張孝松 福州第七建筑工程有限公司 福州 350001
國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB 50007 -2011 (以下簡稱“2011 《地基規(guī)范》”)與GB 50007 -2002”相比,2011 版有了多處補(bǔ)充和完善。如在地基基礎(chǔ)設(shè)計等級分類表中增加了基坑工程的內(nèi)容(雖然基坑工程既非地基工程也非基礎(chǔ)工程);明確了“抗浮驗算”屬于基礎(chǔ)穩(wěn)定性的內(nèi)容而非地基穩(wěn)定性,并給出了驗算公式和控制條件(雖然被安排在第5 章第4 節(jié)“(地基)穩(wěn)定性計算”中而非第8 章“基礎(chǔ)(設(shè)計)”中);對巖石地基設(shè)計也補(bǔ)充了一些新的規(guī)定等等。盡管如此,在“2011 《地基規(guī)范》”中仍有一些不足之處。例如在地基巖土抗力性能基本代表值的術(shù)語及其參數(shù)的表達(dá)上,規(guī)范及其條文說明多有疑似悖論之處。其中之一就是,“地基承載力允許值是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四個含義之一”,或者說“地基承載力允許值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值”。
本文擬就地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值、特征值和允許值之間的關(guān)系,臚陳二三,供有關(guān)部門參考并冀以能收到裨補(bǔ)闕漏之效。
在“2011 《地基規(guī)范》”第2. 1. 3 條的《條文說明》中,對我國現(xiàn)行規(guī)范中的“標(biāo)準(zhǔn)值”做出了如下解釋:“根據(jù)國外有關(guān)文獻(xiàn),相應(yīng)于我國規(guī)范中‘標(biāo)準(zhǔn)值’的含義可以有特征值、公稱值、名義值、標(biāo)定值四種,在國際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》ISO 2394 中相應(yīng)的術(shù)語直譯為‘特征值’(Characteristic Value),該值的確定可以是統(tǒng)計得出,也可以是傳統(tǒng)經(jīng)驗值或某一物理量限定的值”。這條解釋是針對“標(biāo)準(zhǔn)值”所做出的通用性解釋,即適用于所有被稱之為“標(biāo)準(zhǔn)值”的物理量。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域中,主要有三個物理量,作用(荷載)、材料性能和幾何參數(shù),它們的基本代表值,都是用標(biāo)準(zhǔn)值表述的(見文獻(xiàn)1 第2. 9.1 條第45 款、第2. 10. 1 條第29 款、第32 款)。而地基承載力是材料性能(巖土強(qiáng)度)中的重要性能,所以該《條文說明》的解釋也適用于地基承載力。依據(jù)該《條文說明》的解釋,地基承載力特征值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四個含義之一,或者說,地基承載力特征值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,也是地基承載力的基本代表值。
同時,在該規(guī)范的第4. 2. 2 條的《條文說明》中又認(rèn)為,“地基承載力特征值是指由載荷試驗地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形對應(yīng)的壓力值,實際即為地基承載力的允許值”。文獻(xiàn)2 第5 頁也認(rèn)為,“本次規(guī)范對地基設(shè)計采用正常使用極限狀態(tài)這一原則,所選定的地基承載力是在地基土的壓力變形曲線線性變形段內(nèi)相應(yīng)于不超過比例界限點的地基壓力值,即允許承載力?!庇纱丝梢姡?011 《地基規(guī)范》”采用的地基承載力特征值就是地基承載力的允許值。
綜上兩《條文說明》的解釋即可推出,地基承載力允許值即為地基承載力特征值,而地基承載力特征值又是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一,所以地基承載力允許值理所當(dāng)然地就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一。簡言之,地基承載力允許值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。
地基承載力允許值果真是標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一嗎?果真等同于它的標(biāo)準(zhǔn)值嗎?答案應(yīng)當(dāng)是否定的。將兩者對比,不難發(fā)現(xiàn),兩者之間至少存在著以下三點差別。
上世紀(jì)70年代的一系列建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,其中包含《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》TJ 7 -74。在這部規(guī)范中,表征地基抗力的術(shù)語是地基容許承載力,而該規(guī)范“是按著安全系數(shù)法制定的,地基設(shè)計承載力允許值的安全系數(shù)采用2. 0” (文獻(xiàn)2 第1 頁)。由此可見,地基承載力允許值只適用于安全系數(shù)法(或容許應(yīng)力法)。在該規(guī)范中既未出現(xiàn)也沒使用“地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值”或“地基承載力特征值”等術(shù)語。
由于上世紀(jì)70年代的設(shè)計規(guī)范,結(jié)構(gòu)的可靠性理論仍停留在“定值設(shè)計方法”階段,一些規(guī)范如《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》TJ 17 -74、《木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(試行)》GBJ 5 -73 及《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》TJ 7 -74 等,采用容許應(yīng)力法的設(shè)計表達(dá)式,材料抗力采用容許應(yīng)力值或容許承載力;另外一些規(guī)范如《磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(試行)》GBJ 3 -73、《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》TJ 10 -74 等,采用安全系數(shù)法的設(shè)計表達(dá)式,材料抗力采用強(qiáng)度或設(shè)計強(qiáng)度,但在構(gòu)件截面強(qiáng)度設(shè)計表達(dá)式中荷載效應(yīng)要乘以安全系數(shù)K。在以上所有的規(guī)范中也都不使用“強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值”或“承載力標(biāo)準(zhǔn)值”等術(shù)語。
所以,“材料的容許應(yīng)力”、“荷載效應(yīng)乘以安全系數(shù)”(即材料的強(qiáng)度除以安全系數(shù))、“地基土的容許承載力”等術(shù)語,都是定值設(shè)計方法階段的產(chǎn)物,與當(dāng)前廣泛采用的以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法沒有關(guān)系,在極限狀態(tài)設(shè)計方法提出之前即已廣泛用于結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域中。
《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GBJ 68 -84 發(fā)布之后又陸續(xù)發(fā)布了《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50153 -92 和《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068 -2001、 《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50153 -2008 等統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),作為建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范以及鋼結(jié)構(gòu)、薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等設(shè)計規(guī)范編制時應(yīng)遵守的規(guī)定和原則,在制定建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范時也宜遵守這些統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)所制定的原則。這些統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)都要求,結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)具有足夠的或適當(dāng)?shù)目煽慷龋煽慷炔捎靡愿怕世碚摓榛A(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法分析確定,并用可靠指標(biāo)β 度量??煽恐笜?biāo)β 與失效概率Pf的關(guān)系為β= -φ-1(Pf),其中φ-1(Pf)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)的反函數(shù)。此時,“結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜根據(jù)規(guī)定的可靠指標(biāo),采用由作用的代表值、材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值、幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值和各相應(yīng)的分項系數(shù)構(gòu)成的極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計” (文獻(xiàn)4 第4.3. 8 條)。從此以后,術(shù)語“標(biāo)準(zhǔn)值”才逐漸使用在各專業(yè)設(shè)計規(guī)范中。由此可見,材料性能標(biāo)準(zhǔn)值特別是材料抗力標(biāo)準(zhǔn)值,是伴隨極限狀態(tài)設(shè)計方法而衍生出來的概念,是結(jié)構(gòu)可靠度理論發(fā)展到以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計階段的產(chǎn)物,只適用于以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法,在極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式中,都不再使用容許應(yīng)力或安全系數(shù)等參數(shù)。
所以,當(dāng)采用定值設(shè)計方法計算地基承載力時,地基(巖土)抗力采用地基承載力允許值;當(dāng)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法計算地基承載力時,則采用地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。兩者的使用條件是不同的。
在“2011 《地基規(guī)范》”中,一方面稱地基設(shè)計采用的是,極限狀態(tài)設(shè)計方法中的“正常使用極限狀態(tài)”(第3. 0. 5 條),一方面又使用地基承載力特征值(即允許值)作為地基土的抗力指標(biāo),并使用容許應(yīng)力方法的設(shè)計表達(dá)式,顯然是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>
文獻(xiàn)3、4 都規(guī)定,材料性能標(biāo)準(zhǔn)值為“符合規(guī)定質(zhì)量的材料性能概率分布的某一分位值”。并明確指出,“材料和巖土的強(qiáng)度、彈性模量、變形模量、壓縮模量、內(nèi)摩擦角、黏聚力等物理力學(xué)性能,應(yīng)根據(jù)有關(guān)的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)試驗確定”,并“采用隨機(jī)變量概率模型描述”和“運用參數(shù)估計和概率分布的假設(shè)檢驗方法確定。檢驗的顯著性水平可取0.05”。事實上,很多材料如鋼筋、混凝土、鋼材、砌體,乃至于巖土的內(nèi)摩擦角、黏聚力的標(biāo)準(zhǔn)值都是按上述要求確定的。就連《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021 -2001 (2009年版)第2. 1. 13 條也認(rèn)為,巖土參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,即“巖土參數(shù)的基本代表值,通常取概率分布的0.05 分位值”。這就是說,標(biāo)準(zhǔn)值的數(shù)學(xué)特征就是概率分布的0.05 分位值。
在“2011 《地基規(guī)范》”中,有些稱為標(biāo)準(zhǔn)值的巖土參數(shù),如巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk、黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值ck和內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值φk等,都是取試驗破壞時的平均值乘以統(tǒng)計修正系數(shù)而得出,統(tǒng)計修正系數(shù)是按概率分布的0.05 分位值確定的;另有一些巖土參數(shù),如地基承載力等,被稱之為特征值(即允許值),則是取載荷試驗時與比例界限點相對應(yīng)的承載力(且不大于破壞時的極限荷載的一半或1/3),并進(jìn)行簡單的數(shù)學(xué)處理(如剔除異常數(shù)據(jù)并取其平均值)而得出,與概率分布毫無關(guān)系。
由此可見,地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,必須是概率分布的0.05 分位值。而地基承載力特征值(即允許值),只進(jìn)行簡單的數(shù)學(xué)處理甚至不進(jìn)行數(shù)學(xué)處理(如第5. 2. 4 條規(guī)定的經(jīng)驗值法)即可。兩者使用的數(shù)學(xué)處理方法是不相同的。
一方面認(rèn)為地基承載力特征值(即允許值)是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一,一方面又不用概率分布的方法來確定,不僅不符合文獻(xiàn)3、4 的規(guī)定,也從另一角度說明了地基承載力特征值(即允許值),并不是標(biāo)準(zhǔn)值的四個含義之一。
文獻(xiàn)3、4 都明確規(guī)定,結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時,應(yīng)采用材料性能標(biāo)準(zhǔn)值,若材料性能為抗力時,應(yīng)采用材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,亦即材料強(qiáng)度概率分布的0.05 分位值。所謂強(qiáng)度,應(yīng)是材料抵抗破壞的能力,即材料所能承受的最大應(yīng)力,而不是材料所能承受的最大應(yīng)力的若干份之一(最大應(yīng)力的若干份之一應(yīng)稱之為允許應(yīng)力不能稱之為強(qiáng)度或強(qiáng)度允許值)。同理,地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值也是指地基所能承受的最大荷載即極限值,而不是地基所能承受的極限值的若干份之一。實際上,巖土的單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk、黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值ck、內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值φk等都是指試驗時得出的最大值或極限值并經(jīng)數(shù)學(xué)處理得出的。所以地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值必須是強(qiáng)度或極限值的0.05 分位值。
地基承載力允許值(即特征值)則不同,它是取地基土的比例界限值或極限值的若干份之一,而不是取極限值。標(biāo)準(zhǔn)值和允許值(即特征值)的力學(xué)特征是不同的。這再一次證明,地基承載力允許值(即特征值)不是它的標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一,甚至都不能稱之為承載力,因為承載力或承載能力有“結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所能承受的最大內(nèi)力”之含義,所以“2011 《地基規(guī)范》”中地基承載力特征值(即允許值)的準(zhǔn)確稱呼應(yīng)是地基(巖土)的容許應(yīng)力。
采用材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值或地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(極限值)而不采用容許應(yīng)力或地基承載力允許值進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,是極限狀態(tài)設(shè)計方法和定值設(shè)計方法最根本的差別。所謂承載能力乃是指“結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所能承受的最大內(nèi)力,或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形時的內(nèi)力” (文獻(xiàn)1 第2.10.1 條第14款),只有采用材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值或地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(極限值),并按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計,才能保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠指標(biāo)和失效概率符合文獻(xiàn)3、4 的規(guī)定。而采用材料的容許應(yīng)力或地基承載力允許值并按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計是無法知曉其可靠指標(biāo)和失效概率的。
在“2011 《地基規(guī)范》”中,一方面認(rèn)為地基承載力特征值(即允許值)就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,一方面又用地基容許應(yīng)力(第2. 1. 3 條)來定義地基承載力特征值(即允許值),這不僅混淆了兩者的力學(xué)概念,也不相符合文獻(xiàn)3、4 的規(guī)定。
綜合以上三點差別可知,地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和地基承載力允許值(即特征值)的差別是極其明顯的,將地基承載力允許值視為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一是非常不恰當(dāng)?shù)?。?zhǔn)確地說,用地基承載力特征值來表征地基承載力允許值是非常不恰當(dāng)?shù)摹?/p>
前面分析了地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和允許值的三點差別,現(xiàn)在就它們的幾個細(xì)節(jié)問題進(jìn)行深入的討論。
(1)“2011 《地基規(guī)范》”第2. 1. 3 條《條文說明》中提到的“我國規(guī)范中‘標(biāo)準(zhǔn)值’的含義可以有特征值、公稱值、名義值、標(biāo)定值四種”的說法,基本上是沒錯的。需要解釋的是,其中的公稱值、名義值、標(biāo)定值等三個術(shù)語的概念是完全相同的。這在國內(nèi)文獻(xiàn)中都有據(jù)可查。如名義值,在文獻(xiàn)4 第2. 1. 30 條的定義是“用非統(tǒng)計方法確定的值”。它的英文術(shù)語是nominal value;公稱值,在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009 -2012 第3. 1. 2 條的《條文說明》中的解釋為,“目前,并非對所有荷載都能取得充分的資料,為此,不得不從實際出發(fā),根據(jù)已有的工程實踐經(jīng)驗,通過分析判斷后,協(xié)議一個公稱值(nominal value)作為代表值”,這就是說,公稱值是依據(jù)實踐經(jīng)驗協(xié)議得出的值;標(biāo)定值,則在文獻(xiàn)1 第9 節(jié)《條文說明》中有明確的解釋,其概念與上述公稱值相同,其英文術(shù)語也是nominal value。所以,公稱值、名義值、標(biāo)定值的準(zhǔn)確含義可采用文獻(xiàn)3 的定義,即“用非統(tǒng)計方法確定的值”。這樣一來,我國規(guī)范中“標(biāo)準(zhǔn)值”的含義,只有兩種:Characteristic Value 和nominal value,而不是四種。其中nominal value 可譯成名義值,或公稱值,或標(biāo)定值。
(2)誠然,Characteristic Value 直譯為特征值,但在我國,幾乎所有的規(guī)范都譯為標(biāo)準(zhǔn)值,同時把漢語中的標(biāo)準(zhǔn)值也譯為Characteristic Value (只有“2011 《地基規(guī)范》”譯為Standardized Value)。標(biāo)準(zhǔn)值和特征值雖然詞源相同,其概念的內(nèi)涵有細(xì)微區(qū)別。上一節(jié)中關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)值的概念,準(zhǔn)確地說應(yīng)當(dāng)是特征值的概念。此時的標(biāo)準(zhǔn)值就是特征值,標(biāo)準(zhǔn)值的概念和就是特征值的概念,都是概率分布的0.05 分位值。若因某種原因無法通過數(shù)理統(tǒng)計得出特征值時,才取名義值作為標(biāo)準(zhǔn)值。這是一種無奈的選擇,所以文獻(xiàn)3 只將概率分布的0.05 分位值作為標(biāo)準(zhǔn)值的定義,而略去了名義值的存在。只是稍后,在制定文獻(xiàn)4 時,才將標(biāo)準(zhǔn)值的含義擴(kuò)展到名義值,使標(biāo)準(zhǔn)值的定義更符合我國國情。
雖然標(biāo)準(zhǔn)值有特征值和名義值兩種含義,但在確定標(biāo)準(zhǔn)值時,特征值要優(yōu)先于名義值,只有堅持“特征值優(yōu)先于名義值”的原則,才能體現(xiàn)出極限狀態(tài)設(shè)計方法是以概率理論為基礎(chǔ)的重要特性。把特征值、公稱值、名義值、標(biāo)定值并列而不分主次,嚴(yán)格說來是不確切的,會給人一種誤解,似乎是特征值和名義值都可以毫無條件的稱為標(biāo)準(zhǔn)值。實際上用名義值充當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)值是有條件的,其條件是無法計算出特征值。
(3)在我國規(guī)范中,特征值和無法確定特征值時的名義值,都可稱之為標(biāo)準(zhǔn)值。但是在確定材料強(qiáng)度或地基承載力(巖土強(qiáng)度)名義值時,必須是材料強(qiáng)度或地基承載力(巖土強(qiáng)度即巖土極限承載力)的真實反映,如果反映的是材料強(qiáng)度或地基承載力(巖土強(qiáng)度)的一半或三分之一,還是不能稱之為名義值,也不能稱之為材料強(qiáng)度容許值或地基承載力容許值,只能稱之為容許應(yīng)力值(permissible stress value)。
(4)之所以采用特征值(即允許值)作為地基承載能力設(shè)計時的地基抗力指標(biāo),是為了“避免過去一律提‘標(biāo)準(zhǔn)值’時所帶來的混淆”。這一解釋很令人費解。當(dāng)前,幾乎所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,材料的抗力(強(qiáng)度)指標(biāo),如混凝土、鋼筋、磚石砌體、鋼材等等,都使用標(biāo)準(zhǔn)值作為基本代表值,似未聽說有什么混淆,就是在“2011 《地基規(guī)范》”中,有些巖土性能,如黏聚力和內(nèi)摩擦角等也都采用標(biāo)準(zhǔn)值作為基本代表值,似也未有混淆之說。尤其是在使用室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗方法來確定完整、較完整和較破碎巖石的地基承載力特征值的計算公式(5.2.6)中同時出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)值和特征值,并且是由標(biāo)準(zhǔn)值計算出特征值,也都沒帶來混淆。相反的是,用特征值表達(dá)允許值后,反而混淆了標(biāo)準(zhǔn)值、特征值、允許值三者之間的關(guān)系,甚至推演出允許值等于標(biāo)準(zhǔn)值的疑似悖論。進(jìn)而將容許應(yīng)力法視為極限狀態(tài)設(shè)計方法中的正常使用極限狀態(tài),又混淆了兩類設(shè)計方法的概念。
通過上述分析和討論,不難得出“地基承載力允許值等于它的標(biāo)準(zhǔn)值”這一疑似悖論的原因,那就是在“2011 《地基規(guī)范》”中,實際存在兩個不同的特征值,其一是“標(biāo)準(zhǔn)值四個含義之一”的特征值,由試驗的極限值(破壞值)概率分布的0.05 分位值確定;其二是“實際即為地基承載力允許值”的特征值,由載荷試驗時的比例界限且不大于極限值一半或1/3 來確定。兩個概念不同的特征值的并存,不僅混淆了標(biāo)準(zhǔn)值和允許值的關(guān)系,也不符合術(shù)語名稱單一性的原則。所謂術(shù)語名稱單一性,就是“在一個專業(yè)領(lǐng)域內(nèi),一個術(shù)語只有一個概念,一個概念只用一個術(shù)語來表達(dá)”[5]。
正是由于兩個內(nèi)涵完全不同的概念用一個術(shù)語來表述,才出現(xiàn)了“地基承載力允許值就是它的標(biāo)準(zhǔn)值”這種疑似悖論的結(jié)果,解決這一問題的最簡單的方法就是將“2011 《地基規(guī)范》”第2.1.3 條所定義的壓力值,即將“由載荷試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對應(yīng)的壓力值,其最大值為比例界限值”改稱為容許應(yīng)力值。同時在規(guī)范條文中坦誠而明確地說明,地基承載能力的計算采用的是容許應(yīng)力法而非極限狀態(tài)設(shè)計方法中的正常使用極限狀態(tài)。
這種更改是有根據(jù)的,也是符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。固然,在文獻(xiàn)3 第1.0.3 條對地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的制定提出了較苛刻的要求:“宜遵守本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原則”。但在稍晚發(fā)布的GB 50153 -2008第1.0.3 條卻放寬了要求: “當(dāng)缺乏統(tǒng)計資料時,工程結(jié)構(gòu)設(shè)計可根據(jù)可靠的工程經(jīng)驗或必要的試驗研究進(jìn)行,也可采用容許應(yīng)力或單一安全系數(shù)等經(jīng)驗方法進(jìn)行”。同時在《條文說明》中不僅挑明了,“2011 《地基規(guī)范》”中地基設(shè)計采用的是容許應(yīng)力法和基礎(chǔ)設(shè)計采用的是極限狀態(tài)法的事實,還對這一做法給予了肯定。認(rèn)為積極推廣和廣泛采用以概率理論為基礎(chǔ)以分項系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計方法,并不意味著排斥其它有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。
通過上述分析和討論,可知地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和允許值,是兩個不同的概念,兩者完全不相同。而特征值則是標(biāo)準(zhǔn)值的兩種含義之一,同允許值是兩個不同的概念。
地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值即特征值是表征地基巖土強(qiáng)度的基本代表值,它的內(nèi)涵是地基巖土強(qiáng)度概率分布的0.05 分位數(shù)。在這一點上,國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)都是相同的。由于它是結(jié)構(gòu)可靠度理論發(fā)展到極限狀態(tài)設(shè)計階段的產(chǎn)物,且源于試驗數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計,比較客觀,如按極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計,可以知曉結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力的失效概率大致在什么范圍內(nèi)。
地基承載力允許值(實際為地基的容許應(yīng)力值),其內(nèi)涵為載荷試驗的極限值除以安全系數(shù)的商且不大于比例界限值,安全系數(shù)是根據(jù)工程經(jīng)驗確定的,是結(jié)構(gòu)可靠性理論在定值設(shè)計方法階段的產(chǎn)物,與極限狀態(tài)設(shè)計方法無關(guān)。
在“2011 《地基規(guī)范》”中,之所以產(chǎn)生地基承載力允許值為它的標(biāo)準(zhǔn)值的四個含義之一的疑似悖論,其原因在于,把地基承載力允許值稱之為地基承載力特征值。若將“2011 《地基規(guī)范》”中的特征值改為容許應(yīng)力值,正常使用極限狀態(tài)設(shè)計方法改為容許應(yīng)力法,問題就將獲得圓滿的解決。
1 GBJ I32 -90,工程結(jié)構(gòu)設(shè)計基本術(shù)語和通用符號[S]
2 本書編委會,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范理解與應(yīng)用 (第二版)[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社. 2012,1 -5.
3 GB 50068 -2001,建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S]
4 GB 50153 -2008,工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S]
5 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司,工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編制指南[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009,25.