《建筑地基基礎設計規范》(GB50007—2002)中“特征值”一詞的說明

09-06-03  【字體:  】【顏色:   】 
【導讀】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大,很難界定出一個真正的“極限值”,而根據現有理論的、半理論半經驗的或經驗的承載力計算公式,可以得出不同的值。 
一、起因
  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大,很難界定出一個真正的“極限值”,而根據現有理論的、半理論半經驗的或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,實際上沒有一個可以通用的界定標準,也沒有一個可以適用于一切土類的計算公式,主要依賴于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,而變形已達到或超過正常使用的限值,也就是由變形控制了承載力。以往的工程實踐證明,絕大多數地基事故皆由地基變形過大且不均勻造成。
因此,根據傳統習慣,地基設計所選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,即允許承載力,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,原則上均是如此。
隨著《建筑結構設計統一標準》(GBJ68—84)的施行,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)以承載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《建筑結構可靠度設計統一標準》(GB50068—2001)的規定不符,因此《北京地區建筑地基基礎勘察設計規范》(DBJ01—501—92)對于地基抗力只用“標準值”,沒有“設計值”一詞。但實際上“設計值”的含義用法并沒有錯,問題在于標準值要求對應的是極限值。因此《港工地基規范》(JTJ219)將地基承載力表改稱為“設計值”,而非“標準值”。
  《建筑樁基技術規范》(JGJ94—94)采用以標準值表示單樁極限承載力,承載力表為樁的極限端阻或側阻的標準值。但勘察人員常常忽略了“極限”二字,于是提供的勘察報告上,地基承載力是標準值,樁的側阻、端阻也是標準值,這樣認真的設計人員就要問:這“標準值”指的是“允許值”還是“極限值”?是已除以2還是需再除以1 6?而仔細的勘察人員也會問:設計院要求的承載力,是否已考慮了荷載放大?
  為了避免差錯、理順關系,這次規范修訂決定在這方面有所改進。
二、對策
  《建筑結構可靠度設計統一標準》(GB50068—2001)鑒于地基設計的特殊性,已將上一版“應遵守本標準的規定”修改為“宜遵守本標準規定的原則”,并加強了對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。
  根據國外有關文獻,相應于我國規范中“標準值”的含義可以有特征值、公稱值、名義值、標定值等四種,在國際標準《結構可靠性總原則》ISO2394中相應的術語直譯應為“特征值”(characteristicvalue),該值的確定可以是統計得出,也可以是傳統經驗值或某一物理量限定的值。
  本次修訂采用“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,以避免過去一律提“標準值”時所帶來的混淆。
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;由載荷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,見該規范的有關附錄。
  地基承載力特征值fak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(例如基礎的埋深和寬度、上部結構對變形的適應能力等等)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的單樁承載力設計值。
  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,相應的抗力限值應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反力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。四、結論按上述作法,分清了荷載與抗力這兩條線,明確了兩類極限狀態的適用范圍和表達式。概念清楚了,關系理順了,對于勘察人員所提供的報告,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。這樣,在設計中就可避免差錯,不致造成危險或保守。 
【來源:城市規劃網】

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