(1)设计理论与荷载

1、李广信李广信 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：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） fp ss 设计基本原则设计基本原则 两种极限状态设计 承载能力极限状态承载能力极限状态：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：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

2、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 a fp Kfp u / RSRR Rk 0 / 重要性系数分项系数 k SS 分项系数 1、容许承载力理论 承载力：塑性区开展范围：Pcr， P1/4,，s/b=0.01-0.02（载荷试验）、 计算公式 荷载：标准

3、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/b0.002 在理论计算中可以由塑性区发展理论中的临塑荷 载pcrp1/4、 p1/3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

4、表示，但这一安全 系数反映多大的失事概率是不得而 知的。 Kpp u / 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） k SS RSRR Rk 0 / 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

5、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

6、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、二、 荷载计算荷载计算 1 1 极限状态：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 1）承载能力极限状态）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 2）正常使用极限状态）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：荷载种类： 永久永久荷载（恒荷载） ： （1）不随时间变 化(自重）；（2）变化与均值

7、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荷载的代表值荷载的代表值 （1）标准值：基本代表值，为设计基准期基准期 内最大荷载统计分布的特征值特征值（如：均值均值、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

8、越概率为 规定的较小比率； （4）准永久值：对于可变可变荷载，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 5 荷载效应荷载效应：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基础上荷载及荷载效应 上部结构上部结构F F、M M、H H：结构自重：结构自重 屋面屋面 荷载荷载 楼面荷载楼面荷载 活荷载活荷载 基础自重基础自重G G：设计地面高程（内外地：设

9、计地面高程（内外地 面平均值）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 6 荷载组合荷载组合：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。 基本组合基本组合：承载能力极限状态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）一个偶然作用）的组合；（大于基本组 合） 标准组合标准组合：正常使用正常使用极限状态设计时，采用标准值标准值， （或组合值）为荷载代表的组合； （频遇组合）：正常使用正常使用极限状态设计时，对于可

10、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） 准永久组合准永久组合：正常使用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）基本组合 荷载效应组合的设计值 （1）由可变荷载控制时： SQ1k: 在所有 可变荷载中产生最不利荷载效应的一个 n i QikciQikQQGkG SSSS 2 11 （2）由永久荷载控制时： n i QikciQiGkG SSS 1 组合值系数c （2）标准组合）标准组合 荷载效应组合的设计值 n i QikcikQGk SSSS 2 1 SQ1k: 在

11、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）准永久组合 荷载效应组合的设计值 n i QikqiGk SSS 1 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/m2) 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 2.00.70.5 0.6 0.4 0.5 食堂、餐厅2.50.70.60.5 礼堂、剧场、影院3.00.70.50.5 商店、车站、机场大厅3.50.70.60.3 健身房、舞厅 4.00.70.60.5 书库、档案库 5.00.90.90.8 规范GB5007-2002中的规定

12、 （一）按地基承载力承载力确定基础底面 积及埋深，传至基础底面上的荷载 应按正常使用正常使用极限状态下荷载效应荷载效应 的标准组合的标准组合 。承载力采用特征值。 n i QikcikQGkk SSSS 2 1 组合值系数c （二）计算地基变形变形时，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。 n i QikqiGk SSS 1 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 基本组合基本组合，采用相应的分项系数。 （1）由可变荷载控制时： n i QikciQikQQGkG SSSS 2 11 组合值系数c （2）由永久荷载控制时： n i QikciQiGkG SSS 1 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 Sk:荷载效应的标准组合值 RSS k 35. 1 n i QikciQiGkG SSS 1 （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