基础结构毕业设计计算书

摘 要

本设计是按照武昌理工学院城建学院2016年毕业设计要求编写的毕业设计。题目为“深圳市天翔办公楼桩基础设计”。本设计贯彻“适用、安全、经济、使用方便”的设计原则，按照建筑设计相关规范，认真考虑影响设计的各项因素，进行建筑设计与结构设计，且以基础设计为本次毕业设计的主要内容。基础设计主要包括荷载计算、内力计算以及基础设计。

本工程为深圳市区的一个办公楼工程，采用框架结构，主体为五层，本地区抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级，设计地震分组为第一组, 拟建场地土类型中软场地土，场地类别为II 类场地。基本风压0.35KN/M。楼﹑屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。

本设计主要进行框架结构下的桩基础结构设计。在基础结构设计前，先进行了层间荷载代表值的计算, 接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。找出最不利的一组或几组内力组合作为基础上部荷载的内力组合，对基础进行了受力和配筋计算。

关键词：框架结构；基础设计；内力计算

Abstract

This design is according to the Wuchang University of Technology graduation design to code the graduation design in 2016. Titled "The Shen Zhen TianXiang Office Building pile foundation under columndesign".The design and implement of "applicable, safe, economic and easy to use" design principle, in accordance with the relevant specifications, architectural design seriously consider the various factors that affect the design, architectural design and structure design, and structure design as the main content of this graduation design. Structural design includes load calculation, internal force calculation, and basic design.

This project for an office building in downtown shenzhen, adopt the frame structure, main body for five layers, the region seismic fortification intensity of 7 degrees, earthquake resistant level for level 3, the design earthquake are grouped into the first group, proposed site soil type soft ground soil, site category for class II site. The basic wind pressure 0.35 KN/M. Floor, roof adopts the cast-in-place reinforced concrete structure.

This design mainly for frame structure under the pile foundation design. Before infrastructure design representative value of interlayer load is calculated, and then use vertex displacement method from the earthquake cycle, and then press the bottom shear method under horizontal seismic load size, and then calculate the structural internal force under the horizontal load (bending moment, shear force and axial force). Then calculate vertical load (dead load and live load) under the action of internal force of structure. Find out the most unfavorable one group or several groups of internal force combination as the foundation of the upper load internal force combination, on the basis of the force and reinforcement calculation.

keywords ：Frame structure; Foundation design; The internal force

calculation

目 录

1 绪论 ................................................. 2

2 建筑设计 ............................................. 3

2.1 建筑概况 .......................................... 3

2.2 地质条件 .......................................... 3

3 结构设计 ............................................. 5

3.1 结构计算简图及主要构件尺寸的确定 .................. 5

3.2梁、柱的线刚度计算 . ................................ 7

4 结构荷载计算 ......................................... 9

4.1 恒荷载计算 ........................................ 9

4.2 活荷载计算 ....................................... 13

4.3 风荷载计算 ....................................... 14

4.4水平地震荷载计算 . ................................. 16

5结构内力计算 .......................................... 20

5.1 恒荷载下框架的内力计算 ........................... 20

5.2活荷载下框架的内力计算 . ........................... 26

5.3恒（活）载下剪力、轴力计算 . ....................... 29

5.4水平地震作用下的框架的内力计算 .................... 33

5.5风荷载下框架的内力计算 . ........................... 35

6内力组合 .............................................. 37

7基础设计 .............................................. 38

7.1. 选择桩端持力层、承台埋深 ......................... 38

7.2. 确定单桩极限承载力标准值 ......................... 38

7.3. 确定桩数和承台尺寸 ............................... 39

7.4. 桩顶作用效用验算 ................................. 40

7.5. 桩基础沉降验算 ................................... 40

7.6. 桩身结构设计计算 ................................. 41

7.7. 承台设计计算 ..................................... 43

8结论 .................................................. 45

致 谢 .................................................. 46

参考文献 ................................................ 47

深圳市天翔办公楼桩基础设计

1 绪论

基础在建筑工程中的地位很重要，基础的选择不仅关系到建筑造价，更重要的是基础的选择直接关系到建筑物的安全。在建筑工程中，常用的基础有筏板基础，条形基础，桩基础以及独立基础。考虑到安全经济方面的因素，由于适合作为持力层的土层埋藏较深，采用天然地基浅基础或经过地基加固处理仍不能满足要求，所以采用天然地基上的桩基础。本工程为深圳市天翔办公楼，为框架结构，适合采用桩基础。

随着时代的发展和科技的进步，人们的生活水平也在不断提升。而建筑是社会和科技发展所需要的“衣、食、住、行”的之首。它在任何一个国家的国民经济中都占有举足轻重的地位. 作为土木工程专业的一名本科毕业生，应该能从事土木工程的设计施工与管理工作。因此，我们有必要也必须进行一次综合性的毕业设计。

办公楼属于公共建筑，既要求满足建筑布局，也要有抗震、采风通光等各方面的要求。结构设计，主要进行了结构布置及选型、荷载计算、内力计算、内力组合、按最不利内力进行各杆件配筋计算、基础计算。

通过综合运用所学的理论知识和技能，解决中学办公楼的基础设计，结构和施工组织设计方面的实际问题，为今后独立从事土建设计和施工打下基础。通过设计巩固专业知识，培养我们动手能力，对今后的工作学习有深刻的指导意义和实际价值。

2 建筑设计

2.1 建筑概况

本工程为深圳天翔办公楼，建筑地点为深圳市福田区，场地面为:100m×75m 。建筑总层数为五层, 底层层高为4.0m, 其余层高均为3.6m, 女儿墙高1.0m ，主体结构高度为19.4m, 建筑面积约3097m 2。

该办公楼建筑主要由以下用房组成：办公室、会议室、接待室、展览厅、卫生间、服务用房、辅助用房等。

该办公楼为现浇钢筋混凝土框架结构，地坪标高同自然地面，室内外高差450mm 。为利于结构抗震和施工的方便，左右基本对称。该办公楼抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级，设计地震分组为第一组, 拟建场地土类型中软场地土, Ⅱ类建筑场地，地面粗糙程度：C 类。场地平坦, 周围无相邻建筑物。

本工程建筑功能为公共建筑，使用年限为50年；建筑平面的纵轴轴距为

4.5m 、2.7m 、5.4m 、4.5m ，横轴轴距为4.5m 、5.4m 、2.7m ，本工程耐火等级为一级。

办公楼的平面组合采用综合式组合，有走道，走廊，大厅的综合组合形式，内部空间要解决办公室，会议室，布置问题，解决人员的交往活动。以及通风和采光问题, 各功能应分区明确合理。有较好的疏散方式，满足防火要求，立面及造型应反映新时代办公楼建筑的形式。

2.2 地质条件

地质水文条件：场地平坦，周围无相邻建筑物。自上而下依次为：

注：地下水位在天然地面下2.5米处

2.3 建筑材料

1. 混凝土：梁、板、柱均使用C30混凝土。

2. 钢筋：钢筋采用热轧钢筋HRB335

3. 墙体：

a ）外墙采用240厚加气混凝土砌块，一侧墙体为白色仿麻石面砖，一侧为20mm 厚抹灰；

b ）内隔墙采用240厚加气混凝土砌块, 两侧均为20mm 厚抹灰；

c ）女儿墙采用240厚灰砂砖墙，墙高1000mm 。

4. 基础是桩身使用C30混凝土，承台使用C20混凝土，基础钢筋采用HRB335级。

5. 门：除出入口大门为玻璃门外，其余均为木门，尺寸见建筑设计总说明。 窗：采用均塑钢窗，尺寸见建筑设计总说明。

6. 其他结构选型

（1）屋面：使用现浇钢筋混凝土板作为承重结构，屋面板按上人屋面的使用荷载选用。

（2）楼面：使用现浇钢筋混凝土板，板厚为120mm 。

（3）基础：使用桩基础。

3 结构设计

3.1 结构计算简图及主要构件尺寸的确定

3.1.1 计算简图的确定

根据建筑功能要求及建筑施工布置图，本工程采用全现浇框架结构，采用横向比承重体系。结构平面布置图见图3.1，取11轴的一榀框架进行计算。设计内容包括框架计算单元、计算简图的确定，框架受到的各种荷载计算，各种荷载作用下框架的内力计算、内力组合。

图3.1 结构平面布置图

根据地质资料，确定基础顶面至室外地坪为0.95m ，由此得底层的计算高度为H=3.6m+0.95m+0.45m=5.0m。

3.1.2主要构件尺寸的确定

（1）主梁截面尺寸的确定

h=（1/12~1/8）L=(1/12~1/8)×5400=450~675mm，取h=600mm。

b= (1/2~1/3) h=(1/2~1/3)×600=200~300mm,取b=300mm。

（2）框架柱

框架柱采用C30混凝土，截面尺寸的选定，是通过其轴压比限值实现的，

相关公式如下： Ac≥N/μf c （2—1）

N=βAGn （2—2）

其中，n 为验算截面以上楼层层数，G 为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，框架结构近似取14kN/m2，A 为按简支状态计算柱的负载面积，β为考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，取1.25。抗震等级三级的框架结构轴压比μ=0.85。由于中柱的受荷面积更大，所以取中柱进行计算。

中柱的受荷面积A=(4.5/2+2.7/2)*4.5=16.2mm2

A c ≥N/μf c =1.25×16.2×14×103×5/(0.85×14.3)=116619mm2, 框架柱在抗震设计中，b 和h 不宜小于250mm ，且柱截面尺寸l 0/b≤30、l ₒ/h≤25。所以取边柱截面400mm×400mm 。

（3）板厚度确定：

楼盖及屋盖采用现浇混凝土板，由于l 02/l01=5400/2700=2

计算简图见图3.2。

图3.2 计算简图

3.2梁、柱的线刚度计算

3.2.1梁的线刚度计算

横梁线刚度计算过程，对于现浇楼面的梁，为考虑楼板对梁的影响：

边框架 I b =1.5I0

中框架 1 I b =2.0I0

式中，I 0 为按矩形截面计算的截面惯性矩：I 0=bh3/12。

C30混凝土弹性模量为:E=3.0×104N/mm2。

边跨梁: i=Eb I b /L1=1.5×3.0×104×300×6003/(12×4500)=5.4×1010N·mm 中跨梁：i=Eb I b /L2=2×3.0×104×300×6003/(12×2700)=12×1010N·mm i=Eb I b /L2=2×3.0×104×300×6003/(12×5400)=6×1010N·mm

3.2.2柱的线刚度计算

底层边柱：I c =I0=bh3/12

i=EIc /L 1=3.0×104×4004/（12×5000）=1.28×1010N·mm

2～5层边柱：I b =0.9I0=0.9bh3/12 i=EIc /L 2=0.9×3.0×104×4004/（12×3600）=1.60×1010N·mm 框架的线刚度简图如图3.3所示。

图3.3 框架线刚度简图

4 结构荷载计算

4.1 恒荷载计算

楼面荷载分配为等效均布荷载（如下图4。1所示

)

图4.1 楼面荷载分配

4.1.1屋面框架梁线荷载标准值

1、防水层： 30mm 厚C20细石混凝土 1.0KN/㎡

三毡四油油铺小石子 0.4KN/㎡ 找平层： 20mm 厚1:2水泥砂浆 0.02m×20KN/m³=0.4kN/㎡ 找坡层：100~140mm 厚（2%找坡）膨胀珍珠岩 （0.10+0.14）/2 m×7KN/m³=0.84kN/㎡

保温层： 80mm 厚矿渣水泥 0.08m×14.5KN/m³=1.16KN/㎡ 结构层：120mm 厚现浇钢筋混凝土楼板 0.12m×25KN/m³=3.00kN/㎡ 抹灰层：10mm 厚混合砂浆抹灰 0.01m×17KN/m³=0.17kN/㎡ 屋面恒荷载小计： 6.97kN/㎡ 2、框架梁自重（包括梁测粉刷）：

0.30×0.60×25+2×（0.6-0.12）×0.02×17=4.83kN/m 作用在顶层框架梁上的线荷载为：

g AB1=g BC1=g CE1=4.83kN/m g AB2=6.97×4.5=31.36kN/m g BC2=6.97×2.7=18.82kN/m g CE2=6.97×5.4=37.64kN/m

4.1.2楼面框架梁线荷载标准值

25mm 厚水泥砂浆面层 0.025m×20KN/m³=0.50kN/㎡ 120mm 厚现浇钢筋混凝土楼板 0.12m×25KN/m³=3.00kN/㎡ 15mm 厚混合砂浆抹灰 0.015m×17KN/m³=0.255kN/㎡ 楼面恒荷载小计： 3.755kN/㎡

框架梁自重（包括梁测粉刷）： 4.83kN/m 边跨填充墙自重以及墙面粉刷：

0.24×（3.6-0.6）×19+（3.6-0.6）×0.02×2×17=15.72kN/m 作用在楼面框架梁上的线荷载为：

g AB1=4.83+15.72=20.55kN/m g AB2=3.755×4.5=16.90kN/m g BC1=g CE1=4.83kN/m g BC2=3.755×2.7=10.14kN/m g CE2=3.755×5.4=20.28kN/m

4.1.3屋面框架节点集中荷载标准值

(1)边柱连系梁自重 A 0.3×0.6×（5.4+4.5）/2×25=22.27kN

G 0.3×0.6×4.5×25=20.25kN 粉刷 0.02×（0.60-0.12）×2×4.5×17=1.47kN 1m 高女儿墙自重 1.0×4.5×0.24×19=16.24kN 粉刷 1.0×0.02×2×4.5×17=3.06kN 连系梁传来的屋面自重 A 0.5×5.4×0.5×2.7×6.97=25.41kN 顶层边节点集中荷载 G A =68.45kN G G =76.31kN

2) 中柱连系梁自重 22.27kN 粉刷 1 .47kN 连系梁传来的屋面自重 B 0.5×（4.5+2.7）×0.5×5.4×6.97=67.75kN C 0.5×(2.7+5.4)×0.5×4.5×6.97=63.51kN D 0.5×(2.04+3.36)×0.5×5.4×6.97=50.81kN E 0.5×(5.4+2.7)×0.5×4,.5×6.97=65.87kN 顶层节点集中荷载 G B =89.47kN G C =85.23kN G D =72.53kN

G E =87.59kN G F =78.18kN 4.1.4楼面框架节点集中荷载标准值

1) 边柱连系梁自重 g A =18.28kN g G =20.25kN

粉刷 1.47kN 钢框玻璃窗自重 3.3×1.5×0.45=2.23kN 窗下墙体自重 0.24×0.9×4.5×19=18.47kN 粉刷 2×0.02×0.9×4.5×17=2.75kN 框架柱自重 0.4×0.4×3.6×25=14.4kN 连系梁传来的楼面自重 A 0.5×4.5×0.5×4.5×6.97=35.28kN 中间层边节点集中荷载 G A =92.88kN G G =101.91kN 2) 中柱连系梁自重 22.27kN 粉刷 1.47kN 框架柱自重 0.4×0.4×3.6×25=14.4kN 连系梁传来的楼面自重 B 0.5×（4.5+2.7）×0.5×5.4×6.97=67.75kN C 0.5×(2.7+5.4)×0.5×4.5×6.97=63.51kN D 0.5×(2.04+3.36)×0.5×5.4×6.97=50.81kN E 0.5×(5.4+2.7)×0.5×4,.5×6.97=65.87kN

中间层中节点集中荷载 G B =91.49kN G C =87.25kN G D =74.55kN

G E =89.61kN G F =80.20kN

ABCDEFG 为一品框架ABCDEFG 轴线对应的节点

4.1.5恒载作用下的计算简图

恒载作用下的计算简图如图4.2所示

图4.2 恒载作用下的计算简图(单位：KN ）

4.2 活荷载计算

4.2.1活荷载计算

依据GB50009-2001《建筑结构荷载规范》，民用办公楼办公室楼面活荷载标准值取2.0kN/㎡，走廊取2.5kN/㎡。屋面为上人屋面取2.0kN/㎡。

1）顶层活荷载的计算

p 顶AB =2.0×4.5=9.00kN/m p 顶BC =2.0×2.7=5.40kN/m p 顶CE =2.0×5.4=10.80kN/m

P 顶A =P 顶G =0.5×4.5×0.5×4.5×2.0=10.13kN P 顶B =P 顶F =0.5×2.7×4.5×0.5×2.0+10.13=16.21kN

P 顶C =P 顶E =0.5×2.7×4.5×0.5×2.0+0.5×5.4×0.5×4.5×2.0=18.23kN

（2）楼面活荷载的计算

p AB =p FG =2.0×4.5=9.00kN/m p BC =p EF =2.5×2.7=6.75kN/m

p CE =2.0×5.4=10.80kN/m

P A =P G =0.5×0.5×4.5×4.5×2.0=10.13kN P B =P F =10.13+0.5×4.5×0.5×2.7×2.5=16.88kN

P C =P E =0.5×5.4×0.5×4.5×2.0+0.5×4.5×0.5×2.7×2.5=19.74kN

图4.3 活载作用下的计算简图(单位:KN)

4.3 风荷载计算

房屋总高度5.0+3.6×4+1.0=20.4m米，小于30米。房屋宽度为19.8米，高宽比

2

H 20. 4=

z 见

W 0=0.35kN/m， B 类场地，风荷载体型系数 μs =1.3。风压高度变化系数μ表

4.1

表4.1 风压高度变化系数表

μZ 的具体值用内插法求出 各层风载见下表4.2：

表4.2 各层风荷载计算

A 1=(4+3.6/2)×4.5=26.1㎡ A 2=3.6×4.5=16.2㎡ A 3=3.6×4.5=16.2㎡ A 4=3.6×4.5=16.2㎡ A 5=(1+3.6/2)×4.5=12.6㎡

风荷载作用下结构计算简图如图4.4所示：

图4.4 风荷载作用下计算简图(单位:kN)

4.4水平地震荷载计算

4.4.1重力荷载代表值计算

根据“抗震规范”，顶层重力荷载代表值包括：屋面荷载、50%屋面雪荷载、顶层纵横框架自重、顶层半层墙柱自重及女儿墙自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒荷载、50%屋面活荷载、该层纵横框架梁自重、上下各半层柱及墙自重。

（1）房屋楼面恒荷载

①纵向框架梁自重 31.5m×6×0.3×0.6×25=850.5kN ②横向框架梁自重 (19.8×8—2.7×8)m×0.3×0.6×25=615.6kN ③板自重 0.12m×31.5×19.8×25=1871.1kN ④该层楼上下半层柱重

第二层： 5×0.4×0.4×25×50/2+3.6×0.4×0.4×25×50/2=860kN 其余层： 3.6×0.4×0.4×25×50=720kN

⑤横墙自重

内外墙均为加气混凝土砌体，加气混凝土砌体为5.5kN/m³，则单位面积重5.5×0.2=1.1kN/㎡。女儿墙为200mm 厚灰砂砖墙，砖重19kN/m³，单位面积重19×0.2=3.8kN/m³。

1.1kN/㎡×[(3.6-0.6)×4.5×14+(3.6-0.6-1.5)×2.7×4+(3.6-0.6-0.9)×5.4×2]m=250.67kN

⑥外纵墙自重

1.1kN/㎡×[(3.6m-0.6m)×31.5×4+(3.6-0.6-1.5)×31.5×2]=519.75kN

⑦钢窗自重(共20扇)

（3.3×1.5×10+4.2×1.5×2+1.5×1.5×5+5.75×1.5×1+3.6×1.5×2)×0.45=41.26kN G 4k =G3k =G2k =850.5+615.6+1871.1+720+250.67+519.75+41.26=4868.88kN G 1k =850.5+615.6+1871.1+860+250.67+519.75+41.26=5008.88kN （2）房屋屋面恒荷载

①纵向框架梁自重 31.5m×6×0.3×0.6×25=850.5kN ②横向框架梁自重 (19.8×8—2.7×8)m×0.3×0.6×25=615.6kN ③板自重 0.12m×31.5×19.8×25=1871.1kN ④该层楼上下半层柱重 3.6×0.4×0.4×25×50=720kN ⑤横墙自重 250.67/2=125.34kN ⑥外纵墙自重 519.75/2=259.88kN ⑦钢窗自重(共20扇) 41.26/2=20.63kN

⑧女儿墙自重 （31.5×2+19.8×2）×1×3.8=389.88kN

G 5k =850.5+615.6+1871.1+720+125.34+259.88+20.63+389.88=4861.93kN (3)重力荷载代表值的计算

根据抗震规范，G E =Gk +∑ i Q ki ，得

Q k1=Q k2=2.0×（4.5²π/4+4.5×27.5+4.5×31.5+5.4×28.8)+2.5×(2.7×31.5×2+5.4×2.7）

=1335.55KN

Q k3=Q k4=2.0×（4.5×14.4+4.5×31.5+5.4×28.8)+2.5×(2.7×31.5×2+5.4×2.7）=1186KN

Q k4=2.0×（4.5×14.4+15.3×31.5)`=1094KN

G 1=5008.88+0.5×1335.55=5676.66kN G 2=4868.88+0.5×1335.55=5536.66kN G 3=G4=4868.88+0.5×1185.84=5461.80kN G 5=4861.93+0.5×1093.5=5408.68kN 重力荷载代表值计算简图见4.5所示

图4.5 重力荷载代表值计算简图 4.4.2框架自振周期计算

按顶点位移法计算，考虑填充墙对结构自振周期的影响，取基本自振周期调整系数ϕT =0.7，顶点位移按反弯点法计算。 D 底=12EI/h³=（12×3×104×4004/12)/40003=12000N /M D 底=12EI/h³=（12×3×104×4004/12)/36003=16460N /M 横向框架顶点位移计算见表4.3：

表4.3 横向框架顶点位移计算

则∑Δi =0.114

即顶点位移为：ΔT=∑Δi =0.114 则框架的自振周期为：

T 1=1.7ϕT T =1.7×. 114=0.402(s)

4.4.3横向地震作用计算

本结构为一般建筑物，质量和高度分布均匀变化，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，抗震设防烈度为7度。由于框架结构高度19.4m

因为T g

结构总水平地震作用标准值 F Ek =а1G eq =0.071×0.85×27545.6=1662.46N 各层水平地震作用标准值和楼层剪力，以及弹性变形验算计算过程见下表4.4、表4.5。

表4.4 各层地震作用下楼层地震剪力

表4.5 弹性变形验算

层间相对转角均小于[θ]=1/550的要求。

5结构内力计算

5.1 恒荷载下框架的内力计算

5.1.1二次弯矩分配法计算杆端弯矩

二次弯矩分配法计算恒荷载作用下的框架结构内力，由于框架结构对称，荷载对称，故可取半边结构计算，计算简图如下：

图5.1 结构计算简图 具体计算步骤：

（1）首先计算框架各杆件的线刚度及分配系数。 （2）计算框架各层梁端在竖向荷载作用下的固端弯矩。

（3）计算框架各节点处的不平衡弯矩，并将每一节点处的不平衡弯矩同时进行 分配并向远端传递，传递系数为1/2。

（4）进行两次分配后结束（仅传递一次，但分配两次）。

首先计算框架各杆件的线刚度及分配系数计算过程见表5.1、5.2所示。

表5.1 梁、柱转动刚度及相对转动刚度

分配系数按下式计算: μ=S/∑S各节点杆件分配系数见表7分配系数μ

表5.2 分配系数表

弯矩分配与传递见下图所示。首先将各节点的分配系数填在相应的方框内，将梁的固端弯矩填写在框架横梁相应位置上，然后将节点放松，把各节点不平衡弯矩“同时”进行分配。假定：远端固定进行传递（不向滑动端传递）；右（左）梁分配弯矩向左（右）梁传递；上（下）柱分配弯矩向下（上）柱传递（传递系数均为1/2）；第一次分配弯矩传递后，再进行第二次弯矩分配，然后不再传递。

5.1.2恒载作用下的梁端固端弯矩计算1. 屋面梁

ql 231. 36⨯4. 5⨯4. 5

边跨：Mp===52.92kN·m

1212

ql 218. 82⨯2. 7⨯2. 7

第二跨：Mp===17.15kN·m

88

ql 237. 64⨯2. 7⨯2. 7

中跨：Mp===91.46kN·m

33

2. 楼面梁

ql 216. 9⨯4. 5⨯4. 5

边跨：Mp===28.51kN·m

1212ql 210. 14⨯2. 7⨯2. 7

第二跨：Mp===9.24kN·m

88

ql 220. 28⨯2. 7⨯2. 7

中跨：Mp===49.28kN·m

33

5.1.3恒载作用下的框架支座弯矩二次分配

分配法采用弯矩二次分配法进行计算，计算过程见表5.3所示。

表5.3 恒荷载弯矩二次分配

M +M 右1

梁的跨中弯矩的计算，由公式M =ql 2-左计算，楼面荷载按满布考虑。

82恒荷载的弯矩分配图见图5.2所示。

145. 91+32. 54

⨯31. 36⨯4. 52-=40.16kN ·m 82126. 40+24. 112

=17.52kN ·m M 4AB =⨯16. 90⨯4. 5-

82116. 20+23. 45

M 3AB =⨯16. 90⨯4. 52-=22,95kN ·m

82116. 30+23. 452

=22.90kN ·m M 2AB =⨯16. 90⨯4. 5-

82113. 37+23. 00

M 1AB =⨯16. 90⨯4. 52-=24.59kN ·m

82121. 17+45. 75

=-16.31kN ·m M 5BC =⨯18. 82⨯2. 72-

82111. 81+16. 25

=-4.79kN ·m M 4BC =⨯10. 14⨯2. 72-

82112. 16+18. 34

=-6.01kN ·m M 3BC =⨯10. 14⨯2. 72-

82112. 16+18. 21

=-5.94kN ·m M 2BC =⨯10. 14⨯2. 72-

82113. 54+20. 89

=-7.97kN ·m M 1BC =⨯10. 14⨯2. 72-

821

M 5CE =⨯37. 64⨯5. 42-65. 53=71.87kN ·m

81

M 4CE =⨯16. 90⨯5. 42-39. 22=22.38kN ·m

81

M 3CE =⨯16. 90⨯5. 42-38. 18=23.42kN ·m

81

M 2CE =⨯16. 90⨯5. 42-38. 24=23.36kN ·m

81

M 1CE =⨯16. 90⨯5. 42-37. 31=24.29·m

8M 5AB =

图5.2 恒荷载作用下的框架弯矩图（单位：kN·m ）

5.2活荷载下框架的内力计算

5.2.1 活荷载作用下的梁端固端弯矩计算 1. 屋面梁

ql 29. 00⨯4. 5⨯4. 5

边跨：Mp===15.19kN·m

1212

ql 25. 4⨯2. 7⨯2. 7

第二跨：Mp===4.92kN·m

88

ql 210. 80⨯2. 7⨯2. 7

中跨：Mp===26.24kN·m

33

2. 楼面梁

ql 29. 00⨯4. 5⨯4. 5

边跨：Mp===15.19kN·m

1212ql 26. 75⨯2. 7⨯2. 7

第二跨：Mp===6.15kN·m

88

ql 210. 80⨯2. 7⨯2. 7

中跨：Mp===26.24kN·m

33

5.2.2活载作用下的框架支座弯矩二次分配 活荷载的弯矩二次分配，计算过程见表5.4。

表5.4 活荷载弯矩二次分配

活荷载作用下的框架弯矩图见图5.3所示。

M +M 右1

梁的跨中弯矩的计算，由公式M =ql 2-左计算，楼面荷载按满布考虑。

82

113. 68+9. 56

⨯9. 00⨯4. 52-=11.16kN ·m 82111. 6+13. 042

=10.46kN ·m M 4AB =⨯9. 00⨯4. 5-

8219. 05+12. 98

M 3AB =⨯9. 00⨯4. 52-=11.77kN ·m

8218. 60+12. 982

=11.99kN ·m M 2AB =⨯9. 00⨯4. 5-

8217. 04+12. 68

M 1AB =⨯9. 00⨯4. 52-=12.92kN ·m

8215. 83+12. 64

=-4.31kN ·m M 5BC =⨯5. 40⨯2. 72-

8217. 31+9. 71

=-2.36kN ·m M 4BC =⨯6. 75⨯2. 72-

8217. 38+9. 89

=-2.48kN ·m M 3BC =⨯6. 75⨯2. 72-

8217. 38+9. 38

=-2.23kN ·m M 2BC =⨯6. 75⨯2. 72-

8217. 97+11. 25

=-3.46kN ·m M 1BC =⨯6. 75⨯2. 72-

821

M 5CE =⨯10. 80⨯5. 42-19. 03=20.34kN ·m

81

M 4CE =⨯10. 80⨯5. 42-20. 48=18.89kN ·m

81

M 3CE =⨯10. 80⨯5. 42-20. 39=18.98kN ·m

81

M 2CE =⨯10. 80⨯5. 42-20. 42=18.95kN ·m

81

M 1CE =⨯10. 80⨯5. 42-19. 93=19.44kN ·m

8

M 5AB =

..

武昌理工学院毕业设计(论文）

图5.3 活荷载作用下的框架弯矩图（单位：kN·m ）

5.3恒（活）载下剪力、轴力计算

5.3.1恒（活）载作用下的框架梁端剪力

梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得： 1荷载引起的剪力：V =V=q1L 1/2 ○

2弯矩引起的剪力：边跨：V = -V=（M ○

左

右

左

右

左

+M右）/L

第二跨：V 左= -V右=（M 左+M右）/L

中跨：V 左= -V右=（M 左+M右）/L

武昌理工学院毕业设计(论文）

计算过程见表5.5。

表5.5 恒（活）载作用下的框架梁端剪力

注：上、下格数字分别为恒、活荷载作用下的相应数据

30

5.3.2框架柱轴力计算

（1）柱的计算考虑粉刷层自重，粉刷层的自重系数取1.2。 底层柱：0.4×0.4×5.0×25×1.2=24kN 其余柱：0.4×0.4×3.6×25×1.2=17.28kN （2）恒（活）载作用下的框架边柱轴力计算 计算过程见表5.6。

表5.6 恒（活）载作用下框架边柱轴力计算(kN)

（3）恒（活）载作用下的框架中柱轴力计算 计算过程见表5.7。

表5.7 恒（活）载作用下框架中柱轴力计算(kN)

(4)恒载、活载下的的梁剪力图、柱轴力图如图5.4（1）、（2）所示

（

（2）

图5.4 恒载、活载下的的梁剪力图、柱轴力图

1）

5.4水平地震作用下的框架的内力计算

因横梁线刚度与柱线刚度之比大于3，故内力计算采用反弯点法计算。 (1)确定各柱反弯点位置。

假定除底层外各层上下柱两端转角相同，反弯点的位置固定不变。除底层柱的反弯点高度位于2/3柱高出，其余层柱的反弯点位于1/2柱高。

图5.5 反弯点位置示意图

（2）分层取脱离体计算各反弯点处剪力。

（3）先求柱端弯矩，再节点平衡求梁端弯矩，当为中间点时，按梁的相对线刚度分配节点处柱端不平衡弯矩。

根据以上计算原则，计算框架的弯矩如表5.8所示。

表5.8 水平地震作用下框架中梁轴力、弯矩计算(kN)

5.5风荷载下框架的内力计算

因横梁线刚度与柱线刚度之比大于3，故内力计算采用反弯点法计算。 （1）确定各柱反弯点位置。

假定除底层外各层上下柱两端转角相同，反弯点的位置固定不变。除底层柱的反弯点高度位于2/3柱高出，其余层柱的反弯点位于1/2柱高。

图5.6 反弯点位置示意图

（2）分层取脱离体计算各反弯点处剪力。

（3）先求柱端弯矩，再节点平衡求梁端弯矩，当为中间点时，按梁的相对线刚度分配节点处柱端不平衡弯矩。

根据以上计算原则，计算框架的弯矩如表5.9所示。

表5.9 水平地震作用下框架中梁轴力、弯矩计算(kN)

风荷载作用下的框架弯矩图如图5.7所示：

图5.7风荷载作用下的框架弯矩图

6内力组合

由于本设计的主要任务是设计基础，故只统计柱底层边柱和中柱的内力组合，计算过程见下表。

根据《荷载规范》和《高层建筑混凝土结构设计规程》（JGJ3-2010），由于风荷载作用下的组合与考虑地震组合相比，一般较小，对于结构设计不起控制作用，故不考虑。本工程只考虑以下二种内力组合：

梁端弯矩M 都是经过调幅后的弯矩，调幅系数为0.8。调幅只对竖向荷载作用下的内力进行调幅，不对水平荷载作用下的内力进行调幅。（见下表61、6.2）：

表6.1 底层边柱内力组合表

表6.2 底层中柱内力组合表

7基础设计

7.1. 选择桩端持力层、承台埋深

根据地质条件，以粉质粘土层为桩尖持力层，采用预制混凝土方桩，桩长L=20m，截面尺寸为400mm ⨯400mm ，桩尖进入粉质粘土层为2m 。桩身材料：混凝土，C30级，f c =14.3N /mm 2；钢筋，二级钢筋，f y =f y =300N /mm 2。承台用C20及混凝土，f c =9.6N /mm 2；f t =1.10N /mm 2，钢筋，三级钢筋，

f y =f y =360N /mm 2, 承台底面埋深d=2.0m。

'

'

7.2. 确定单桩极限承载力标准值

根据地基基础规范经验公式

Q uk =Q sk +Q pk =u p ∑q sik l i +q pk A P

桩侧土的极限侧阻力标准值（kPa ）查表取可得： 淤泥质粘土层， q s 1k =22~30kPa，取q s 1k =23.14kPa. 灰色粘土层，I L =

ω-ωρ =1. 00时， q s 2k =40~55kPa，取q s 2k =42.14kPa。

ω-ωρ

亚粘土层， I L = 时， q s 3k =55~70kPa，取q s 3k =57.14kPa。 =0. 60

粉质粘土层， I L =

ω-ωρ

q s 4k =55~70kPa，取q s 4k =57.14kPa。 =0. 60 时，

桩的极限端阻力标准值（kPa ），可查表取值：I L

ω-ωρ

粉质粘土层，I L =（可塑），混凝土预制桩桩长20m ，取=0. 60

q pk =1900-2800kPa，取q pk =2028.57 kPa

Q uk =Q sk +Q pk =u p ∑q sik l i +q pk A P

=4⨯0. 4⨯(23. 14⨯10. 6+42. 14⨯3. 7+57. 14⨯2. 7+57. 14⨯2) +2028. 57⨯0. 42=1396. 19kN

单桩竖向承载力特征值：

R a =Q uk /K =1396. 19/2=698. 10kN

水平承载力特征值：

0. 75a 3EI R ha =X oa （X o a 一般取10mm ）

V x

2

W 0b 0bh mb 1

EI =0. 85EcI 0 I 0= W 0= a =26EI

b=｛

k f (d +1) d >1m

｝ 由于混凝土预制桩桩型为方形，故k f 取

k f (1. 5d +0. 5) d ≤1m

1.0m ，地基土横向抗力系数的比例系数2~4.5，取2.5

V x 桩顶水平位移系数，αh=0.57×20=11.4>4取ah=4，则V x =0.940

则

R

0. 75⨯0. 573⨯0. 85⨯2. 55⨯107⨯0. 00213ha =⨯0. 01=68. 22kN

7.3. 确定桩数和承台尺寸

N ≥

F k 1287. ==1. 85 取n=2根

. 10R a

桩距A ≥3d =3⨯0. 4=1. 2m ， 取A=1.2m。

承台尺寸 a=1m b=2⨯0. 4+1. 2=2. 0m ，承台高取0.8m 。 确定承台平面尺寸及桩的排列如下图所示。

图7.1 基础剖面图

7.4. 桩顶作用效用验算

单桩所受的平均作用力（取承台及其上的土的平均重度γg =20kN /m 3):

N k =

F k +G k 1287. 66+2. 0⨯0. 8⨯20⨯(2+0. 45)

==683. 03kN

n 2

单桩所受的最大作用力：

N k max =N k +

(M k +H k h ) x max (5. 13+358. 04⨯0. 7) ⨯0. 9

=694. 79+=836. 87kN

2⨯0. 9∑x i

基桩水平力设计值

H 1k ==358. =65. 385kN 小于R ha =68.22kN故无须验算考虑群桩效应

的基桩水平承载力。

7.5. 桩基础沉降验算

7.5.1 求基底压力和基底附加压力 基底压力：p =

F +G 1389. 58

==534. 45kPa A 2. 6⨯1

基底附加压力：P 0=P -r d =534.45-19.6⨯6≈416.85kPa =0. 417MPa 7.5.2 确定沉降计算深度

因不存在相邻荷载影响，故：Zn=b(2.5-0.4lnb)=1×(2.5-0.4ln1)=2.5 ,取Z n = 3m 7.5.3 沉降计算

表7.1 计算桩基础最终沉降量

桩尖以下3m 处附加应力：σz 2=0. 0685⨯416. 85=28.55kPa 自重应力σcz 2=20⨯21. 3+19. 6⨯3=484. 8kPa 由于

σz 2

≤0. 2 计算到桩尖一下3m 即可。 σcz 2

7.5.4 确定沉降经验系数 等效沉降系数：ψe =C 0+

n b -11-1

=0. 102+=0. 102

C 1(n b -1) +C 21. 690(1-1) +7. 141

桩基沉降经验系数：ψ=0. 65（查桩基规范5.5.11） 桩基沉降为：

S =ψ. ψe . S ' =ψ. ψe . p 0∑

i =1n

-

-

z i α-z i αi -1

=0. 65⨯0. 102⨯(6. 18+6. 15) =1. 91

E si

满足规范要求

7.6. 桩身结构设计计算

两段桩长为10m 和10m ，采用双点吊立的强度计算进行桩身配筋设计。吊点位置在

距桩顶、桩端平面0.207L 处，起吊时桩身最大正负弯矩M max =0.0214kqL 2，其

k =1.3，q =0.42⨯25=4kN m ，为每延米桩的自重，故：

M max =0.0214⨯1.3⨯4⨯202=44.5kN ⋅m '=0.0214⨯1.3⨯4⨯202=44.5kN ⋅m M max

桩身截面有效高度h 0=0.4-0.04=0.36m

M m a x 44.5⨯106

αs ===0.06 2

f cm bh 014.3⨯400⨯3602

M max 44.5⨯106

α' s ===0.06 22

f cm bh 014.3⨯400⨯360

查《混凝土结构设计规范》(GBJ 10-89) 附表3

得ξ=1=0.062，

ξ' =0.062，桩身受拉主筋配筋量：

A s =ξ

α1f c bh 0

f y

=0.062⨯

1.0⨯14.3⨯400⨯360

=426mm 2

300

A s ' =ξ'

α1f c bh 0

f y

=0.062⨯

1.0⨯14.3⨯400⨯360

=426mm 2

300

为便于配筋，上下两段桩都采用相同的配筋，选用2Φ20（628m m 2），因此整个截面的主筋为5%>ρ=

4Φ20（1256mm 2），其配筋率

1256

=0. 87%>ρmin =0. 8%，其他构造钢筋见施工图，桩的吊装图

400⨯360

如图3所示。

图7.2 桩的吊装图

桩身强度：

ϕ(ψc f c A p +0. 9f y ' A g ) =1. 0⨯(0. 85⨯14. 3⨯400⨯400+0. 9⨯300⨯1256) =2283. 92kN >R

上段桩吊点位置：距桩端0.207l =0.207⨯20=4.14m 处 下段桩吊点位置：距桩端0.207l =0.207⨯20=4.14m 处

箍筋采用φ8@200,在桩顶和桩尖应适当加密，具体见桩身结构施工图。桩尖长

1.4b =1.5⨯0.4=0.6m ，取0.6m ，桩顶设置三层φ8@50钢筋网，层距50mm 。

7.7. 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：

h 0=0. 8-0. 035=0. 765m =765mm 。 7.7.1承台受冲切承载力验算 7.1.1.柱边冲切

有公式可求得冲垮比λ与冲切系数β0：

λox =

a ox 0. 20. 840. 84

==0. 261 ，βox ===1. 822 h 00. 765λox +0. 20. 261+0. 2

λoy =

a oy h 0

=

0. 840. 840. 30

==1. 419 =0. 392 ， βox =

λox +0. 20. 392+0. 20. 765

因h=800mm，故可取βhp =1. 0。

2[βox (b c +a oy ) +βoy (h c +a ox )]βhp f t h 0

=2⨯[1. 822⨯(0. 4+0. 30) +1. 419⨯(0. 4+0. 2)]⨯1. 0⨯1100⨯0. 765=3579. 40kN >F=1287.66×1.35=1738.34kN(满足)

7.7.2承台受剪承载力计算

剪跨比与以上冲垮比相同，故λy =λoy =0. 392，α=因h o =765mm

1. 751. 75

==1. 285 λ+1. 00. 392+1. 0

βhp αf t b 0h 0=1. 0⨯1. 285⨯1100⨯2. 0⨯0. 765=2162. 66kN >1. 35⨯2V =683. 57kN

（满足）。

0. 7f t b 0h 0=0. 7⨯1100⨯2. 0⨯0. 765=1178. 10kN >V =358. 04kN

0. 70. 7

f t b 0h 0=⨯1100⨯2. 0⨯0. 765=846. 33kN >V =358. 04kN

λ+10. 392+1

构造配箍筋，箍筋采用φ6@200。 7.7.3承台受弯承载力计算

M x =∑N i y i =2⨯683. 03⨯0. 60=819kN ⋅m M x 819⨯106

A s ===3304mm 2

0. 9f y h 00. 9⨯360⨯765

选用7#25，A s =3436mm 2，沿平行于y 轴方向均匀布置。

M y =∑N i x i =2⨯68. 22⨯0. 4=54. 58kN ⋅m 54. 58⨯106 A s ===221mm 2

0. 9f y h 00. 9⨯360⨯765

选用3#12，A s =339mm 2，沿平行x 轴方向均匀布置。

M y

图7.3 基础配筋图

8结论

毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段，是深化、拓宽、综合教学的重要过程, 是对大学期间所学专业知识的全面总结。

毕业设计题目为《深圳市天翔办公楼桩基础设计》。在设计前期，我温习了《结构力学》、《钢筋混凝土》、《建筑结构抗震设计》等知识，并借阅了《抗震规范》、《混凝土规范》、《荷载规范》等规范。在设计时，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。在毕设后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。

毕业设计的两个月里，在指导老师——苏卿老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel 。在绘图时熟练掌握了AutoCAD ，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。

在结构计算过程中，我用PkPM 的TAT-8对手算结果进行了复合，发现PkPM 计算出来的结果偏于保守，我认为这样是出于安全的考虑。

由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正！

致 谢

大学生活是短暂而又美好的，四年的学习生活转瞬即逝。在大学里，我们度过了自己美好的青春年华，在这里有喜悦，有悲欢，有成功，有挫折。始终留给我们的是那些熟悉的身影，老师的鼓励，同学的帮助都是那样令人记忆犹新。在即将结束的大学生活，毕业设计也将为我们无悔的青春画上圆满的句号，在本次毕业设计中，我学到很多知识，特别是天正建筑，AutoCAD ，PkPM 的应用，增长了我的见识，在此我表示诚挚的感谢!

在论文即将完成之际，本人向所有关心我的老师和同学们致以最真诚的感谢。首先感谢苏卿老师对我设计的悉心指导，在设计的过程中，苏老师对我们交上来的图纸每次都要自己审查，找出其中的不足，然后提出整改意见；同时在苏老师的帮助下，我不但学到了更多的专业知识，也被苏老师的严谨治学的态度所感染。此外，还要感谢给过我很大帮助的老师及同学，他在我遇到问题的时候，给我很大的帮助，也提出了很多建设性的意见和建议。

经过四年的学习和努力，我付出了很多，但收获的更多。我现在终于明白了一个道理：纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行。毕业设计接近尾声，但我想这不是个终点，而是我重新起跑、重新定位的新起点。

最后，再次感谢所有给于我帮助和建议的人。

参考文献

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[7] 《03G101-1 混凝土结构施工图 平面整体表示方法制图规则和构造详图(现 浇混凝土框架) 》中国建筑标准设计研究院

[8] 《06G101-6 混凝土结构施工图 平面整体表示方法制图规则和构造详图(独 立基础、条形基础、桩基承台) 》中国建筑标准设计研究院 [9] 龙驭球，包世华. 结构力学教程，高等教育出版社，2006

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[11] 华南理工大学，浙江大学，湖南大学编. 基础工程. 中国建筑工业出版 社.2010

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[14] 梁兴文，史庆轩. 土木工程专业毕业设计指导. 北京：科学出版社，2002.

[15] 陈希哲, 土力学与地基基础，清华大学出版社2004 [16]《建筑结构荷载规范》 [17]《钢筋混凝土结构设计规范》 [18]《建筑抗震设计规范》 [19]《建筑地基基础设计规范》 [20]《高层建筑结构设计与施工规定》