地基承載力特征值、地基承載力設計值、地基承載力標準值關系
在(建筑地基基礎設計規范中,在樁的承載力計算公式中(8.5.4-1,提到的是樁承載力承載力特征值;在(建筑樁基技術規范中提到的是樁的極限承載力標準值,請問二者的關系是什么,如何換算?
《建筑地基基礎設計規范》樁承載力特征值可由試驗確定。特征值由試驗值除以2得到。1/2=0.5。對應的組合是正常使用極限狀態下的標準組合。即荷載標準值。《建筑樁基技術規范》樁的極限承載力標準值,以人工挖孔樁為例,以標準值除以1.65得到設計值,對應的組合是承載力極限狀態下的基本組合,即荷載設計值。1/1.65=0.61。1.25N+1.2G,N為上部結構傳來的荷載,G為承臺自重及土重,近似地可取0.61/1.2=0.51。考慮單樁承載力的提高系數1.1~1.2,0.51/1.1~1.2=0.46~0.43。
一、原因
與鋼、混凝土、砌體等材料相比,土屬于大變形材料,當荷載增加時,隨著地基變形的相應增長,地基承載力也在逐漸加在,很難界定出下一個真正的“極限值”,而根據現有的理論及經驗的承載
力計算公式,可以得出不同的值。因此,地基極限承載力的確定,實際上沒有一個通用的界定標準,也沒有一個適用于一切土類的計算公式,主要依賴根據工程經驗所定下的界限和相應的安全系數加以調整,考慮一個滿足工程的要求的地基承載力值。它不僅與土質、土層埋藏順序有關,而且與基礎底面的形狀、大小、埋深、上部結構對變形的適應程度、地下水位的升降、地區經驗的差別等等有關,不能作為土的工程特性指標。
另一方面,建筑物的正常使用應滿足其功能要求,常常是承載力還有潛力可挖,而變形已達到可超過正常使用的限值,也就是變表控制了承載力。
因此,根據傳統習慣,地基設計所用的承載力通常是在保證地基穩定的前提下,使建筑物的變形不超過其允許值的地基承載力,即允諾承載力,其安全系數已包括在內。無論對于天然地基或樁基礎的設計,原則均是如此。
隨著《建筑結構設計統一標準》(GBJ68-84施行,要求抗力計算按承載能力極限狀態,采用相應于極限值的“標準值”,并將過去的總安全系數一分為二,由荷載分項系數和抗力分項系數分擔,這給傳統上根據經驗積累、采用允許值的地基設計帶來了困擾。
《建筑地基基礎設計規范》(GBJ7-89以承力的允許值作為標準值,以深寬修正后的承載力值作為設計值,引起的問題是,抗力的設計值大于標準值,與《建筑可*度設計統一標準》(GB50068-2001規定不符,因此本次規范進行了修訂。
二、對策
《建筑結構可*度設計統一標準》(GB50068-2001鑒于地基設計的特殊性,將上一版“應遵守本標準的規定”修改為“宜遵守本標準規定的原則”,并加強了正常使用極限狀態的研究。而《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001也完善了正常使用極限狀態的表達式,認可了地基設計中承載力計算可采用正常使用極限狀態荷載效應標準組合。
“特征值”一詞,用以表示按正常使用極限狀態計算時采用的地基承載力和單樁承載力的值。
三、應用
用作抗力指標的代表值有標準值和特征值。當確定巖土抗剪強度和巖石單軸抗壓強度指標時用標準值;由荷載試驗確定承載力時取特征值,載荷試驗包括深層、淺層、巖基、
單樁、錨桿等,見規范有關附錄。
地基承載力特征值fak是由荷載試驗直接測定或由其與原位試驗相關關系間接確定和由此而累積的經驗值。它相于載荷試驗時地基土壓力-變形曲線上線性變形段內某一規定變形所對應的壓力值,其最大值不應超過該壓力-變形曲線上的比例界限值。
修正后的地基承載力特征值fa是考慮了影響承載力的各項因素后,最終采用的相應于正常使用極限狀態下的設計值的地基允許承載力。
單樁承載力特征值Ra是由載荷試驗直接測定或由其與原位試驗的相關關系間接推定和由此而累積的經驗值。它相應于正常使用極限狀態下允許采用單樁承載力設計值。
當按地基承載力計算以確定基礎底面積和埋深或按單樁承載力確定樁的數量時,傳至基礎或承臺底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態采用標準組合,相應的抗力限值采用修正后的地基承載力特征值或單樁承載力特征值。即S≤C,C為抗力或變形的限值;pk≤fa (地基;Qk≤Ra(樁基。此時特征值fa、Ra即為正常使用極限狀態下的抗力設計值。
當根據材料性質確定基礎或樁臺的高度、支擋結構截面、計算基礎或支擋結構內力、確定配筋和驗算材料強度時,上部結構傳來的荷載效應和相應的基底板應按承載能力極限狀態下
荷載效應的基本組合,即γ0S≤R計算,此時地基反力p、樁頂下反力Ni和主動土壓力Ea等相應為荷載設計值,要采用相應的分項系數。
因此,閱讀地質報告時,若為“特征值”則為允許值,安全系數已包括在內;若為“標準值”,則為極限值,應考慮相應的抗力分項系數。
要了解這個問題須比較三本規范,即74規范,89規范和2002規范。 74規范是荷載標準值與容許承載力的比較; 89規范是荷載設計值與承載力設計值的比較; 2002規范是荷載標準值與特征值的比較。 74規范到89規范時荷載放大1.25到1.30倍,承載力只放大1.1到1.2倍,設計安全水平提高了約1.15倍。 89規范到2002規范承載力表達式基本不變,去掉1.1的約束;荷載相當74規范。設計安全水平又回到74規范水平。實際上89規范是不正確的,2002規范的特征值物理意義就是74規范的容許值。表達值與89規范一樣,但物理意義不一樣。 89規范是按照《建筑結構設計統一標準》(GBJ68-84的要求,以地基承載力的允許值作為標準值,以深度寬度修正后的承載力值作為設計值,引起的問題是,抗力的設計值大于標準值,與《建筑可靠度設計統一標準》(GB50068-2001規定不符,因此本次規范進行了修訂。新版地基規范認為,建筑物的正常使用應滿足其功能要求,實際情況上常常是承載力還有潛力可挖,而變形已
達到可超過正常使用的限值,也就是變形控制了承載力。因此,根據傳統習慣,地基設計所用的承載力通常是在保證地基穩定的前提下,使建筑物的變形不超過其允許值的地基承載力,即特征承載力,其安全系數已包括在內。無論對于天然地基或樁基礎的設計,原則均是如此。簡單的說,特征值已包含了安全系數,數值應比原規范中的標準值小,具體數值應通過載荷實驗確定,但為簡單起見,可將標準值除以一抗力分項系數,可取1.25。在上海市的地基基礎規范里,極限值除以1.6為設計值,極限值除以2為特征值。由次可見:地基承載力特征值=地基承載力設計值/1.25
特征值小于以前的設計值,但是荷載由過去的設計植改為標準值,所以結果應該變化不大。但如果可變荷載較大,則計算結果會比以前小。
只有理解了地基極限承載力;容許承載力;承載力標準值;承載力設計值的含義,就不會被特征值迷惑!其實承載力特征值就是容許承載力,也是承載力標準值,這是由89地基規范混亂引起
的,2002地基規范無法改回這個錯誤才采用了"特征值"一詞,不信看看北京市建筑設計細則結
構專業(3.2.1-1式,地基承載力是采用的是標準值.
標準值/安全系數=特征值,一般取2。標準值/分項系數=設計值,一般取1.65。這分別是地基基礎設計規范和樁基設計規范的不同規定。單樁承載力特征值 :2002地基基礎規范的提法單樁承載力設計值:94-94規范的提法單樁承載力設計值:=單樁極限承載力標準值/抗力分項系數(一般1.65左右 單樁承載力特征值 :=靜載試驗確定的單樁極限承載力標準值/2 采用2002規范時,設計值就取特征值,荷載組合為荷載效應的標準組合采用94-94規范時,設計值就是上面那個式子,荷載組合為荷載效應的基本組合顯然兩者差別較大
由于老規范中,設計人員經常把單樁承載力設計值、單樁承載力特征值兩個概念搞混,2002規范中已經不提單樁承載力設計值這個概念了,所有公式中均使用特征值概念。樓上提到的”單樁承載力特征值 :=靜載試驗確定的單樁極限承載力標準值/2 “ 是對的。
極限標準值除以2,即為特征值極限側摩阻力除以2 就是摩阻力特征值詳細你可以看基礎規范第138頁第七條!
1.25X特征值=設計值;1.6X設計值=極限值;2X特征值=極限值
謝謝,昨天咨詢了省上專家,我也仔細想了,對于樁來說,極限樁端阻力標準值除以2應該和基
礎規范上的特征值相等,認為極限樁端阻力標準值即為特征值的說法是錯誤的。兩者規范的安全系數基本都為2。樁規范采用縮小抗力(設計值=標準值/1.65和放大荷載(基本組合=標準組合X1.25兩個方面來實現,安全系數為1.65X1.25=2.01,而基礎規范采用標準組合,荷載沒用放大,只是采用特征值即極限樁端阻力標準值除以2一個方面來實現安全系數放大兩倍,這樣兩個規范的安全系數就統一了,有很多人把極限樁端阻力標準值中的標準值和標準組合兩個概念混淆了,極限樁端阻力標準值中的標準值只是一種統計方法,相當于每個極限樁端阻力的平均值,不是乘系數1.0的問題。對于其他基礎形式,如獨立基礎,我覺得標準值應該就是特征值,拿的不是很準確,望各位共同探討。對于獨立基礎,最不利荷載組合怎么取向大家請教(有12種,那一種最不利呢。對于樁,標準組合怎么從PKPM 中取,我向專家請教了,今天時間緊,改天再說。也希望聽聽大家的做法,有神么好的見解
