基础工程课程设计--钢筋混凝土柱下独立基础设计.doc

《基础工程》课 程 设 计
目录

1、钢筋混凝土柱下独立基础设计………………………………………1
1.1 已知条件………………………………………………………1
1.2 持力层的选择…………………………………………………1
1.3 地基承载力特征值及修正……………………………………1
1.4 确定基础底面尺寸……………………………………………2
1.5 软弱下卧层承载力验算………………………………………3
1.6 计算沉降量……………………………………………………3
1.7 基础剖面设计及配筋计算……………………………………5
1.8 绘制施工图……………………………………………………7
2、桩基础设计……………………………………………………………8
2.1 已知条件………………………………………………………8
2.2 桩的类型及截面尺寸的选择…………………………………8
2.3 桩端持力层、承台埋深的选择及单桩竖向承载力的计算…………………………………………………………………………8
2.4 确定桩数、间距及平面布置…………………………………9
2.5 承台设计……………………………………………………10
2.6 沉降计算……………………………………………………13
2.7 绘制施工图…………………………………………………15

设计一：
钢筋混凝土柱下独立基础设计
1.1 已知条件
按照《基础工程》课程设计任务书（见附录）中的要求得知：竖向力;力矩M=155KN•m；水平荷载H=10+9=19KN；准永久组合F=609-50=559KN。
1.2持力层的选择
依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011(以下简称《规范》)，在保证建筑安全和正常使用的前提下，基础应尽量浅埋，一般情况下不小于0.5m。根据荷载和地基条件，应初步考虑以③层黏土层为独立基础的持力层。基地埋深为2.0m，选择矩形基础。
1.3地基承载力特征值及修正
由表一知：黏土层承载力特征值为、孔隙比、液性指数。查表（参3）2-15得：
那么修正地基承载力特征值公式：
其中：
：

估计基础宽度小于3m,那么取b=2。
则

1.4确定基础底面尺寸
1.4.1按中心荷载初步估算基底面积

1.4.2考虑到偏心荷载作用，将基地面积扩大1.3倍，即

采用。
1.4.3验算基底面积
按照《建筑地基基础设计规范》，基底应力必须满足一下要求：

按假定的基础底面面积,基底的最大和最小的边缘压力：

其中：

那么：

满足要求

1.5软弱下卧层承载力验算
下卧层承载力验算要满足：
1.5.1基底压力

1.5.2作用于软弱下卧层上的压力
软弱下卧层顶面的自重应力：

软弱下卧层顶面的附加应力：

z=3.6m,z/b=1.8,。查（参3）表2-17，取应力扩散角。
数据代入式中得：

1.5.3下卧层顶面总压力
<
满足要求
1.6计算沉降量
地基沉降计算采用分层总和法，荷载组合采用准永久组合。
1.6.1基地附加压力
基地压力：
基底附加压力：
1.6.2沉降量
据《规范》5.3.5条，则

a/b=3/2.1=1.43,则平均附加应力系数表：
z/m
z/b

Es/
0
0
1.0
8.4
0.6
0.3
0.969
8.4
1.8
0.9
0.770
8.4
2.4
1.2
0.663
8.4
3.6
1.8
0.513
8.4
4.6
2.3
0.429
3
5.6
2.8
0.336
3
6.6
3.3
0.320
11.8
7.6
3.8
0.284
11.8
8.4
4.2
0.260
11.8
=36.04

计算到基础地面以下7.6m即可。

1.7基础剖面设计及配筋计算
混凝土采用C20()，钢筋选用HRB335,钢筋抗拉强度设计值为fy=300；采用锥形基础，基础高度取600mm，基底有100mm垫层，保护层取50mm厚。
1.7.1荷载组合
进行扩展基础的计算应采用作用的基本组合。按地基设计规范，作用的基本组合可采用标准组合乘以1.35的分项系数，即。因此作用在基础上的外荷载，，。
1.7.2基础地面净反力
荷载偏心距
基底净反力

1.7.3基础冲切验算
（1）面积上地基总净反力计算
由（参3）式（2-66）

=0.8375
按面积上作用着计，则

(2)验算冲切破坏面的抗剪承载力

因为混凝土，其轴心抗压强度设计值为

满足

1.7.4柱边基础弯矩计算
柱边与远侧基础边缘距离

柱边处的基底净反力

I截面弯矩：

=
=202.5
II截面弯矩：

=
=58.46
1.7.5配筋计算
对于I-I截面：
钢筋面积
采用15B12＠200的钢筋，，平行于II截面布置。
对于II-II截面：
钢筋面积
采用6B10＠200的钢筋，，平行于I-I截面布置。

1.8施工图绘制
见1号图纸结构1，独立基础平面图和剖面配筋图。

设计二：
桩基础设计
2.1已知条件
按照《基础工程》课程设计任务书中的要求得知：竖向力;力矩；准永久组合D的竖向力F=6409-50=6359KN。
2.2桩的类型及截面尺寸的选择
采用截面为的预制钢筋混凝土、竖向抗压、非挤土、端承方桩。
2.3桩端持力层、承台埋深的选择及单桩竖向承载力的计算
2.3.1桩端持力层及承台埋深
根据荷载和地质条件，应初步考虑以第⑤层中sha层为桩端持力层。桩端进入持力层为1.3m,桩长10m，承台埋深为1.6m。
2.3.2单桩竖向承载力
据《规范》8.5.6-1条，估算单桩承载力特征值：

其中：

查表2数据得：

=749.8kN

2.4确定桩数、间距及平面布置
2.4.1确定桩数
初步确定桩数
先假设承台尺寸为，厚度为，承台及其上土平均重度为，则承台及其上土自重的标准值为：

根据（参3）式（4-37）
可取9根桩，设承台的平面尺寸，图见
‚群桩中单桩承载力验算
按照设计的承台尺寸，计算
单桩的平均竖向力：

故符合要求。
按照（参3）式（4-39）计算单桩偏心荷载下最大竖向力为
=748.52+=798.4
因
故满足要求。
承台可取9根桩进行设计。

2.4.2间距及平面布
承台平面尺寸为，桩间间距取1200mm。平面布置图下：

2.5承台设计
在承台设计中，取相应于作用基本组合有效的设计值，可按下式计算：，所以，。
承台下设厚度100mm，强度等级为C10的混凝土垫层，保护层为50mm，则；混凝土强度等级取C20，混凝土抗拉强度为，钢筋选用HRB335,钢筋抗拉强度设计值为。
2.5.1抗弯计算与配筋设计
各桩不计承台以及其上土重G部分的净反力为：
各桩平均竖向力
最大竖向力

对于I-I断面：

钢筋面积为
采用25B22＠135的钢筋，，平行于轴布置。

对于II-II断面：

钢筋面积为
采用24B22＠140的钢筋，，平行于轴布置。
2.5.2承台抗冲切验算
据《规范》8.5.19条：
柱的向下冲切验算
有

则

=
=
柱顶的平均净反力

有

满足条件。
‚角桩的冲切验算
冲切力必须不大于冲切抗力，即满足

式中，则

抗冲切力=
=
符合要求。
2.5.3承台抗剪切验算
据《规范》8.5.21条，剪切力V必须不大于抗剪切力，即满足

对于I-I截面：

抗剪切力=
符合要求。
对于II-II截面:

抗剪切力=
符合要求。
2.6沉降计算
沉降计算采用实体深基础计算方法，计算中心点沉降。沉降计算采用荷载的准永久组合。
利用荷载扩散法计算桩端处的附加应力：
根据（参3）式（4-27）

式中：

则
据《规范》5.3.5式：

对于扩散后实体基础(扩散后a=b=4.55)，查《规范》附录表K.0.1-2，确定平均附加应力系数，计算结果见下表：

0
0
1.000
0
20
0
0
0
2.3
0.5
0.897
2.0631
20
28.13
28.13
0.703
3.2
0.7
0.817
0.5513
20
7.52
35.65
0.891
4.6
1
0.698
0.5964
19.6
8.30
43.95
1.099
7.0
1.52
0.544
0.5972
19.6
8.31
52.26
1.307
9.2
2
0.446
0.2952
27
2.98
55.24
1.381
11.5
2.5
0.375
0.2093
27
2.11
57.35
1.434
13.8
3
0.322
0.1311
27
1.32
58.67
1.467

计算到桩端一下11.5m即可。

=

2.7绘制施工图
见1号图结构1承台平面布置图和承台配筋图。

参考文献
（1）建筑桩基技术规范（JGJ94-2008），中国建筑科学研究院，中国建筑工业出版社，2008。
（2）桩基工程手册，史佩栋主编，中国建筑工业出版社，2008
（3）基础工程（第3版），周景星等编，清华大学出版社，2015。
（4）建筑地基基础设计规范（GB50007－2011），中华人民共和国建设部编，中国建筑工业出版社。

附录
《基础工程》课程设计任务书
（一）上部结构资料
某框架结构柱网图如下，柱截面为400 mm400mm，荷载的标准组合为：=（600+学号后两位数字），=（700+学号后两位数字），=（800+学号后两位数字）。力矩=155，水平荷载=（10+学号后一位数字）。相应于准永久组合的竖向力，用于沉降计算。

自上而下土层依次如下：
①号土层：杂填土，层厚0.5m含部分建筑垃圾。
②号土层：粉质粘土，层厚1.3m，软塑，潮湿。
③号土层：黏土，层厚3.8m，可塑，稍湿。
④号土层：淤泥质粉土，2m。
⑤号土层：细砂，层厚2.8m，中密。
⑥号土层：强风化砂质泥岩，厚度未揭露。
水文地质条件
（1）拟建厂区地下水对混凝土结构无腐蚀性。
（2）地下水位深度：位于地表下1.6m。
（二）设计内容
方案一：钢筋混凝土柱下独立基础（必作）；
学号最后一位数字是1、3、9的选取角柱荷载进行设计计算。学号最后一位数字是4、6、8的选取边柱荷载进行设计计算。学号最后一位数字是0、2、5、7的选取中柱荷载进行设计计算。例如学号最后两位数字是32，则竖向力为=800+32=832, 水平荷载=12。相应于准永久组合的竖向力=782。
表1 地基岩土物理力学参数（用于浅基础设计）
土层编号
土的名称
重度/
孔隙比
液性指数

粘聚力
/
内摩擦角
/°
压缩模量 /
基床反力系数/
承载力特值/
①
杂填土
18
--
--
--
--
--
--
--
②
粉质粘土
20
0.65
0.84
34
13
7.5
19
130
③
黏土
19.6
0.58
0.78
25
23
8.4
23
190
④
淤泥质粉土
17.0

11
14
3
6

⑤
细砂
21
0.62
--
--
30
11.8
22
250
⑥
强风化砂质泥岩
22
--
--
--
--
27
54
310

Ø 柱下独立基础设计步骤及内容
1、选择持力层
2、计算地基承载力特征值，并修正
3、计算基础所需底面尺寸
4、软弱下卧层承载力验算
5、沉降量计算
6、设计基础剖面，并计算配筋
7、绘制施工图。
方案二：柱下条形基础或桩基础（二选一）
Ø 柱下条形基础设计
地基土物理力学指标如表1所示。若选择进行条形基础设计，学号最后一位数字是1、4、7的选取荷载——对应纵向轴线上的两跨基础梁进行设计，学号最后一位数字是2、5、8的选取荷载———对应横向轴线上的三跨基础梁进行设计，学号最后一位数字数字是0、3的选取荷载——对应纵向轴线上的两跨基础梁进行设计，学号最后一位数字数字是6、9的选取柱荷载———对应横向轴线上的三跨基础梁进行设计。岩土设计参数按表1选用。

设计步骤及内容
1、选择持力层
2、计算地基承载力特征值，并修正
3、确定基础底面尺寸和剖面尺寸（软弱层强度验算及沉降量计算可不做）
4、计算基础内力（注：不可使用静定法）
5、计算配筋
6、绘制施工图。

Ø 桩基础设计
地基土物理力学指标如表2所示。上部结构传至设计地面标准组合的荷载标准组合为：=（6400+学号后两位数字）， =（7200+学号后两位数字）， =（8300+学号后两位数字）。力矩=（350+学号后一位数字）。相应于准永久组合的竖向力，用于沉降计算。
学号最后一位数字是1、3、9的选取规定的荷载进行设计计算。学号最后一位数字是4、6、8的选取规定的荷载进行设计计算。学号最后一位数字是0、2、5、7的选取规定的荷载进行设计计算。
例如学号最后两位数字是23，则竖向力为=6400+23=6423，力矩=350+3=353。相应于准永久组合的竖向力=6373。

表2 地基岩土物理力学参数（用于桩基础设计）
土层编号
土的名称
厚度 /
重度/
孔隙比
液性指数

/
/
压缩模量/
含水量
承载力特值/
①
杂填土
1.6
16
--
--
11
--
5
--
--
②
粉质粘土
2.2
19
0.65
0.84
28
1300
8.1
24
130
③
粘土
4.3
19.3
0.58
0.78
22
2100
9
36
190
④
淤泥质粉土
2.2
17

6

3
45
90
⑤
中砂
4.5
20.0

34
2550
20

260
⑥
细砂
3.8
21

--
36
2600
19.6

250
⑦
强风化砂质泥岩
足够深
22
--
--
40
3500
27

310
注：桩穿越各土层的平均内摩擦角等于20度。

设计步骤及内容
1、选择桩的类型（预制桩）及截面尺寸（建议在：方桩300mm300mm、350mm 350mm、400 mm 400mm、450 mm 450mm之间选择）
2、选择桩端持力层，承台埋深，根据经验参数计算单桩竖向承载力
3、确定桩数、间距及平面布置
4、桩身结构设计（采用预制桩可省去这部分设计）
5、承台设计
6、用荷载扩散法或扣除侧壁摩阻力法计算附加应力，进行沉降计算
7、绘制施工图

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