柱下独立基础设计
第六章、柱下独立基础设计
第一节、设计资料
本设计为一10层框架结构的基础,楼层建筑高度为37.35m,则柱采用C30的混凝土,基础采用C30的混凝土,做100mmC15素混凝土垫层。抗震设防烈度为6度,抗震等级为三级,基础设计为阶梯型基础
一、地基承载力特征值和基础材料
(一)本工程地质情况如下:
粘性土,γ=18KN/m3,fak=200KN/m2。综合考虑建筑物的用途、基础的型式、荷载大小、工程地质及水文地质条件等,持力层考虑为一般土层,
fak=200KN/m,基础的埋置深度取d=37.35/15=2.5m。基础采用C30混凝土,
22 2
fc=14.3 N/mm ,ft=1.43N/mm钢筋采用HPB335,fy=300 N/mm,钢筋的混
2
凝土保护层厚度为35mm;垫层采用C15混凝土,厚100mm。 (二)、确定地基承载力特征值:
假设基础宽度小于3米或埋深大于0.5米,按 《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)式5.2.4修正fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=200+1.0×18×(2.5-0.5)=236KN/m2
第二节、基础顶面内力组合
一、标准组合
由PK计算结果查得柱1柱底标准组合,分别取三组内力组合:
弯矩 KN·m 轴力 KN 剪力KN (1)轴力最大Nmax -118.64 2686.98 -39.62 (2)弯矩最大Mmax -185.25 2643.05 -58.94 (3)弯矩、剪力都较大 -185.01 2671.09 -58.71
二、基本组合(1.35×标准组合)
弯矩 KN·m 轴力 KN 剪力KN
(1)轴力最大Nmax -160.16 3627.42 -53.49 (2)弯矩最大Mmax -250.09 3568.12 -79.57 (3)弯矩、剪力都较大 -249.76 3605.97 -79.26
第三节、取第一组轴力最大Nmax来确定柱1基础底面尺寸bXL:
一、 考虑偏心作用,取A0=1.2×
N
=1.2×2686.98/(227-18
faGd
×2)=16.9m2。又由n=L/b=1.5≤2得,
3.5m,则L=1.5×b=5.3m.所以柱1基础的底面尺寸为b×L=3.5×5.3m2
图6-1
二、持力层承载力验算:(用标准组合)
GK=rGAd=18×3.5×5.3×2.5=834.75 KN
Fk =2686.98 KN MK=-118.64 KN·m
MK118.64
= =0.035
2686.98834.7560.055
则pkmax= ×(1+)=191.70 KN/m2
3.55.35.3
KN/m2
FGK2686.98834.7522
PkK=180.85 KN/m
bl3.55.3
所以基础底面尺寸符合要求。
e=
第四节、基础高度确定及底面配筋计算:
一、基础高度验算
基础底面尺寸为b×L=3.5m×5.3m,柱1截面尺寸为bcac=500mm×500mm。假定基础高度为h=1000mm,则设置2阶阶梯,每阶高度为500mm,所以:
h0=h-50=1000-50=950mm.。bc+2h0=0.5+2×
0.95=2.4m
抗冲切破坏强度验算(用基本组合):
M=-160.16 KN·m F= 3627.42 KN Q=-53.49KN 基底净反力设计值:
F3627.42
=195.5 KN/m2 pj==
bl3.55.3
净偏心距
e0= M/F=160.16 / 3627.42=0.044m
基底最大净反力设计值
F6e3627.4260.044
(1)=205.29 KN/m2 pjmax=(1)=
bll3.55.35.3
由公式应满足 FL
0.7hpftbmh0
FL=pjA=
F6elabb
(1)[(ch0)b(ch0)2] Lbl22223627.4260.0445.30.53.50.5
)[(0.95)3.5(0.95)2] = ×(1
5.33.55.32222=979.75KN
0.7
hpftbmh0
=0.7×0.988×1430×(0.5+0.95)×0.95=1362.33KN>
979.75KN.
基础分两级,下阶h1=500mm,h01=450mm,取l1=2.5m,b1=1.5m 变截面处,b1+2h01=2.4m<3.5m
冲切力:
F6ellbb
F1L=(1)[(1h01)b(1h01)2]
Lbl22223627.4260.0445.32.53.51.5
(1)[(0.45)3.5(0.45)2 =
3.55.35.32222=620.49KN 抗冲切力: 0.7
hpftb1mh01=0.7×0.988×1430×(1.5+0.45)×0.45=867.84KN>
620.49KN
所以基础底面尺寸符合要求。
二、基础配筋计算
1、计算基础长边方向的弯矩设计值
F3627.42
=195.5 KN/m2 pj==
bl3.55.3
F6e
pjmax= (1)=205.29 KN/m2
bll
取—截面
1
MI=[(PJmaxpj)(2bbc)(PJmaxpj)b](lac)2
481
= [(205.29195.5)(23.50.5)(205.29195.5)3.5](5.30.5)2 48
=1459.29 KN·m
AsI=
1459.29MI
= =0.005689 m2=5689mm2 0.93000000.950.9fyh0
取III-- III截面
1
[(PJmaxpj)(2bb1)(PJmaxpj)b](ll1)2 48
1
[(205.29195.5)(23.51.5)(205.3195.5)3.5](5.32.5)2 =
48
=562.0KN·m
MIII=
ASIII=
562.0MIII
= =0.004626m2=4626mm2<AsI
0.9fyh010.93000000.45
所以由AsI配筋,在3.5米宽度内配27φ16@120,AS=5866mm2
计算短边方向的弯矩 取II-II截面
MII
=
11Pj(bbc)2(2lac)=195.5(3.50.5)2(25.30.5)=813.77 2424
KN·m
AII=
813.77MII
= =0.003173m2=3173mm2 0.93000000.950.9fyh0
取IV-IV
截面
=
1
195.5(3.51.5)2(25.32.5) 24
1
Pj(bb1)2(2ll1)24
=426.8KN·m
MIV
=
AIV=
MIV426.8
= =0.003513m2=3513mm2>AII
0.9fyh010.93000000.45
如图:
由AIV配筋得在5.3m宽度内配26φ14@200,AS=4081mm2.
第五节、基础尺寸及配筋验算
分别用第二组数据和第三组数据验算截面
一、 取第二组数据
(一)持力层承载力验算:(用标准组合)
M=-185.25 KN·m N=2643.05KN Q= -58.94KN
GK=rGAd=18×3.5×5.3×2.5=834.75 KN
Fk =2643.05 KN MK=-185.25 KN·m
MK185.25
= =0.056
×(1+)=199.16KN/m2
3.55.35.3FGK2643.05834.7522
PkK=180.85 KN/m
bl3.55.3
所以基础底面尺寸符合要求。
e=
(二)、抗冲切破坏强度验算(用基本组合):
M=-250.09 KN·m N=3568.12KN Q=-79.57KN 基底净反力设计值:
F3568.12
=192.4 KN/m2 pj==
bl3.55.3
净偏心距
e0= M/F=250.09 / 3568.12=0.070m
基底最大净反力设计值
F6e3568.1260.070
(1) =207.59 KN/m2 pjmax=(1)=
bll3.55.35.3
由公式应满足 FL
0.7hpftbmh0
FL=pjA=
F6elabb
(1)[(ch0)b(ch0)2] Lbl22223568.1260.0705.30.53.50.5
)[(0.95)3.5(0.95)2] = ×(1
5.33.55.32222=990.75KN
0.7
hpftbmh0
=0.7×0.988×1430×(0.5+0.95)×0.95=1362.33KN>
990.75KN.
基础分两级,下阶h1=500mm,h01=450mm,取l1=2.5m,b1=1.5m 变截面处,b1+2h01=2.4m<3.5m
冲切力:
F6ellbb
F1L=(1)[(1h01)b(1h01)2]
Lbl22223568.1260.0705.32.53.51.5
(1)[(0.45)3.5(0.45)2 ] =
3.55.35.32222=627.44KN 抗冲切力: 0.7
hpftb1mh01=0.7×0.988×1430×(1.5+0.45)×0.45=867.84KN>
627.44KN
所以基础底面尺寸符合要求。
(三)、基础配筋计算
1、计算基础长边方向的弯矩设计值
3568.12F
=192.4KN/m2 pj==
3.55.3blF6e
pjmax= (1)=207.59 KN/m2
bll
取—截面
1
MI=[(PJmaxpj)(2bbc)(PJmaxpj)b](lac)2
481
= [(207.29192.4)(23.50.5)(207.59192.4)3.5](5.30.5)2 48
=1464.40 KN·m
AsI=
1464.40MI
= =0.005709 m2=5709mm2 0.93000000.950.9fyh0
取III-- III截面
1
[(PJmaxpj)(2bb1)(PJmaxpj)b](ll1)2 481
[(207.59192.40)(23.51.5)(207.59192.40)3.5](5.32.5)2 =
48
=564.0KN·m
MIII=
ASIII=
564.0MIII
= =0.004642m2=4642mm2<AsI
0.9fyh010.93000000.45
所以由AsI配筋,在3.5米宽度内配27φ16@120,AS=5866mm2
计算短边方向的弯矩 取II-II截面
MII
=
11Pj(bbc)2(2lac)= 192.4(3.50.5)2(25.30.5)=826.88 2424
KN·m
AII=
826.88MII
= =0.003224m2=3224mm2 0.93000000.950.9fyh0
取IV-IV
截面
=
1
192.4(3.51.5)2(25.32.5) 24
1
Pj(bb1)2(2ll1)24
=420.0KN·m
MIV
=
AIV=
MIV420.0
= =0.003457m2=3457mm2>AII
0.9fyh010.93000000.45
由AIV配筋得在3.5m宽度内配26φ14@200,AS=4081mm2.
二、 取第三组数据
(一)、持力层承载力验算:(用标准组合)
M=-185.01 KN·m N= 2671.09 KN Q=-58.71 KN
GK=rGAd=18×3.5×5.3×2.5=834.75KN
Fk =2671.09KN MK=-185.01 KN·m
MK185.01
= =0.055
2671.09834.7560.055
×(1+)=199.28 KN/m2
3.55.35.3
KN/m2
FGK2643.05834.75PkK=191.28 KN/m2
bl3.55.3
所以基础底面尺寸符合要求。
e=
(二)、抗冲切破坏强度验算(用基本组合):
M=-249.76 KN·m N=3605.97 KN Q= -79.26 KN 基底净反力设计值:
F3605.97= =194.4 KN/m2 bl3.55.3
净偏心距
pj=
e0= M/F=249.76 / 3605.97=0.069m
基底最大净反力设计值
F6e3605.9760.069
(1) =209.63 KN/m2 pjmax=(1)=
bll3.55.35.3
由公式应满足 FL
0.7hpftbmh0
F6elabb
(1)[(ch0)b(ch0)2] Lbl2222
3605.9760.0695.30.53.50.5
)[(0.95)3.5(0.95)2] = ×(1
5.33.55.32222=1001.25KN
FL=pjA=
0.7
hpftbmh0
=0.7×0.988×1430×(0.5+0.95)×0.95=1360.4KN>
1001.25KN.
基础分两级,下阶h1=500mm,h01=450mm,取l1=2.5m,b1=1.5m 变截面处,b1+2h01=2.4m<3.5m
F6ellbb
(1)[(1h01)b(1h01)2]= Lbl2222
3605.9760.0695.32.53.51.5
(1)[(0.45)3.5(0.45)2 ]=634.1
3.55.35.322220KN
冲切力:
F1L
=
抗冲切力: 0.7
hpftb1mh01
=0.7×0.988×1430×(1.5+0.45)×
0.45=897.01KN>634.10KN 所以基础底面尺寸符合要求。
(三)、基础配筋计算
1、计算基础长边方向的弯矩设计值
F3605.97
=194.4KN/m2 pj==
bl3.55.3
pjmax=
F6e(1)=209.63 KN/m2 bll
取—截面
1MI=[(PJmaxpj)(2bbc)(PJmaxpj)b](lac)2 48
1= [(209.63194.4)(23.50.5)(209.63194.4)3.5](5.30.5)2 48
=1480.09 KN·m
AsI=1480.09MI= =0.005770 m2=5770mm2 0.93000000.950.9fyh0
取III-- III截面
1[(PJmaxpj)(2bb1)(PJmaxpj)b](ll1)2 48
1[(209.63194.40)(23.51.5)(209.63194.40)3.5](5.32.5)2 = 48
=569.6KN·m MIII=
ASIII=569.6MIII= =0.004688m2=4688mm2<AsI 0.9fyh010.93000000.45
所以由AsI配筋,在5.3米宽度内配27根φ16@120,AS=5866mm2
计算短边方向的弯矩
取II-II截面
MII=1Pj(bbc)2(2lac) 24
1= 194.4(3.50.5)2(25.30.5) =835.48 KN·m 24
835.48MII= =0.003257m2=3257mm2 0.93000000.950.9fyh0AII=
取IV-IV 截面
MIV=
= 1Pj(bb1)2(2ll1) 241194.4(3.51.5)2(25.32.5) =424.8KN·m 24
AIV=MIV424.8= =0.003496m2=3496mm2>AII 0.9fyh010.93000000.45
由AIV配筋得在3.5m宽度内配26φ14@200,AS=4081mm2.
综上可得按组合一配筋合理可行, 现浇柱的纵向钢筋通过插筋锚入基础,插入基础的钢筋,由2~3道箍筋固定。与柱的纵向受力筋的连接方法,应按现行的《混凝土结构设计规范》规定执行。其基础配筋如下图:
图6-3 基础配筋图