土力学独立基础条形基础
柱下独立基础课程设计
一、 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:
①号土层,杂填土,层厚0.5m,含部分建筑垃圾。
②号土层,粉质黏土,层厚1.2m,软塑,潮湿,承载力特征值fak=130kPa。 ③号土层,黏土,层厚1.5m,可塑,稍湿,承载力特征值fak=180kPa。 ④号土层,细砂,层厚2.7m,中密,承载力特征值fak=240kPa。 ⑤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下表所示。
地基岩土物理力学参数
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。柱网布置如下图所示。
柱网平面图
6、上部结构作用在柱底的荷载效应标准组合值:FK=1873KN,MK=193KN·m,VK=83KN,上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值:F=2435KN,M=251KN·m,V=108KN 7、混凝土的强度等级C25~C30,钢筋采用HPB235、HRB335级。 8、设计分组
B轴第10组,共12人,选择题号1~12,基础持力层选用④号土层,设计○
柱下独立基础。
9、设计要求
每人根据所在组号和题号,完成指定轴线的独立基础设计。对于另外两根轴线的基础,只要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,设计说明书的编写应具有条理性,图纸整洁清晰。 10、设计内容
1、确定基础埋深;
2、按持力层承载力特征值确定基础底面尺寸; 3、计算地基变形值,验算地基变形特征值;
4、基础结构设计:拟定基础剖面尺寸,进行地基梁正截面和斜截面设计及底板抗剪验算和配筋设计,并满足构造设计要求。
5、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。 参考资料
1.《土力学》(第2版)东南大学等四校合编.中国建筑工业出版社,2009。 2.《基础工程》(第2版)华南理工大学等三校合编.中国建筑工业出版社,2009。 3.《土力学与基础工程》赵明华 主编.武汉工业大学出版社,2003。 4.《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001),中国建筑工业出版社,2002。 5.《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2008),中国建筑工业出版社,2008。 6.《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002),中国建筑工业出版社,2002。
二、独立基础设计
1.选择基础材料
基础采用C30混凝土,HPB335级钢筋,预估基础高度0.8m。 2.选择基础埋置深度
根据柱下独立基础课程设计任务书要求和工程地质资料选取。 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。 ④ 号土层:细砂,层厚2.7m,中密,承载力特征值fak=240kPa。 ⑤ 号土层:强风化砂质泥岩,很厚,中密,承载力特征值fak=300kPa。 拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性,地下水位深度:位于地表下1.5m。
4号土层为持力层,所以考虑取基础地面高时最好至持力层下0.5m,本设计取○
取室外地坪到基础地面为0.5+1.2+1.5+0.5=3.7m。 由此得到基础剖面示意图如
下图所示。
基础剖面简图
3.求地基承载力特征值fa
根据细沙e=0.62,查表得ηb=2.0,ηd=3.0。 基地以上土的加权平均重度为
γ18⨯0.5+20⨯1+(20-10)⨯0.2+9.4⨯1.5+11⨯0.5
m=
3.7
=1
KNm3持力层承载力特征值fa(先不考虑对基础宽度修正)为
fa=fak+γmηd(d-0.5)=240+3.0×13.68×(3.7-0.5)=371.33KPa
上式d按室外地面算起。 4.初步选择基础尺寸
取柱底荷载标准值:FK=1873KN,MK=193KN·m,VK=83KN。 计算基础和回填土GK 时的基础埋置深度为
d=1
2
(3.7+4.15)=3.925m 基础底面积为
A0=
Fk=1873
=5.96m2f
a-γGd371.33-2.2⨯10-1.725⨯20
由于偏心不大,基础底面积按30%增大,即
A=1.3A0=1.3×5.96=7.7m2
初步选定基础地面面积A=lb=3.8⨯2.5=9.5m2,且b=2.5m
5.验算持力层地基承载力 基础和回填土重为
GK=rGdA=(2.2⨯10+1.725⨯20)⨯9.5=536.75KN 偏心距为
eMkF=193+83⨯0.8536.75=259.4
2409.75
=0.106m
=0.6m
k+Gk1873+6因此pkmin>0,满足要求 基地最大压力:
PFk+GkkA(1+6ekl)=1873+536.259.5(1+6⨯0.106
max=
3.8
)=255.61kPa
k=
2=2
=234.66KN/M2
满足要求
因此最后确定基础底面长3.8m,宽2.5m。
6.地基变形验算
求基低压力和基底附加压力
p=
F+G1873+20⨯2.5⨯3.8⨯1.5+10⨯2.A=5⨯3.8⨯2.22.5⨯3.8=23679.5
=249.16kpa 基础底面处土的自重应力
σcz=r⨯d=0.5⨯18+1⨯20+0.2⨯10+1.5⨯9.4+0.5⨯11=50.6kpa 则基础附加压力
p0=p-σcz=249.16-50.6=198.56kpa=0.198mpa 确定沉降计算深度
因为不考虑相邻荷载的影响,故可以按式估算:
zn=2.5⨯(2.5-0.4ln2.5)=5.3m取zn=5.3m
沉降量计算,
由计算可得取=5.3符合要求。 确定沉降经验系数
1计算○
值
ES=
∑Ai1740.2+734.82+84.882559.9
===13.1mpa
∑Ai/Esi1740.2/11.6+734.82/18+84.88/18195.56
2○假设
值的确定
,按表书本表4.4可得插值求得ϕs=1.2
③最终沉降量为
S=ϕs∑∆Si=1.2x38.6=47.4mm 满足地基规范要求。
7.计算基地净反力
取柱底荷载效应基本组合值:F=2435KN,M=251KN·m,V=108KN。 净偏心距为
e0=
L3.8M251+108⨯0.8
=0.63m ==0.139m
66F2435
基础边缘处的最大和最小净反力为
nmax
nmin
P
6e0F24356⨯0.139312.58kPa
=(1±)=(1±)=200.06kPa lbl9.53.8
8.基础高度(采用阶梯型基础)
冲切验算简图(柱下冲切)
冲切验算简图(变阶处冲切)
柱边基础截面抗冲切验算
l=3.8m,b=2.5m,at=bc=0.5m,ac=0.5m。初步选定基础高度h=800mm, 两个台阶,每个台阶均为400mm。h0=800-(40+10)=750mm(有垫层) 则冲切力
at+2h0=0.5+2⨯0.75=2m
因此,可得am=
因偏心受压,
at+ab500+2000
==1250mm 22
pn取pnmax=312.89kPa,所以冲切力为
lacbbc
Fl=Pnmax[(--h0)b-(--h0)2]
22223.80.52.50.5
=312.89⨯[(--0.75)⨯2.5-(--0.75)2]
2222
=683.7KN
抗冲切力为
0.7βhpftamh0=0.7×
1×1.430×1.25×0.75=938.423KN>683.7KN 满足要求
变阶处抗冲切验算 由于有
at=b1=1.25m,a1=1.9m,h01=400-50=350mm
所以
at+2h01=1.25+2⨯0.35=1.95m
取ab=1.9m。因此,可得
aat+ab1.25+1m=
2=.95
2
=1.6m
冲切力为
Fl=Pla1bb
nmax2-2-h0)b-(2-12-h0)2]
=312.58⨯[(3.8-1.9-0.35)⨯2.5-(2.5-1.25
-0.35)22222
]
=445.11KN
抗冲切力为
0.7βhpftamh0=0.7⨯1⨯1430⨯1.6⨯1.35=560.56
>445.11KN
满足要求 9.配筋计算
选用HPB335级钢筋,fy=300Nmm2。 (1)基础长边方向
(2)对于Ⅰ-Ⅰ截面(柱边),柱边净反力为
p=p+l+ac
nInmin2l(pnmax-pnmin)
=200.06+3.8+0.5
7.6
⨯(312.58-200.06)
=263.72kPa
悬臂部分净反力平均值
12(p1
nmax+pnI)=2
(312.58+263.72)=288.15kPa
弯矩为
1P+PMnmaxnI
I=24(2
)(l-a2c)(2b+bc)
=288.1524
⨯3.32
⨯5.5=719.11KN⋅m
M6
AI719.11⨯10sI=0.9f=300⨯750
=3551.18mm2
yh00.9⨯对于截面Ⅲ-Ⅲ(变阶处),有
pl+a1
nIII=pnmin+
2l(pnmax-pnmin)=200.06+3.8+1.9
7.6
⨯174.112.52
=284.45kPaM=124(Pnmax+PnIII2)(l-a2
III1)(2b+b1)
=298.524
⨯1.92⨯6.25=280.63KN⋅m A=MIIIf=280.63⨯106
sI300⨯350
=2969.62mm20.9yh010.9⨯比较AsI和AsIII,应按AsI配筋,实际配18φ16@180
As=3619.8mm2>3551.1mm2
(3)按基础短边方向
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
(pnmax+pnmin)2
1
=(312.58+200.06)
2
=256.32kPa
对于Ⅰ-Ⅰ截面(柱边) 弯矩为
Mpn
II=24(b-bc)2(2l+ac)
=256.32(2.5-0.5)224
⨯(7.6+0.5)
=346.03KN⋅m
MII346.03⨯106
AsII=0.9f==1708.8mm2
yh00.9⨯300⨯750
对于ⅠV-ⅠV截面(变阶处) 弯矩为
Mpn
IV=
24(b-b1)2(2l+a1)=256.3224
(2.5-1.25)2⨯(7.6+1.9)
=158.53KN⋅mAMIVsIV
0.9f=158.53⨯106=⨯300⨯350
=1677.57mm2yh010.9比较AsII和AsIV,应按AsII配筋,实际配16φ12@130
As=1809.6mm2>1708.8mm2
10.基础配筋大样图
基础配筋大样图如下图所示
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:5号题○A、○C两柱子基底荷载分别如下。 A轴:FK=1218KN,MK=235KN·m,VK=80KN。 ○
C轴:FK=1433KN,MK=297KN·m,VK=74KN。 ○
由前面计算得持力层承载力特征值fa=371.33kPa,计算基础和回填土重Gk时的基础埋深d=3.925m,○A轴基础底面积为
A0==
Fk
fa-γGd
1218
371.33-2.2⨯10-1.725⨯20
=3.87m2
基础底面积按30%增大,即
A=1.3A0=1.3⨯3.87=5.02m2
初步选定基础地面面积A=lb=3.0⨯2.0=6m2,b
C轴基础底面面积为 ○
A0==
Fk
fa-γGd
1433
371.33-2.2⨯10-1.725⨯20=4.52m2
基础底面积按30%增大,即
A=1.3A0=1.3⨯4.52=5.88m2
初步选定基础地面面积为A=lb=3.3⨯2.2=7.26m2,b
12.○A、○C两轴持力层地基承载力验算 A轴,基础和回填土重为
Gk=γGdA=(2.2⨯10+1.175⨯20)⨯6=339KN
偏心距为
ek=
Mkl235+80⨯0.8
==0.19m
6Fk+Gk1218+339
pkmin>0,满足要求。基础最大压力:
Pkmax=
Fk+Gk6e1218+3396⨯0.19
(1+k)=(1+)=358.11kPa
所以,最后确定基础地面长3m,宽2m。 C轴,基础和回填土重为 ○
Gk=γGdA=(2.2⨯10+1.175⨯20)⨯7.26=330.33KN
ek=
Mkl297+74⨯0.8
==0.20m
6Fk+Gk1433+330.33
pkmin>0,满足要求。基础最大压力:
Pkmax=
Fk+Gk6e1433+330.336⨯0.2
(1+k)=(1+)=331.2kPa
所以,最后确定基础地面长3.3m,宽2.2m。 13.设计图纸
根据以上的计算,可以绘制出基础平面布置图和B轴柱子基础大样图,详细设计图请见最后的A3图1号和2号图纸。
桩基础课程设计计算书
一、设计资料
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
自上而下土层依次如下:
①号土层:素填土,层厚1.5m,稍湿,松散,承载力特征值fak=95kPa。 ②号土层:淤泥质土,层厚3.3m,流塑,承载力特征值fak=65kPa。 ③号土层,粉砂,层厚6.6m,稍密,承载力特征值fak=110kPa。
④号土层,粉质黏土,层厚4.2m,湿,可塑,承载力特征值fak=165kPa。 ⑤号土层,粉砂层,厚度未揭穿,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如表3.1和表3.2所示。
表3.2 桩的极限侧阻力标准值qsk和极限端阻力标准值qpk
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3.5m。 5、上部结构资料
拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构,室外地坪标高同自然地面,室内外高差450mm。柱截面尺寸均为400mm⨯400mm,横向承重,柱网布置如图3.1所示。
图3.1 柱网平面布置图
其中纵向尺寸为5A,横向尺寸为9.6m,A值取A2=6600mm。
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3.3所示,上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值如表3.4所示,
表3.4 柱底荷载效应基本组合值
7、混凝土的强度等级C25~C30,钢筋采用HPB235、HRB335级。 (二)设计分组
首先分为预制桩和灌注桩两个大组,再根据表3.3所给出的设计资料、荷载资料、柱网尺寸及学生人数分为12个小组。分组示意如下:
(1)预制桩组:
A轴柱下桩基第1组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A1,设计○
础。
B轴柱下桩基第5组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A1,设计○
础。
C轴柱下桩基第6组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A1,设计○
础。
A轴柱下桩基第7组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A2,设计○
础。
B轴柱下桩基第9组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A2,设计○
础。
C轴柱下桩第12组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A2,设计○
基础。
(2)灌注桩组:
A轴柱下桩基第2组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A1,设计○
础。
B轴柱下桩基第3组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A1,设计○
础。
C轴柱下桩基第4组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A1,设计○
础。
A轴柱下桩基第8组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A2,设计○
础。
B轴柱下桩第10组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A2,设计○
基础。
C轴柱下桩第11组,共12人,选择题号1~12,柱网尺寸分别为A2,设计○
基础。
(三)设计要求
每人根据所在组号和题号,完成指定桩型和指定轴线的桩基础设计。对于另
外两根轴线的基础,只要求根据所荷载确定承台尺寸和桩数,以便画出桩基平面布置图。要求分析过程详细,计算步骤完整,设计说明书的编写应具有条理性,图纸整洁清晰。 (四)设计内容
1、设计桩基础,包括选定桩长和截面尺寸,确定单桩承载力特征值,确定桩数并进行桩的布置,进行桩身和承台的计算并满足构造设计要求,编写计算书。 2、绘制桩基础施工图,包括桩基础平面布置图、桩和承台大样图,并提出必要的技术说明。 (五)设计成果
1、设计计算书
设计计算书包括以下内容:
(1)确定桩的选型,确定单桩竖向承载力。 (2)估算桩的根数、布桩,确定承台尺寸。 (3)桩基础验算。
(4)桩承台设计,包括抗冲切、抗剪和抗弯的强度计算。
(5)桩身设计,对预制桩,进行吊装验算并满足构造配筋要求;对灌注桩,一般按构造配筋。
2、设计图纸 设计图纸包括以下内容: (1)桩基平面布置图。 (2)承台大样图。 (3)必要的设计说明。 (六)参考资料
1.《土力学》(第2版)东南大学等四校合编.中国建筑工业出版社,2009。
2.《基础工程》(第2版)华南理工大学等三校合编.中国建筑工业出版社,2009。
3.《土力学与基础工程》赵明华 主编.武汉工业大学出版社,2003。
4.《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001),中国建筑工业出版社,2002。
5.《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2008),中国建筑工业出版社,2008。
6.《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008),中国建筑工业出版社,2008。
7.《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002),中国建筑工业出版社,2002
1.选择桩端持力层、承台埋深
根据已知地质条件,以④号粉质黏土层为桩尖持力层,采用混凝土灌注桩,桩长L=11.8m,截面尺寸为400mm⨯400mm,桩尖进入粉质粘土层为2m。
桩身材料:
2混凝土:C30级,fc=14.3N/mm;
钢筋:二级钢筋,fy=fy=300N/mm;
承台底面:埋深d=1.6m。 '2
2.确定单桩极限承载力标准值
根据地基基础规范经验公式
Quk=Qsk+Qpk=up∑qsikli+qpkAP
桩侧土的极限侧阻力标准值(kPa)按表8.6取值得:
素填土土层: l1=1.5m时,qsk1=22kPa ,
淤泥质土层:l2=3.3 时, qsk2=28kPa
粉砂土层, IL=6.6m 时, qsk3=48kPa
粉质黏土层, IL=4.2m 时, qsk4=60kPa,qpk=900kPa
单桩竖向极限承载力标准值:
Quk=Qsk+Qpk=up∑qsikli+qpkAP
=3.14⨯0.4⨯(3.2⨯28+6.6⨯45+2⨯60)+3.14⨯0.22⨯900=749.33kN
21
单桩竖向承载力特征值:
Ra=Quk/K=1396.19/1.75=428.15kN
3确定桩数和承台尺寸
N≥Fk
R==5.3 取n=6根
a.15
桩距s≥3.5d=3.5⨯0.4=1.4m, 取s=1.4m。
承台尺寸 a=2⨯0.4+2⨯1.4=3.6m,b=2⨯0.4+1.4=2.2m
承台高取0.8m,桩顶伸入承台50mm,钢筋保护层取35mm,
则层台有效高度为h0=0.8-0.05-0.35=0.715mm
确定承台平面尺寸及桩的排列如下图所
4.桩顶作用效用验算
示
。22
γg=20kN/m3):
Nk=Fk+Gk2280+20⨯1.6⨯3.6⨯2.2==422.24kN
单桩所受的最大作用力:
Nkmax=Nk+
(Mk+Hkh)xmax∑x2=422.04+i(223+158⨯0.8)⨯1.4=484.63kN
5.承台设计计算
承台高0.8m,桩顶伸入承台50mm,钢筋的保护层取35mm,则承台有效高度:h0=0.8-0.050-0.035=0.715m=715mm 。
6.承台受冲切承载力验算
柱边冲切
有公式可求得冲垮比λ与冲切系数β0:
λox=aox0.840.841==0.7 ==1.4>1取λox=1 ,βox=λox+0.21+0.2h00.715
λoy=aoy
h0=0.840.840.5==0.89 =0.70 , βoy=λ+0.20.7+0.20.715oy
因h=800mm,故可取βhp=1.0。
2[βox(bc+aoy)+βoy(hc+aox)]βhpfth0
=2⨯[0.7⨯(0.4+0.5)+0.89⨯(1.0+0.4)]⨯1.0⨯1430⨯0.715=3836.23kN
>F=2280x1.35=3078kN(满足)
角柱向上冲切
从柱角内边缘至承台外边缘距离C1=C2=0.600m,
a1x=aox,λ1x=λ0x,a1y=aoy,λ1y=λoy。
23
β1x=0.560.560.56==0.467,β1y==0.622 λ1x+0.21+0.20.7+0.2
[β1x(c2+a1y/2)+β1y(c1+a1x/2)]βhpfth0
=[0.467⨯(0.600+0.3/2)+0.622⨯(0.600+0.5)]⨯1.0⨯1430⨯0.715 =1057.67kN>Nmax=424.63kN(满足)
承台受剪承载力计算
剪跨比与以上冲垮比相同,故λy=λoy=1,α=
因ho=715mm
βhpαftb0h0=1.0⨯0.875⨯1430⨯2.2⨯0.715=1968.22kN>2Nmax=849.26kN足)。 (满
7.承台受弯承载力计算
Mx=∑Niyi=3⨯422.24⨯0.5=633.36kN⋅m
Mx633.36⨯106
As===3308.5mm2 0.9fyh00.9⨯300⨯715
选用13Φ18@150,As=3308.5mm2,沿平行于y轴方向均匀布置。
My=∑Nixi=2⨯442.24⨯1.2=1013.376kN⋅m
1013.376⨯106
As===524.39mm2 0.9fyh00.9⨯30⨯0715
选用17Φ20@180,As=5341.4mm2,沿平行x轴方向均匀布置。
My
8.桩身构造设计
按构造的要求,灌注桩最小配筋率不宜小于0.2%~0.65%。且灌注桩配筋只需按一般构造配筋即可,因此取配筋率为0.6%。
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则:
As=0.6%π(d/2)2=0.006⨯3.14⨯(400/2)2=753.6mm2
选用6φ14,实际钢筋AS=923.4mm2满足要求。间距为200mm,桩主筋锚入承台500mm(满足:主钢筋伸入承台内的锚固长度不宜小于钢筋直径(HPB235钢)的30倍和钢筋直径(HRB335、HPB400 或RRB400钢)的35倍的要求)。桩顶4m范围内,主筋间距为100mm,该范围内箍筋采用φ8@100,放在主筋外侧。起到保护主筋锚固作用。4m以下采用φ8@200。桩身混凝土保护层厚度取50mm。
9. 估算A、C轴线柱下桩数
1.桩数估算
设计A、C轴线下桩基础的方法与B轴下相同,单桩极限承载力标准值为749.33kn,单桩竖向承载力特征值为428.15kn。
A轴柱下荷载标准组合值为Fk=2040kn;MK=242kn.m;Vk=145kn 根据A轴荷载初步估计A轴住下桩数,即
n=Fk2040==4.7 R428.15
则A轴下设计桩数为5根。
C轴柱下荷载标准组合值为Fk=2460kn;MK=221kn.m;Vk=148kn
Fk2460==5.7 R428.15n=
则C下设计桩数为6根。
2.承台平台尺寸的确定
根据估算的桩数和承台的构造要求,设计A轴线承台平面尺寸为1.8m⨯1.8m,设计C轴线承台平面尺寸为3.6m⨯2.2m。
初步设计如下图所示:
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10、设计图纸
根据以上的计算,可以绘制出基础平面布置图和B轴柱子基础大样图,详细设计图请见最后的A3图中3号和4号图纸。
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