第三讲 地基承载力的确定及其工程实例

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五、荷载及其效应组合的规定
1.作用在基础上的荷载 包括上部结构传至基础的荷载、土体体积力的作用和 地下水作用，有时还要考虑环境变化对荷载的影响。
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FM
FHFMHFra bibliotek中心竖向荷载
偏心竖向荷载
中心竖向荷载及水平荷载 偏心竖向荷载及水平荷载
基础上所受到的荷载一般为前两种情况，通常横向 力不大，只做校核。 14
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（1）上部结构传至基础的荷载
无论是轴向力，水平力和力矩，都可能由恒荷载 和活荷载二部分组成 ：

活荷载： 又可分为以下两类： 可变荷载：主要指在设计基准期内其量值随时间 变化与均值比不可忽略的作用：屋面、楼面、吊 车、雪、风荷载； 偶然荷载 (特殊荷载) ：主要指在设计基准期内不 一定出现，一旦出现其值很大，持续时间很短的 作用，如地震、风力等。 一般沉降计算仅考虑可变荷载，但在进行稳定验算时 需考虑偶然荷载。其取值根据设计要求采用标准值、 组合值(标准值乘荷载组合值系数)或准永久值(标准值 乘荷载准永久值系数)作为代表值。
3
第二节 浅基础的类型
一、浅基础的分类
1.
根据形状和大小：独立基础、条形基础 （包括十字交叉条形基础）、筏板基础、 箱形基础、及壳体基础等。 根据基础所用材料的性能：无筋扩展基础 （刚性基础）和扩展基础（柔性基础）。 根据基础所用材料：砖基础、三合土基 础、灰土基础、毛石基础、素砼或毛石砼 基础、钢筋砼基础等。
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（2）土体体积力的作用
土体体积力是地基基础设计中非常重要的 一种荷载，一般具有以下几个特点 ：




在结构荷载施加以前就已经存在，与地质 条件和环境条件变化密切相关； 土体体积力对地基基础的影响是多方面的， 在不同条件下土体体积力可作为荷载考虑， 但有时则是抗力的一部分，但在更多条件 下表现为荷载和抗力的双重作用。 对挡土墙、堤坝等结构物，土体体积力是 设计的主要荷载；
2.
3.
4
二、无筋扩展基础
无筋扩展基础：通常是由砖、块石、毛石、素砼、三
合土和灰土等材料做成的 墙下条形基础 或柱下独立基础 。
优点：材料具有较好的抗压性能，稳定性好、施工简便、
造价低、能承受较大的竖向荷载。
缺点：自重大、材料抗拉、抗剪强度低，受构造限制，
一般基础的相对高度都比较大，基础埋深相对比较大， 因此为节省材料和减轻自重，基础常做成台阶形。
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六、地基基础设计的三种设计表达式

根据对荷载效应和地基承载力的取值方法 不同，地基基础设计有三种设计表达式：

(1)容许承载力法
取荷载标准值（组合），安全度用允许承载力值 （承载力特征值）控制；

(2)安全系数法
取荷载标准值（组合） ，地基承载力为极限承载 力，安全度用安全系数控制；
优点：材料具有较好的抗剪和抗弯能力，并具有耐久性
和抗冻性好、构造形式多样、可满足不同的建筑和结构 功能要求、能与上部结构结合成整体共同工作等。
缺点：需用较多钢筋，造价一般比无筋扩展基础高。 适用范围： 一般在竖向荷载较大、地基承载力不高并
受水平力和力矩作用、基础需要“宽基浅埋”，且无筋 扩展基础不能满足要求的情况下使用 。 6




准永久组合：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 22
3.荷载效应组合
地基基础设计所采用的荷载效应最不利 组合与相应的抗力限值应按下列规定：
1)
按地基承载力确定基础底面积及埋深时，传 至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限 状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应 采用地基承载力特征值。 n


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· ·
荷载
荷载效应
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3.荷载效应组合：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：承载能力极限状态设计时，永久作用与可 变作用的组合；
偶然组合：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）的组合；（大于 基本组合） 标准组合：正常使用极限状态设计时，采用标准值， （或组合值）为荷载代表的组合； （频遇组合）：正常使用极限状态设计时，对于可变 荷载，采用频遇值（或准永久值）为荷载代表的组合
基础的沉降量包括绝对沉降量和不均匀沉降量。 (3)基础结构应有足够的强度、刚度、耐久性及抗裂等。 8
三、地基基础设计的两种极限状态 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。
根据地基基础设计的基本原则，地基基础的极限状 态通常可分为以下两种：
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（1）上钢一厂二转炉车间：因地基变形过大的达到结构 承载能力极限状态的一个工程实例。 该车间填土厚约1m，采用天然地基，基础尺寸 4.5*5.5m，基底压力100~120kPa，在3年内柱的平均 沉降速率一直保持在0.3mm/d左右，柱间差异沉降很 大，最大为7.5‰，导致出现滑车现象，所有柱基均 向内侧转动，最大倾斜1.8‰ ，主跨内34%的柱身开 裂，吊车卡轨，车轮磨损严重。
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四、地基基础设计等级
我国的《建筑地基基础设计规范》（GB50007-
2002）规定：
根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基 问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基 础设计分为甲、乙、丙三个设计等级，设计时应据具体情况， 按照地基基础设计等级进行地基基础设计。 所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定； 设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计； 部分设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，但特殊 情况下，仍应作变形验算； 对经常受水平荷载作用的建筑物及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 12 问题时，尚应进行抗浮验算。
主要表现为一种恒荷载，但有时也可能成为 一种偶然荷载，如泥石流等。
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（3）水的作用
对于一般的地基基础工程，水通常是工程 成败的控制因素 ，其作用一般表现为：



水的浮力，是一种体积力，在设计计算中 的难点是如何正确确定地下水位及粘性土 中浮力能否100%发挥的问题； 静水压力，特别应注意粘性土中静水压力 的发挥问题； 动水力（渗透力），也是一种体积力，是 土体发生渗透变形的原因，且影响作用于结
（1）上部结构传至基础的荷载
无论是轴向力，水平力和力矩，都可能由恒荷载 和活荷载二部分组成 ：

恒荷载（永久作用）： 主要指在设计基准期内其 量值不随时间变化或变化与均值比可忽略不计的 作用，包括建筑物和基础自重、固定设备的重量 等。
恒荷载（永久作用）是长期作用在地基基础上的， 它是引起基础沉降的主要原因，其取值一般采用 标准值(结构自重)作为代表值。
基础具有承上启下的作用，当进行基础设计时， 除了保证基础本身有足够的强度和稳定性以支承 上部结构的荷载外，同时要考虑地基的强度、稳 定性及变形必须在容许范围内。因而基础设计又 称为地基基础设计。 进行地基基础设计时，应综合考虑建筑物使用要 求、上部结构特点、地基土体条件、施工条件、 工期条件和经济性等因素。
第三节 浅基础设计基本要求和荷载
一、浅基础设计基本原则
《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)总则 中指出，建筑结构应满足下列要求： （1）安全性：建筑结构应能承受在正常施工和正常使用 过程中可能出现的各种情况，在偶然事件发生时及发生 后，仍能保持必需的整体稳定性；
（2）适用性：建筑结构在使用过程中应具有良好的工作 性能；
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（2）意大利比萨斜塔：是地 基差异沉降过大的达到结 构承载能力极限状态典型 工程实例。 比萨斜塔建于1173年，5年后 停工(4层93MN),1272年继 续,5年后停工(7层 35MN),1360~1370竣工 (142MN) .600多年来以每年 倾斜1cm的速度增加,塔顶 离开中线水平距离已达5m 多。
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i 2
n

基本组合由恒荷载控制时： 组合值系数c
n
S G SGk Qi ciSQik
i 1
S 1.35 S k R
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3.荷载效应组合
4)
计算挡土墙的土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力 时，荷载效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：
构物上的水压力； 改变土体的性质，通常是土体性质恶化的根 本原因之一
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2. 荷载的代表值

（1）标准值：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· · ）

（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··· ··· ··
S SGk qiSQik
i 1
q：准永久值系数
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n
3.荷载效应组合
3)
在确定基础高度、计算基础内力、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，采用相应的分项系数`。

基本组合由可变荷载控制时： SQ1k: 在所有可变 荷载中产生最不利荷载效应的一个,组合值系数c
承载能力极限状态：以地基荷载超过其承载能力为
依据—各种失稳、结构破坏，包括在①地基中形成 了破坏；②在结构中形成了破坏或由于地基变形导 致结构物发生严重损坏两种情况。 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制（例如最大塑性深度的限 制—容许承载力）