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基础工程课程设计范文

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2020年4月19日
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土木工程专业

基础工程课程设计

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目 录

第一章：总体概述…………………………………………1

第二章：浅基础设计与计算
I.二十号桩………………………………………………7
II.七号桩 ………………………………………………9
III.一号桩 ……………………………………………11
※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

第三章：桩基础设计与计算
I.十七号桩 ……………………………………………12
II．十八号桩 …………………………………………16
※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

附件：
1. 浅基础和桩基础总平面布置图
2. 浅基础结构图
3. 桩基础结构图

第一章 概述

设计任务
1、设计题目：某单层厂房柱下基础设计
工程概况
该装配车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m，柱距6m，车间内有2对30吨中级工作制桥式吊车。建筑平面图见图1-1。规定室内地面标高为±0.00，相当于黄海高程455.00m，室外地面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为9.80m。图1-1 装配车间平面图（mm）

各柱在基础顶面处的截面形状为矩形，尺寸为：
边柱Z1： 长´宽=1000´400mm；
角柱Z2： 长´宽=1000´400mm；
抗风柱Z3： 长´宽=700´400mm；

1.2工程名称
某机械厂的装配车间，建筑场地位于该机械厂厂区内。
1.3场地位置
厂房位于城郊地区，附近建筑较少，地势较平坦。场区地下水属潜水，初见水位在2.5～3.1m深处，稳定水位在2.9～3.9m深处。地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。
1.4上部结构的类型、尺寸
厂房基础顶面以上部分的建筑和结构设计工作已经完成。装配车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m，柱距6m，车间内有2对30吨中级工作制桥式吊车。建筑平面图见图1-1。规定室内地面标高为±0.00，相当于黄海高程455.00m，室外地面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为9.80m。
基础梁的横截面尺寸如图1-1，梁与柱（或杯口外壁）之间的净距为20mm，置于柱子外侧的基础顶面上。

图1-1 基础梁的横截面尺寸示意图（单位：mm）

设计中纵向受力钢筋选用HRB335,fy=300Mpa。基础混凝土采用C30，其fC=13.4Mpa。
1.5场地描述
拟建工程为XX机械厂的装配车间，建筑场地位于该机械厂厂区内，厂房平面尺寸为42m´24m，采用钢筋混凝土排架结构，结构的设计跨度为24m，柱距为6m。
1.6土层描述
场地处地面平坦。据钻探揭露，各地层的情况如下：
第①层：人工填土。分布于场地表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。厚约0.5～1.2m，结构疏松，土质不均，平均天然重度为17.1kN/m3。
第②层：粉质粘土。呈棕红色。除1#孔外各孔均有，厚度9.5～10.1m。硬塑～可塑，土质较均匀。
第③层：粉土。呈褐黄色。仅在1#孔可见到，厚约3.3m，流塑。
第④层：淤泥。呈黑色，流塑。含大量有机质，有臭味。仅在1#孔见到，厚度约8.0m。
第⑤层：粉质粘土。呈灰黄色，仅在1#孔见到，厚约3.6m，夹有粉砂薄层，流塑。
第⑥层：粘土。呈黄黑色，各孔均可见到，没有钻透，据调查厚度在10m以上。土质均匀，可塑~硬塑。
场区地下水属潜水，初见水位在2.5~3.1m深处，稳定水位在2.9~3.9m深处。地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。
根据钻探及室内土工实验的情况分析，第①层杂填土不宜用作建筑物地基。建议把基础埋置在强度较高的第②层粉质粘土或第⑥层粘性土中。其地基承载力标准值分别为：
第②层：fk=180kPa
第⑥层：fk=220kPa
建议：
受古河道影响的几个柱基采用桩基础；
其余基础可采用柱下现浇独立基础。

土性指标，见表1-1。

图1-2 地质钻孔平面布置图

图1-3 I-I地质剖面图

图1-4 II—II地质剖面
图1—5 III – III 地质剖面图

第二章，浅基础设计与计算
I.二十号桩设计 (抗风桩)
尺寸为：700mm×400mm
位于III——III地质剖面图，持力层定在粉质粘土层。
标准组合：Fn=600Kn MN=27 KN·M HK=38 KN
各粉质粘土层GS W WP WL的平均值
GS=（2.74+2.7+2.71+2.71+2.73+2.72）÷6=2.72
W=（29.06+24.4+25.35+23.08+22.94+26.64）÷6=25.25%
=(19.4+20.1+20.3+20.1+19.9+20.1)÷6=20 KN/M3
==0.671
WP=（20.17+21.31+21+20.04+23.96+19.27）÷6=21%
WL=（30.49+33.81+31.57+33.96+37.43+30.8）÷6=33%

查表2—15可知：
确定地基承载力：
初定b=3m d=3m =18.91KN/M3 水位：3.4m

=180+1.6×18.91×(3-0.5-0.15)251.10kpa
按中心荷载初估基地面积：
=(600+30×12.75)÷(251.1-20×3)=5.141m2
由偏心影响将面积扩大1.3倍 则 A=6.684m2
采用基础尺寸为3m×2.4m
验算基地压力：
基础及回填土重：
=20×(3-0.075)×7.2=421.4KN
基础的总垂直荷载：
F+G+P=600+421.4+30×12.75=1403.9KN
基底总弯矩：
M=27+38×3-30×12.75=48.34kn
总荷载偏心：
e=48.34÷1403.9=0.034<a/6 =0.5m
基底边缘最大应力：
PMAX==<1.2fa=301.32kpa 符合要求
基本组合：F=1326.375Kn M=65.259 KN·M H=51.3kn
基底净压力的计算：
荷载偏心：=51.3÷1326.375=0.039<a/6 =0.5m
基底净反力：==
基础冲剪验算：

取保护层厚度为50mm 则 h0=550mm 采用c30 混凝土 ft=1430KN/M2
A阴影==m2
=1.2375×202.34=250.40kn
验算冲切破坏面的抗剪承载力
h0=550mm<800mm
则 =1.0 bp=bc+h0=400+550=950mm
=0.7×1.0×1430×0.95×0.55=523kn>Fl
柱边基础弯矩计算：
对于I-I截面；=0.7+0.5×（3-0.7）=1.85m

=(202.34-166.094)×1.85÷3+166.094=188.446kpa

=(3-0.7)2((202.34+188.46)(2x2.4+0.4)+（202.34-188.446）x2.4)/48=227.6KN·M
配筋：=m2
配14根直径是12mm的钢筋，面积为1582m2垂直于I-I截面，
Sn=159mm 满足要求。
对于II-II截面

=188.446（2x3+0.7）(2.4-0.4)2÷24=210.447KN·M
配筋：=1417m2
配16根直径是16mm的钢筋 面积为1808mm2垂直于II-II截面
Sn=171mm 满足要求。

II七号桩
尺寸：1000mm×400mm
位于I-I地质剖面图上 持力层定为粉质粘土
标准组合：Fn=1562kn Mk=247 KN·M Hk=48KN
地基承载力：fa=251.10kpa
按中心荷载初估基地面积
=m2
由偏心扩大1.1倍
则 A=10.02m2 初步采用3m×3.6m 的基础。
验算基地压力：
基础及回填土重：
=20×（3-0.0075）×10.8=631.8kn
基础的总垂直荷载：
F+G+P=1562+631.8+60X3=2373.8KN
基底总弯矩：
M=247+48×3-30×6×(0.125+0.5+0.02)=275.9KN·M
总荷载偏心：
=275.9÷2373.8=0.116<a/6 =0.6m
基底边缘最大应力：
Pemax==kpa<1.2fa=301.32pka
满足要求。
P==219.8Kpa<fa,满足要求。
基本组合：F=2351.71Kn M=372.465 KN·M H=64.8kn
基底净压力的计算：
荷载偏心：=372.465÷2351.7=0.158m<a/6 =0.6m
==
基础冲剪验算：
A阴影=
=m2
=1.6875×275.23=464.45kn
验算冲切破坏面的抗剪承载力

=0.7×1.0×1430×(0.4+0.55)×0.55
=523.02kn >Fl 满足要求。
柱边基础弯矩计算：
对于I-I 截面：
=1.0+0.5（3.6-1.0）=2.3m

=(275.23-160.27)×2.3÷3.6+160.27=233.72kpa
=(3.6-1)2((275.23+233.72)(2x2+0.4)+(275.23-233.72)x 3/48
=332.90Kn
配筋:=
配21根直径为12mm的钢筋，面积为2373mm2 垂直于I-I截面，
Sn=130.8mm 满足要求。
对于II-II截面

=233.72（2×3.6+1）(3-0.4)2÷24 =539.8KN·M
=
配21根直径为12mm的钢筋，面积为4221mm2,垂直于II-II截面，
Sn=155mm
III 一号桩
尺寸为：1000mm×400mm
位于I-I地质剖面图上，持力层定为粉质粘土层。
标准组合：FN=936Kn Mk=327KN·M Hk=41kn
地基承载力为：fa=251.10kpa
按中心荷载初估基地面积：
=
根据偏心将面积扩大1.3倍
A=1.3×5.37=6.981m2 采用3m×3m 作为基础尺寸
验算基地压力：
基础及回填土重：
=20×9×（3-0.075）=526.5kn
基底总弯矩：
M=327-30×3×0.645+41×3=391.95KN·M
基底边缘最大应力：
Pmax==<1.2fa=301.32kpa满足要求。
P==172.5Kpa<fa 满足要求。
基本组合：F=1385.1Kn M=529.13KN·M H=55.35Kn
基底净压力的计算：
荷载偏心：=529.13÷1385.1=0.382<a/6 =0.5m
基底净力：==
基础冲剪验算：
A阴影=
=
=579.28×0.7875=456.18kn
验算冲切破坏面的抗剪承载力

=0.7×1.0×(0.4+0.55)×0.55=523.02kn>Fl 满足要求。
柱边基础弯矩计算：
对于I-I截面
=1+0.5（3-1）=2m

=
=(3-1)2((579.28+344.12)(2x3+0.4)+(579.28-344.12)x3)/48
=551.27KN·M
=
配21根直径为16mm的钢筋，面积为4221mm2垂直于I-I截面。
Sn=126mm.
对于II-II截面

=500.89(2×3+1)(3-0.4)2/24 =987.6KN·M
=
配18根直径为22mm的钢筋。面积为6843mm2,垂直于II-II截面，
Sn=144mm.

第三章 桩基础的设计和计算
I.十七号桩

尺寸为：1000mm×400mm
持力层定在第六层的粘土层，初定桩的承台尺寸为2m×3m，厚为1m,取承台及其以上土的容重为20kn/m3 ,桩的尺寸为300mm×300mm 桩身长为16m, 该桩所在的地质剖面图为II-II。
基础及回填土重：=20×3×2×1.7=204kn
Fk=Q+Fn=30×6+1562=1742kn
查课本P156和P161表4-2和表4-3.
粉土：e=0.854 中密，qsk为46～66
淤泥： qsk为14～20
粉质粘土：Il=0.861 软塑 qsk为45～55
粘土：Il=0.276 硬可塑 qsk为70～86 qpk=2300～3300
安全系数为2，则可取的以下值：
粉土：qsia=28 淤泥：qsia=9 粉质粘土：qsia=25
粘土：qsia=40 qpa=1500
估算单桩承载力特征值

=1500×0.09+1.2（2.8×28+8x9+3.6x25+1.6x40）
=500.28kpa
则n取为4.
确定承台尺寸为2.6m×1.6m
群桩基础中单桩承载力验算：

=2.6×1.6×1.7×20=141.441kn
My=247+48×1.7-180×0.645=212.5 KN·M
单桩平均竖向力：
=(141.44+1742)/4 =470.86<Ra
单桩偏心荷载下的最大竖向力：<1.2Ra
由于水平力Hk=48kn 较小，可不做验算。
抗弯与配筋：（各桩不计承台及以上土的自重）
基本组合：F=2351.7kn M=286.875 KN·M H=64.8kn
各桩平均竖向力：=2351.7/4 =587.925kn
最大竖向力：
配筋：采用HRB335钢筋，fy=300N/mm2,取保护层厚度为70mm
则h0=930mm 混凝土采用C30 ft=1430N/m2

对于I-I截面 Xi=500mm

=2×659.64×0.5=659.64KN·M
=
配14根直径为16mm的钢筋，面积为2627mm2,平行于X轴，Sn=150mm
对于II-II截面

=2×587.925×0.3=352.755KN·M
=
配16根直径为12mm的钢筋，面积为1808mm2,平行于y轴，Sn=150mm.
承台的冲切验算：
采用公式为：
aox =350mm>0.2h0=186mm =350÷930=0.376
=0.84÷(0.376+0.2)=1.46
aoy=150mm<0.2h0 则aoy=186mm =0.2 =2.1 =0.989

=2((1.46(0.4+0.186)+2.1(1+0.35))0.989X1430X0.93
=9708KN > FL=2351.7KN 满足要求。
角桩的冲切验算：
采用公式：
c1=c2=450mm a1x=0.35mm =0.376 =0.97 a1y=0.186mm =0.2mm =1.4

=((0.97(0.45+0.5X0.186)+1.4X（0.45+0.15）)0.989X1430X0.93
=1843.6KN>Nl=659.64kn 满足要求。
承台抗剪验算：
对于I-I截面
ax =0.35mm =0.375 =1.273 =0.963

>2Nmax=1319.28kn 满足要求。
对于II-II截面 ay=0.186mm =0.2 =1.46

>2=1175.85KN 满足要求。
(7)、桩的配筋：
查表m取10MN/m4 b0=1.5b+0.5=105×3+0.5=0.95m
E=3.0×104N/mm2 I=b4/12=0.34/12=6.75×10-4m4

H0=H/n=40/4=10KN
则 查表，取CII=1.028
Mmax=C IIM0=1.028×32.7=41.9KN·m
配筋：HRB335,fy=300N/mm2
=
取4根直径为16mm的钢筋，面积603mm2 ,
满足最小配筋率
采用箍筋直径6mm，桩顶至桩下1.25m采用sv=100mm,其余200mm。
II.十八号桩
标准组合：Fn=936kn Mk=327 KN·M Hk=41kn Ra=500.28kn
=（1041+204）/500.28 =2.49
取n = 4 承台尺寸为1.6×2.6m2
桩的布置于十七号桩完全一致 则：
群桩基础中单桩承载力验算：
Gk=141,44kn My=328.975 KN·M
单桩的平均竖向力：
=(936+141,44)/4 =269.36KN <RA 满足要求。
单桩偏心荷载下最大竖向力：
<1.2Ra
由于水平力Hk=41kn较小，可不验算单桩水平承载力。
抗弯与配筋：
基本组合：F=1405.35kn M=444.12KN·M H=55.35kn
各桩平均竖向力：=1405.35/4 =351.34kn
最大竖向力：
=351.34+444.12/4 =462.37 KN·M
对于I-I截面

=2×462.37×0.5=462.37 KN·M

配12根直径为14mm的钢筋，面积为1846mm2垂直于y轴。Sn=102mm
对于II-II截面

=2×351.34×0.3=210.804 KN·M

配14根直径为10mm的钢筋，面积为1100mm2垂直于x轴Sn=175mm
柱的冲切验算：

=9708kn >Fl=1405.35kn 满足要求。
角桩冲切验算：

= 1834.6 kn >Nl =Nmax =462.37kn 满足要求。
承台抗剪验算：
对于I-I截面
>V=2Nmax=924.74kn满足要求.
对于II-II截面
>2=702.68KN
满足要求。
(7)、桩的配筋：
查表m取10MN/m4 b0=1.5b+0.5=105×3+0.5=0.95m
E=3.0×104N/mm2 I=b4/12=0.34/12=6.75×10-4m4

H0=H/n=40/4=10KN
则 查表，取CII=1.031
Mmax=C IIM0=1.031×82.2=106.9KN·m
配筋：HRB335,fy=300N/mm2
=
取4根直径为16mm的钢筋，面积603mm2 ,
满足最小配筋率
采用箍筋直径6mm，桩顶至桩下1.25m采用sv=100mm,其余200mm。