第一章-地基基础的设计原则.ppt

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,*,第一章 地基基础的设计原则,基础工程设计的任务,基础工程设计的原则,基础工程设计的荷载取值,基础的类型,基础工程设计资料,地基基础对建筑物的安全和正常使用起着决定性作用。,1.1,基础工程的设计任务,基础工程设计的目的：就是设计出安全、可行、经济、合理的地基和基础。,基础工程设计时：必须综合考虑建筑物的用途和安全等级、建筑布置和上部结构类型，建筑场地和地基岩土条件，施工条件以及工期、造价等各方面要求。合理选择的地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建筑物的安全和正常使用。,一、土木工程结构的安全等级,根据土木工程结构破坏可能造成后果（危及人的生命、经济损失、社会影响等）的严重性，划分土木工程结构的安全等级。,表：建筑结构安全等级,安全等级,破坏后果,建筑物类型,一级,很严重,重要建筑物,二级,严 重,一般建筑物,三级,不严重,次要建筑物,安全等级,路面结构,桥涵结构,一级,高速公路路面,特大桥、重要大桥,二级,一级公路路面,大桥、中桥、重要小桥,三级,二级公路路面,小桥、涵洞,表：公路工程结构安全等级,二、建筑结构使用年限,类别,设计使用年限,/,年,举 例,1,15,临时性结构,2,25,易于替换的结构构件,3,50,普通房屋和构筑物,4,100,纪念性建筑物和特别重要的建筑结构,三、地基基础设计等级,根据地基复杂程度、建筑物规模和功能等特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，,建筑地基基础设计规范,将地基基础分为三个设计等级：,建筑与地基类型,甲级,重要的工业与民用建筑；,30,层以上的高层建筑；,体型复杂，层数相差超过,10,层的高低层连成一体建筑物；,大面积的多层地下建筑物,(,地下车库、商场、运动场等,),；,对地基变形有特殊要求的建筑物；,复杂地质条件下的坡上建筑物,(,包括高边坡,),；,对原有工程影响较大的新建筑物；,场地和地基条件复杂的一般建筑物；,位于复杂地质条件及软土地区的,2,层及,2,层以上地下室的基坑工程。,乙级,除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物。,丙级,场地和地质条件简单、荷载分布均匀的,7,层及,7,层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物。,表：地基基础设计等级,四、基础工程设计的任务,基础工程设计的主要任务，是对结构体系进行结构效应分析：,1,.,是基础结构作用效应分析，即计算基础结构内力（弯矩、剪力、轴力）；,2,.,根据拟定的基础结构截面，进行基础结构抗力及其它性能分析，确定基础结构截面的承受能力及其性能。,3,.,地基承载力计算、地基变形计算、地基基础稳定性计算等。,1.2,基础工程的设计原则,1,、,概率极限设计法与极限状态设计,概率极限设计法：,从结构的可靠度指标（或失效概率）来度量结构的可靠度并建立结构可靠度与结构极限状态的关系方程，这种设计方法是以概率论为基础的极限状态设计法，简称概率极限设计法。,极限状态：,整个结构或结构构件超过某一特定状态就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。,极限状态,承载能力极限状态,正常使用极限状态,承载能力极限状态：,指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；,正常使用极限状态：,指结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。,2,、,基础工程设计必须满足的基本原则,基础工程设计计算的目的是设计一个安全、经济和可行的地基及基础，以保证结构物的安全和正常使用。因此，基础工程设计计算的基本原则是：满足地基承载力要求；,满足建筑物正常使用的允许要求：,地基及基础的整体稳定性有足够保证；,基础本身应有足够的强度、刚度和耐久性,。,建筑地基基础设计规范,GB500072002,规定，地基基础的设计计算应满足承载能力极限状态和正常使用极限状态。根据建筑物的地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，,地基基础设计应符合下列基本规定：,所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的规定,；,甲级、乙级建筑物均应按地基变形设计；,某些丙级建筑物，仍应作变形验算；,对经常承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的建筑物和构筑物，应进行其稳定验算；,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，应进行抗浮验算。,1.3,基础工程设计的荷载取值,一、结构上荷载的分类,结构上的荷载分为三类：,永久荷载，如自重、土压力、预应力等；,可变荷载，如风荷载、雪荷载、各种活荷载等；,偶然荷载，如撞击力、爆炸力等。,标准值：,荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，如均值、众值、中值等。,荷载代表值：,设计中用以验算,极限状态,所采用的荷载量值。有：,1.,荷载代表值,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时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。,准永久值：,对可变荷载，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。,频遇值：,对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。,建筑结构设计时，对不同的荷载应采用不同的代表值：,对永久荷载应采用,标准值,作为代表值；,对可变荷载应根据设计要求采用,标准值、组合值、频遇值、准永久值,作为代表值；,对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。,荷载设计值：,荷载代表值与荷载分项系数的乘积。,2.,荷载设计值,二,、,结构上荷载的组合,荷载组合：按极限状态设计时，为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载设计值的规定。,指各类构件设计时不同极限状态所应取的荷载及其相应的代表值的组合。,根据使用过程中可能同时出现的荷载进行统计组合，取其最不利情况进行设计。,基本组合：,承载能力极限状态计算时，永久作用和可变作用的组合。,标准组合：,正常使用极限状态计算时，采用标准值或组合值为荷载代表值的组合。,偶然组合：,承载能力极限状态计算时，永久作用、可变作用和一个偶然作用的组合。,频遇组合：,正常使用极限状态计算时，对可变荷载采用频遇值或准永久值为荷载代表值的组合。,准永久组合：,正常使用极限状态计算时，对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合。,正常使用极限状态下，荷载效应的,标准组合值,S,k,应用下式表示,：,S,Gk,按永久荷载标准值,G,k,计算的荷载效应值,，,kPa,；,S,QiK,按可变荷载标准值,Q,ik,计算的荷载效应值,，,kPa,；,ci,可变荷载,Q,i,的组合值系数，按现行,建筑结构荷载规范,的规定取值,。,荷载效应的,准永久组合值,S,k,应用下式表示：,qi,准永久值系数，按现行,建筑结构荷载规范,的规定取值。,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,S,，,应用下式表示,：,G,永久荷载的分项系数，按现行,建筑结构荷载规范,的规定取值。,Qi,第,i,个可变荷载的分项系数，按现行,建筑结构荷载规范,的规定取值,。,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,S,按下式确定：,R,结构构件抗力的设计值，,kPa,，按有关建筑结构设计规范的规定取值。,S,k,荷载效应的标准组合值,。,基础顶面作用的荷载，来源于上部结构的力学解答，是框架柱、排架柱的柱端轴力、剪力、弯矩值，或墙体底部的轴力数值。,M,F,F,F,F,M,H,H,竖直中心,竖直偏心,倾斜中心,倾斜偏心,三,、,基础工程设计计算的荷载取值,建筑地基基础设计规范,GB50007-2002,规定，地基基础设计时，荷载取值应符合,建筑结构荷载规范,GB50009-2001,的规定，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应符合下列规定：,(1),按地基承载力确定基础底面面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至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,1.0,。,(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，采用相应的分项系数。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态下荷载效应标准组合。,(5),基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数,0,不应小于,1.0,。,基础,浅基础,深基础,地基,天然地基,人工地基,天然地基有：土质地基、岩石地基、特殊土地基（湿陷性黄土地基、膨胀土地基、冻土地基、红粘土地基等）。,1.4,基础的类型,独立基础：,单独基础是立柱式桥墩和房屋建筑常用的基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑成台阶式。,1.,浅基础,联合基础：,当为了满足地基土的强度要求，必须扩大基础平面尺寸，与相邻的单个基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。,条形基础：,分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。,十字交叉基础：,如地基土很软，基础在宽度方向需进一步扩大面积，同时又要求基础具有空间的刚度来调整不均匀沉降时，可在柱下纵、横两个方向均设置条形基础，成为十字交叉基础。这是房屋建筑常用的基础形式。,筏形基础：,当荷载较大，地基土质软弱又不均匀时，可采用筏板式钢筋混凝土基础，这样既扩大了基底面积又增加了基础的整体性，并避免建筑物局部发生不均匀沉降。筏板基础在构造上类似于倒置的钢筋混凝土楼盖，它可以分为平板式和梁板式。,箱形基础：,为增大基础刚度，可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基础。,底板,外墙,内墙,壳体基础：,适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑物的基础。,2.,深基础,桩基础：,桩基础由若干根桩和承台两部分组成。,桩 基 础,墩基础：,是在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土（钢筋混凝土）而成，我国多用人工开挖，亦称大直径人工挖孔桩。直径在,15,m,之间，多为一柱一墩。,沉井基础,：,这种基础现采用较少。由于它整体性好、刚度大、传力可靠，在大跨度和深水地区修建桥梁仍被采用。,沉井是由刃脚、井筒、内隔墙等组成的呈圆形或矩形的筒状钢筋混凝土结构。,沉井的施工原理,地下连续墙：,近年来，高层建筑、地铁及各种大型地下设施日益增多，其基础埋置深度大，再加上周围环境和施工场地的限制，无法采用传统的施工方法，地下连续墙便成为深基础施工的有效手段。地下连续墙可以用作深基坑的支护结构，同时也可用作建筑物地下室的外墙。,施工过程：利用专用的挖槽机械在泥浆护壁下开挖一定长度挖至设计深度并清除沉渣插入接头管吊入钢筋笼浇注混凝土待混凝土初凝后拔出接头管逐段施工。,1.5,基础工程设计资料,基础工程设计、施工中有关参数的选用，都需要根据当地的地质条件、气候和水文条件、上部结构型式、荷载特性、材料情况及施工设备、施工季节等因素全面考虑。,因此，应事前通过详细的调查研究，充分掌握必要的、符合实际情况的资料。,基础工程设计资料,建筑物平面布置、荷载大小和性质,工程地质勘察报告,当地的气候、气象、水文、地震等资料,邻近已成建筑物的资料,场地地形图,建材供应情况与施工力量,