土力学与地基基础课程设计[1].doc

《土力学与地基基础》课程设计
第一部分 墙下条形基础课程设计
一、墙下条形基础课程设计任务书
（一）设计题目
某教学楼采用毛石条形基础，教学楼建筑平面如图4-1所示，试设计该基础。
图4-1平面图

（二）设计资料
⑴工程地质条件如图4-2所示。

杂填土
粉质粘土

淤泥质土

图4-2工程地质剖面图

⑵室外设计地面-0.6m，室外设计地面标高同天然地面标高。
⑶由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙∑F1K=558.57kN，山墙∑F2K=168.61kN，内横墙∑F3K=162.68kN，内纵墙∑F4K=1533.15kN。
⑷基础采用M5水泥砂浆砌毛石，标准冻深为1.2m。
（三）设计内容
⑴荷载计算 （包括选计算单元、确定其宽度）。
⑵确定基础埋置深度。
⑶确定地基承载力特征值。
⑷确定基础的宽度和剖面尺寸。
⑸软弱下卧层强度验算。
⑹绘制施工图（平面图、详图）。
（四）设计要求
⑴计算书要求 书写工整、数字准确、图文并茂。
⑵制图要求 所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图
纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。
⑶设计时间 三天。
二、墙下条形基础课程设计指导书
（一）荷载计算
1.选定计算单元 对有门窗洞口的墙体，取洞口间墙体为计算单元；对无
门窗洞口的墙体，则可取1m为计算单元（在计算书上应表示出来）。
2.荷载计算 计算每个计算单元上的竖向力值（已知竖向力值除以计算单元宽度）。
（二）确定基础埋置深度d
GB50007-2002规定dmin=Zd-hmax或经验确定dmin=Z0+（100~200）mm。
式中 Zd——设计冻深，Zd= Z0·ψzs·ψzw·ψze；
Z0——标准冻深；
ψzs——土的类别对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-1；
ψzw ——土的冻胀性对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-2；
ψze ——环境对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-3；
（三）确定地基承载力特征值fa

式中 fa——修正后的地基承载力特征值（kPa）；
fak——地基承载力特征值（已知）(kPa)；
ηb、ηb——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（已知）；
γ——基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度(kN/m3)；
γm——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度(kN/m3)；
b——基础底面宽度（m），当小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；
d——基础埋置深度（m）。
（四）确定基础的宽度、高度
b≥
H0≥
式中 Fk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值（kN）。当为柱下独立基础时，轴向力算至基础顶面，当为墙下条形基础时，取1m长度内的轴向力（kN/m）算至室内地面标高处；
γ——基础及基础上的土重的平均重度，取γ=20 kN/m3；当有地下水时， 取γ＇=20-9.8=10.2 kN/m3；
h——计算基础自重及基础上的土自重GK时的平均高度（m）。
b 2——基础台阶宽度(m)；
H0——基础高度(m)。
（五）软弱下卧层强度验算
如果在地基土持力层以下的压缩层范围内存在软弱下卧层，则需按下式验算下卧层顶面的地基强度，即
≤
式中 pz——相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值
（kPa）；
pcz——软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值（kPa）；
faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。
（六）绘制施工图（2号图纸一张）
合理确定绘图比例（平面图1：100、详图1：20~1：30）、图幅布置；符合《建筑制图标准》。
三、参考文献
1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）. 北京：中国建筑工业出版社，2002
2.孙维东主编. 土力学与地基基础. 北京：机械工业出版社，2003
3.中华人民共和国国家标准. 砌体结构设计规范（GB50003-2001）. 北京：中国建筑工业出版社，2002
4.沈克仁主编. 地基与基础. 中国建筑工业出版社，1993
四、设计实例
1.设计题目 某四层教学楼，平面布置图如图4-1所示。梁L-1截面尺寸为
200mm×500mm，伸入墙内240 mm，梁间距为3.3 m，外墙及山墙的厚度为370 mm，双面粉刷，本教学楼的基础采用毛石条形基础，标准冻深为1.2m。由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙∑F1K=558.57kN，山墙∑F2K=168.61kN，内横墙∑F3K=162.68kN，内纵墙∑F4K=1533.15kN。
2.工程地质情况 该地区地形平坦，经地质勘察工程地质情况如图4-2所示，
地下水位在天然地表下8.5m，水质良好，无侵蚀性。
3.基础设计
⑴荷载计算
1）选定计算单元 取房屋中有代表性的一段作为计算单元。如图4-3所示。
外纵墙：取两窗中心间的墙体。
内纵墙：取①—②轴线之间两门中心间的墙体。
山墙、横墙：分别取1 m宽墙体。
图4-3 墙的计算单元

2） 荷载计算
外纵墙：取两窗中心线间的距离3.3 m为计算单元宽度
则
山墙：取1 m为计算单元宽度
则
内横墙：取1 m为计算单元宽度
则
内纵墙：取两门中心线间的距离8.26m为计算单元宽度
则
⑵确定基础的埋置深度d
d=Z0+200 =（1200 +200）mm=1400 mm
⑶确定地基承载特征值fa
假设b＜3m，因d=1.4m＞0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正

⑷确定基础的宽度、高度
1）基础宽度
外纵墙：b1≥
山墙：b2≥
内横墙：b3≥
内纵墙：b4≥
故取b=1.2m＜3m ，符合假设条件。
2）基础高度
基础采用毛石，M5水泥砂浆砌筑。
内横墙和内纵墙基础采用三层毛石，则每层台阶的宽度为
（符合构造要求）
查GB50007-2002允许台阶宽高比［b2/H0=1/1.5］，则每层台阶的高度为
H0≥
综合构造要求，取H0=0. 4m。
最上一层台阶顶面距室外设计地坪为
（1. 4-0. 4×3）m = 0.2m＞0.1m
故符合构造要求。（如图4-4所示）
外纵墙和山墙基础仍采用三层毛石，每层台阶高0. 4m ，则每层台阶的允许宽度为b≤
又因单侧三层台阶的总宽度为（1.2-0.37）m /2=0.415 m故取三层台阶的宽度分别为0.115 m、0.15 m、0.15 m，均小于0.2m（符合构造要求）
最上一层台阶顶面距室外设计地坪为
（1.4-0.4×3）m = 0.2m＞0.1m符合构造要求。（如图4-5所示）

图4-5外墙基础详图
图4-4内墙基础详图

⑸软弱下卧层强度验算
1）基底处附加压力
取内纵墙的竖向压力计算

2）下卧层顶面处附加压力
因Z/b=4.1/1.2=3.4＞0.5，Es1/Es2=10/2=5
故由GB50007-2002中表5.2.7查得θ=25°则

3） 下卧层顶面处自重压力

4）下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值

5）验算下卧层的强度
＜=177.1kN/m2
符合要求。
⑹绘制施工图 如图4-6所示。

图4-6条形基础平面图、剖面图

第二部分 柱下钢筋混凝土独立基础设计
一、柱下钢筋混凝土独立基础设计任务书
（一）设计题目
某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，试设计该基础。
（二）设计资料
⑴工程地质条件
该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：持力层为粘性土，土的天然重度为18 kN/m3，地基承载力特征值fak=230kN/m2，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m（根据地区而定）。
⑵给定参数
柱截面尺寸为350mm×500mm，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。
⑶材料选用
混凝土：采用C20（可以调整）（ft=1.1N/mm2）
钢筋：采用HPB235（可以调整）（fy=210 N/mm2）
（三） 设计内容
⑴确定基础埋置深度
⑵确定地基承载力特征值
⑶确定基础的底面尺寸
⑷确定基础的高度
⑸基础底板配筋计算
⑹绘制施工图（平面图、详图）
（四）设计要求
⑴计算书要求 书写工整、数字准确、图文并茂。
⑵制图要求 所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸
上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。
⑶设计时间 三天。
二、柱下钢筋混凝土独立基础课程设计指导书
（一） 确定基础埋置深度d 同前所述
（二）确定地基承载特征值fa 同前所述

（三）确定基础的底面面积
A≥
式中各符号意义同前所述
（四）持力层强度验算
≤1.2fa
≤fa
式中 pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值(kPa)；
pkmax——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值(kPa)；
pkmin ——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值(kPa)；
Fk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值kN)；
Gk——基础自重和基础上的土重(kN)；
A——基础底面面积(m2)；
e0——偏心距(m)；
fa——修正后的地基承载力特征值(kPa)；
l——矩形基础的长度(m)。
（五）确定基础的高度
Fl≤0.7
式中 Fl——相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值(kN)；
βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取
1.0；当大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用；
ft——混凝土轴心抗拉强度设计值(kPa)；
am——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度(m)；
h0——基础冲切破坏锥体的有效高度(m)。
（六）底板配筋计算
；
；
式中 AsI、AsII ——分别为平行于l、b方向的受力钢筋面积(m2)；
MI 、MII——分别为任意截面I-I 、II-II处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值(kN·m)；
l、b——分别为基础底面的长边和短边(m)；
fy——钢筋抗拉强度设计值(N/mm2)；
pjmax、pjmin ——相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地
基净反力设计值（kPa）；
pjI、pjII ——任意截面I-I 、II-II处相应于荷载效应基本组合时的基础底面地基净反力设计值（kPa）；
az、bz——分别为平行于基础长边和短边的柱边长(m)；
（七）绘制施工图（2号图纸一张）
合理确定绘图比例（平面图1：100、详图1：20~1：30）、图幅布置；符合《建筑制图标准》。
三、参考文献
1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）. 北京：中国建筑工业出版社，2002
2.孙维东主编. 土力学与地基基础. 北京：机械工业出版社，2003
3.中华人民共和国国家标准. 砌体结构设计规范（GB50003-2001）. 北京：中国建筑工业出版社，2002
4.沈克仁主编. 地基与基础. 中国建筑工业出版社，1993
四、设计实例
1.设计题目 某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来的轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。柱永久荷载效应起控制作用，柱截面尺寸为350mm×500mm，试设计该基础。

图4-7柱网布置图

2.工程地质情况
该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：持力层为粘性土（ηb=0、ηd=1.0），土的天然重度为18 kN/m3，fak =230kN/m2，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m（根据地区而定）。
3.基础设计
⑴确定基础的埋置深度d
d=Z0+200 =（1000 +200）mm=1200 mm
根据GB50007-2002规定，将该独立基础设计成阶梯形，取基础高度为650 mm，基础分二级，室内外高差300mm，如图4-8所示。
图4-8基础高度和底板配筋示意

⑵确定地基承载特征值fa
假设b＜3m,因d=1.2m＞0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正,
⑶确定基础的底面面积

A≥
考虑偏心荷载影响，基础底面积初步扩大12%，于是

取矩形基础长短边之比l/b=1.5，即l=1.5b

取b=1.6 m则l=1.5b=2.4 m
A= l×b=2.4×1.6 m=3.84 m2
⑷持力层强度验算
作用在基底形心的竖向力值、力矩值分别为

＜
符合要求。

＜1.2fa=1.2×242.6kN/m2=291.12kN/m2

＜fa=242.6kN/m2
故持力层强度满足要求。
⑸基础高度验算
现选用混凝土强度等级C20，HPB235钢筋，查得混凝土ft=1.1N/mm2=1100 kN/m2，钢筋fy=210 N/mm2。
地基净反力

由图4-8可知，h=650mm，h0=610mm；下阶h1=350mm，h01=310mm；az1=1200mm，bz1=800mm。
1) 柱边截面
bz+2 h0=(0.35+2×0.61)m=1.57m＜b=1.6m

＞F1=171.2kN
符合要求。
2) 变阶处截面
bz1+2 h01=(0.8+2×0.31)m=1.42m＜b=1.6m

＞F1=143.53kN
符合要求。
⑹基础底板配筋计算
1）计算基础的长边方向，I-I截面
柱边地基净反力

III-III截面：

比较AsI和ASIII，应按AsI配筋，在平行于l方向1.6m宽度范围内配12φ12@140（As=1356mm2>1319.28mm2）。
2) 计算基础的短边方向，II-II截面

Ⅳ-Ⅳ截面

比较AsII和ASIV，应按AsII配筋，但面积仍较小，故在平行于b方向2.4m宽度范围内按构造配12φ10@200（As=942mm2>715.5mm2）。
（7）绘制施工图 如图4-9所示。

图4-9独立基础平面图、剖面图