基础工程设计原则

荷载资料
源自文库
按相关规范计算的传至基础顶面和底面的荷载 （包括竖向轴力、水平剪力和弯距
岩土工程勘察资料
反映有关地基抗力性能的岩土工程勘察报告
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 变形模量等的原位测试报告。静载荷试验
岩土工程勘察报告应提供下列资料：
有无影响建筑场地稳定性的不良地质条件及其危害程度
文克勒地基模型表述简单，应用方便，因此在基础设计中已得到 广泛的应用，并积累了丰富的设计资料和经验，可供设计时参考
（a）侧面无摩阻力的土柱体系
（b）弹簧模型 （c）文克勒地基上的刚性基础
弹性半空间地基模型简介：
把地基看作一个均质、连续、各向同性的半空间弹性体， 弹性半空间表面任一点的沉降与整个基底反力以及邻近荷 载的分布有关：
上部结构与基础的共同作用（不考虑地基的影响）
地基与基础的共同作用（引入地基的刚度）
上部结构、基础和地基共同作用（将上部结构等价成一 定分刚度，叠加在基础上，然后用总刚度与地基进行共同 作用的分析。
最大的困难就是如何选择正确的地基模型
线性变形体的地基计算模型： 文克勒地基模型（1867）（GO1) 弹性半空间地基模型－布辛奈斯克解，1885(Go2) 分层地基模型(Go3)
地 基 模 型
连续基础可看作地基上的受弯构件——梁或板。在基础设计 中．地基上的梁和板的分析，就是在考虑地基和基础共同工 作的条件下，确定基底反力与地基沉降之间的关系。这 就需要建立某种地基模型，使之既能较好地反映地基特性又 能较准确地模拟不同条件下地基与基础相互作用所表现的主 要力学性状。目前，随着人们认识的深入．这类地基模型已 经很多，但由于问题的复杂性，无论哪一种模型都难以反映 地基实际工作性状的全貌，因此各具有一定的局限性。下面 只简单介绍目前较为常用的三种属于线性变形体的地基模型。 （详细内容见中国建材工业出版社，郑刚，基础工程，2000）
三种设计状况
根据结构在施工和使用中的环境条件和影响,区分下 列三种设计状况： 持久状况：结构使用过程中一定出现，持续期很长的 状况，如结构自重、车辆荷载。
短暂状况：结构施工和使用过程中出现概率较大，而 与设计使用年限相比，持续期很短的状况，如施工和 维修等 偶然状况：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。
表2.7所列丙级建筑物可不作变形验算，如有下列 情况之一，仍应作变形验算：
地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的 建筑； 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；
相邻建筑物距离过近，可能发生倾斜时；
地基内有厚度较大或厚度不均的填土，其自重 固结未完成时
各级建筑物均应该进行施工验槽。如地基条件与原勘察 报告不符，应进行施工勘察。
五. 地 基 类 型
天然地基
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、盐渍土地基等。
人工地基
六、 基 础 类 型
浅基础
单独基础(Go1) 条形基础(Go2)
十字交叉基础(Go3)
第 02 讲 地基基础设计原则
一.基础工程设计目的
二.基础工程设计任务 三.地基基础设计原则 四.地基基础设计资料 五.地 基 类 型
六.基 础 类 型
七.地基、基础与上部结构共同作用
一.基础工程设计目的 地基基础设计等级
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）严重性，采用不同的安全 等级。 建筑工程结构（表2.1） 公路工程结构（表2.2） 地基基础设计等级（地基规范）（表2.3） 建筑抗震设防类别（表2.4） 建筑基坑支护规程－支护结构安全等级（表2.5）
F (1 ) y Er
2
假设地基土体为各向均质的弹性体，往往导致该模型的扩散 能力超过地基的实际情况，计算所得的基础位移和基础内力 偏大。但该模型求解基底各点的沉降时不仅与该点的压力大 小相关，而且与整个基底其他点的反力有关，因而比 Winkler地基模型前进了一步。
分层地基模型（有限压缩层地基模型）：
设计使用年限分类（表2.6）
表2.1 建筑结构的安全等级 （Exit）
安全等级
一级 二级 三级
破坏后果
很严重 严重 不严重
建筑物类型
重要的建筑 一般的建筑 次要的建筑
表2.2 公路工程结构的设计安全等级 （exit）
安全等级
一级
路面结构
高速公路路面
桥涵结构
特大桥、重要大 桥
二级 三级
一级公路路面 二级公路路面
影响正常使用或耐久性能的局部破坏（包括
裂缝）； 影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他状态。
地基基础极限状态设计原则
各级建筑物均应进行地基承载力计算，防止地基 土体剪切破坏，对于经常承受水平荷载作用的高层 建筑，高耸结构和挡土墙，以及建在斜坡上的建筑 物，尚应验算稳定性
应进行必要的地基变形计算，控制地基的变形计 算值不超过建筑物的地基变形特征允许值
筏形基础(Go4) 箱形基础(Go5)
深基础
桩基础 (Go6)
沉井
沉箱基础

(Go7)
(Go8)
地下连续墙深基础(Go9)
桩筏基础、桩箱基础（GO10)
墙下单独基础（含有钢 筋混凝土过梁
柱下单独基础
柱下条形基础
墙下条形基础
十字交叉基础
柱下交叉梁基础
梁板式筏形基础的肋梁布置
（a）纵横向都是主肋 （b）纵向为主肋，横向为次肋
当工程需要时，尚应提供：深基坑开挖的边坡稳定性 计算和支护设计所需的岩土技术参数，论证其对周围已有 建筑物和地下设施的影响；基坑施工降水的有关技术参数 及施工降水方法的建议； 提供用于计算地下水浮力的设计水位。
地基评价宜采用钻探取样、室内土工试验、触探、并结 合其他原位测试方法进行。甲类建筑物应提供载荷试验指 标、抗剪强度指标、变形参数指标和触探资料；乙级建筑 物应提供抗剪强度指标、变形参数指标和原位测试资料， 丙级建筑物应提供触探及必要的钻探和土工试验资料。
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 的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性
基坑工程应进行稳定性以验算；
当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑 物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。
表2.7 可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围
四. 地基基础设计资料
大桥、中桥、重 要小桥 小桥、涵洞
表2.3 地基基础设计等级 （exit）
设计等级 甲级 建筑和地基类型 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； 复杂地基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 除甲级、丙级以外的工业与民用建筑
二. 基础工程设计的任务
结构效应分析
基础结构作用效应分析：确定由于地基反力和上部结 构荷载作用在基础结构上的作用效应，即基础结构内力－ 弯距、剪力、轴力等。
根据拟定的基础截面进行基础结构抗力及其他性能的 分析，确定基础结构截面的承受能力及其性能
地基承载力计算 地基变形计算 地基基础稳定性计算
o 承载能力极限状态－情况：
整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如
倾覆等）； 结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳 破坏），或因过度塑性变形而不适于继续承载； 结构转变位机动体系； 结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）； 地基丧失承载能力而破坏（如滑动失稳等）
o 正常使用极限状态情况： 影响正常使用或外观的变形；
Winkler地基模型简介（1867,捷克）：
土体表面任一点的压力强度与该点的沉降成正比，即
p ks
根据这一假设，地基上某点的沉降仅与作用在该点上的压力有关， 与其它点上的压力无关。因此这实际上是把地基视为刚性基座上 无数侧面无摩阻力的土柱组成的体系，也可以用一系列不相连的 独立弹簧来模拟，如图所示。 当地基土软弱，或当地基的压缩层较薄，与基础最大的水平尺寸 相比成为很薄的垫层时，宜采用该模型。基床系数可按静载荷试 验或压缩试验确定，也可参考经验数值。
乙级
丙级
场地和地基条件简单、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；次要的轻型建筑物
表2.4 建筑抗震设防分类 （exit）
抗震设防类别
甲类 乙类
抗震建筑类型
地震时可能发生严重次生灾害的 建筑 地震时使用功能不能中断或需尽 快恢复的建筑 除甲、乙、丁类以外的建筑 抗震次要建筑
丙类
丁类
以分层总和法为基础，特地基视为侧限条件下有限深度的压缩土层， 从而建立地基压缩层变形与作用荷载的关系。这一模型较好地反映了 地基土扩散应力和变形的能力，而且考虑了地基土的分层特点 有限压缩层厚度：基底荷载作用下土层中应力扩散范围随深度增加而 扩大，附加应力减小，当由该数值引起的地基沉降值小于有关规定时 的深度。 分层总和法求解基础沉降：
表2.5 基坑侧壁安全等级(exit)
安全等级 一级 破坏后果 支护结构破坏，土体失稳或过大变形 对基坑周边环境及地下工程结构施工 影响很严重
一般 不严重
二级 三级
表2.6 设计使用年限分类 （exit）
类别
1 2 3 4
设计使用年限/年
1～5 25 50 100
举例
临时性结构 易于替换的结构构 件 普通房屋和构筑物 纪念性建筑和特别 重要的建筑结构
建筑物范围内的地层结构及其均匀性，以及各层土层的物 理力学性质；
地下水埋藏情况、类型和水位变化幅度及规律，以及对建 筑材料的腐蚀性； 在地震设防区应划分场地土类型和场地类别，并对饱和砂 土及粉土进行液化判别； 对可供采用的地基基础设计方案进行论证分析，提出经济 合理的设计方案建议；提供与设计要求相对应的地基承载力 及变形计算参数，并对设计及施工应注意的问题提出建议
几个概念： 上部结构的刚度－上部结构对基础不均匀沉降或挠曲变 形的抵抗能力。 柔性结构－整个承重体系对基础的不均匀沉降有很大的 顺从性，以屋架－柱－基础为承重体系的结构和排架结 构 敏感性结构－对基础的不均匀沉降反应较强烈的砖石砌 体承重结构和钢筋混凝土框架结构 刚性结构－水塔、高炉之类上下结构浑然一体，整个结 构体系刚度很大的结构，需考虑整体失稳问题
基础结构的尺寸，构造和材料应满足建筑物长期 荷载作用下的强度、刚度和耐久性的要求。同时满 足上述两原则，另外力求灾害荷载作用（地震，风 载等)时，经济损失最小。
地基基础设计基本规定
根据建筑物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 设计应符合下列规定： 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、乙级建筑物均应按地基变形设计；
（c）横向为主肋，纵向为次肋
箱形基础
低承台桩和高承台桩
桩基础
1 承台 ； 2 基桩；
3 松软土层 ；4 持力层；
5 墩身
沉井基础
沉井结构
沉箱基础
地 下 连 续 墙
桩筏基础
桩箱基础
七.
地基、基础与上部结构共同作用
共同工作的概念
上部结构、地基与基础三者不仅在二者的接触面上保持静力 平衡，并且三者是相互联系成整体来承担荷载并发生变形的。 三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用，从而 使整个体系的内力和变形发生变化。在求解体系三部分中某 一部分的内力、变形时，必须考虑其它两部分对其的影响。 原则上应该以地基、基础和上部结构之间必须同时满足静力 平衡、变形协调和位移连续条件为前提，揭示它们在外荷作 用下相互制约、彼此影响的内在联系，达到经济、安全的设 计目的。 共同作用的效果主要取决于各自的刚度。
三. 地基基础设计原则

几个概念
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，并且建立了结构可靠度与结构极限状态方程关 系，以概率论为基础的极限状态设计法。以失效概率或结构可 靠度指标代替以往的安全系数。 功能的极限状态：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，此特定状态即该功能的极限 状态。分两类 承载能力极限状态：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：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。