2．1．1 基础工程的设计内容
基础工程设计包括基础设计与地基设计.基础设计包括基础形式的选择、基础埋置深度的选择及基底面积大小、基础内力和基础断面计算等内容;地基设计包括地基承载力的确定、地基变形计算、地基抗滑及抗倾覆等计算.基础工程设计应综合考虑上部结构形式、荷载大小及其分布情况,以及地基土的物理力学性质、土层分布、地下水位及其变化等情况,即包括基础结构设计和地基设计两部分内容,简称为地基基础设计.
2．1．2 基础工程的设计原则
(1)建筑结构功能要求.为了保证建筑物的安全、稳定和正常使用,《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068—2001)规定,建筑结构应满足以下功能要求:
①安全性.安全性是指能承受在正常施工和正常使用过程中可能出现的各种作用(结构荷载、施工荷载等).
②适用性.适用性是指在使用过程中应具有良好的工作性能.
③耐久性.耐久性是指在正常维护条件下应能满足使用年限的要求.
④稳定性.稳定性是指在偶然事件发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定.
(2)基本设计计算原则.建筑物的地基基础和上部结构是共同作用的,基础作为建筑物的下部结构,显然必须满足上述要求.地基承受建筑物的全部荷载,一旦破坏,基础与上部结构都会发生不同程度的位移、变形甚至破坏,因而,地基也应适应建筑物的设计要求.因此,在进行基础工程设计时,首先必须有一个上部结构——基础、地基相互作用的整体观点.基础工程设计的目的是设计一个安全、经济和可行的地基与基础,以保证上部结构的安全和正常使用.基础工程的基本设计计算原则如下:
①地基应具有足够的强度,满足地基承载力的要求.这个原则的核心是通过基础传递给地基的平均压力(即基底压力)应小于或等于修正后地基承载力的特征值.这意味着地基经过一段时间的压缩变形后即可趋于稳定,能够保证结构的正常使用.相反,如果基底压力等于地基极限承载力,那就意味着地基处于破坏临界状态,没有足够的安全保证.
②地基与基础的变形应满足建筑物正常使用的允许要求.这个原则是根据建筑物的破坏,多数是由于地基变形不均匀造成的事实提出的.上部结构除木结构外,砖石结构和混凝土结构等都只能适应较小的差异沉降,而地基的变形往往较大,可能从几厘米至几十厘米,并且难以准确计算.一般来说,地基的变形越大,产生的差异变形也越大.在执行这个原则时,还应明确以下两个问题:
地基变形计算是在未考虑上部结构刚度的情况下进行的,与实际情况会有相当大的误差;地基允许变形值是根据实际建筑物在不同类型地基上的长期观测资料提出来的,它是上部结构、基础、地基三者相互作用的结果.只有充分认识这两个问题后,才能灵活运用这个原则.否则,由于计算与实测存在基本条件方面的差别,易于引出错误的结论,造成浪费;另一方面,也会发生认为计算值不可靠,而忽视计算的倾向,其结果也将造成大量的浪费,甚至造成严重的工程事故.
③地基与基础的整体稳定性应有足够保证.这个原则的制定目的是使地基基础具有抗倾覆、抗滑的能力.众所周知,地基失稳破坏造成的事故往往是灾难性的,如房屋倒塌、人员伤亡和交通阻断.在山区建设中,为了防止地基失稳而修建的支挡结构和排水设施,其所需费用可达到整个工程造价的50％以上.
④基础本身应有足够的强度、刚度和耐久性.
⑤地基基础的设计,还必须坚持因地制宜、就地取材的原则.根据岩土工程勘察资料,综合考虑结构类型、材料供应与施工条件等因素,精心设计,以保证建筑物的安全和正常使用.
随着科学技术的发展,为与国际上建筑物及基础工程设计标准接轨,我国目前新制定的许多工程设计规范规定:“建筑物采用以概率理论为基础的极限状态设计方法”,以便在建筑设计上做到技术先进、经济合理和安全适用.
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