基础工程独立基础

基础工程课程设计

题 目：柱下独立基础课程设计

独立基础课程

取任务书中题号9 A轴荷载作为实例，说明独立基础的设计方法。 一、设计资料

9号题 A轴柱底荷载： ① 柱底荷载效应标准组合值：

Fk=1534KN

，

Mk=335KN⋅m

，

Vk=109KN

；

② 柱底荷载效应基本组合值：F=1995KN，M=425KN⋅m，V=142KN。 持力层选用③号粘土层，承载力特征值

fak=180

kPa，框架柱截面尺寸为500×500 mm，

室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。 二、独立基础设计

1.选择基础材料：C25混凝土，HPB235钢筋，预估基础高度0.8m。 2.基础埋深选择：根据任务书要求和工程地质资料，

第一层土：杂填土，厚0.5m,含部分建筑垃圾；

第二层土：粉质粘土，厚1.2m, 软塑，潮湿，承载力特征值第三层土：粘土，厚1.5m, 可塑，稍湿，承载力特征值第四层土：全风化砂质泥岩，厚2.7m,承载力特征值

fak

= 130kPa

fak

= 180kPa

fak

= 240kPa

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，本设计取第三层土为持力层，所以考虑取室外地坪到基础底面为0.5+1.2+0.5=2.2m。由此得基础剖面示意图如下：

图1基础剖面示意图

3.求地基承载力特征值

fa

根据粘土e=0.58，

IL=0.78，查表2.6得 ηb=0.3，ηd=1.6

基底以上土的加权平均重度

rm=

18⨯0.5+20⨯1+(20-10)⨯0.2+9.4⨯0.5

=16.23KN/m3

2.2

持力层承载力特征值

fa

（先不考虑对基础宽度修正）

fa=fak+ηdγm(d-0.5)=180+1.6⨯16.23⨯(2.2-0.5)=224.15KPa

（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=1534KN

，

Mk=335KN⋅m

，

Vk=109KN

计算基础和回填土重

Gk

d=

时的基础埋深

1

(2.2+2.65)=2.425m2

A0=

基础底面积：

Fk1534

==8.40m2

fa-γG⋅d224.15-0.7⨯10-1.725⨯20

由于偏心不大，基础底面积按20％增大，即：

A=1.2A0=1.2⨯8.40=10.08m2

2

初步选定基础底面面积A=l⋅b=3.6⨯2.8=10.08m，且b=2.8m

fa

进行修正。

5.验算持力层地基承载力

回填土和基础重：

Gk=γG⋅d⋅A=(0.7⨯10+1.725⨯20)⨯10.08

=418.32KN 偏心距： ek=

Mk335+109⨯0.8l

==0.216m

Fk+Gk1534+418.326

，满足。

Pkmin>0

基底最大压力： Pkmax=

Fk+Gk

A

⎛6ek⎫1534+418.32⎛6⨯0.216⎫

⨯ 1+ 1+⎪=⎪

l⎭10.083.6⎭⎝⎝

=263.4KPa

所以，最后确定基础底面面积长3.6m，宽2.8m。

6.计算基底净反力

取柱底荷载效应基本组合设计值：F=1995KN，M=425KN⋅m，V=142KN。 净偏心距 en,0=

M425+142⨯0.8==0.27m N1995

基础边缘处的最大和最小净反力

p

n,maxn,min

F1±6en,019956⨯0.27=()=⨯(1±) lbl3.6⨯2.83.6286.98kPa=108.85kPa

7.基础高度(采用阶梯形基础)

柱边基础截面抗冲切验算（见图2）

图2 冲切验算简图

（a）柱下冲切；（b）变阶处冲切

初步选定基础高度h=800mm，l=3.6m，b=2.8m，at=bc=0.5m，ac=0.5m。

分两个台阶，每阶高度均为400mm的。h0=800-(40+10)=750mm（有垫层）。

ab=at+2h0=0.5+2⨯0.75=2m

am=

at+ab500+2000

==1250mm 22

因偏心受压，pn取pn,max=286.98KPa

冲切力：

2

⎡⎛lacbb⎫⎛⎫⎤c

Fl=Pn,max⎢ --h0⎪b- --h0⎪⎥

⎭⎝22⎭⎥⎢⎣⎝22⎦

2

⎡⎛3.60.5⎫⎛2.80.5⎫⎤

=286.98⨯⎢ --0.75⎪⨯2.8- --0.75⎪⎥

2222⎭⎝⎭⎥⎢⎣⎝⎦

=596.92KN

抗冲切力：

0.7βhpftamh0=0.7⨯1.0⨯1.27⨯103⨯1.25⨯0.75

=833.44KN>596.92KN，满足

8.变阶处抗冲切验算

at=b1=1.5m，a1=1.9m，h01=400-50=350mm

ab=at+2h01=1.5+2⨯0.35=2.2m

am=

at+ab1.5+2.2

==1.85m 22

2

⎡⎛la1bb⎫⎛⎫⎤1

冲切力：Fl=Pn,max⎢ --h01⎪b- --h01⎪⎥

⎭⎝22⎭⎥⎢⎣⎝22⎦

2

⎡⎛3.61.9⎫⎛2.81.5⎫⎤

=286.98⨯⎢ --0.35⎪⨯2.8- --0.35⎪⎥

2222⎭⎝⎭⎥⎢⎣⎝⎦

=375.9KN

抗冲切力：

0.7βhpftamh01=0.7⨯1.0⨯1.27⨯103⨯1.85⨯0.35

=275.6KN>375.9KN，满足

9.配筋计算

选用的HPB235 级钢筋，fy=210N/mm （1）基础长边方向 І-І截面（柱边）

柱边净反力：PnⅠ,=Pnmin+

2

l+ac

(Pn,max-Pn,min) 2l

=108.85+

3.6+0.5

⨯(286.98-108.85)

2⨯3.6

=210.28KPa

悬臂部分净反力平均值：

11(Pn,max+PnⅠ)=⨯(286.98+210.29)=248.64KPa ,22

弯矩： MⅠ=

1⎛Pn,max+Pn,I

24 2⎝⎫2

⎪()(2b+bc) l-ac⎪⎭

=

1

⨯248.64⨯(3.6-0.5)2⨯(2⨯2.8+0.5) 24

=607.3KN⋅m

As,I

MⅠ607.3⨯106

===4284.3mm2 0.9fyh00.9⨯210⨯750

Ⅲ-Ⅲ 截面（变阶处）

Pn,Ⅲ=Pnmin+

l+a1

(Pn,max-Pn,min) 2l

=108.85+

3.6+1.9

⨯(286.98-108.85)

2⨯3.6

=244.92KPa

MⅢ=

1⎛Pn,max+Pn,Ⅲ

24 2⎝⎫2

⎪()(2b+b1) l-a1⎪⎭

=

1286.98+244.92⨯⨯(3.6-1.9)2⨯(2⨯2.8+1.5) 242=227.4KN⋅m

As,Ⅲ

MⅢ227.4⨯106===3438mm2 0.9fyh010.9⨯210⨯350

比较AS,1和AS,Ⅲ，应按AS,1配筋，实际配22Φ16@140 则钢筋根数：n=

2800

+1=21，As=201.1⨯22=4223mm2≈4284mm2 140

（2）基础短边方向

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

1

(Pn.max+Pn.min)=1⨯(286.98+108.85)=197.92KPa 22

与长边方向的配筋计算方法相同，可得Ⅱ-Ⅱ截面（柱边）的计算配筋值

AS,Ⅱ=2369.66mm2，Ⅳ-Ⅳ 截面（变阶处）的计算配筋值AS=1917.16mm2。因

此按AS,Ⅱ在短边方向配筋，实际配Φ12@180。

则钢筋根数 n=

3600

+1=21，As=113.1⨯21=2375mm2>2369.66mm2 180

10.基础配筋大样图：见施工图

11.确定B、C两轴柱子基础底面尺寸

由任务书得：9号题B、C两柱子基底荷载分别为：

B轴：Fk=2140KN，Mk=288KN⋅m，Vk=113KN； C轴：Fk=1677KN，Mk=402KN⋅m，Vk=106KN； 由前面计算得持力层承载力特征值fa=224.15KPa 计算基础和回填土重Gk时的基础埋深d=2.425m

B轴基础底面积：A0=

Fk2140

==11.72m2

fa-γG⋅d224.15-0.7⨯10-1.725⨯20

基础底面积按20％增大，即：

A=1.2A0=1.2⨯11.72=14.06m2

初步选定基础底面面积A=l⋅b=4.8⨯3.0=14.4m(>14.06m)，且b=3m， 不需要再对fa进行修正。

C轴基础底面积：A0=

2

2

Fk1677

==9.18m2

fa-γG⋅d224.15-0.7⨯10-1.725⨯20

基础底面积按20％增大，即：

A=1.2A0=1.2⨯9.18=11.02m2

初步选定基础底面面积A=l⋅b=3.8⨯3.0=11.4m>11.02m，且b=3m， 不需要再对fa进行修正。

12.B、C两轴持力层地基承载力验算（略）

根据以上计算，可以绘制出基础平面布置图和A轴柱子基础大样图。见基础平面布置图。

2

2

图3 基础平面图

4 基础大样图

图