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基础工程柱下独立基础课程设计

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2020年4月19日
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一、课程设计的目的
基础工程课程设计是土木工程专业教育的一个重要教学环节，是全面检验和巩固基础工程课程学习效果的一个有效方式。经过本次课程设计使学生能够运用已学过基础工程设计理论和方法进行一般形式的基础的设计，进一步理解基础工程设计的基本原理。设置课程设计的目的是加强学生对本课程及相关课程知识的理解，培养学生综合分析问题的能力和运用基础理论知识解决实际工程问题的能力，为毕业设计打下坚实的基础，也有助于学生毕业后能尽早进入“工程角色”。多年来的教学实践反映了课程设计这一教学环节对学生能力的培养起到了一定的作用。

二、课程设计的内容
1、设计资料
1、地形
拟建建筑场地平整
2、工程地质条件
自上而下土层依次如下：
j号土层：杂填土，层厚约0.5m，含部分建筑垃圾
k号土层：粉质黏土，层厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130kPa。
l号土层：黏土，层厚1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值fak=180kPa。
m号土层：细砂，层厚2.7m，中密，承载力特征值fak=240kPa。
n号土层：强风化砂质泥岩，厚度未揭露，承载力特征值fak=300kPa。
3、岩土设计技术参数
地基岩土物理力学参数如表1.1所示。
表1.1  地基岩土物理力学参数
土
层
编
号
土的名称
重度
(kN/m3)
孔隙比
e
液性指数IL
黏聚力c(kPa)
内摩擦角
（°）
压缩模量Ｅs
（MPa）
标准贯入锤击数N
承载力特征值fak（kPa）
j
杂填土
18

k
粉质黏土
20
0.65
0.84
34
13
7.5
6
130
l
黏土
19.4
0.58
0.78
25
23
8.2
11
180
m
细砂
21
0.62

30
11.6
16
240
n
强风化砂质泥岩
22

18
22
300
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1.5m
5、上部结构资料
拟建建筑物为多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为500mm×500mm。室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱网布置如图1.1所示。

图1.1  柱网平面图
6、上部结构作用
上部结-构作用在柱底的荷载效应标准组合值如表1.2所示，上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值如表1.3所示。

表1.2柱底荷载效应标准组合值
题号
FK(KN)
MK(KN.M)
VK(KN)
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
1
975
1548
1187
140
100
198
46
48
44
2
1032
1615
1252
164
125
221
55
60
57
3
1150
1815
1370
210
1750
271
71
73
67
4
1218
1873
1433
235
193
297
80
83
74
5
1282
1883
1496
257
218
325
86
90
83
6
1339
1970
1560
284
242
355
96
95
89

表1.3柱底荷载效应基本组合值
题号
FK(KN)
MK(KN.M)
VK(KN)
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
1
1268

1544
183
130
258
60
62
58
2
1342
2100
2627
214
163
288
72
78
67
3
1496
2360
1782
274
228
353
93
95
88
4
1584
2435
1863
306
251
386
104
108
96
5
1667
2448
1945
334
284
423
112
117
108
6
1741
2562
2028
369
315
462
125
124
116
7、材料
混凝土强度等级为C25～C30，钢筋采用HPB300、HRB335级。
2、设计分组
根据以上所给设计资料及学生人数，将学生划分为6组。分组示意如下：
第1组，共8人，基础持力层选用l号土层，设计A轴柱下独立基础。
第2组，共8人，基础持力层选用m号土层，设计A轴柱下独立基础。
第3组，共8人，基础持力层选用l号土层，设计B轴柱下独立基础。
第4组，共7人，基础持力层选用m号土层，设计B轴柱下独立基础。
第5组，共7人，基础持力层选用l号土层，设计C轴柱下独立基础。
第6组，共7人，基础持力层选用m号土层，设计C轴柱下独立基础。
超过42人的，合到第6组。
3、设计要求
每人根据所在组号和题号，完成指定轴线的柱下独立基础设计。对于另外两根轴线的基础，只要求根据所给荷载确定基础底面尺寸，以便画出基础平面图。要求分析过程详细，计算步骤完整，设计说明书面报告的编写应具有条理性，图纸整洁清晰。
4、设计内容
（1）设计柱下独立基础，包括确定基础埋置深度、基础底面尺寸，对基础进行结构内力分析、强度计算，确定基础高度，进行配筋计算并满足构造设计要求，地基沉降计算，编写设计计算书。
（2）绘制基础施工图，包括基础平面布置图、独立基础大样图，并提出必要的技术说明。
5、设计成果
1、设计计算书
设计计算书包括以下内容：
（1）确定地基持力层和基础埋深度。
（2）确定基础底面尺寸，验算地基承载力
（3）对基础进行抗冲承载力验算，确定基础高度。
（4）对基础进行正截面受弯承载力验算，确定基础底板配筋。
（5）地基沉降计算
2、设计图纸
设计图纸包括以下内容：
（1）基础平面布置图。
（2）独立基础大样图。
（3）设计说明。

三、课程设计参考资料
(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《基础工程》（第2版）周景星 李广信 虞石民 王洪瑾 编著 清华大学出版社

一、本组设计资料：
③组B轴柱底荷载
柱底荷载效应标准组合值 FK=1815KN MK=175KN.M VK=73KN
柱底荷载效应基本组合值 F=2360KN M=228KN.M V=95KN
持力层为③土层承载力特征值 fak=180kg
地下水位深度位于地表下1.5m
框架柱截面尺寸 500mm*500mm
室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm
二．基础设计：
1选择基础材料
基础采用C25混凝土，HPB235级钢筋，预估基础高度0.8m
2. 选择基础埋置深度
根据任务书要求和工程地质资料
① 号土层：杂填土，层厚约0.5m，含部分建筑垃圾。
② 号土层：粉质粘土，层厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130kPa。
③ 号土层：粘土，层厚1.5m，稍湿，承载力特征值fak=180kPa。
地下水对混凝土无侵蚀性，地下水位于地表下1.5m
取基础底面高时最好取至持力层下0.5m,本设计取③土层为持力层，因此考虑取
室外地坪到基础底面为0.5+1.2+0.5=2.2m,基础剖向示意图如下：
3.求地基承载力特征值fa
根据③土层为粘土，，查表2.6得 ，
基地以上土的加权平均重度：

持力层承载力特征值（先不考虑对基础宽度修正）

（上式d按室外地面算起）
4. 初步选择基底尺寸
取柱底荷载标准值FK=1815KN，MK=175KN·m，VK=73KN
计算基础和回填土重时的基础埋深：
基础底面积为:
考虑偏心荷载的影响，基础面积加大范围为（10%-40%）
此处按20%增大面积A=1.2A0=1.2×9.94=11.928m2 ≈12.0m2
初步选定基础底面面积A=l×b=4×3=12m2,且b=3m不需要再对进行修正。
5. 验算持力层地基承载力
基础和回填土重为：

偏心距： ，，满足。
基底最大压力：
安全
因此，最后确定基础底面面积长，宽。

6.计算基底净反力
取柱底荷载效应基本组合设计值：F=2360KN，M=228KN·m，V=95KN。
净偏心距
基础边缘处的最大和最小净反力

7. 基础高度(采用阶梯形基础)
柱边基础截面抗冲切验算（见下图）
图2 冲切验算简图
（a）柱下冲切；（b）变阶处冲切
l=4m，b=3m，。初步选定基础高度，分两个台阶，每个台阶均为400mm。=800-（40+10）=750mm（有垫层），则
，取
因此，可得：
因偏心受压，取
冲切力：

抗冲切力：

，满足
8.变阶处抗冲切验算
，，
，取

冲切力：
=

抗冲切力：

，满足
9.配筋计算
选用的HPB235 级钢筋，
（1） （1）基础长边方向，对于Ⅰ-Ⅰ截面（柱边），柱边净反力为

悬臂部分净反力平均值：

弯矩：

对于截面Ⅲ-Ⅲ（变阶处），有

比较和，应按配筋，实际配
则钢筋根数：，,因此配21根。

（2） 基础短边方向
因为该基础受单向偏心荷载作用，因此，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取

对于II-II截面（柱边）

对于ⅠV-ⅠV截面（变阶处）
弯矩为

比较和,应按配筋，实际配
则钢筋根数：，,因此配21根。
10. 基础配筋大样图：见施工图
11. 确定A、C轴柱子基础底面尺寸
由柱下独立基础课程设计任务书得：6号题A、C两柱子基底荷载分别如下。
A轴：FK=1150KN，MK=210KN·m，VK=71KN。
C轴：FK=1370KN，MK=271KN·m，VK=67KN。
由前面计算得持力层承载力特征值
计算基础和回填土重时的基础埋深d=2.425m
A轴基础底面积为

基础底面积按20％增大，即：

初步选定基础地面面积为，且b＜3m，不需要再对进行修正。
C轴基础底面面积为

基础底面积按20%增大，即

初步选定基础地面面积为，且b=3m，不需要再对进行修正。
11.基础沉降
取准永久荷载组合值为1815KN,基础底面平均附加应力：

计算深度： ，初定Zn=7
当Z=0，
Z=1m，
Z=2m，
Z=3m，
Z=4m，
Z=5m，
Z=6m，
Z=7m，
Z=8m，
因④层为及其下土层为细砂，因此算至1.5m。
③粘土层压缩模量
由此查表得在0.655-0.91之间，取=0.85.
，查表得=0.924

基础平面图

基础大样图
三、课程设计参考资料
(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《基础工程》（第2版）周景星 李广信 虞石民 王洪瑾 编著 清华大学出版社