《地基与基础工程》幻灯片第2章-bw

地基与基础工程,第1页,第2章 天然地基上浅基础的设计,本章学习要求： 理解： 概率极限状态设计法的原理； 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。 掌握： 浅基础的类型及相关概念； 浅基础设计的基本步骤； 地基承载力的确定方法； 浅基础的设计计算或验算内容与方法； 减轻建筑物不均匀沉降危害的措施。,地基与基础工程,第2页,§2.1 概述,2.1.1基本概念 地基 天然地基 人工地基 基础 浅基础 深基础 2.1.2地基基础类型选择依据 建筑物的重要性、结构形式、荷载性质及大小； 地基的工程与水文地质状况。,地基与基础工程,第3页,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,2.2.1地基基础的允许承载力设计方法 地基允许承载力：满足以下要求的最大压力: 基底压力地基极限承载力； 地基变形地基允许变形值。 设计方法： 根据地基的允许承载力计算确定基底面积： S 上部结构总荷载与基础自重之和； R 地基允许承载力。 特点：允许承载力多按经验确定；安全度未知。 应用：工业与民用建筑地基基础设计规范TJ7-74,地基与基础工程,第4页,2.2.2地基基础的极限状态设计方法 承载能力极限状态(稳定极限状态) Pu地基极限承载力; Fs 安全系数. 正常使用极限状态(变形极限状态) 设计方法： 先变形验算;再稳定性验算. 特点：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.,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第5页,2.2.3地基基础的可靠度设计方法(概率极限状态设计方法) 定义： 以概率理论为基础，以极限状态为分析方法，以可靠度指标为安全标准的设计方法。 可靠度设计的原理： 结构工作状态的表达式： Z表征结构工作状态的功能函数; R结构抗力(多为正态分布随机变量); S结构荷载效应(多正态分布随机变量)。,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第6页,功能函数Z的概率密度函数为 f(Z)，见下图： 结构可靠度：结构在规定时间、条件下完成预定功能的概率. 失效概率：Pf（Z0），按下式计算困难！,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第7页,转换成标准正态分布： ; 可靠指标： 的意义： 表征失效概率； 越大，失效概率 越低，可靠度越高。,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第8页,概率极限状态设计的实用方法： 极限状态表达式写成分项系数形式,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第9页,建筑结构荷载分类 永久荷载：使用期内不随时间变化或变化可忽略 结构自重等 可变荷载：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 偶然荷载：使用期内未必出现，出现时数值很大 地震荷载 说明： 上述不同荷载未必同时出现； 计算荷载效应(荷载引起的结构内力与变形)时，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,地基与基础工程,第10页,建筑结构荷载的代表值 标准值 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，可取均值或某分位值。 准永久值 对于可变荷载，在设计基准期内，其超越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,地基与基础工程,第11页,组合值: 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载值。 设计值: 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,地基与基础工程,第12页,建筑结构荷载组合 基本组合 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.,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第13页,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第14页,标准组合 正常使用极限状态计算时常用的组合； 准永久组合 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； 将组合值系数替换为准永久值系数：,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第15页,荷载的各种系数 结构重要性系数： 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 荷载效应系数： 单位荷载引起的荷载效应值。 荷载组合系数 参见概念荷载组合。,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第16页,注 意： 概率极限状态设计方法的详细内容参考： 建筑结构可靠度设计统一标准GB500682001 结构可靠度理论，赵国藩，建筑工业出版社，2000 建筑地基基础设计规范GB50007-2002 结构荷载及组合的定义及规定参考: 建筑结构荷载规范 GB50009-2001,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第17页,2.2.4建筑地基基础设计规范设计方法要点 地基基础设计等级 划分依据： 地基复杂程度 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的程度 设计等级： 甲级 乙级 丙级,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第18页,地基基础设计重要规定 此部分内容参阅GB50007-2002之3.0.13.0.5。 1）各等级地基设计均要满足承载力要求。 荷载组合按正常使用极限状态下的标准组合； 抗力采用地基承载力特征值。 2）甲、乙级应按地基变形设计。 基底荷载组合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； 地基变形极限按地基变形允许值取值。 3）下表中丙级建筑，除有特殊规定，均可不作变形验算：,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第19页,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,地基与基础工程,第20页,须做地基变形计算设计等级为丙级的建筑物,地基承载力特征值小于130kpa，且体型复杂者； 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； 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时； 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； 地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，自重固结未完成时。,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第21页,4）经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构、水工结构、挡土结构，以及斜坡或边坡附近的建筑、构筑物，除按上述要求进行承载力验算、变形验算外，还应进行地基稳定性验算: 荷载组合采用按承载力极限状态下的基本组合，但分项系数均取为1。 5）确定基础或桩台高度、支撑结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，按承载能力极限状态下的荷载或荷载效应进行基本组合，并采用规定的相应分项系数。,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第22页,2.2.5浅基础设计的基本步骤 1.地质勘察及建筑设计资料分析； 2.选择基础类型； 3.确定持力层和基础埋置深度； 4.确定地基承载力； 5.初步确定基础底面尺寸； 6.开展地基承载力验算、变形验算、稳定性验算；据验算结果，必要时修改基底尺寸甚至埋深。 7.开展基础结构与构造设计，保证其刚度、强度和耐久性; 8.设计图、施工图绘制；设计说明书编写。,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第23页,浅基础设计的基本流程图,§2.2 浅基础的设计方法及步骤,地基与基础工程,第24页,§2.3 浅基础的类型,2.3.1浅基础的结构类型 1.单独基础（独立基础） 2.条形基础 3.十字交叉基础 4.筏板基础 5.箱形基础 6.壳体基础,掌握 构造形式 适用条件,地基与基础工程,第25页,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,单独基础,适用条件：地基土层性质较好时；常配制于柱式、塔式及筒式构筑物之下。,地基与基础工程,第26页,适用条件： 墙下条形基础广泛应用于砌体结构。 柱下条形基础用于框架结构中的柱荷载过大，地基承载力不足情况。,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,条形基础,地基与基础工程,第27页,适用条件： 土质更差, 柱下荷载很大或分布不均匀。,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,十字交叉基础,地基与基础工程,第28页,适用条件： 地基软弱而荷载较大，采用十字交叉基础不能满足地基承载力要求，采用筏形基础。用于多种结构，如框架、框剪、剪力墙结构及砌体结构。,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,筏形基础：钢筋混凝土板式或梁板式基础,地基与基础工程,第29页,适用条件：地基软弱且分布不均，荷载较大或分布不均时。多用于高层建筑基础。技术复杂、工程造价高，且工期长，应与其它基础方案比较后采用。,补偿基础： 建在地面下足够深度，使结构物重量不超过或略超过挖出的地基土重，减少附加应力引起的地基沉降的整体基础。,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,箱形基础：一种补偿基础形式,地基与基础工程,第30页,特点：荷载在壳体内主要引起轴向压力，对于抗压性能较好的砖、石和混凝土材料，采用壳体结构更适应材料特性。,壳体基础：正圆锥及其组合形成的壳体基础,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,地基与基础工程,第31页,适用：一般工业与民用建筑柱基和筒形的构筑物（如烟囱、水塔、料仓、中小高炉等）。,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,M型组合壳、正圆锥壳、内球外锥组合壳,地基与基础工程,第32页,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,2.3.2地基基础的选型原则 1. 综合考虑：建筑结构类型、荷载性质及大小、岩土性质等因素加以选择。 2. 优先选用天然地基上浅基础档案，如不能满足需要，可经过综合对比，选用人工地基上的浅基础或深基础方案。 3. 满足地基强度、变形、稳定性要求的前提下，浅基础按以下次序优先选择靠前的形式： 独立基础，条形基础，十字交叉条形基础，筏板基础，箱形基础,地基与基础工程,第33页,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,浅基础选型汇总表,地基与基础工程,第34页,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,地基与基础工程,第35页,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,2.3.3无筋扩展基础（刚性基础） 由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成，基础高度由刚性角控制的基础。,地基与基础工程,第36页,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,特点： 结构简单、施工方便、造价低廉； 抗压性能好，而抗拉、抗剪强度较差。 适用条件： 地基条件： 持力层土质较好、无沟、塘、井、坑，下卧层无淤泥或淤泥质软弱土层。 上部结构条件： 6层及以下民用建筑和砖墙承重的轻型厂房；但三合土地基不宜用于超过4层的民用建筑,地基与基础工程,第37页,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,砖基础: 材料：砖MU10,砂浆M5 构造：台阶式（大放脚） 适用条件：应用在干燥和温暖的地区，6层以下民用建筑和墙承重的厂房。,地基与基础工程,第38页,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,灰土基础： 石灰:粘性土=2:8或3:7 适用条件：地下水位以上，5层及5层以下的民用建筑和小型砖墙承重的轻型工业厂房。 三合土基础： 石灰：砂：碎砖（或碎石）按体积比1:2:4 或1:3:6配成夯实而成。 特点：地下水位以上，4层及4层以下建筑物。,地基与基础工程,第39页,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,毛石基础： 未风化的毛石、料石、漂石 刚性角：1：1.25，1：1.50 构造：每级台阶不少于3皮，台阶宽度不超过200mm，台阶高度在300mm左右。 适用于：山区或严寒地区，地下水位以上，层数不多的建筑物。,地基与基础工程,第40页,§2.3 浅基础设计基本步骤及其类型,混凝