[整理]基础工程第四章地基基础设计方法和基本规定(1)教学讲义PPT课件
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建筑和地基类型
重要的工业与民用建筑物 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二层及二层以上地下室的 基坑工程
• 极限状态有两种
承载能力极限状态：对应于结构或结构构件 达到最大承载力或不适于继续承载的变形的 状态。
正常使用极限状态：对应于结构或结构构件 达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的 状态。
10
二、极限状态设计
• 极限状态设计方法：将结构或岩土置于极限状态进行分析 的设计方法。与之相应的方法，就是容许应力法。
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
响正常使作的程度，将地基基础设计分为三个设计等级,设计时应根
据具体情况,按表4. 1选用。
地基复杂程度
分级 依据
建筑物规模 功能特征
甲级 三级 乙级
建筑物破坏或影响正常使 用的程度
丙级
17
设计 等级 甲级
乙级 丙级
地基基础设计等级 表4.1
• 然而，由于岩土工程的不确定性（见下帧），导致岩土工程的可靠度分析方 法相对不够成熟。
• 传统的岩土工程设计（包括地基基础设计）有容许应力法、安全系数法（可 统称为定值法）等经验方法。
• 有部分专家认为用地基容许承载力即可，精度很差或连精度的大致范围都不 清楚的设计进行可靠性分析，是没有意义的。
• 目前，在我国地基基础的设计中，基础结构的设计已经采用了以概率理论为 基础的极限状态设计方法，但地基的设计往往采用传统方法结合经验进行。
基础工程第四章地基基础设 计方法和基本规定(1)
4.1.1可靠度基本概念1
• 在进行工程结构设计时，应力求其在安全性、适用性与经 济之间达到合理的平衡，使其在规定的设计使用年限内满足 下列功能要求。
• （1）正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；
• （2）在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需 的整体稳定性；
极限状态方程用定值法处理 （安全系数法和以经验确定的分
• 极限状态设计方法有两种： 项系数法）——极限状态设计 极限状态方程用概率法处理 （以概率理论确定的分项系 数法） ——概率极限状态设计
11
三、极限状态设计要求1
持久状况：与设计使用年限为同一数量级
• 1、结构的设计状况
短暂状况：与设计使用年限相比，持续 期较短，如施工、维修等。
• （3）在正常使用时具有良好的工作性能；
• （4）在正常维护下具有足够的耐久性能。
上述第1、2两项指的是工程结构的安全性，第3项是适用
性，第4项是耐久性。
2
4.1.1可靠度基本概念2
• 安全性、适用性、耐久性总称为工程结构的可靠性。 • 工程结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功
能的概率，称为工程结构的可靠度,用Pr表示。
14
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。
15
4.2 地基基础设计的基本规定
• 从已有的大量地基事故分析，绝大多数事故都由地基 变形过大且不均匀所造成。
8
4.1.2 极限状态设计方法
按《工程结构可靠度设计统一标准》 GB50153-1992以及《建筑结构可靠度设 计统一标准》GB50068-2001 的规定，建 筑结构的设计应采用以分项系数表达的以 概率理论为基础的极限状态设计方法。
9
一、极限状态
• 极限状态：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就 不能满足设计规定的某一功能要求（安全性、适用性、耐 久性），此特定状态为该功能的极限状态。
标准组合
（2）正常使用极限状态的作用组合 频遇组合
准永久组合
13
4.1.3地基基础设计方法
• 地基基础作为建筑结构的重要组成部分，其设计同样应符合《工程结构可靠 度设计统一标准》GB50153-1992以及《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001的要求，采用以分项系数表达的以概率理论为基础的极限状 态设计方法。
K R S
z/z R R 2 SS2K 2 K R 21 S2
• 从上述关系式可看出：安全系数K仅与R和S的Байду номын сангаас对位置有
关，而可靠指标β除与R和S的相对位置有关外，还与R和S
的离散程度有关。因此，可靠指标β更能反映工程安全度
的实质。
7
4.1.1可靠度基本概念5
• 可靠指标β与分项系数的关系：
• 若在规定的时间内和在规定的条件下，结构不能完成预定
功能，则称相应的概率为工程结构的失效概率,用Pf表示。
• 预定功能是指结构的安全性、适用性、耐久性。
3
只要功能函数Z的分布确定，可靠指标β与失效概率Pf的关
系就确定了，并且存在一一对应的数量关系，因此，采用可
靠指标β可以用来表征工程结构的可靠度。 • 可靠指标β与安全系数K的关系。
1、分项系数是指对设计中的每个随机变量，根据概率可 靠度设计方法确定的一个设计系数。如下式：
GSGKQSQKR RK
2、其实质是将总安全系数利用分离函数加以分离，并与
可靠指标β联系起来，使其表达为分项系数的形式。 3、可靠指标β与分项系数的关系可以由计算可靠度的一
次二阶矩方法导出（具体导出方法请参阅其他文献）。
• 土为大变形材料，荷载增加，变形增加，承载力也随 之增大，很难界定“极限值”。
• 地基承载力还有潜力时，变形已超限。
地基设计：采用正常使用极限状态，所选定的地基 承载力是一种允许承载力（承载力特征值）,相应的 荷载组合采用标准组合。
按变形设计的原则!
16
4.1设计分级
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002根据地基复杂程度，
偶然状况：与设计使用年限相比，持续 期很短，如地震、爆炸、撞击等。
• 2、结构设计时，对所考虑的极限状态，应采用相应的结构作 用效应的最不利组合。
12
三、极限状态设计要求2
• 3、极限状态设计的作用组合： （1）承载能力极限状态的作用组合
基本组合：用于持久和短 暂设计状况
偶然组合：用于偶然设计 状况
重要的工业与民用建筑物 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二层及二层以上地下室的 基坑工程
• 极限状态有两种
承载能力极限状态：对应于结构或结构构件 达到最大承载力或不适于继续承载的变形的 状态。
正常使用极限状态：对应于结构或结构构件 达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的 状态。
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二、极限状态设计
• 极限状态设计方法：将结构或岩土置于极限状态进行分析 的设计方法。与之相应的方法，就是容许应力法。
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
响正常使作的程度，将地基基础设计分为三个设计等级,设计时应根
据具体情况,按表4. 1选用。
地基复杂程度
分级 依据
建筑物规模 功能特征
甲级 三级 乙级
建筑物破坏或影响正常使 用的程度
丙级
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设计 等级 甲级
乙级 丙级
地基基础设计等级 表4.1
• 然而，由于岩土工程的不确定性（见下帧），导致岩土工程的可靠度分析方 法相对不够成熟。
• 传统的岩土工程设计（包括地基基础设计）有容许应力法、安全系数法（可 统称为定值法）等经验方法。
• 有部分专家认为用地基容许承载力即可，精度很差或连精度的大致范围都不 清楚的设计进行可靠性分析，是没有意义的。
• 目前，在我国地基基础的设计中，基础结构的设计已经采用了以概率理论为 基础的极限状态设计方法，但地基的设计往往采用传统方法结合经验进行。
基础工程第四章地基基础设 计方法和基本规定(1)
4.1.1可靠度基本概念1
• 在进行工程结构设计时，应力求其在安全性、适用性与经 济之间达到合理的平衡，使其在规定的设计使用年限内满足 下列功能要求。
• （1）正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；
• （2）在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需 的整体稳定性；
极限状态方程用定值法处理 （安全系数法和以经验确定的分
• 极限状态设计方法有两种： 项系数法）——极限状态设计 极限状态方程用概率法处理 （以概率理论确定的分项系 数法） ——概率极限状态设计
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三、极限状态设计要求1
持久状况：与设计使用年限为同一数量级
• 1、结构的设计状况
短暂状况：与设计使用年限相比，持续 期较短，如施工、维修等。
• （3）在正常使用时具有良好的工作性能；
• （4）在正常维护下具有足够的耐久性能。
上述第1、2两项指的是工程结构的安全性，第3项是适用
性，第4项是耐久性。
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4.1.1可靠度基本概念2
• 安全性、适用性、耐久性总称为工程结构的可靠性。 • 工程结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功
能的概率，称为工程结构的可靠度,用Pr表示。
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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。
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4.2 地基基础设计的基本规定
• 从已有的大量地基事故分析，绝大多数事故都由地基 变形过大且不均匀所造成。
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4.1.2 极限状态设计方法
按《工程结构可靠度设计统一标准》 GB50153-1992以及《建筑结构可靠度设 计统一标准》GB50068-2001 的规定，建 筑结构的设计应采用以分项系数表达的以 概率理论为基础的极限状态设计方法。
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一、极限状态
• 极限状态：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就 不能满足设计规定的某一功能要求（安全性、适用性、耐 久性），此特定状态为该功能的极限状态。
标准组合
（2）正常使用极限状态的作用组合 频遇组合
准永久组合
13
4.1.3地基基础设计方法
• 地基基础作为建筑结构的重要组成部分，其设计同样应符合《工程结构可靠 度设计统一标准》GB50153-1992以及《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001的要求，采用以分项系数表达的以概率理论为基础的极限状 态设计方法。
K R S
z/z R R 2 SS2K 2 K R 21 S2
• 从上述关系式可看出：安全系数K仅与R和S的Байду номын сангаас对位置有
关，而可靠指标β除与R和S的相对位置有关外，还与R和S
的离散程度有关。因此，可靠指标β更能反映工程安全度
的实质。
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4.1.1可靠度基本概念5
• 可靠指标β与分项系数的关系：
• 若在规定的时间内和在规定的条件下，结构不能完成预定
功能，则称相应的概率为工程结构的失效概率,用Pf表示。
• 预定功能是指结构的安全性、适用性、耐久性。
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只要功能函数Z的分布确定，可靠指标β与失效概率Pf的关
系就确定了，并且存在一一对应的数量关系，因此，采用可
靠指标β可以用来表征工程结构的可靠度。 • 可靠指标β与安全系数K的关系。
1、分项系数是指对设计中的每个随机变量，根据概率可 靠度设计方法确定的一个设计系数。如下式：
GSGKQSQKR RK
2、其实质是将总安全系数利用分离函数加以分离，并与
可靠指标β联系起来，使其表达为分项系数的形式。 3、可靠指标β与分项系数的关系可以由计算可靠度的一
次二阶矩方法导出（具体导出方法请参阅其他文献）。
• 土为大变形材料，荷载增加，变形增加，承载力也随 之增大，很难界定“极限值”。
• 地基承载力还有潜力时，变形已超限。
地基设计：采用正常使用极限状态，所选定的地基 承载力是一种允许承载力（承载力特征值）,相应的 荷载组合采用标准组合。
按变形设计的原则!
16
4.1设计分级
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002根据地基复杂程度，
偶然状况：与设计使用年限相比，持续 期很短，如地震、爆炸、撞击等。
• 2、结构设计时，对所考虑的极限状态，应采用相应的结构作 用效应的最不利组合。
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三、极限状态设计要求2
• 3、极限状态设计的作用组合： （1）承载能力极限状态的作用组合
基本组合：用于持久和短 暂设计状况
偶然组合：用于偶然设计 状况