在 美 國地 區 應用 最廣 泛且 最具 代表 性之 設計 規範 為「 統一建築 規範」
(Uniform Building Code)及 「公路 橋 梁標 準規 範」 (Standard Specifications for Highway Bridges)規 範, 前 者 為房屋 建 築之一 般 規定, 偏 重於小 型 建築 物,
後 者 雖 為 橋 梁 規 範 , 但 因 橋 梁 工 程 屬 較 大 型 之 公 共 建 設 , 基 址 環 境 條 件 多 變 化 , 而 該 規 範 又 為 聯 邦 公 路 設 計 之 規 範 , 為 一 高 水 準 且 應 用 廣 泛 之 規 範 ,向 為 國 內各 工 程 設計 之 主 要參 考 資 料 。
2-1 統 一 建 築 規 範 (UNIFORM BUILDING CODE, 1997)
以下 僅 摘 錄與 基 礎 設計 有 關 之 條文 , 為 維持 原 意 ,所 摘 錄 之條 文 將保 留 原 有章 節 編 號, 便 於 日後 查 詢 。
2-1-1 結構設計要求 第十六章 結構設計要求 第一部 一般設計要求
1612- 載重 組 合
1612.2 LRFD(Load and Resistance Factor Design)載重 組 合 1612.2.1 基 本 載 重組 合
1.4D (12-1)
1.2D+1.6(Lr或 S)+(f1L+0.8W) (12-3)
行分 析 。
1612.4 特 殊 地 震載 重 組 合
根據 第 16 章(Div. IV)或 18 至 23 章 之特別要 求,LRFD 與 ASD 均 須考 慮 下 列極 限 地 震之 載 重 組 合:
1.2D+f1L+1.0Em (12-17)
0.9D±1.0Em (12-18)
式(12-1)至 式 (12-18)中 , D: 靜 載 重
E: 地震 力 Em: 極限 地 震 F: 液 壓
H: 土 壤 之總 壓 力 (土 壓 和 水壓 ) L: 活載 重
Lr: 屋 頂 活載 重 P: 積 水 載重 S: 雪 荷 載 T: 束制 力 W: 風 力
f1=1.0 a.供 公 眾 使用 場 所 b.活 載 重超 過 500kg/m2
c.車 庫
f1=0.5 其 他活 載 重
f2=0.7 非 平板 屋 面 (例如 鋸 齒 狀) f =0.2 平 板屋 面
2-1-2 基礎與擋土牆 第十八章 基礎與擋土牆 第一部 一般
1802- 品質 與 設 計
基礎 工 程 之材 料 品 質與 設 計 須 符合 第 18、 19、 21、 22 與 23 章 之 要求 。
開挖 與 填 土須 符 合 第 33 章 之 要求。
容許 承 載 力、 容 許 應力 及 其 計 算均 應 採 用 1612.3 條 之容 許 應 力載 重組 合 。
1804-基 地 調 查
1804.2 調查
在 地 震 三區 及 四 區之 建 築 基地 , 應 依 主管 機 關 之要 求 進 行土 壤 液 化及 土 壤 不穩 定 之 評估 。
1804.5 土壤 液 化 潛能 與 強 度損 失
應 依 1804.2 條 之 規 定進 行 土 壤液 化 潛 能調 查 , 評 估土 壤 液 化與 強 度損 失 之後果,包括 不 均勻沉 陷、側向位 移 或土 壤承 載力 之減 小 , 並提 出 防 治方 法 。
土壤 液 化評估 所 採 用之 工 址 尖峰 地 表 加速 度 值,應 符合 1631.2 條 (Ground Motion)所 規 定之 超 越 機率 最 低 標準( 50 年 內 10%之 超越 機率 ) , 亦可 根 據 工 址特 性 進 行土 壤 放 大效 應 研 究後 決 定 之, 在
無特 定 研 究資 料 時 ,尖 峰 加 速度 值 可 採 用表 16-I 之 震 區係 數 值 。
表 16-I 美 國 地震 分 區 係數 值
地 震 分區 1 2A 2B 3 4
係 數 Z 0.075 0.15 0.20 0.30 0.40
1805-基 礎 容 許承 載 力 與側 向 壓 力
基 礎 容 許承 載 力 與側 向 壓 力不 應 超 出 表 18-I-A 之 值, 使 用 較高 之 設計 值 時 應有 實 質 資料 送 審 。 表 18-I-A 可 用於 一 般 輕型 建 築 物基 礎之 設 計,例 如 Type Ⅱ One-hour,Type Ⅱ -N 與 Type Ⅴ 中 不 超過 三 層 之建 築 物 ,或 連 續 基腳 載 重 小 於 29.2kN/m 與 獨 立 基腳載 重小 於 222.4kN 者 。
1806-基 腳
1806.1 一般
表 18-I-C 規 定 各種 基 腳 之最 小 埋 置深 度 , 且必 須 在 凍 結線 以 下 之 深度 。
1806.2 基腳 設 計
基 腳 設 計應 使 差 異沉 陷 量 及膨 脹 土 之 效應 減 至 最小 。 1806.3 承重 牆
承 重 牆 之最 小 尺 寸應 符 合 18-I-C 之規 定 。 1806.4 階梯 式 基 礎
基地 地 面面坡 度 超過 10%(1V:10H)時應設 置階 梯式 基礎,使基 礎表 面及 底 面 維持 水 平。
1806.5 位於 或 鄰 近坡 面 之 基腳 1806.5.1 適 用範 圍
位於 或 鄰 近 33.3%坡 度(1V:3H)之 建 築物 應 符 合本 條 所 列之 各 項 規 定 。
1806.5.2 建 築物 距 上 坡之 淨 空 問距
建 築物 距上 坡應 有足 夠淨 空以 確保 其受 免 邊坡排 水、沖刷 與 淺層 破 壞之 影 響,除 了 1806.5 條 與 圖 18-I-1 之規 定 外 ,尚 須 遵 循下 列 準則:當 邊 坡 大於 1V:1H 時,坡址應 定義 在基 腳水 平面 與 通過 邊 坡最 突 出 點 °45 平 面 之交 點 ; 當坡 址 設 有 擋土 牆 時 ,坡 高 以 牆 頂 至坡 頂 之 距離 計 算 之。
1806.5.3 建 築物 距 下 坡之 退 縮 距離
位 於或 鄰近 坡面 之基 腳應 座落 於堅 質地 層 上,並 有足 夠之 埋 置深 度 (embedment)與 退 縮距 離 (setback),以提供 基 礎之 垂直 及側 向支 承 力,除了 1806.5 條 與 圖 18-I-1 先規定 外,尚 須 遵 循 下 列 準 則 : 當 邊坡 大 於 1V:1H 時, 退 縮 距離 應 以 距通 過 坡 址 °45 平 面 之距離 計 算之 。
1806.5.4 游 泳池
游 泳池 之退 縮距 離應 為本 節所 述建 築物 基 腳退縮 距 離之半,距坡 頂 水平 距 離 2.134m 內之 游 泳 池側 牆 應 能單 獨 承 受水 池 之 側壓 力
( 不考 慮 土 壤支 承 力 )。
1806.5.5 基 礎高 程
在 具坡 度之 基地 上,所 有外部 基礎 之頂 面均 須延 伸至 高於 路面排 水 溝高 程 30cm 以 上及 2%之排 水 坡 度, 採 用 其他 高 程 設計 時 須 確 保基 地 內 所有 位 置 均可 順 利 排水 。
1806.5.6 淨 空與 退 縮 距離 之 替 代方 案
採 用替 代方 案之 淨空 或退 縮距 離時 須經 建 築主管 機 關審核,須由 合 格之 工程 師提 出符 合本 節內 涵之 調查 報 告及建 議 書,內 容包含 材 料、 坡 高 、坡 度 、 荷重 及 沖 刷特 性 等。
1806.8 側 向支 承 力 設計 最 小埋 置 深 度之 規 定
回 填材 料 之 規定 ( 混 凝土 與 淨 砂土 ) 限 制條 件 ( 土層 之 摩 擦係 數 不 得大 於 0.5)
圖 18-I-1 建 築 物 退縮 距 離 示意 圖
表 18-I-A 基礎 容 許 垂直 及 側 向承 載 壓 力
1807-基 樁 之 一般 要 求 1807.3 容許 支 承 力
基 樁 之 容許 軸 向 與側 向 支 承力 應 由 認 可之 公 式 、樁 載 重 試驗 或 基 礎調 查 決 定之 。
1807.4 樁載 重 試 驗
由 樁 載 重試 驗 結 果決 定 容 許支 承 力 時,可 由 下 列方 法 之 一:
1. 降 伏 載重 之 50%, 降 伏載 重 為 試驗 時 開 始產 生 不 成 比例 沉 陷 之 載 重 。
2. 淨 沉 陷量為 0.564mm/kN 之 載重之 半,淨沉 陷 量 係指 加 壓 載重靜 置 24 小後 之 殘 留沉 陷 量。
3. 試 驗 載重 靜 置 40 小 時 後 無繼 續 沉 陷現 象 之 載重 之 半 。 1807.5 柱作 用
樁 應 依 其未 支 撐 長度 檢 核 挫屈 應 力 , 在堅 硬 地 盤中 之 固 定點 可 假 設在 5 呎 深度 處 , 對軟 弱 土 層 則可 假 設 位於 10 呎深 度 處。
1807.6 群樁 效 應
應 用 任 何經 建 管 人員 核 可 之合 理 方 法 或公 式 折 減之 。 1807.7 沉陷 地 區 之基 樁
應 考 慮 負摩 擦 力 。 1807.11 較 高容 許 應 力值
由 土 壤 工程 師 提 送實質 基 礎調查 資 料,且 經 建築主 管 機關 核可,
得 使 用 較 1808 條 所規 定 更 高之 容 許 應力 值。
1808-基 樁 之 特別 要 求 1808.1 木樁
1808.2 無套 管 場 鑄樁 細長 比 l /d<30
混 凝 土 容許 應 力 fca≦ 0.33f c'
鋼 筋 容 許應 力 fsa≦ 0.34fy或175.7Mpa 1808.3 金屬 套 管 場鑄 樁
1808.4 預鑄 混 凝 土樁 1808.5 預鑄 預 力 混凝 土 樁 1808.6 型鋼 樁
1808.7 鋼管 樁
1809-地 震 三 區與 四 區 之基 礎 設 計 1809.1 一般
1809.2 土壤 承 載 力
1809.3 上部 構 造 物與 基 礎 接頭 1809.4 基礎 與 土 壤介 面
1809.5 基樁 與 沉 箱之 特 別 規定
基 樁 、 沉箱 與 樁 帽 之設 計 須 符合 1603 條 之 規 定。
基 樁 在 1.2 倍第 一 不 動點 深 度 範圍 內 之 設計 應 符 合特 別 規 定。
2-2 公路橋梁標準規範
(STANDARD SPECIFICATIONS FOR HIGHWAY BRIDGES, 1996)
本 節以 下僅 摘錄 與基 礎 設計有 關 之條文,為 維持原 意,所 摘 錄之條
E = 土 壓力 S = 乾縮
B = 浮 力 T = 溫度
W = 結 構物 之 風 力 EQ = 地震 力 WL = 活 載重 上 之 風 力 SF = 水流 壓 力 --(150kg/m) ICE = 冰壓 力
3.22.2 用 工作 載 重 設計 法 時 ,各 類 載 重組 合 之 基 本單 位 應 力百 分 比 見表 3.22.1A
各 分類 所示 之載 重與 力 量參見 3.3 節至 3.21 節,設 計時應 採 用 最大 者 以決 定 斷 面。
3.22.3 用 強度 設 計 法時 , 表 3.22.1A 之 γ與 β因 數, 僅 作 為以 載 重 因數 之 觀 念 設計 構 件 與基 礎 時 使用 。
3.22.4 長跨 徑 之 結構 物 使 用載 重 因 數 設計 時, 載重 因 數 設計 中 之 γ與 β因 數 僅表 示為 一般 情況,如 工程師 判 斷其各 種 載重,使用情 況 或 施工 材 料與 本 規 範有 所 不 同時, 載 重 因數 應 予 增加 。
3.22.5 結構 物 得 依使 用 單 位所 定 超 載 分析 之 , 超載 之 型 式、 大 小 、載 重 組 合及 荷 重 分佈 應 符 合該 使 用 單位 之 規 定。本 項 超 載應 用 IB 組 合 如 表 3.22.1A。對 所 有 小於 H20(M18)之 載重 應 使 用 IA 載 重組 合。
表 3.22.1A γ與 β係數 表
**百 分 率 = ( )×100 容許基本單位應力
使用比值 最大單位應力
用 於 工作 載 重 設計 法:
%(表 3.22.1A 第 14 行 )為基 本 單 位 應力 之 百 分比 。
僅承 受 風 力之 所 有 構材 與 接 合 ,其 容 許 單位 應 力 不得 增 加 。 涵洞 載 重 規範 詳 見 6.2。
βE=1.0 用於 所 有 其他 結 構 物之 垂 直 及 側向 載 重。
βE=1.0 及 0.5 用 於 剛 構架 之 側 向載 重 (核算 該 二 數之 組 合 載重 後 取 其 支 配者 ), 見 3.20 節 。
用 於 強度 設 計 法:
βE=1.3 用於 擋 土 牆及 剛 構 架( 剛 性 涵洞 除 外) 之側 向 土 壓力 。 對 於 靜 止土 壓 力 可取 βE=1.15。
βE=0.5 用於 核 算 剛構 架 承 受側 向 土 壓 力之 正 彎 矩時 。 βE=1.0 用於 垂 直 土壓 力 。
βD=0.75 用 於 核算構 材 之最小 軸 力 與最 大 彎 矩或 與 最 大偏 心 距(用 於 柱 之設 計 ) 。
βD=1.0 用 於 核算 構 材 之 最大 軸 力 與最 小 彎 矩( 用 於 柱之 設 計 )。
βD=1.0 用 於 受撓 與 受 拉 構材。
βE=1.0 用於 剛 性 涵洞 包 括 R.C.箱涵 。 βE=1.5 用於 撓 性 涵洞 。
第 Ⅹ 載 重分 類 (涵洞 ): βE因數 可 應 用於 垂 直 及水 平 載 重。
2-2-2 基礎 第四節 基礎
PART A 一般要求與材料
4.1 一般
基 礎設 計可 依本 節所 規 定之工 作 載重法 或 強度設 計 法設計 之,前者 採 用工 作載 重與 容許 應 力之觀 念 進行設 計,而後 者 採用因 數 載重與 因 數強 度 之 觀念 進 行 設計 。
PART B 工作載重設計法
4.4 展式 基 腳
4.4.7.1 承 載力
基 礎地 層 之 極限 承 載 力應 考 慮 全 面剪 力 破 壞以 及 局 部剪 力 破 壞之 情 況, 並 考 慮基 礎 形 狀、 傾 斜 載重 及 地 表 面傾 斜 之 效應。
偏 心載 重 之 偏心 距 , 在任 一 方 向 均不 得 大 於該 方 向 基腳 寬 度 之 1/6
( 土壤 基 層 時) 或 1/4( 岩 石基 盤 時 ) 。 對 於下 列 載 重組 合 之 最小 安 全 係 數為 3:
Group(1)=D+L+CF+E+B+SF
4.4.7.2 沉 陷量
總 沉陷 量 包 含瞬 時 沉 陷、 壓 密 沉陷 與 次 壓 縮沉 陷 , 即
S =t S +e S +c S s
計 算 Se時 所 根據 之 載 重為 D+(L+I)n, 計算Sc與Ss時 所 根據 之 載 重 則僅 為 D。
容 許位 移:
相 對轉 角 (δ′ )應小 於 0.005( 簡 支梁 ) 或 0.004( 連續 梁) 。 /l 水 平位 移 (δh)應 小 於 1 英 吋 (兼 有 垂 直位 移 同 時產 生 時) 或 1.5 英 吋 (無 顯 著 垂直 位 移 時)
4.4.8 整 體穩 定 性
基 腳整 體 穩 定性 之 安 全係 數 應 符 合下 列 要 求:
一 般 基腳 斜坡 上 或 擋土 牆 後 基腳 土 壤 剪 力強 度 由 現地 或 室 內
試 驗 求得
1.3 1.5
其 他 情 況 1.5 1.8
4.6 鑽掘 樁
4.6.5 大 地工 程 設 計
鑽 掘樁 設計 應根 據工 作 應力法 原 則,使 用 最大未 經 係數化 之 載重。
4.6.5.1 土 層中 之 軸 向 承載 力
鑽 掘樁 於 承 受壓 力 及 拉力 時 之 極 限承 載 力 Qu l t分別 為 Q =ult Qs+QT- W
Qult≦ 0.7Qs+ W
其 中 QS為 樁 身摩 擦 力 , QT為樁 尖 承 載力 , W 為 樁 體 本身 之 重 量。
鑽 掘樁 之 容 許軸 向 載 重為 Qall=Qult/FS
其 中 FS 為安 全 係 數, 根 據 現地 樁 載 重 試驗 結 果 計算 時 , 可取 FS =2,對 於 施 工良 好 之 正常 狀 況 ,可 取 FS =2.5, 若對 於 施 工品 質 無 法確 保 時 ,則 應 採 用較 高 之 安 全係 數。
4.6.5.5 沉 陷量
鑽 掘樁 在 工 作載 重 作 用下 之 沉 陷 量應 使 用 彈性 法 或 荷重 傳 遞 法分 析 ,前 者適 用於 中等 載 重之情 況 ,而於 應 力較高 時 則應使 用 後者。
在 土層 中之 短期 沉陷 可 根據 Reese & O'Neill (1988)之無因次 荷 重傳
在 土層 中之 短期 沉陷 可 根據 Reese & O'Neill (1988)之無因次 荷 重傳