《基础工程》第2章基础工程设计的原则与要求

1、2-1第第 2 章章 基础工程设计的原则与要求基础工程设计的原则与要求一、概述一、概述1、基础工程及其设计内容基础工程及其设计内容l 基础工程基础工程（Foundation Engineering）泛指包括地泛指包括地基及基础在内的所有下部结构工程基及基础在内的所有下部结构工程 ，是工程体系中，是工程体系中最为重要的部分。其研究内容是与岩土体有关的建筑最为重要的部分。其研究内容是与岩土体有关的建筑工程的技术问题，即下部结构物与岩土相互作用共同工程的技术问题，即下部结构物与岩土相互作用共同承担上部结构荷载所产生的各种强度、变形与稳定问承担上部结构荷载所产生的各种强度、变形与稳定问题。题。l 基础

2、工程设计包括基础工程设计包括基础设计基础设计与与地基设计地基设计2-2基础工程设计包括基础设计和地基设计：基础工程设计包括基础设计和地基设计：l基础设计基础设计基础形式、基础埋深、基底尺寸（面基础形式、基础埋深、基底尺寸（面积）、基础内力、截面计算等。积）、基础内力、截面计算等。l地基设计地基设计地基承载力、地基变形计算、地基稳定地基承载力、地基变形计算、地基稳定性、地基处理。性、地基处理。 应选择能适应上部结构、符合使用要求、满足地应选择能适应上部结构、符合使用要求、满足地基基础设计两项基本要求（强度、变形），以及技术基基础设计两项基本要求（强度、变形），以及技术上合理的基础结构方案。上合理

3、的基础结构方案。2-32、基础工程的基本设计计算原则基础工程的基本设计计算原则（1）建筑结构功能要求建筑结构功能要求安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性 稳定性稳定性 GB50068-2001 建筑结构可靠度建筑结构可靠度设计统设计统 一标准一标准 2-42、基础工程的基本设计计算原则基础工程的基本设计计算原则（2） 基本设计计算原则基本设计计算原则上部结构上部结构- -基础基础- -地基地基相互作用的整体观点相互作用的整体观点 地基应具有足够的强度地基应具有足够的强度，满足地基承载力的要满足地基承载力的要求求地基与基础的变形应满足建筑物正常使用的允地基与基础的变形应满足建筑物正常使用的允许要

4、求许要求 地基与基础的整体稳定性应有足够保证地基与基础的整体稳定性应有足够保证 基础本身应有足够基础本身应有足够的的强度、刚度和耐久性强度、刚度和耐久性地基基础的设计，还必须坚持因地制宜、就地地基基础的设计，还必须坚持因地制宜、就地取材的原则取材的原则 2-5二、二、地基基础设计等级和设计原则地基基础设计等级和设计原则1、地基基础的设计等级地基基础的设计等级 GB50007-2011建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范，地基基地基基础设计分为础设计分为甲级甲级、乙级乙级、丙级丙级三个设计等级三个设计等级 设计等级设计等级建筑和地基类型建筑和地基类型甲级甲级重要的工业与民用建筑；重要的工业与

5、民用建筑；30 层以上的高层建筑层以上的高层建筑；体型复杂体型复杂 ，层数相差超过，层数相差超过10 层的高低层连体一体层的高低层连体一体建筑物；大建筑物；大面积面积的多层地下建筑物（如地下车库、的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等商场、运动场等）； 乙级乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物及基坑工除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物及基坑工程程 丙级丙级场地和场基条件简单、荷载分布均匀的场地和场基条件简单、荷载分布均匀的 7 层及层及 7 层以下民用建筑及一般工业建筑物层以下民用建筑及一般工业建筑物 ， 次次要要的轻型的轻型建筑物建筑物 ； 2-62、地基基础的设计地基基础的设计原则

6、原则规范对地基计算作了具体的规定：规范对地基计算作了具体的规定：（1）所有建筑物所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的的地基计算均应满足承载力计算的有关规定。有关规定。（2）设计等级为）设计等级为甲级、乙级甲级、乙级的建筑物及表的建筑物及表2-2所示所示范围以外的范围以外的丙级丙级建筑物，除满足承载力要求外，尚建筑物，除满足承载力要求外，尚应验算变形，即按地基变形控制设计应验算变形，即按地基变形控制设计。2-72-8（3）表）表2-2所列范围所列范围内设计等级为内设计等级为丙级丙级的建筑物，可不的建筑物，可不作变形验算。作变形验算。 如有下列情况之一时，仍应作变形验算：如有下列情况之一时，仍

7、应作变形验算： 1）地基承载力特征值小于）地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂，且体型复杂的建筑；的建筑；2）附近有堆载，相邻基础荷载差异较大；）附近有堆载，相邻基础荷载差异较大；3）软弱地基，偏心荷载；）软弱地基，偏心荷载； 4）相邻建筑距离过近；）相邻建筑距离过近； 5）填土，自重固结未完成；）填土，自重固结未完成；2-9（4）对经常受水平荷载作用的高层建筑物、高耸建筑）对经常受水平荷载作用的高层建筑物、高耸建筑物以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，物以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性。尚应验算其稳定性。（5）基坑工程应进行稳定性验算；）基坑工程应

8、进行稳定性验算；（6）地下水位以下，进行抗浮验算。）地下水位以下，进行抗浮验算。2-10三、三、地基基础设计中的两种极限状态地基基础设计中的两种极限状态1、建筑结构可靠度和极限状态设计建筑结构可靠度和极限状态设计 结构的工作状态可以用荷载效应结构的工作状态可以用荷载效应 S （指荷载在结指荷载在结构或构件内引起的内力或位移等构或构件内引起的内力或位移等）和结构抗力和结构抗力 R（指指抵抗破坏或变形的能力抵抗破坏或变形的能力）的关系描述的关系描述 Z=R-S当当Z0 或或RS 时，结构处于可靠状态；时，结构处于可靠状态；当当Z0或或RS时，结构处于失效状态时，结构处于失效状态；当当Z=0即即R=

9、S时，结构处于极限状态时，结构处于极限状态 极限状态设计方法极限状态设计方法 ：承载能力极限状态承载能力极限状态和和正常正常使用极限状态使用极限状态 2-112、地基基础设计的两种极限状态地基基础设计的两种极限状态（1）承载能力极限状态承载能力极限状态，表示为表示为当轴心受压时当轴心受压时当偏心受压时当偏心受压时Pfa P平均平均fa Pmax1.2 fa （2）正常使用极限状态，表示为正常使用极限状态，表示为 SS 2-12四、四、地基基础设计的作用效应组合地基基础设计的作用效应组合 1、结构荷载的相关概念结构荷载的相关概念（参见参见建筑结构荷载规建筑结构荷载规范范 ） 1）永久荷载永久荷载

10、。在结构使用期间，其值不随时间。在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。例如，结构自重、土压力、预应力等例如，结构自重、土压力、预应力等 2）可变荷载可变荷载。在结构使用期间，其值随时间变。在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。例如，建筑物楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪例如，建筑物楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载等荷载等 3）设计基准期设计基准期。为确定可变荷载代表值而选用。为确定可变荷载代表值而选用的时间参数。的时间参数。

11、一般为一般为50年年 4）荷载效应荷载效应。由荷载引起的结构或构件的反应，。由荷载引起的结构或构件的反应，如内力、变形和裂缝。如内力、变形和裂缝。2-131、结构荷载的相关概念结构荷载的相关概念 5）标准值标准值。荷载的基本代表值，为设计基准期。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。内最大荷载统计分布的特征值。 6）组合值组合值。对可变荷载，使组合后的荷载效应。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在设计基准期内的超越概率（类似失效概率类似失效概率），能与，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值，或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

12、后的结构具有统一规定的可靠指标的使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷荷载值。载值。 7）准永久值准永久值。对可变荷载，在设计基准期内，。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。其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。 2-141、结构荷载的相关概念结构荷载的相关概念 8) 基本组合基本组合。承载能力极限状态计算时，永久作。承载能力极限状态计算时，永久作用与可变作用的组合。用与可变作用的组合。 9) 标准组合标准组合。正常使用极限状态计算时，采用标。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。准值或组合值为荷载代表值的组合。 10) 准永久

13、组合准永久组合。正常使用极限状态计算时，对。正常使用极限状态计算时，对可变荷载采用准永久值为代表值的组合。可变荷载采用准永久值为代表值的组合。 11) 荷载设计值荷载设计值。荷载代表值与荷载分项系数的。荷载代表值与荷载分项系数的乘积。荷载代表值为设计中用于验算极限状态所采用乘积。荷载代表值为设计中用于验算极限状态所采用的荷载量值。例如，标准值、组合值和准永久值。的荷载量值。例如，标准值、组合值和准永久值。2-152、作用在基础上的、作用在基础上的荷载荷载 作用在建筑物基础上的荷载，根据轴力作用在建筑物基础上的荷载，根据轴力N、水平、水平力力T和力矩和力矩M的组合情况分为四种情形：中心竖向荷的组

14、合情况分为四种情形：中心竖向荷载、偏心竖向荷载、中心竖向荷载及水平荷载、偏心载、偏心竖向荷载、中心竖向荷载及水平荷载、偏心竖向荷载及水平荷载，如图竖向荷载及水平荷载，如图2-2 所示所示 2-163、作用效应组合、作用效应组合l 地基基础设计时，作用组合的效应设计值应符合下地基基础设计时，作用组合的效应设计值应符合下列规定：列规定： 1）在在正常使用极限状态正常使用极限状态下，下， 标准组合的效应设标准组合的效应设计值计值 SK用下式表示用下式表示QnkcnkQckQGkkSSSSS221式中式中，SGK 按按永久作用标准值永久作用标准值 GK 计算的作用效应值；计算的作用效应值；SQnk按可

15、按可变作变作用标准值用标准值 Qnk 计计算的作用效应值；算的作用效应值； cn可变作用标准值可变作用标准值 Qnk的组合值系数，的组合值系数，按按 GB50009-2012 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范的的规定取值。规定取值。2-17作用效应的准永久组合值作用效应的准永久组合值 SK 用下式表示用下式表示QnkQnkQQkQQGkkSSSSS2211式中式中， Qn准永久组合值系数，准永久组合值系数，按按 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范的的规定取值。规定取值。2-18 2）在在承载能力极限状态承载能力极限状态下，由可变作用控制的下，由可变作用控制的基本组合效应设计值基本组合效应设计值S

16、用下式表示用下式表示 QnkcnQnkQcQkQQGkGkSSSSS22211式中式中， G 永久作用永久作用的分项系数，按的分项系数，按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范规定取值规定取值 ； Qn第第 n 个可变作用的分项系数，按个可变作用的分项系数，按 建筑结构荷建筑结构荷载规范载规范规定取值规定取值 ；l 对由永久作用控制的基本组合，也可采用简化规则，对由永久作用控制的基本组合，也可采用简化规则，作用基本组合的效应设计值作用基本组合的效应设计值Sd 按下式确定按下式确定kdSS35. 1式中式中，Sk 标准组合的作用效应设计值标准组合的作用效应设计值。2-194、作用效应组合的规范规定作用

17、效应组合的规范规定l地基基础设计时，荷载组合应符合地基基础设计时，荷载组合应符合建筑结构荷载建筑结构荷载规范规范的规定，所采用的的规定，所采用的作用效应与相应的抗力限值作用效应与相应的抗力限值应按下列规定：应按下列规定： 1）按地基承载力确定基础底面积及埋深，或按单按地基承载力确定基础底面积及埋深，或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用效应效应 ， 应按应按正常使用极限状态下作用的标准组合正常使用极限状态下作用的标准组合。相应的抗力应采用相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特地基承载力特征值或单桩承载力特征值征值。 2）计算地

18、基变形时，传至基础底面上的作用计算地基变形时，传至基础底面上的作用效应，效应，应按应按正常使用极限状态下作用的准永久组合正常使用极限状态下作用的准永久组合，不应计，不应计入风作用和地震作用；相应的限值应为入风作用和地震作用；相应的限值应为地基变形允许地基变形允许值值。2-204、作用效应组合的规范规定作用效应组合的规范规定 3）计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及基础计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及基础抗渗稳定时，作用效应应按抗渗稳定时，作用效应应按承载能力极限状态下作用承载能力极限状态下作用的基本组合的基本组合， 但其但其分项系数均为分项系数均为1.0。 4）在确定基础或桩基承台高度、支挡结

19、构截面、在确定基础或桩基承台高度、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，上部结构传来的作用效应和相应的基底反力、挡时，上部结构传来的作用效应和相应的基底反力、挡土墙土压力及滑坡推力，应按土墙土压力及滑坡推力，应按承载能力极限状态下作承载能力极限状态下作用的基本组合用的基本组合，采用相应的分项系数；当需要验算基，采用相应的分项系数；当需要验算基础裂缝宽度时，础裂缝宽度时， 应按应按正常使用极限状态下作用标准正常使用极限状态下作用标准组合组合。2-214、作用效应组合的规范规定作用效应组合的规范规定 5）基础设计安全等级、结构

20、设计使用年限、结基础设计安全等级、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，但结构重要性系数要性系数 0不应小于不应小于1.0。表表2-3地基基础设计两种极限状态对应的作用组合及使用范围地基基础设计两种极限状态对应的作用组合及使用范围设计状态设计状态 作用组合作用组合 设计对象设计对象 适用范围适用范围 承载能力承载能力极限状态极限状态 基本组合基本组合 基础基础 基础的高度、剪切、冲切计算基础的高度、剪切、冲切计算 地基地基 滑移、倾覆或稳定问题滑移、倾覆或稳定问题 正常使用正常使用极限状态极限状态 标准组合标准组合频遇组合频遇组合准永久组合准永久组合 基础基础 基础底面确定、裂缝宽度计算基础底面确定、裂缝宽度计算 地基地基 沉降、差异沉降、倾斜等沉降、差异沉降、倾斜等 2-22五、五、地基变形特征指标及其允许变形值地基变形特征指标及其允许变形值1、地基变形特征指标地基变形特征指标 1）沉降量沉降量基础中心点的沉降值基础中心点的沉降值 2）沉降差沉降差基础两点或两相邻单独基础沉降基础两点或两相邻单独基础沉降量之差量之差 3）倾斜倾斜基础在倾斜方向上两端点的沉降差基础在倾斜方向上两端点的沉降差与其水平距离的比值与其水平距离的比值 4）局部倾斜局部倾斜砌体结构砌体结构沿纵向沿纵向61