基础工程第四章地基础设计方法和基本规定.ppt

第4章 地基基础设计方法和规定 4.1 地基基础设计方法 4.1.1可靠度基本概念 4.1.2极限状态设计 4.1.3地基基础设计方法 4.2 地基基础设计的基本规定 4.2.1设计分级 4.2.2地基计算规定 4.2.3荷载组合和抗力限值 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； （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。 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。 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。 4.1.1可靠度基本概念3 假设抗力（或强度）R和荷载效应S（或应力）为两个独立的连续型随机变量，且服从某种分布形式，其概率密度函数分别为fR（R）和fS（S），那么，当抗力R小于作用在其上的荷载效应S时则认为会失效。失效概率可阐述为： 4.1.1可靠度基本概念4 由于直接应用数学方法（数值积分）计算失效概率是相当困难，为此，工程上引入可靠指标（β）的概念，采用近似方法表示工程结构的可靠度。 可靠指标（β）的定义式：假设R、S、Z均服从正态分布，则 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。 4.1.1可靠度基本概念5 可靠指标β与分项系数的关系： 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： 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）。 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。 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。 极限状态有两种 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。 极限状态设计方法有两种： 三、极限状态设计要求1 1、结构的设计状况 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。 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 （2）正常使用极限状态的作用组合 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。 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。 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。 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。 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。 4.1设计分级 地基基础设计等级 表4.1 ㈣对经常受水平荷载