限设计方法。1.2 1.2 地基基础设计原则地基基础设计原则111.地基基础设计原则n概率极限设计法与极限状态设计原则极限状态：整个结构或结构构件超过某一特定状态不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。分两类:详见p8承载能力极限状态 ：这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形或变位的状态。指结构强度不足或失稳。正常使用极限状态 ：这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项限值的状态。
6、 1.2 1.2 地基基础设计原则地基基础设计原则121.地基基础设计原则n概率极限设计法与极限状态设计原则 地基基础设计原则 p fa 原则（承载力验算基础底面的压力小于地基的承载力特征值）， 各级建筑均应进行承载力计算，防止地基土体剪切破坏；经常承受水平荷载的高层建筑、构筑物以及基坑工程的稳定性验算 ss原则（变形验算地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值） 需按基本规定验算基础结构强度、刚度和耐久性满足要求另外力求灾害荷载（地震，风载等）时，经济损失最少。1.2 1.2 地基基础设计原则地基基础设计原则131.地基基础设计原则n地基基础设计资料 上部结构资料 ：按行业相关规范计算的传至
7、基础顶面的荷载（包括轴力、剪力和弯矩）。岩土工程勘察资料(见书)：重视验槽工作。原位测试资料 :地基承载力、单桩竖向承载力以及地基压缩模量和变形模量的原位测试报告等。 1.2 1.2 地基基础设计原则地基基础设计原则14地基、基础、上部结构的常规分析简图 上部结构(墙、柱)与基础相连系，基础底面直接与地基相接触，三者组成一个完整的体系，在接触处传递荷载， 若将三者在界面处分开，满足静力平衡条件，151.地基基础设计原则n地基基础设计基本规定（按照基本规定遵循原则设计）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；甲级、乙级建筑物、均应按地基变形设计；表1-8所列范围内的丙级建筑物可不作变形
8、验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：1) 地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；2) 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沉降时；3) 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；4) 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；5) 地基内有厚度较大或薄不均的填土，其自重固结未完成时。对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性；基坑工程应进行稳定性验算；当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在地下室上浮问题时，尚应进行抗浮验算。 1.2 1.2 地基基础设计原则地基基础设计原则1
9、61.地基基础设计原则n基础工程设计 基础工程设计前：根据前述“地基基础设计基本规定”，对地基的强度、变形、稳定性进行验算。 基础内力计算：是根据基础顶面作用的荷载，基础底面土体的反力作为外荷载，运用静力学、结构力学的方法求解而进行 。 基础顶面作用的荷载分析：要考虑多种荷载同时作用在基础顶面的荷载组合，又要按承载力极限状态和正常使用状态分别进行组合，并取各自的最不利组合进行设计计算。设计时所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力或限值应符合前述相应规范的有关规定。 荷载效应组合的规定：（见书p14） 1.2 1.2 地基基础设计原则地基基础设计原则171.地基基础设计原则 1.2 1.2 地基
10、基础设计原则地基基础设计原则n荷载效应组合补充1）基本组合是属于承载力极限状态设计的荷载效应组合，它包括以永久荷载效应控制组合和可变荷载效应控制组合，荷载效应设计值取两者的大者，两者中的分项系数()取值不同。 2）标准组合（c）是属于正常使用极限状态设计的荷载效应组合。标准组合在某种意义上与过去的短期效应组合相同，主要用来验算一般情况下构件的挠度、裂缝等使用极限状态问题。（ 5左右）3) 准永久组合（q）也是属于正常使用极限状态设计的荷载效应组合。在某种意义上与过去的长期效应组合相同，其值等于荷载的标准值乘以准永久值系数。它考虑了可变荷载对结构作用的长期性。在设计基准期内，可变荷载超越荷载准永
11、久值的概率在50左右。准永久组合常用于考虑荷载长期效应对结构构件正常使用状态影响的分析中。最为典型的是：对于裂缝控制等级为2级的构件，要求按照标准组合时，构件受拉边缘混凝土的应力不超过混凝土的抗拉强度标准值，在按照准永久组合时，要求不出现拉应力。 18 可变荷载Qi的组合值系数，按现行建 筑结构荷载规范GB50009规定取值。 正常使用极限状态下荷载效应的标准组合Sk为：式中 SGk按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值； SQi k按可变荷载标准值Qi k计算的荷载效应值； 荷载效应的准永久组合值Sk应用下式表示: 准永久值系数按现行建筑结构荷载规范GB50009的规定取值。n荷载效应组合一般
12、规定 1.2 1.2 地基基础设计原则地基基础设计原则19 永久荷载的分项系数按GB50009的规定取值； 对由永久荷载效应控制的基本组合，也可采用简化规则，荷载效应基本组合的设计值按下式确定： 承载能力极限状态下由可变荷载效应控制的基本组合设计值应用下式表达 式中 R 结构构件抗力的设计值按有关建筑结构设计 规范的规定确定； Sk 荷载效应的标准组合值。 第i个可变荷载分项系数按GB50009的规定取0n荷载效应组合一般规定 1.2 1.2 地基基础设计原则地基基础设计原则201.地基基础设计原则 1.2 1.2 地基基础设计原则地基基础设计原则n基础顶面作用的最不利荷载组合柱控制截面上最不
13、利内力的类型为 + Mmax及相应的N、V； - Mmax及相应的N、V Nmax及相应的M、V； Nmin 及相应的M、V 对于大偏心受压的情况，当弯矩M相等或相近时，轴力愈小所需配筋愈多，对于小偏心受压的情况，当弯矩M相等或相近时，轴力愈大所需配筋愈多；不论是大偏心受压还是小偏心受压的情况，当轴力N相等或相近时，弯矩M愈大所需配筋愈多 ； 为了施工的简便以及为了避免施工过程中可能出现的错误起见，框架柱通常采用对称配筋。此时，第（l）、（2）两组最不利内力组合可合并为弯矩绝对值最大的内力|Mmax|及相应的轴力N 、V 。 211.地基基础设计原则(1)按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单
14、桩承载力确定桩数时，传于基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。(2)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荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。(3)计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其荷载分项系数为1.0。(4)在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、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，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相
15、应的荷载分项系数。(5)当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。(6) 结构重要性系数0取值不应小于1.0。 1.2 1.2 地基基础设计原则地基基础设计原则n设计时所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力或限值应符合相应规范的有关规定：2223 1.地基基础设计原则1.3 1.3 地基类型地基类型n 天然地基 土质地基 岩石地基 特殊土地基 n 人工地基n 复合地基231.地基基础设计原则1.3 1.3 地基类型地基类型n天然地基 土质地基 ：土质地基一般是指成层岩石以外的各类土 ，基本分为碎石土、砂土、粉土和粘性土几大类。l碎石土和砂土：划分应符合表1-9、表1-10
16、的规定。l粉土：粒径大于0.075mm的颗粒不超过全部质量50，且塑性指数等于或小于10的土。l粘性土：当塑性指数大于10，且小于或等于17时，应定为粉质粘土；当塑性指数大于17时，应定为粘土。l土质地基下限值 ：竖向压应力值等于0.1cz时某一深度。l土质地基优点：处于地壳的表层，施工方便，基础工程造价较经济，是房屋建筑，中、小型桥梁、涵洞、水库、水坝等构筑物基础经常选用的持力层。241.地基基础设计原则1.3 1.3 地基类型地基类型n天然地基 岩石地基：当岩层距地表很近，或构筑物荷载通过基础底面传给土质地基，地基土体承载力、变形验算不能满足相关规范要求时，则必需选择岩石作为基础的持力层，就称该地基为岩质地基。例如我国南京长江大桥的桥墩基础，三峡水库大坝的坝基基础等。l分类：根据风化程度岩石分为未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化。不等的风化等级对应不同的承载能力。l优点；它们具有足够的抗压强度，颗粒间有较强的连接，基本属于连续介质。它较土粒堆积而成的松散介质的力学性能优越许多。硬质岩石的饱和单轴极限抗压强度可高达60MPa以上，软质岩石的数值也在5MPa不等。其数量级与土质地
