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001547

Dipl.-Ing. Paul Kieloch（FH）

2018-11-28

在地基“排水”和“不排水”条件下计算地基承载力

使用 RF-/FOUNDATION Pro 能够计算设计一个 RFEM /RSTAB 模型独立基础（基础板、杯形基础和无阶杯口基础）的所有支座反力。岩土验算在这里按照规范 EN 1997-1 进行。

本文的重点是按照附录 D 计算地基承载力，以及如何区分“排水”和“不排水”。

示例基础板上的铰接柱

为了解释其中的区别，这里计算设计一个在基础板上的铰接柱作为示例。

铰结柱

柱子分别被自重、活荷载、雪荷载和风荷载四种荷载作用加载。荷载值可以在下面的图表中找到。

荷载工况/结果组合

承载力极限状态下(STR/GEO) 的荷载组合在软件 RFEM 中按照规范 EN 1990 自动生成，并用于模块 RF-/FOUNDATION Pro 中的计算设计。

在 RF-/FOUNDATION Pro 中的输入

Da der Grundbruchwiderstand für die Fundamentplatte nach [1] Anhang D ermittelt werden soll, ist diese Option entsprechend im Dialog "1.1 Basisangaben" anzuwählen.

基本数据

基础板的尺寸预设为长和宽都是 1.25 米以及厚 d 为 25cm。

Abmessungen Fundamentplatte

其它设置，如混凝土等级、柱子尺寸，可能使用的钢筋直径、钢筋种类等等，在这里不是很重要，因此在详细设置中仅选择了激活地基承载力验算以及滑移。上述参数不在计算中给出，可以在默认设置中保留。

预设土壤参数对于确定地基承载力至关重要。这有可能要使用“土层剖面”。在早期的一篇技术文章中，详细解释了土层剖面的输入，以及确定在各土层的排水情况下的地基承载力。

知识库 001442 „按照欧洲规范 EN 1997‑1 计算地基承载力

在这种情况下要计算基础底部土层的土壤参数。应用到的土壤参数如下：

Gravel, gravel-sand-clay mixture (GC)
γ = 21 kN/³
φ_k = 35,0°
c'_k = 0,007 MN/m²
c_uk = 0,040 MN/m²

这里要注意的是，RF/FOUNDATION Pro 中仅默认显示使用的参数。这取决于在 "1.1 基本输入" 对话框中是否选择了"排水"或者"不排水" 的地基条件。如果没有选择“仅显示使用的参数”，那么就会显示全部的土层参数。

土层参数

主导支座反力和弯矩

对于地基承载力的计算在这种情况下生成的荷载组合 4 的支座反力是起决定性的。该荷载组合如下定义：

\frac{1}{2} \cdot CO 4 = 1.35 \cdot G 1.50 \cdot Q 0.75 \cdot S 0.90 \cdot W

荷载组合 CO4 的定义

由此得出的支座反力见下图。

CO4 的决定性支座反力

“排水”和“不排水”的区别

在 RF-/FOUNDATION Pro 中也说明了“排水”和“不排水”的概念。在开始计算之前，用户必须选择并控制是否按照公式（D.1）和（D.2）计算地基承载力。

选择“排水”和“不排水”

通常，假设在排水条件下土层结构吸收或者除去应力的增加（排水状态）。在不排水条件下，土层中应力的增量是不会通过土层结构吸收，而是由受到超压下的孔隙水除去（不排水状态）。

不排水情况下的地基承载力

Der Grundbruchwiderstand für unkonsolidierte Verhältnisse ergibt sich nach [1] Anhang D, Gl. (D.1) zu:

\frac{R}{A'} = (π 2) \cdot c_{uk} \cdot b_{c} \cdot s_{c} \cdot i_{c} q

A'	计算底面积 B' ⋅ L'
c_uk	不排水土层总粘结力
b_c	底面倾斜系数
s_c	底面的形状系数
i_C	荷载倾斜系数
q	基础底部附加费

不排水情况下的地基承载力

通过上面的在设计时的设置，可以得出下面中间结果：

A' = 1.5404 m²
b_c = 1,00, da in RF-FUND Pro stets von einer waagrechten Lage der Sohlfuge ausgegangen wird
s_c = 1,197
i_c = 0,963
q = 0,005 kN/m²

Eingesetzt in (D.1) ergibt sich ein charakteristischer Grundbruchwiderstand R_k/A' von:

\frac{R}{A'} = (π 2) \cdot 0.040 MN / m ² \cdot 1.197 \cdot 0.963 0.005 MN / m ²

承压承载力标准值 R_k/A'

由此得出地基承载力设计值：

\frac{R_{k}}{\frac{A'}{γ_{R, v}}} = \frac{0.242 MN / m ²}{1.40} = 0.173 MN / m ²

地基破坏承载力设计值

地基承载力计算的详细结果

Grundbruchwiderstand für konsolidierte Baugrundverhältnisse

在早期的一篇文章中介绍了排水情况下地基承载力的确定，在这里不再介绍公式 (D.2)。

知识库 001442 „按照欧洲规范 EN 1997‑1 计算地基承载力

排水情况下的地基承载力得出为：

\frac{R_{k}}{\frac{A'}{γ_{R, v}}} = \frac{1.124 MN / m ²}{1.40} = 0.803 MN / m ²

排水情况下的地基承载力

概述总结

Das vorliegende Beispiel zeigt den Einfluss der Auswahl "konsolidierte" beziehungsweise "unkonsolidierte" Baugrundverhältnisse im Dialog 1.1 auf die Ermittlung des Grundbruchwiderstands nach EN 1997-1 Anhang D. 实际上大多数情况下都属于土层排水条件。

Unabhängig davon bietet RF-/FUND Pro die Auswahl zwischen den beiden Ansätzen und gibt damit auch die Möglichkeit, eine Falluntersuchung mit konsolidierten und unkonsolidierten Bedingungen durchführen zu können, falls die Baugrundverhältnisse nicht eindeutig sind.

Die Einstellung "konsolidiert" oder "unkonsolidiert" hat neben der Ermittlung des Grundbruchwiderstands auch Einfluss auf den Nachweis der Gleitsicherheit bzw. auf die Ermittlung des Gleitwiderstands. 其它信息可以查看 RF-FOUNDATION Pro Manual 中的第三章“Sliding（滑移）”。