基础设计荷载与模型之间的关系
基础工程-第一章 地基基础的设计原则(2007.3)
乙级 丙级
场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及七层以下民 用建筑及一般工业建筑物;次要的轻型建筑物
正常使用极限状态设计；对短暂情况，可根据需要按正常使用极限状 态设计；对偶然情况，可不按正常使用极限状态设计。
1-1-2 基础工程设计的任务
主要任务：结构效应分析。 1、基础结构作用效应分析：确定由于上部结构荷载、 地基反力作用，在基础结构上的作用效应，即基础结构内 力：弯矩、剪力、轴力等。 2、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。 按承载力极限状态设计时，根据材料和结构对作用的 反应，可采用线性、非线性、塑性理论计算；按正常使用 极限状态设计时，可采用线性理论计算，必要时采用非线 性理论。计算结果均应小于基础材料的抵抗能力。
1-2-3 地基基础设计基本规定
1、一般规定 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： 1 . 所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关 规定； 2 . 设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形 规定； 3. 表1-8所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作 变形验算，如有下列情况之一时，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； 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； 地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完 成时。 4、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； 5、基坑工程应进行稳定验算； 6、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。
荷载作用与结构设计原则
结构的适用性
01
结构在正常使用过程中，应具有 良好的工作性能，满足使用要求 。
02
结构的正常使用应满足耐久性要 求，保证结构在规定的使用年限 内正常工作。
结构的耐久性
结构在正常使用和维护条件下，应具 有足够的耐久性，满足设计使用年限 的要求。
结构的耐久性应考虑环境因素对结构 性能的影响，如温度、湿度、化学腐 蚀等。
楼盖梁板设计
根据楼盖荷载计算结果，进行楼盖梁板的设计，以满 足承载力和稳定性要求。
05
结构材料选择
钢材
01
钢材强度高、延性好，适用于承受较大动荷载和静荷载的建筑 物。
02
钢材易于加工、焊接，便于施工，适用于各种复杂结构形式。
钢材耐腐蚀性差，需要采取防腐措施，如涂装、热镀锌等。
03
混凝土
01 混凝土抗压强度高、耐久性好，适用于承受较大 静荷载的建筑物。
分析方法
常见的分析方法有静力分析、动力分析和有限元分析等。
02
结构设计原则
结构的安全性
01
结构在正常施工和正常使用过程中，能承受可能出 现的各种作用，即具有足够的承载能力。
02
结构在偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性，即 具有足够的稳定性。
03
结构在正常使用的各过程中，不会出现过大的变形 或裂缝，影响正常使用和耐久性。
梁板设计
01
02
03
梁板截面尺寸
根据跨度、荷载大小和材 料性能等条件，确定梁板 截面尺寸。
梁板内力分析
通过计算和分析，确定梁 板在各种荷载作用下的内 力分布。
梁板配筋设计
根据梁板内力分析结果， 进行配筋设计，以满足承 载力和稳定性要求。
地基与基础设计
基础是建筑物和地基之间的连接体。
基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。
从平面上可见，竖向结构体系将荷载集中于点，或分布成线形，但作为最终支承机构的地基，提供的是一种分布的承载能力。
如果地基的承载能力足够，则基础的分布方式可与竖向结构的分布方式相同。
但有时由于土或荷载的条件，需要采用满铺的伐形基础。
伐形基础有扩大地基接触面的优点，但与独立基础相比，它的造价通常要高的多，因此只在必要时才使用。
不论哪一种情况，基础的概念都是把集中荷载分散到地基上，使荷载不超过地基的长期承载力。
因此，分散的程度与地基的承载能力成反比。
有时，柱子可以直接支承在下面的方形基础上，墙则支承在沿墙长度方向布置的条形基础上。
当建筑物只有几层高时，只需要把墙下的条形基础和柱下的方形基础结合使用，就常常足以把荷载传给地基。
这些单独基础可用基础梁连接起来，以加强基础抵抗地震的能力。
只是在地基非常软弱，或者建筑物比较高的情况下，才需要采用伐形基础。
多数建筑物的竖向结构，墙、柱都可以用各自的基础分别支承在地基上。
中等地基条件可以要求增设拱式或预应力梁式的基础连接构件，这样可以比独立基础更均匀地分布荷载。
如果地基承载力不足，就可以判定为软弱地基，就必须采取措施对软弱地基进行处理。
软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。
在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时，应按局部软弱土层考虑。
勘察时，应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况，根据拟采用的地基处理方法提供相应参数。
冲填土尚应了解排水固结条件。
杂填土应查明堆积历史，明确自重下稳定性、湿陷性等基本因素。
在初步计算时，最好先计算房屋结构的大致重量，并假设它均匀的分布在全部面积上，从而等到平均的荷载值，可以和地基本身的承载力相比较。
如果地基的容许承载力大于4倍的平均荷载值，则用单独基础可能比伐形基础更经济；如果地基的容许承载力小于2倍的平均荷载值，那么建造满铺在全部面积上的伐形基础可能更经济。
地基基础设计常见问题的总结及关注
经常有设计人员询问如下问题：1、筏板有限元设计为什么反力小的地方设计通不过，反力大的地方反而计算结果正常？对于计算结果不过的网格区域该如何处理？2、基床反力系数K到底是什么？为什么其取值范围如此宽广？比如在5000~20000之间，而不同的取值对基础沉降和内力计算影响很大? 该如何取值？3、采用基础软件设计的结果为什么与经验差异那么大？其计算结果靠谱吗？能作为基础设计依据吗？对计算结果的正确性该如何判断？4、地基或桩基规范提供的各种算法到底是怎么回事？比如什么叫文克尔地基模型？什么叫布辛奈斯克解？什么叫明德林解？什么叫等效作用法？什么叫实体深基础法？这一系列名词到底在说什么？有没有更加通俗易懂的理解方式？试想，如果连规范所说的这些名词都不清楚，基础设计又该从何谈起？5、基础设计软件中的许多参数的含义到底是什么？该如何填写？用缺省值行吗？等等以上很多类似的问题经常困扰着广大设计人员。
本人以为，要想解决上述问题，必须围绕着基础设计的两大特点，从地基基础的基本概念出发，充分了解和掌握基础设计的基本方法，才能对设计结果进行合理的判断，完成符合实际工程要求的地基基础设计。
本次讲座，将结合工程实例，主要讲解地基基础的基本原理在基础设计中的应用、地基基础规范的正确理解；运用目前工程界广泛应用的基础设计软件，阐述独基、条形基础、弹性地基梁基础、筏板基础、桩基等各种基础形式的正确设计方法及应注意的问题；基础设计软件各种参数详解、计算结果的正确性判断。
1、基础设计正确性判断的一般原则（1）刚性基础与柔性基础的基本特点是什么？（2）如何运用刚性基础与柔性基础这些基本特点判断计算结果的正确性？（3）如何运用刚性基础与柔性基础这些基本特点解决设计中出现的问题？比如：a、某主裙楼结构，采用筏板基础，筏板有限元设计为什么反力小的地方设计通不过，反力大的地方反而计算结果正常？对于计算结果不过的网格区域该如何处理？b、主裙楼结构，裙楼部分抗浮不满足要求可以打抗浮桩吗？2、什么叫文克尔地基模型？什么叫弹性半空间体？什么叫布辛奈斯克解？什么叫明德林解？明德林解为什么要修正？地基规范里提的这些名词最通俗易懂的理解方式是什么？这些计算模式的优缺点是什么？采用这些方法设计时应注意哪些问题？3、基床反力系数K的确定（1）基床反力系数K到底是什么？（2）确定基床反力系数K到底有哪些方法？（3）基床反力系数K的分布原则是什么？4、关于地基承载力修正的常见问题（1）通过载荷试验得到的地基承载力为什么可以修正？（2）地基承载力能够通过修正而提高的本质到底是什么？（3）对于主裙楼一体的结构，当超载宽度大于基础宽度两倍时，为什么规范规定可将超载折算成土层厚度作为基础埋深，对主体结构地基承载力进行深度修正？（4）确定地基承载力修正用基础埋深d时都会遇到哪些问题？a、基础两侧土埋深不一样时，可以取平均值吗？b、主裙楼一体结构，主楼采用筏板基础，裙楼采用柱下独立柱基或条基，主体结构下承载力可以按两侧超载进行深度修正吗？如果是裙房采用独基加止水板呢？（5）是什么情况下都可以用勘察报告给出的载荷试验值进行深度修正吗？有没有不可以的时候？（6）深度修正和宽度修正，哪一个影响大？为什么规范规定当b>6m取6m？而深度修正却没有要求？（7）满足《地基规范》的5.1.4就等于满足5.1.3吗？规范规定的基础埋深的本质是什么？规范对回填土的要求是什么？设计人员在采用软件进行上部结构和基础设计时，最容易填错的参数是哪一个？（8）根据《地基规范》表5.2.4，宽度修正系数取0，深度修正系数取1.5或2.0的时候要注意什么？什么情况下会不符合实际？（9）地基变形和基础底面积计算时，荷载组合要如何考虑？（10）原有建筑上进行增层改造的项目，其地基承载力在估算时该提高多少？（11）基础考虑抗震设计时，抗震调整系数该如何填？（12）如何考虑基础拉梁承担的弯矩比例？5、柱下独立基础设计（1）柱下独立基础最主要的特点是什么？（2）什么样的地质和工程条件适用于柱下独基？（3）这样的基础形式抗震性能好吗？（4）如何正确考虑基础底标高在基础设计时所起的作用？（5）新《地基规范》对最小配筋率是如何考虑的？采用最小配筋率计算配筋面积时应注意哪些问题？（6）在考虑基础底面受拉时要注意什么问题？什么样的荷载组合可以考虑基础底面受拉？（7）什么情况下需要考虑独立基础的受剪承载力V s≤0.7βhs f t A0？（8）为什么独立柱基础增大地基承载力后基础面积基本不变？（9）双柱基础设计时需要注意什么问题？（10）多柱基础的设计，其计算结果靠谱吗？（11）为什么独基地基承载力手工校核结果与软件计算结果不一致？（12）独立基础配筋计算公式能用于所有的独立基础形式吗？哪些比较常见的独基形式不能用独基配筋计算公式？6、砌体结构墙下条形基础设计（1）砌体结构墙下条形基础都有哪些特点？（2）进行基础设计时，如何正确考虑砌体结构荷载的分布？（3）砌体结构构造柱荷载如何考虑？（4）砌体结构中存在框架柱时，柱下独基面积计算时应考虑哪些因素？（5）考虑墙下条基相交处基础面积重叠计算时应注意哪些问题？7、弹性地基梁基础设计（1）这样的基础形式最重要的特点是什么？（2）什么原因会导致弹性地基梁翼缘宽度过大？（3）弹性地基梁地基承载力是如何确定的？（4）采用软件计算弹性地基梁地基承载力时什么情况下会出问题？（5）用软件计算弹性地基梁覆土重时应注意什么问题？（6）是否要考虑弹性地基梁基础底面积重复利用？（7）弹性地基梁配筋计算考虑柱宽而折减会有问题吗？（8）梁计算时考虑柱刚度的影响能够解决什么问题？（9）如何考虑软件提供的弹性地基梁五种计算方法？（10）弹性地基梁基础的沉降计算中什么样的基础采用刚性沉降？（11）软件提供的”沉降计算地基模型系数”到底是什么？该如何考虑？（12）“沉降计算经验系数”如何考虑？（13）沉降计算压缩层深度该如何确定？如何进行人为修正？（14）“考虑回弹影响的沉降计算经验系数”该填多少？（15）广义文克尔假定对基床反力系数K的调整会有哪些启示？（16）柔性沉降计算都有哪些特点？（17）如何根据地基基础的基本概念判断柔性沉降或刚性沉降的计算结果是否正确？（19）弹性地基梁配筋计算时如何正确考虑地基反力的分布特点？（20）结合工程实例，介绍弹性地基梁计算结果不过的主要原因及调整方法8、筏板基础设计（1）筏板基础都有哪些主要形式？（2）墙体对筏板的冲切计算规范有公式吗？（3）如何正确理解软件提供的多墙冲板和单墙冲板的计算结果？（4）软件提供的内筒冲剪计算不满足要求一定要增加筏板厚度吗？合理的计算区域如何确定?（5）筏板基础中设计柱墩时应注意哪些问题？（6）筏板重心校核中偏心率不满足该如何调整？（7）对于裙房偏置的主裙楼结构，筏板重心无法满足要求，能仅满足主体结构的筏板重心校核就行了吗？（8）JCCAD软件在筏板“重心校核”中显示的底板平均反力与程序退出时提示的底板平均反力为什么不一致？（9）当结构的局部坐标与整体坐标不一致时，如何考虑筏板的配筋？（10）《地基规范》第5.4.3规定简单抗浮计算时，按照其相应条文所列公式进行抗浮计算。
基础工程之二浅基础设计
基础工程之二浅基础设计浅基础是基础工程中的一种常用设计，适用于土层较浅、荷载较轻的情况。
与深基础相比，浅基础具有施工简单、经济高效的优点，因此在建筑物、桥梁、道路等工程中被广泛采用。
本文将介绍浅基础设计的基本原理、常用类型和设计要点。
一、浅基础设计的基本原理浅基础设计的基本原理是通过承担建筑物或结构荷载的重量，将荷载传递到地下的土层中，并通过合理的尺寸和形状分布荷载到土层中，使得土层的承载能力能够满足建筑物或结构的要求。
基础设计需要考虑以下几个方面：1.土层的性质和承载能力：根据土层的物理性质、力学性质和承载能力，确定基础的类型和尺寸。
2.建筑物或结构的荷载：根据建筑物或结构的重量、使用要求和设计要求，确定基础的尺寸和承载能力。
3.基础的稳定性和安全性：考虑基础在承载荷载时的稳定性和安全性，例如基础的倾覆、沉降和滑动等。
二、浅基础设计的常用类型1.隔离基础：适用于建筑物或结构的单点荷载较大或者荷载分布不均匀的情况。
隔离基础通过承担荷载的重量，将荷载传递到土层中，并将荷载分散到较大的面积上，减小了土层的承载压力。
2.连续基础：适用于建筑物或结构的均布荷载较大的情况。
连续基础是指基础沿建筑物或结构的外周连续分布，通过较大的面积承担荷载，使得土层的承载压力分布均匀。
3.浇注桩基础：适用于土层较深或者承载能力较差的情况。
浇注桩基础是指在土层中钻孔并灌注混凝土形成的桩体，通过桩体的摩擦力和承载力来承担荷载。
三、浅基础设计的要点1.合理选择基础类型和尺寸：根据建筑物或结构的荷载和土层的承载能力，选择合适的基础类型和尺寸。
一般情况下，建筑物的基础厚度不应小于600mm，且基础的宽度和长度应根据荷载情况合理确定。
2.建立合理的荷载计算模型：根据建筑物或结构的重量、使用要求和设计要求，建立合理的荷载计算模型，确保基础可以承受设计荷载的要求。
3.考虑土层的承载能力变化：土层的承载能力受到土壤湿度、季节变化、荷载的作用时间等因素的影响，因此在基础设计中需要考虑这些因素的变化，采取相应的措施以保证基础的稳定性和安全性。
基础工程设计原理：第一章 地基模型
¾ 所选用的地基模型应便于利用已有的数学方法和计算手
段进行分析。
3
二、地基模型的分类
线性弹性 地基模型
文克勒地基模型 弹性半空间地基模型 分层地基模型
非线性弹性 地基模型
邓肯－张双曲线模型 K－G模型 沈珠江模型
弹塑性模型（摩尔-库仑模型、DP模型）、粘弹性 模型、粘弹塑性模型
4
第二节 线性弹性地基模型
]
=
(1
+ν
E
)(1
−
2ν
)
⎢ ⎢ ⎢
0
0
0
⎢0 0
0
⎢
⎢
⎢0 0
0
⎣
1 − 2ν 2 0
0
对称
1 − 2ν 2 0
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
1
−
2ν
⎥ ⎥
2⎦
该模型仅有两个模型
参数：弹性模量E和泊 松比μ
适用范围：建筑物荷载较小，且地基承载力较大时。
5
二、文克勒地基模型
基本假定：地基土任一点的压力强度仅与该点的
式中：E0为地基土变形模量（kPa）
μ为地基土泊松比
Fii为积分后得到的系数
Fii
=
2
a b
⎪⎨⎧ln⎜⎛ ⎪⎩ ⎝
b a
⎟⎞ ⎠
+
b
⎡ ln⎢
a
a ⎢⎣b
+
⎜⎛
a
⎟⎞ 2
⎤ + 1⎥
+
⎡ ln⎢1 +
⎝ b ⎠ ⎥⎦ ⎢⎣
⎜⎛ a ⎟⎞2 + 1⎥⎤⎪⎬⎫ ⎝ b ⎠ ⎥⎦⎪⎭
桩基础的荷载传递机理和分析方法
桩基础的荷载传递机理和分析方法桩基础广泛应用于工程领域中，无论是建筑、桥梁还是机械基础，都离不开桩基础的支撑作用。
而桩基础的关键问题就是荷载传递机理，如何理解和分析荷载的传递过程，是每个结构工程师需要掌握的基本技能。
一、荷载传递机理荷载传递机理是指荷载从上部结构传递到桩基础，再由桩基础传递到地基、岩石等下部基础的过程，是桩基础结构设计中最核心的问题之一。
桩基础的荷载传递机理可以用桩身内力的变化和荷载分布来描述。
1、桩身内力的变化桩身内力的变化是指在荷载传递过程中，桩身内部产生的剪力、弯矩、轴力等内力的变化。
在正常工作状态下，桩身内力一般满足以下要求：（1）垂直荷载的传递过程中，桩身内力沿径向分布，处于一定的线性变化范围内；（2）水平荷载的传递过程中，桩身内力沿周向分布，存在一定的跃动；（3）剪力、弯矩、轴力的变化产生作用与荷载方向的关系密切。
2、荷载分布荷载分布是指荷载在桩顶和桩底之间的分布规律。
在荷载传递的过程中，荷载的分布由桩身刚度、立桩长度和岩石基础承载力等因素决定，一般遵循以下规律：（1）垂直荷载的传递过程中，荷载线性分布在桩顶和桩底之间；（2）水平荷载的传递过程中，由于弹塑性变形的存在，荷载更趋向于集中在桩顶和桩底位置。
二、荷载传递分析方法针对桩基础荷载传递机理的特点，相关专家提出了一系列的荷载传递分析方法，以便更好地进行桩基础设计。
针对垂直荷载和水平荷载的传递过程，有如下几种基本方法。
1、含单元分析法含单元分析法是一种常见的分析方法，通过建立合理的数学模型，将桩和土壤一起统一进行计算，求出桩身内力和桩底土体的沉降。
2、桩身内力法桩身内力法是一种直接分析桩身内力的方法，不考虑土体应力状态和变形状态，可以求出桩身内力和荷载传递的荷载-位移曲线，更适用于直接测量荷载和沉降的场合。
3、地基反应法地基反应法是以地基反力作为运动力的入口，来分析桩身内力和荷载分布的方法。
该方法可以精确计算桩顶和桩底的荷载分布，但对于桩身内力的计算并没有很好的解决，相对其他方法来说更加复杂。
桩基础水平承载力的概念及计算方法(一)
桩基础水平承载力的概念及计算方法(一)对于承受水平荷载显著的建（构）筑物，根据其受荷方式的不同大致方式分为几类：一类是以长期水平荷载为主九种的构筑物，例如挡土墙、拱结构、堆载场地等构筑物桩基受到年力的高度力；另一类是以周期荷载或循环荷载为主的建筑物，例如地震或风产生的建（构）筑物水平力、吊车等产生的制动力、海洋客户端平台工程或岸边工程等波浪产生的水平力。
对于一般建筑物，当水平荷载较大且桩基埋深此时较浅时，人体工学桩基的水平承载力设计应成为重点。
本文章主要考虑单桩水平承载力的问题。
单桩在水平荷载下的承载特性是指桩顶在水平荷载下产生水平位移和转角，桩身出现弯曲应力、桩前应力受侧向挤压，产生危急情况桩身结构和地基的破坏情况。
影响单桩水平承载力和位移的因素包括桩身截面抗弯刚度、材料强度、桩侧土质条件、桩身入土深度、桩顶约束条件等。
根据水平力作用下单桩的承载变形性状，可将桩分为刚性桩、半刚性桩、柔性桩。
1.1.1水平受荷单桩的破坏机理研究单桩在低水平荷载区域时基本表现为由线性到非线性区段的过渡过程，在达到极限荷载后，即使不继续增加主梁，水平位移也会急剧增加，会出现水平荷载下降经常出现的特征，即到达了极限状态。
这种单桩水平承载的非线性物理性质是随着水平位移化学成分的增大，不仅会和桩周边地基的非线性特性一起从地表面延伸到地基深部产生渐进性破坏，还会相继出现处于稳定性状态桩体向出现塑性铰转化的情况，见图1.1.1-1。
图1.1.1-1单桩桩顶水平荷载-水平位移关系（引自《大韩民国建筑基础结构设计建筑指南》）在桩身结构出现破坏到形成极限状态时，此种破坏情况一般包含条件两种情况：①地基土在桩长范围内产生破坏的情况；②桩头固定时，桩顶和桩身地下部分形成两个塑性铰（桩头自由而地下部分为铰）的状态，并且这两个断面间的地基土也有发生破坏的情况。
总的说来，单桩水平承载力主要是由桩身抗弯能力和桩侧土强度（稳定性）控制。
对于低配筋率灌注桩，通常是由桩身先出现裂缝，随后断裂破坏；此时，单桩水平气压承载力由桩身强度控制。
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基础设计荷载与模型之间的关系
1.一些复杂砖混结构中局部可能有地基梁，注意千万不能用砖混荷载，因为没有节点荷载，使地基梁计算是在无荷载的情况下进行。
2.墙下桩梁（以地基梁布置）基础，在板元法里计算，可以自动将荷载加载到桩顶，底板按板元法的结果，梁配筋按倒置地基梁计算。
3.墙下桩承台基础，承台只认节点荷载，即使联合承台也要将墙上的荷载人为分配到柱上，在桩基承台下计算，如果柱距较大，要用承台加联梁方案，联梁按倒置地基算。
4. 墙下围桩承台基础可用板元法和桩基承台法，荷载同3处理，联梁也按3.柱下围桩承台基础可用板元法和桩基承台法，荷载自动，若设联梁按地基梁处理。
5.桩筏基础，因均为布梁方案用板元法，荷载不会出错。
6.柱下桩梁用板元法，柱下承台基础，用桩基承台计算，若设联梁按地基梁处理。
7.墙下筏板和梁下板一定都要布梁并先执行梁计算才能算板。
否则不能用节点反力法。
8.不管啥桩基，模型输入中都要进行桩数和桩长计算，用的是标准组合属地基计算，经计算后后不合适返回调整，再算。
桩承载能力也是标准值。
桩反力是设计值，沉降计算是准永久组合。
桩抗力计算用的是设计值。
要分清。
桩检测用极限承载力。