预制桩基础课程设计框架结构桩基础设计.doc

目录
1. 设计题目…………………………………………………………………………1
2. 设计荷载…………………………………………………………………………1
3. 地层条件及其参数………………………………………………………………1
1）.地形…………………………………………………………………………..1 2）.工程地质条件………………………………………………………………..1 3）.岩土设计技术参数…………………………………………………………..2 4）.水文地质条件………………………………………………………………..2 5）.场地条件……………………………………………………………………..2 6）.上部结构资料………………………………………………………………..2
4. 预制桩基设计……………………………………………………………………3
1). 单桩承载力计算………………………………………………………………...3 2). 桩基竖向承载力特征值………………………………………………………...4 3). 桩基竖向承载力验算…………………………………………………………...4 4). 承台设计………………………………………………………………………...5
5). 承台厚度及受冲切承载力验算.................................…………………………..6
（1） .柱向下冲切验算…………………………………………………………..6
（2） .角桩冲切验算……………………………………………………………..6
6). 承台受剪承载力验算……………………………………………………….…..6
7). 承台受弯承载力计算…………………………………………………………...7
8).承台结构设计…………………………………………………………………….7
9).桩身结构设计…………………………………………………………………….7
10).桩身结构设计……………………………………………………………….…..8
11).吊装验算………………………………………………………………………...8
5. 估算B.C轴线柱下桩数………………………………………………………....9
1). 桩数估算………………………………………………………………………...9 2). 承台平面尺寸确定……………………………………………………………...9
6. 设计图纸………………………………………………………………………...10
7. 参考文件………………………………………………………………………...10
基础工程课程设计
1.设计题目
此次课程实际题目：框架结构桩基础设计
2.设计荷载
题号：31号设计A轴柱下桩基，B,C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数（1） 柱底荷载效应标准组合值以下。
○A 轴荷载：Fk=1256kN Mk=172kN.M Vk=123kN
○B 轴荷载：Fk=1765kN Mk=169kN.M Vk=130kN
○C 轴荷载：Fk=1564kN Mk=197kN.M Vk=112kN
(3) 柱底荷载效应基本组合值以下。
○A 轴荷载：F=1580kN M=198kN.M V=150kN
○B 轴荷载：F=2630kN M=205kN.M V=140kN
○C 轴荷载：F=1910kN M=241kN.M V=138kN
3.地层条件及其参数
1） .地形
拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。
2） .工程地质条件
自上而下土层依次以下：
① 号土层：素填土，厚度1.5m，稍湿，涣散，承载力特征值fak=95kPa。
② 号土层：淤泥质土，厚度 3.3m，流塑，承载力特征值 fak=65kPa。
③号土层：粉砂，厚度 6.6m，稍密，承载力特征值 fak=110kPa。
④号土层：粉质粘土，厚度 4.2m，湿，可塑，承载力特征值 fak=165kPa
⑤号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值 fak=280kPa。
3） .岩土设计技术参数
地基岩土物理力学参数

土层编号

土名称

孔隙比

e
含水量

W
（
%
）

液性指数

Il
标准灌入
锤击数

N
（次）

压缩模量

Es
①

素填土

-

-

-

-

5.0

②

淤泥质土

1.04

62.4

1.08

-
3.8

③

粉砂

0.81

27.6

-

14

7.5

④

粉质粘土

0.79

31.2
0.74

-

9.2

⑤

粉砂层

0.58

-

-
31

16.8

表1

表2 桩极限侧阻力标准值qsk
土层编号

土名称

桩侧阻力
qsk
桩端阻力
qpk
①

素填土

22

-

②

淤泥质土

28

-

③

粉砂

45

-

④

粉质粘土

60

900

⑤

粉砂层

75

2400

4） .水文地质条件
１． 拟建场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
5） .场地条件
建筑物所处场地抗震设防烈度７度，场地内无液化砂土，粉土。
6).上部结构资料
n 拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m，宽9.6m。室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱截面尺寸均为400×400，横向承重，柱网布置如图A所表示。

４．预制桩基设计
建筑物基础设计方案采取混凝土预制桩，详细设计方案以下：室外地坪标高为 -0.45m,自然地面标高同室外地坪标高。该建筑桩基属丙级建筑基桩，拟采取截面为 400m*400m 混凝土预制方桩，以④号土层粉质粘土为持力层，桩尖深入 1.2m，设计桩长11.0m，初步设计承台高0.6m，承台底面埋置深度-1.60m，桩顶伸入承台 50mm。如图 1所表示：

1）.单桩承载力计算
依照以上设计，桩顶标高为 -1.6m，桩底标高为-12.6m，桩长11m。
单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：
Q = Q + Q = u∑q l+ Aq uk sk pk p sik i p pk
因为
Q =4×0.4×（1.5×22+3.3×28+6.6×45+1.2×60）=791.04kN
sk
Q =0.4×0.4×900=144kN
pk
则Q =791.04+144=935.04kN
uk
2） .桩基竖向承载力特征值
承台底部地基土为较松软填土，压缩性大，所以本工程不考虑成太土效应取ηc=0，则有
R= R= Q uk =935.04/2=467.52kN a K
依照上部荷载初步估量粧数为n= Fk =1256/467.52=2.69
R
a
取设计桩数为4根。
3） .桩基竖向承载力验算
依照《建筑桩基技术规范》，当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应标准组合值。因为桩基所处场地抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土，所以不进行地震效应承载力验算。
依照粧数及承台尺寸结构要求初步设计矩形承台，取承台变长为2.0m
×2.0m，矩形布桩，桩中心距取3.0d，则s=3×400=1200mm ，取s=1200mm ，桩心距承台边缘为 400mm。如图 2所表示:

承台及其上土壤总重为 G =2.0×2.0×1.6×20=128kN
k
计算时取荷载标准组合，则
Q=Fk +G k =(1256+128)/4=346﹤R（=467.52） k n
Q = Q+Myåymax2 =346+(172+123×1.6) ×0.6/(4×0.6× kmax k
0.6)=346+153.67=499.67 Q =Q-Myåymin2 =346-153.67=192.33 kmin k
所以
Q =499.67＜1.2R(=1.2*467.52=561.024)
kmax
Q =192.33＞0
kmin 满足设计要求,故初步设计是合理。 4）.承台设计
n 依照以上桩基设计及结构要求，承台尺寸2.0×2.0m，预估承台厚0.6m，承台选取等级为C25混凝土，混凝土抗拉强度为ƒt=1.27N/mm2，抗压强度为ƒ c=11.9N/mm2；承台钢筋选取HRB335级钢筋，ƒy=300N/mm2.如图3所表示：
3
承台内力计算：承台内力计算采取荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为
Q =F+åM yyyi =3680/4+(371+233×1.6) ×0.6/4×0.6×0.6= max n
i2
Q =F-åM yyyi =1580/4-182.5=395-182.5=212.5kN min n
i2
N=F=1580/4=395kN n
5）.承台厚度及受冲切承载力验算
n 为预防承台产生冲切破坏，承台应具备一定厚度，初步设计厚度0.6m，承
台底保护层厚度80mm，则h=600-80=520mm 。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。(0)（1）.柱向下冲切验算承台受桩冲切承载力应满足下式：
F≤2{β （b+a ）+β （a+a ）}β ƒh
l 0x c oy oy c ox hp t 0
式中：a =0.2 λ = a / h=0.38 β =0.84/(0.2+λ )=1.45 a =0.2
ox oy oy 0 0x ox oy
λ = a /h=0.38 β =0.84/(0.2+λ )=1.45 b=a=0.4mβ =1.0
ox ox 0 0y ox c c hp
2{β （b+a ）+β （b+a ）}β ƒh
0x c oy oy c ox hp t 0
=2×{1.45×（0.4+0.2）+1.45×（0.4+0.2）}×1×1270×0.52
=2298.19kN＞F（=1580kN）
故厚度为0.6m的(l)承台能够满足柱对承台冲切要求。
（2）.角桩冲切验算承台受角桩承载力应满足下式：
N/≤{β （c+a1y ）+β （c+a1x ）}β ƒh
1x 2 2 1y 1 2 hp t 0
因为Nl=Nmax=577.5kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为
c=c=0.6m a =0.2m a =0.2m λ =a1x =0.2/0.52=0.38 λ
1 2 1x 1y 1x h
0
=a1y =0.38 β = 0.56 =0.56/(0.38+0.2)=0.97 β = 0.56 =0.97
1y h 1x l +0.2 1y l +0.2
0 1x 1y
抗冲切力={β（c+a1y ）+β（c+a1x ）}β ƒh=896.82kN＞N, （=577.5kN）
1x 2 2 1y 1 2 hp t 0 max 故厚度为0.6m承台能够满足角桩对承台冲切要求。
6）.承台受剪承载力验算
承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成斜截面处，剪切力V必须小于抗剪切力，即满足:
V≤β βƒbh 对于I-I截面：
hs t 0 ,
A =0.2m λ=a1x =0.2/0.52=0.38 β=1.75/λ+1=1.27
1x x h
0
β =(800/h)1/4=1.11 b=2.0m V=2×577.5=1155kN
hs 0
抗剪切力=1.11×1.27×1270×2.0×0.52=1861.93kN>1155kN 故满足抗剪切要求。对于II-II截面：
a =0.2mλ=0.2/0.52=0.38β=1.75/λ+1=1.27
1y y
β =(800/ h0)1/4=1.11 b=2.0m V=2×395=790kN
hs
抗剪切力=1.11×1.27×1270×2.0×0.52=1861.93kN>790kN 故满足抗剪切要求。
7）.承台受弯承载力计算承(n)台计算截面弯矩以下: 对于I-I截面，取基桩净反力最大值N/max=577.5进行计算，则
x=600-200=400mm=0.4m M=∑Nx=2×577.5×
i y i i
M
0.4=462kN.mA = y =462×106/(0.9×300×520)=3291mm2 sl 0.9òh y 0
所以，承台x轴方向选取二级钢筋18@145，钢筋数为 n=/145+1=14 取，14Φ18@145实际钢筋As=3562mm2，满足要求。对于II-II截面，取基桩净反力平均值N=395进行计算，此时
x=600-200=400mm=0.4m
i
则 M=∑Ny=2×395×0.4=316kN.m
x i i
A= M x =316 ×106/(0.9×300×520)=2251mm2 s 0.9òh y 0
所以，承台y轴方向选取12二级直径16@180，钢筋根数为n=/180+1=12，取12根二级直径16@180，实际钢筋As=2412mm2，满足要求。 8）.承台结构设计
n 混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm，两承台间设置连系梁，梁顶面标高 -0.8m，与承台平齐，依照结构要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共四根一级钢筋直径12通长配筋，箍筋采取一级钢筋直径为 8间距为200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘 100mm。
9).桩身结构设计预(n)制桩桩身混凝土强度等级选取 C30，钢筋选取HRB335级。依照《建筑桩基技术规范》，桩顶轴向压力应符合以下要求：
Nƒa
c c ps
N =F+G +åM yyyi =(1580+128)/4+(198+150×1.6) ×0.2/4× max n
i2
0.22=427+547.5=974.5KN
计算桩基轴心抗压强度时，通常不考虑压屈影响，故取稳定系数φ=1；对于预制桩，基桩施工工艺系数ψc=0.85；C30级混凝土，ƒc=14.3N/mm2，则
ΦψƒA=1×0.85×14.3×106×0.42
c c
=1944.8kN＞N （=974.5kN）
max
故桩身轴向承载力满足要求。
10).桩身结构设计
了桩身按结构要求配筋，选取8根直径为14HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选取直径为6HPB300级钢筋，间距200mm，距桩顶2m范围内间距50mm，距桩顶2-4m范围内间距100mm。采取打入法沉桩，桩顶设置三层直径为6，间距为 50mm钢筋网，桩尖全部主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖0.6m范围内箍筋加密，间距50mm，桩身主筋混凝土保护层厚30mm。
11).吊装验算
因为桩长度不大，桩身吊装时采取二点起吊，吊点位置如图4所表示。

起吊点距桩两端距离为
a=0.207L=0.207×11=2.277m
则吊起时桩身最大弯矩为
M=0.0214kql2=0.0214×1.2×（0.42×25）×112=12.43kN.m
l
桩身配筋验算；混凝土采取C30级，钢筋采取HRB335级，则ƒc=14.3N/mm2， ƒy=300N/mm2，因为b=400mm，h=400-40=360mm，每边配3根直径为14二级
0 钢筋,As=461N/mm2，则
X=fA/αƒb=(300×461)/(1.0×14.3×400)=24.18mm
y S 1 c
M=αƒbx（h-x）
u 1 c 0 2
=1.0×14.3×400×24.18×(360-24.18)
2
=48.12×106N.mm
=48.12kN.m 所以M＞M u l 故桩身配筋满足吊装要求。
5.估算B.C轴线柱下粧数
1).桩数估算
设计BC 轴线下桩基础方法和A轴线下相同。单桩极限承载力标准值为
935.04KN，基桩竖向承载力特征值为467.52KN.
○B轴柱下荷载标准组合值为Fk=1765kN Mk=169kN Vk=130kN 依照○B 轴下荷载初步估算○B 轴柱下根数，
F
n= k =1765/467.52=3.8 取n=4 R
则○B 轴下设计桩数为4根。
○C 轴柱下荷载标准组合值为Fk=1564kN Mk=197kN Vk=112kN
依照○C 轴下荷载初步估算○C 轴柱下根数，
F
n= k =1564/467.52=3.3 取n=4 R
则轴○C 下设计桩数为4根。
2).承台平面尺寸确定
依照估算桩数和承台结构要求，设计○B 轴线承台平面尺寸为2.8m×2.8m，庄中心距取mm，桩心与承台边缘距离400mm。
依照粧数及承台尺寸结构要求初步设计矩形承台，设计○C 轴线承台变长为
3.2m×3.2m，矩形布桩，桩中心距取2400，桩心距承台边缘为400mm。如图5 所表示：

6.设计图纸
依照以上计算，可绘制出承台平面图与剖面图、桩基平面布置图和桩基大样图，见附录1所表示。
7.参考文件
(1)《建筑结构荷载规范》(GB 50009-)，中国建筑工业出版社，.
(2)《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-),中国建筑工业出版社，.
(3)《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-),中国建筑工业出版社，.
(4)《混凝土结构设计规范》(GB 50010-),中国建筑工业出版社，.
(5) 周景星李广信虞石民王洪瑾编著.基础工程.第2版【M】.北京：清华大学出版社，.
(6)张忠苗主编.桩基工程.第一版【M】.北京:中国建筑工业出版社，.

发出任务书日期：年月日指导教师署名：

计划完成日期：年月日基层教学单位责任人签章：

主管院长签章：

附录1: