地基设计极限状态和设计方法 问题研究 方 泰 生 云南省设计院集团 2015年10月26日

主要内容 1 2 3 4 5 极限状态的有关定义及讨论 关于设计方法 现行规定及存在问题 地基设计极限状态和设计方法的确定 云南省设计院集团 主要内容 极限状态的有关定义及讨论 1 关于设计方法 2 现行规定及存在问题 3 地基设计极限状态和设计方法的确定 4 当前情况下对地基设计的条文表述建议 5

1.极限状态的有关 定义及讨论

《建筑结构可靠度设计统一标准》、《工程结构可靠性设计统一标准》： 云南省设计院集团 1.极限状态的有关定义及讨论 《建筑结构可靠度设计统一标准》、《工程结构可靠性设计统一标准》： “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，此特定状态为该功能的极限状态。” 《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001） 《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）

“整个结构或地基基础，或其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的状态。” 云南省设计院集团 1.极限状态的有关定义及讨论 《建筑地基基础术语标准》（GB/T50941-2014） “整个结构或地基基础，或其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的状态。” 《建筑地基基础术语标准》（GB/T50941-2014）

《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）: 4.1.1 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态： 云南省设计院集团 1.极限状态的有关定义及讨论 《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）: 4.1.1 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态： 1）结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载； 2）整个结构或其一部分作为刚体失去平衡； 3）结构转变为机动体系； 4）结构或结构构件丧失稳定； 5）结构因局部破坏而发生连续倒塌； 6）地基丧失承载力而破坏； 7）结构或结构构件的疲劳破坏。

当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态： 1）影响正常使用或外观的变形； 2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏； 云南省设计院集团 1.极限状态的有关定义及讨论 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态： 1）影响正常使用或外观的变形； 2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏； 3）影响正常使用的振动； 4）影响正常使用的其他特定状态。

▲承载能力极限状态:可理解为结构或结构构件发挥允许的最大承载能力的状态； 云南省设计院集团 1.极限状态的有关定义及讨论 ▲承载能力极限状态:可理解为结构或结构构件发挥允许的最大承载能力的状态； ▲正常使用极限状态:可理解为结构或结构构件达到使用功能上允许的某个限值的状态。

承载能力极限状态 正常使用极限状态 ▲地基设计一般应包括地基承载力计算、地基变形设计 和地基稳定性验算三项内容。 ▲若以极限状态划分: 云南省设计院集团 1.极限状态的有关定义及讨论 ▲地基设计一般应包括地基承载力计算、地基变形设计 和地基稳定性验算三项内容。 ▲若以极限状态划分: 地基承载力计算 地基稳定性验算 地基变形设计 承载能力极限状态 正常使用极限状态

2.关于设计方法

云南省设计院集团 2.关于设计方法 ▲工程结构设计方法常规来说，有容许应力法、单一安全系数法和以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法，工程结构设计也可以根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行。 容许 应力法 单一安全 系数法 极限状态 设计方法 工程结构 经验、试验

容许应力法是指使结构或地基在作用标准值下产生的应力不超过规定的容许应力的设计方法； 云南省设计院集团 2.关于设计方法 容许应力法是指使结构或地基在作用标准值下产生的应力不超过规定的容许应力的设计方法； 单一安全系数法是指使结构或地基的抗力标准值与作用标准值的效应之比不低于某一规定安全系数的设计方法。 极限状态法是指不使结构超越某种规定的极限状态的设计方法。 ▲工程结构设计领域，我国积极推广并已得到广泛采用的是以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法。 ▲概率极限状态设计方法在承载能力极限状态设计时对不同的设计状况应采用不同的作用组合，并根据规定的可靠度设定作用分项系数及抗力分项系数。 ▲设计状况是指代表一定时段内实际情况的一组设计条件，设计应做到在该组条件下结构不超越有关的极限状态，分为持久设计状况、短暂设计状况、偶然设计状况、地震设计状况等。。

云南省设计院集团 2.关于设计方法 ▲概率极限状态设计方法需要以大量的统计数据为基础，当不具备这一条件时，工程结构设计可根据可靠的工程经验或通过必要的试验研究进行，也可继续按传统模式采用容许应力法或单一安全系数法进行。

γ0Sd≤Rd （1） γ0Sd，dst≤Sd，stb （2） 2.关于设计方法 γ0——结构重要性系数； Sd——作用组合的效应设计值； 云南省设计院集团 2.关于设计方法 概率极限状态设计方法表达式： 结构或结构构件的破坏或过度变形的承载能力极限状态设计表达式为: γ0Sd≤Rd （1） γ0——结构重要性系数； Sd——作用组合的效应设计值； Rd——结构或结构构件的抗力设计值。 整个结构或其一部分作为刚体失去静力平衡的承载能力极限状态设计表达式为： γ0Sd，dst≤Sd，stb （2） γ0——结构重要性系数； Sd——作用组合的效应设计值； Rd——结构或结构构件的抗力设计值。

云南省设计院集团 2.关于设计方法 地基的破坏或过度变形的承载能力极限状态设计，可采用式（1）， 地基稳定性验算的承载能力极限状态设计，可采用式（2）。 ▲土工设计状况，各分项系数与持久、短暂设计状况中的分项系数有所不同，因缺乏这方面的研究工作基础，《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）未能对土工设计状况做出明确表述，实际上还无法用做设计。

云南省设计院集团 2.关于设计方法 小结：在地基基础设计时，采用容许应力方法进行地基承载力计算确定基础底面积，采用极限状态方法计算确定基础厚度及配筋，采用单一安全系数方法进行地基稳定性验算，虽然用了不同方法，但实际上也是可行的。

3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题

3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 云南省设计院集团 3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011） 关于地基设计极限状态和设计方法的表述为（强条）： 1 按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的标准组合；相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值； 2 计算地基变形时，传至基础底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用；相应的限值应为地基变形允许值； 3 计算挡土墙、地基或滑坡稳定以及基础抗浮稳定时，作用效应应按承载能力极限状态下作用的基本组合，但其分项系数均为1.0。

3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 云南省设计院集团 3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 承载力计算当轴心荷载作用时： 水平荷载作用下： PK≤fa （3） Hik≤Rha （7） 当偏心荷载作用时，尚应符合： 地基稳定性采用圆弧滑动面法进行验算时： Pkmax≤1.2fa （4） MR/MS≥1.2 （8） 单桩承载力计算当轴心竖向力作用下： Qk≤Ra （5） 规范设计表达式 偏心竖向力作用下尚应满足： Qikmax≤1.2Ra （6）

3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 云南省设计院集团 3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 ▲地基承载力计算按正常使用极限状态设计是不正确的，何况正常使用极限状态设计去对应抗力也存在问题，而从式（3）到式（7）实质上都是容许应力方法的设计表达式，同时无论是平板载荷试验确定土质地基承载力特征值，还是岩石地基载荷试验确定其作为持力层的承载力，以及基桩承载力特征值的确定，均表征出容许应力的显著含义。地基稳定性计算按承载能力极限状态设计是正确的，但规定其分项系数均为1.0的基础研究工作并不充分，而且设计表达式（8）实质上是单一安全系数方法。 GB50007-2002的表述与GB50007-2011基本相同。

3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 云南省设计院集团 3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 GBJ7-89的表述： 按地基承载力确定基础底面积及埋深时，传至基础底面上的荷截应按基本组合、土体自重分项系数为1.0，按实际的重力密度计算。 计算地基变形时，传至基础底面上的荷载应按长期效应组合，不应计入风荷载和地震作用。 计算挡土墙的土压力、地基稳定及滑坡推力时，荷载应按基本组合，但其分项系数均为1.0。

3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 云南省设计院集团 3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 ▲以上的表述显示出将地基承载力计算和地基稳定性计算按承载能力极限状态设计。 ▲地基承载力计算设计表达式采用了设计值（作用效应对应抗力），但分项系数确定的研究工作不充分且取值不合理，实际设计应用中出现了问题和争议。而地基稳定性验算的设计表达式实质上是单一安全系数方法。

3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 云南省设计院集团 3.地基设计极限状态和设计 方法现行规定及存在问题 ▲ GBJ7-89规范时开始全面采用极限状态方法进行地基 基础设计，但对于地基承载力计算和地基稳定性计算的分 项系数确定缺乏研究工作基础，地基承载力计算的分项系 数取值不合理，具体设计应用中出现了问题。 ▲ GB50007-2002规范为解决出现的问题，将地基承载 力计算按正常使用极限状态设计去对应抗力，而实质上采 用了容许应力方法的设计表达式，表面上解决了GBJ7-89 规范出现的具体设计应用问题，但都又出现了设计极限状 态确定的不正确及与设计表达式实质上的不匹配。 GB50007-2011规范则基本延续了GB50007-2002规范。

4.地基设计极限状态和设计方法的确定

云南省设计院集团 4.地基设计极限状态和 设计方法的确定 地基设计所包含的地基承载力计算、地基变形设计和地基稳定性验算三项内容，在划分极限状态时，很明确的，地基承载力计算和地基稳定性验算应为承载能力极限状态，地基变形设计应为正常使用极限状态。 一、对于土工设计状况，各分项系数的确定缺乏研究工作基础； 承载力极限状态设计存在的问题 二、地基的结构重要性系数取值问题也不清晰。

云南省设计院集团 4.地基设计极限状态和 设计方法的确定 ▲可行的方法：地基承载力计算采用容许应力法，地基稳定性验算采用单一安全系数法，地基变形设计采用极限状态设计法，相应的，现行的地基设计表达式基本不变。发展来讲，应积极开展土工设计状况的可靠性设计研究工作，使极限状态方法在工程结构设计中得以全面实施。

5. 当前情况下对地基设计的条文表述建议

一、地基承载力计算时，应使地基在作用标准值下产生的应力不超过地基承载力特征值（指经过修正的特征值，或可称为容许值）。 云南省设计院集团 5.当前情况下对地基设计 的条文表述建议 一、地基承载力计算时，应使地基在作用标准值下产生的应力不超过地基承载力特征值（指经过修正的特征值，或可称为容许值）。 二、地基变形计算时，传至基础底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用；相应的限值应为地基变形允许值。 三、地基稳定性计算时，应使地基稳定的抗力标准值与作用标准值的效应之比不低于规定的安全系数。

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