柱下钢筋混凝土独立基本教学规划.doc
, 第一部分 课程设计任务书（一）设计题目：柱下钢筋混凝土独立基础（二） 设计资料：1、 地形：拟建建筑场地平整2、 工程地质资料：自上而下依次为：杂填土：厚约0.5m，含部分建筑垃圾；粉质粘土：厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130KN/m2；粘土：厚1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值fak=180KN/m2；全风化砂质泥岩：厚2.7m,承载力特征值fak=240KN/m2；强风化砂质泥岩：厚3.0m,承载力特征值fak=300KN/m2；中风化砂质泥岩：厚4.0m,承载力特征值fak=620KN/m2；地基岩土物理力学参数表 表2.1地层代号土名天然地基土重度（）孔隙比（e）凝聚力（c）内摩擦角（）压缩系数(a1-2)压缩模量（Es）抗压强度（frk）承载力特征值（fak）KN/m度杂填土18粉质粘土200.6534130.2010.0130粘土19.40.5825230.228.2180全风化砂质泥岩2122300.8240强风化砂质泥岩2220253.0300中风化砂质泥岩2415404.06203、水文资料为：地下水对混凝土无侵蚀性。地下水位深度：位于地表下1.5m。4、上部结构资料：上部结构为多层全现浇框架结构，室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱网布置见下图：图2-1 柱网平面图上部结构作用在柱底的荷载标准值见表2：上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合设计值见表3： 柱底荷载标准值 表2 题号Fk (KN)Mk (KNm)Vk (KN)A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴197515481187140100198464844210321615125216412522155605231090173013121901502426266574115018151370210175271717367512181873143323519329780837461282188314962572183258690837133919701560284242355969589814022057161823126637710210498915342140167733528840210911310610159822051727365309428120117114 柱底荷载效应基本组合设计值 表3题号F (KN)M (KNm)V (KN)A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴11268201215441831302586062582134221001627214163288727867314182250170624819531581867441496236017822742283539395885158424351863306251386104108966166724481945334284423112117108717412562202836931546212512411681823267421043913464911331361289199527832181425375523142147138102078286622454554025571561531495、材料：混凝土等级25C30，钢筋、级。6、根据以上所给资料及学生人数，可划分为若干个组。如：第1组共十人，基础持力层选用土层，设计 A轴柱下独立基础；第2组共十人，基础持力层选用土层，设计 B轴柱下独立基础；第3组共十人，基础持力层选用土层，设计 C轴柱下独立基础；（三） 设计要求： 每人根据所在组号和题号，完成各自要求的轴线基础设计。对另外两根轴线的基础，只要求根据所给荷载确定基础底面尺寸。（四）设计内容、设计柱下独立基础，包括确定基础埋深、基础底面尺寸，对基础进行结构的内力分析、强度计算，确定基础高度、进行配筋计算，并满足构造设计要求，编写设计计算书。、绘制基础施工图，包括基础平面布置图、基础大样图，并提出必要的技术说明。基础及地层情况一、本次设计所用材料报表基础材料清单柱A-2柱B-2柱C-2砼标号C25C25C25钢筋型号HPB235垫层C10材料性能说明ftfcfyC251.27MPa11.9MPaHPB235210MPa二、C-2柱基础的设计（1）、确定基础埋深d 根据设计要求，基础持力层为土层，故假定d=2500mm 由地勘资料中e=0.58，可塑土：0.25<IL<0.75,查表（3-4），得b=0.3, d=1.6。仅对深度进行修正：m=18*0.45+0.5+20+10*0.2+19.4*0.352.5=18.356kN/m3fa=fak+dmd-0.5=180+1.6*18.356*2.5-0.5=238.74 kpa(2)、初拟地基尺寸b x lFk=1252kN, fa=238.74 kpa GH=20*1.5+0.452+10*0.2+20*0.35=43.5 kpa AFkfa-GH=1252238.74-43.5=6.4m2,取A1=6.5m2令A=1.2A1=7.8 m2拟定底面尺寸b x l=3000mm x 3400mm, A=10.2 m2Gk=GHA=43.5*10.2=443.7 kNMk=221+52*(2.5-0.45/2)=339.3 kN/mWl=16lb2=16*3.4*32=5.1 m3(3)、持力层强度检算Pk max=Fk+GkA+MkWl=1252+443.710.2+339.35.1=232.78 kpa<1.2fa=1.2*238. =286.49 kpaPk min=Fk+GkA-MkWl=1252+443.710.2-339.35.1=99.7 m3>0Pk=Pk max+Pk min2=232.78+99.7 2=166.24kpa<fa=238.74 kpa故持力层强度满足要求。（4）、基底净反力的计算 Pj maxj min=FAMWl=162710.2288+67*2.2755.1=245.87 kpa73.15 kpa(5)、确定基础高度。 初拟基础高度h=600 mm。按照地基规范要求，铺设垫层时保护层厚度不小于40mm，因此可假设基础重心到混凝土外表面距离为50mm。故钢筋的有效高度为h0=600-50=550mm。ab=at+2h0=500+2*550=1600 mm<l=3400 mmam=at+ab2=500+16002=1050 mmAl=b2-bt2-h0l-(l2-at2-h0)2=30002-5002-550*3400-(34002-5002-550)2=1.57 m2Fl=Pj max*Al=245.87*1.57=386.01 kNh=600 mm<800 mm,故hp=1.0，基础混凝土采用C25，ft=1.27 MPa0.7hpftamh0=0.7*1.0*1.27*103*1.05*0.55=513.4 kNFl<0.7hpftamh0h=600mm时，能够满足抗冲切要求。基础底板配筋计算 地基样图基底净反力平面图内力计算偏心距e=MkFk+Gk=221+52*2.2751252+443.7=0.2 m<16b=0.5 m 台阶宽高比为b-bc2h=3000-5002*300=2.08<2.5可以按照公式（3-51）以及（3-52）计算弯矩。a=1250 mm, a=500 mm b=500 mmM=112a22l+aPj max+P+Pj max-Pl=112*1.252*2*3.4+0.5*245.87+173.9+245.87-173.9*3.4=430.86 kN mM=148l-a22b+bPj max+Pj min=1483.4-0.522*3+0.5*245.87+73.15=363.32 kN m根据混凝土设计原理，按照悬臂梁假设，对锥形地基进行配筋。 沿长边方向配筋：M=363.32 kN m沿长边方向配筋图第一步：截面类型判别 1fcb2h1h0-h12+121fcb1-b2h0-23h1h1=1*11.9*600*300*550-3002+12*1*11.9*3000-600+550-23*300*300=856.92*106N mm=856.92 kN m>M=363.32 kN m属于第一类截面，即中和轴位于梯形内。第二步：根据两个平衡方程解出混凝土受压区高度X与钢筋截面面积As。 根据弯矩平衡列等式有：MM1fcb2h0-21fc-（h0-）即363.32*1061*11.9*600*x550-x2+1*11.9*24002*300x2(550-2x3) 运用软件Mathematic 求解一元三次方程，解得x=68.2608 mm< 300 mm ,符合受压面积位于梯形面内的假设。又根据力平衡列等式有： 1fcb2x+b1-b2x22h1=fyAs 即 1*11.9*600x+24002*300x2=210*As 将x=68.2608 mm带入左式得As=3377mm2 按照悬臂梁假设进行配筋，选用2614110 (钢筋截面面积为As=4001.4mm2)。检核：锥形基础截面面积A=12*600+3000*300+300*3000=1.44*106mm2=AsA=4001.41.44*106=0.28%>min=0.27% 非少筋，符合要求。由于沿长边方向配置的钢筋，通常位于基础底部，按照构照要求，保护层厚度a不小于40mm，于是h0=h-a-12d=600-40-12*14=553 mm>550 mm 显然上述配筋是可以的。沿短边方向配筋：M=430.86 kN m沿短边方向配筋图第一步：截面类型判别按照前述方法计算，可以得知属于第一类截面，即中和轴位于梯形内。第二步：根据两个平衡方程解出混凝土受压区高度X与钢筋截面面积As。 根据弯矩平衡列等式有：MM1fcb2h0-21fc-（h0-）即430.86*1061*11.9*600*x550-x2+1*11.9*28002*300x2(550-2x3) 运用软件Mathematic 求解一元三次方程，解得x=75.031 mm< 300 mm ,符合受压面积位于梯形面内的假设。又根据力平衡列等式有： 1fcb2x+b1-b2x22h1=fyAs 即 1*11.9*600x+28002*300x2=210*As 将x=75.031 mm带入左式得As=4040mm2 按照悬臂梁假设进行配筋，选用2914120 (钢筋截面面积为As=4463.1mm2)。检核：锥形基础截面面积A=12*600+3000*300+300*3400=1.62*106mm2=AsA=4463.11.62*106=0.28%>min=0.27% 非少筋，符合要求。h0=h-a-d-12d=600-40-14-12*14=539 mm基础大样图三、A-2柱的基底尺寸设计（该柱与C-2柱同属于边柱）（1）、确定基础埋深d 根据设计要求，基础持力层为土层，故假定d=2500mm 由地勘资料中e=0.58，可塑土：0.25<IL<0.75,查表（3-4），得b=0.3, d=1.6。仅对深度进行修正：m=18*0.45+0.5+20+10*0.2+19.4*0.352.5=18.356kN/m3fa=fak+dmd-0.5=180+1.6*18.356*2.5-0.5=238.74 kpa(2)、初拟地基尺寸b x lFk=1032kN, fa=238.74 kpa GH=20*1.5+0.452+10*0.2+20*0.35=43.5 kpa AFkfa-GH=1032238.74-43.5=5.29m2令A=1.2A1=6.35 m2拟定底面尺寸b x l=2800mm x 3000mm, A=8.4m2Gk=GHA=43.5*8.4=365.4kNMk=164+55*(2.5-0.45/2)=289.125 kN/mWl=16lb2=16*3*2.82=3.92 m3(3)、持力层强度检算Pk max=Fk+GkA+MkWl=1032+365.48.4+289.1253.92 =240.11 kpa<1.2fa=1.2*238. =286.49 kpaPk min=Fk+GkA-MkWl=1032+365.48.4-289.1253.92=92.6 m3>0Pk=Pk max+Pk min2=240.11+99.7 2=166.36kpa<fa=238.74 kpa故持力层强度满足要求。四、B-2柱的基底尺寸设计（该柱为内柱）（1）、确定基础埋深d 根据设计要求，基础持力层为土层，故假定d=2500mm 由地勘资料中e=0.58，可塑土：0.25<IL<0.75,查表（3-4），得b=0.3, d=1.6。仅对深度进行修正：m=18*0.5+20+10*0.2+19.4*0.352.5=15.116kN/m3fa=fak+dmd-0.5=180+1.6*15.116*2.5-0.5=211.832 kpa(2)、初拟地基尺寸b x lFk=1615kN, fa=211.832 kpa GH=20*1.5+10*0.2+20*0.35=39 kpa AFkfa-GH=1615211.832-39=9.34m2令A=1.2A1=11.28 m2拟定底面尺寸b x l=3400mm x 3600mm, A=12.24m2Gk=GHA=39*12.24=477.36kNMk=125+60*2.5=275 kN/mWl=16lb2=16*3.6*3.42=6.936 m3(3)、持力层强度检算Pk max=Fk+GkA+MkWl=1615+477.3612.24+2756.936 =210.59 kpa<1.2fa=1.2*211.832 =254.2 kpaPk min=Fk+GkA-MkWl=1615+477.3612.24-2756.936 =131.3 m3>0Pk=Pk max+Pk min2=210.59+131.3 2=170.95kpa<fa=211.832 kpa故持力层强度满足要求。五、参考文献【1】吴兴序主编. 基础工程. 西南交通大学出版社【2】沈蒲生主编. 混凝土设计原理（第3版）. 高等教育出版社【3】赵凯、薛国亚. 浅议独立基础和桩基承台底板配筋近似公式. 2007【4】刑富冲. 一元三次方程求解新探. 2003
