基础工程柱下独立基础课程设计.pdf

一一、课课程程设设计计的的目目的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，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。固基础工程课程学习效果的一个有效方式。通过本次课程设计使学生能够运用已学通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，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，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”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。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。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、课程设计的内容二、课程设计的内容1 1、设计资料、设计资料1 1、地形、地形拟建建筑场地平整拟建建筑场地平整2 2、工程地质条件、工程地质条件自上而下土层依次如下：自上而下土层依次如下：号土层：杂填土，层厚约号土层：杂填土，层厚约 0.5m0.5m，含部分建筑垃圾，含部分建筑垃圾号土层：粉质黏土，层厚号土层：粉质黏土，层厚 1.2m1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值，软塑，潮湿，承载力特征值f fakak=130kPa=130kPa。号土层：黏土，层厚号土层：黏土，层厚 1.5m1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值，可塑，稍湿，承载力特征值f fakak= =180kPa180kPa。号土层：细砂，层厚号土层：细砂，层厚 2.7m2.7m，中密，承载力特征值，中密，承载力特征值f fakak= =240kPa240kPa。号土层：强风化砂质泥岩，厚度未揭露，承载力特征值号土层：强风化砂质泥岩，厚度未揭露，承载力特征值f fakak= =300kPa300kPa。3 3、岩土设计技术参数、岩土设计技术参数地基岩土物理力学参数如表地基岩土物理力学参数如表 1.11.1 所示。所示。表表 1.1?1.1? 地基岩土物理力学参数地基岩土物理力学参数土土层层土的名称土的名称编编号号杂填土杂填土粉质黏土粉质黏土黏土黏土细砂细砂强风化砂强风化砂质泥岩质泥岩1818202019.419.42121(kN/m(kN/m ) )3 3重度重度孔隙孔隙比比内摩擦内摩擦液性液性指数指数I IL L黏聚力黏聚力c c(kPa)(kPa)角角压缩模压缩模量量s s（MPaMPa）e e（）（）标准标准贯入贯入锤击锤击数数N N承载力承载力特征值特征值f fakak（kPakPa）0.650.650.580.580.620.620.840.840.780.78343425251313232330307.57.58.28.211.611.66 6111116161301301801802402402222181822223003004 4、水文地质条件、水文地质条件（1 1）拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。）拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。（2 2）地下水位深度：位于地表下）地下水位深度：位于地表下 1.5m1.5m5 5、上部结构资料、上部结构资料拟建建筑物为多层全现浇框架结构，拟建建筑物为多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为框架柱截面尺寸为 500mm500mm500mm500mm。 室外地坪标高室外地坪标高同自然地面，室内外高差同自然地面，室内外高差 450mm450mm。柱网布置如图。柱网布置如图 1.11.1 所示。所示。图图 1.1?1.1? 柱网平面图柱网平面图 6 6、上部结构作用、上部结构作用上部结上部结- -构作用在柱底的荷载效应标准组合值如表构作用在柱底的荷载效应标准组合值如表 1.21.2 所示，上部结构作用在柱底的所示，上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值如表荷载效应基本组合值如表 1.31.3 所示。所示。表表 1.21.2 柱底荷载效应标准组合值柱底荷载效应标准组合值题号题号F FK K(KN)(KN)A A 轴轴B B 轴轴C C 轴轴MMK K(KN.M)(KN.M)A A 轴轴B B 轴轴10010012512517501750193193218218242242C C 轴轴198198221221271271297297325325355355V VK K(KN)(KN)A A 轴轴464655557171808086869696B B 轴轴484860607373838390909595C C 轴轴4444575767677474838389891 12 23 34 45 56 69759751548154811871187140140125212521641641370137021021014331433235235149614962572571560156028428410321032161516151150115018151815121812181873187312821282188318831339133919701970表表 1.31.3 柱底荷载效应基本组合值柱底荷载效应基本组合值题号题号F FK K(KN)(KN)A A 轴轴B B 轴轴1 12 23 34 45 56 6126812682012201213421342210021001496149623602360158415842435243516671667244824481741174125622562C C 轴轴MMK K(KN.M)(KN.M)A A 轴轴B B 轴轴130130163163228228251251284284315315C C 轴轴258258288288353353386386423423462462V VK K(KN)(KN)A A 轴轴B B 轴轴606072729393104104112112125125626278789595108108117117124124C C 轴轴58586767888896961081081161161544154418318326272627214214178217822742741863186330630619451945334334202820283693697 7、材料、材料混凝土强度等级为混凝土强度等级为 C25C25C30C30，钢筋采用，钢筋采用 HPB300HPB300、HRB335HRB335 级。级。2 2、设计分组、设计分组根据以上所给设计资料及学生人数，将学生划分为根据以上所给设计资料及学生人数，将学生划分为 6 6 组。分组示意如下：组。分组示意如下：第第 1 1 组，共组，共 8 8 人，基础持力层选用人，基础持力层选用号土层，设计号土层，设计 A A 轴柱下独立基础。轴柱下独立基础。第第 2 2 组，共组，共 8 8 人，基础持力层选用人，基础持力层选用号土层，设计号土层，设计 A A 轴柱下独立基础。轴柱下独立基础。第第 3 3 组，共组，共 8 8 人，基础持力层选用人，基础持力层选用号土层，设计号土层，设计 B B 轴柱下独立基础。轴柱下独立基础。第第 4 4 组，共组，共 7 7 人，基础持力层选用人，基础持力层选用号土层，设计号土层，设计 B B 轴柱下独立基础。轴柱下独立基础。第第 5 5 组，共组，共 7 7 人，基础持力层选用人，基础持力层选用号土层，设计号土层，设计 C C 轴柱下独立基础。轴柱下独立基础。第第 6 6 组，共组，共 7 7 人，基础持力层选用人，基础持力层选用号土层，设计号土层，设计 C C 轴柱下独立基础。轴柱下独立基础。超过超过 4242 人的，合到第人的，合到第 6 6 组。组。3 3、设计要求、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，基础， 只要求根据所给荷载确定基础底面尺寸，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。以便画出基础平面图。 要求分析过程详细，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。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 4、设计内容、设计内容（1 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）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、内力分析、 强度计算，强度计算， 确定基础高度，确定基础高度， 进行配筋计算并满足构造设计要求，进行配筋计算并满足构造设计要求， 地基沉降计算，地基沉降计算，编写设计计算书。编写设计计算书。（2 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）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。说明。5 5、设计成果、设计成果1 1、设计计算书、设计计算书设计计算书包括以下内容：设计计算书包括以下内容：（1 1）确定地基持力层和基础埋深度。）确定地基持力层和基础埋深度。（2 2）确定基础底面尺寸，验算地基承载力）确定基础底面尺寸，验算地基承载力（3 3）对基础进行抗冲承载力验算，确定基础高度。）对基础进行抗冲承载力验算，确定基础高度。（4 4）对基础进行正截面受弯承载力验算，确定基础底板配筋。）对基础进行正截面受弯承载力验算，确定基础底板配筋。（5 5）地基沉降计算）地基沉降计算2 2、设计图纸、设计图纸设计图纸包括以下内容：设计图纸包括以下内容：（1 1）基础平面布置图。）基础平面布置图。（2 2）独立基础大样图。）独立基础大样图。（3 3）设计说明。）设计说明。三、课程设计参考资料三、课程设计参考资料(1)(1)建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 50009-2010)(GB 50009-2010)，中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社(2)(2)建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB 50007-2011),(GB 50007-2011),中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社(3)(3)建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008),(JGJ 94-2008),中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社(4)(4)混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范(GB 50010-2010),(GB 50010-2010),中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社(5(5基础工程基础工程 （第（第2 2版）周景星版）周景星 李广信李广信 虞石民虞石民 王洪瑾王洪瑾 编着编着 清华大学出版社清华大学出版社一、本组设计资料：一、本组设计资料：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 0.8m2.选择基础埋置深度根据任务书要求和工程地质资料 号土层：杂填土，层厚约 0.5m，含部分建筑垃圾。 号土层：粉质粘土，层厚 1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130kPa。 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,本设计取土层为持力层，所以考虑取室外地坪到基础底面为 0.5+1.2+0.5=2.2m,基础剖向示意图如下：3.求地基承载力特征值 fa 0.3，d1.6根据土层为粘土e 0.58，IL 0.78，查表 2.6 得b基地以上土的加权平均重度：持力层承载力特征值fa（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=175KNm，VK=73KN1计算基础和回填土重Gk时的基础埋深：d (2.22.65) 2.425m2基础底面积为:A0Fk1815 9.94m2faGd224.150.7101.72520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=1.29.94=11.928m212.0m2初步选定基础底面面积 A=lb=43=12m2,且 b=3m 不需要再对fa进行修正。5.验算持力层地基承载力基础和回填土重为：Mk175730.8lP 0 0.100m 0.6m，k min， 满足。FkGk18154986偏心距：ek基底最大压力：PkmaxFkGkA6ek1l181549860.11 124 221.66KPa1.2 fa( 268.98KPa)安全所以，最后确定基础底面面积长4m，宽3m。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=228KNm，V=95KN。净偏心距en,0M228950.8 0.13mN2360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，at bc 0.5m,ac 0.5m。初步选定基础高度h 800mm，分两个台阶，每个台阶均为 400mm。h0=800-（40+10）=750mm（有垫层） ，则ab at 2h0 0.5 20.75 2m b 3m，取ab 2m因此，可得：amat ab500 20001250mm22因偏心受压，pn取pn,max 235.02KPa冲切力：抗冲切力：833.44KN 646.31KN，满足8.变阶处抗冲切验算at b11.5m，a11.9m，h01 400 （4010） 350mmab at2h011.520.35 2.2m b 3m，取ab 2.2m2 la1bb1冲切力：Fl Pn,max h01b h01 22222 41.9 31.50.3530.35 =235.022222抗冲切力：575.63KN 455.94KN，满足9.配筋计算选用的 HPB235 级钢筋，fy 210N /mm2（1）（1）基础长边方向，对于-截面（柱边） ，柱边净反力为悬臂部分净反力平均值：1 Pn,max Pn,I弯矩：M242对于截面-（变阶处） ，有2 2b bcl ac比较AS,1和AS,，应按AS,1配筋，实际配18160则钢筋根数：n3000119.7520，160As 254 .5 20 5090mm2 5108.1mm2,所以配 21 根。（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，取对于 II-II 截面（柱边）对于V-V 截面（变阶处）弯矩为比较AsII和AsIV,应按AsII配筋，实际配14200则钢筋根数：n4000121，200,所以配 21 根。As 153 .9 21 3231.9 mm2 3071.8 mm210.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=210KNm，VK=71KN。 C 轴：FK=1370KN，MK=271KNm，VK=67KN。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=2.425mA 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A lb 32.6 7.8m2 7.56m2，且 b3m，不需要再对fa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Alb3.239.6m29.53 m2， 且 b=3m， 不需要再对fa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：zn b(2.50.4lnb) 3(2.50.4ln3) 6.18m，初定 Zn=7当 Z=0，sd180.5201(2010)0.2(19.410)0.1 22.94(Kpa) Z=1m，sz1 22.94(19.410)1 32.34(Kpa)（19.410） 0.4 （2110） 0.6 42.7(Kpa) Z=2m，sz2 32.34（2110） 1 53.7(Kpa) Z=3m，sz3 42.7（2110） 1 64.7(Kpa) Z=4m，sz4 53.7（2110） 0.1 （2210） 0.9 76.6(Kpa) Z=5m，sz5 64.7（2210） 188.6(Kpa) Z=6m，sz6 76.6（2210） 1100.6(Kpa) Z=7m，sz788.6（2210） 1112.6(Kpa) Z=8m，sz8100.6因层为及其下土层为细砂，所以算至 1.5m。粘土层压缩模量ES 8.2MPa, p0150.8kPa 0.75 fak135kPa,由此查表得s在 0.655-0.91 之间，取s=0.85.l4z1.51.33, 0.5，查表得=0.924b3b3基础大样图三、课程设计参考资料(1)建筑结构荷载规范(GB 50009-2010)，中国建筑工业出版社(2)建筑地基基础设计规范(GB 50007-2011),中国建筑工业出版社(3)建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008),中国建筑工业出版社(4)混凝土结构设计规范(GB 50010-2010),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 编着 清华大学出版社