基础工程课程设计模板347.pdf

目 录 1工程概况 1 1.1.工程名称.1 1.2 场地概况.1 1.3.设计任务.1 2工程地质条件.2 3设计计算内容 .5 3.1.设计荷载.5 3.2.无筋扩展基础设计.6 3.2.1.确定基础埋深以及持力层的承载力.6 3.2.2.确定基底尺寸.6 3.3.3.承载力以及偏心距计算.7 3.2.4.地基变形验算.7 3.2.5.确定基础高度以及构造尺寸.7 3.3.扩展基础设计计算.8 3.3.1.确定基础埋深以及持力层的承载力.9 3.3.2.确定基底尺寸.9 3.3.3.承载力以及偏心距计算 9 3.3.4.地基变形验算 10 3.3.5.荷载计算 10 3.3.6.确定基础高度 11 3.3.7.内力计算 11 3.3.8.抗弯钢筋的配置 12 3.3.9.施工简述 13 3.4.桩基础设计计算 14 3.4.1.确定桩端持力层和承台埋深 14 3.4.2.确定单桩竖向极限承载力标准值 Quk .15 3.4.3.初步估计所需桩数 n 15 3.4.4.进行桩位布置和确定承台尺寸 16 3.4.5.计算考虑群桩效应下的基桩竖向承载力设计值 R 并验算桩数是否合适 16 3.4.6.求算桩顶荷载 17 3.4.7.基桩竖向抗压承载力验算 18 3.4.8.基桩水平承载力验算 18 3.4.9.承台抗冲切验算 18 3.4.10.承台斜截面受剪验算20 3.4.11.受弯计算20 3.4.12.抗弯钢筋配置21 3.4.13.施工简述21 4参考文献 .22土木工程专业基础工程课程设计 1 1工程概况 1.1.工程名称：某装配车间柱下基础设计 1.2.场地概况：某装配车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m，柱距 6m，车间内有 2 对 30 吨中级工作制桥式吊车。建筑平面图见图 2。规定室内地面标高为0.00，相当于黄海高程 455.00m，室外地面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为 9.80m。1.3.设计任务：1 号角柱柱下独立基础、扩展基础和桩基础设计。角柱 Z2：长宽=1000mm400mm；基础梁的横截面尺寸如图 1，梁与柱之间的净距为 20mm，置于柱子外侧的基础顶面（浅基础）或承台（桩基础）上。2502525200300 图 1 基础梁的横截面尺寸示意图（单位：mm）土木工程专业基础工程课程设计 2 15002400042005001A900243Z2Z3B900Q=30T (两台)Z3Z260006000600042007300051500420006Z18500900Z29000Z3Z16000600060009000Z3Z290060001234567891020191817161514131211后侧前侧注：Z1,Z2,Z3表示柱子的类型 图 2 装配车间平面图（单位:：mm）2工程地质条件 拟建工程为 XX 机械厂的装配车间，建筑场地位于该机械厂厂区内，厂房平面尺寸为 42m24m，采用钢筋混凝土排架结构，结构的设计跨度为 24m，柱距为 6m。勘察工作按施工图设计阶段的要求进行。自 X 年 X 月 X 日开始，至 X 年X 月 X 日结束。共完成钻孔 6 个，并结合钻孔取原状土样 X 个进行了室内土工实验。土木工程专业基础工程课程设计 3 场地处地面平坦。据钻探揭露，各地层的情况如下：第层：人工填土。分布于场地表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。厚约 0.51.2m，结构疏松，土质不均，平均天然重度为17.1kN/m3。第层：粉质粘土。呈棕红色。除 1#孔外各孔均有，厚度 9.510.1m。硬塑可塑，土质较均匀。第层：粘土。呈黄黑色，各孔均可见到，没有钻透，据调查厚度在 10m以上。土质均匀，可塑硬塑。场区地下水属潜水，初见水位在 2.53.1m 深处，稳定水位在 2.93.9m 深处。地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。根据钻探及室内土工实验的情况分析，第层杂填土不宜用作建筑物地基。建议把基础埋置在强度较高的第层粉质粘土或第层粘性土中。其地基承载力标准值分别为：第层：fk=180kPa 第层：fk=220kPa 建议：基础设计采用两种方案，即浅基础和桩基础。基础形式可采用柱下预制独立基础、柱下现浇独立基础、沉管灌注桩基础或预应力管桩基础。设计桩基时不宜采用大直径桩（如大直径灌注桩），而宜采用小直径桩（如预应力管桩）。在桩基础设计时，桩径或边长建议取值范围为 300400mm，即选择桩径（或边长）为 300mm、350mm、400mm 的圆桩（方桩）土木工程专业基础工程课程设计 4 钻探点布置见图 3，地质剖面见图 4，图 5，土工试验成果见表 2-1，地质柱状图略。9.0m22.0m1#18.0m5#16.5m2#27.0m钻孔编号4#11.5m地质剖面编号车间位置钻孔深度11.5m3#图例钻孔位置后侧前侧11.5m4#6#11.5m15.0m33.0m 图 3 勘查点位置示意图 16.510.6438.301.02#454.5011.510.4442.400.5454.403#811.510.7443.300.64#轴线位置454.80图 4 2#3#4#勘查结果示意图 土木工程专业基础工程课程设计 5 432.303#绝对标高钻孔编号厂房边线土层编号图 例432.3022.01.21#454.3016.5438.0010.62#1.0454.5011.0 图 5 1#2#勘查结果示意图 表2-1 某机械厂装配车间土工试验结果汇总表（4#）试样 编号 取样深度/m 土的分类 名称 天然含 水量/%天然重度/kN/m3 比重 天然孔 隙比 液限/%塑限/%塑性 指数 液性指数 压缩系数/MPa-1 内摩擦角 粘聚力/kPa 2 孔-1 2.603.00 粉质粘土 24.4 20.1 2.7 0.681 33.81 21.31 12.5 0.25 0.19 2515 6.22 3设计计算内容:3.1.设计荷载 基础梁上的荷重（包括基础梁自重）为：标准组合时为 30kN/m，基本组合土木工程专业基础工程课程设计 6 时为 40.5kN/m。各柱（标高-0.075m 处）的荷载设计值如下 角柱 Z2：（横向计算）荷载组合编号：L21 L22 380kN m1500kN80kNKKKMFH 5 5 0 k N m2 2 0 0 k N125kNMFH 3.2.无筋扩展基础设计：基础荷载标准值：kNHkNFkNMKKK80,1500,380 3.2.1.确定基础埋深以及持力层的承载力。考虑到无筋扩展基础的高度通常较大，且有报告地质勘探报告第二土层粉质黏土层地基承载力较高，宜作为持力层。况且场区地下水属潜水，初见水位在 2.53.1m 深处，稳定水位在 2.93.9m深处，基础埋深初拟为m2.2d（室外地面）。考虑 4#钻孔的数据 3/63.182.2)0.12.2(9.190.11.17mkNm 因粉质黏性土e=0.6870.85,85.00 LI,查表得：0.3b,1.6d 深度修正：amdakakPdff67.230)5.02.2(63.186.1180)5.0(3.2.2.确定基底尺寸。先按中心荷载计算，则 土木工程专业基础工程课程设计 7 21124.92.22067.230)5.43(301500mHfFFAGaKK 将基底面积扩大为09.1124.92.12.11AA,基底尺寸拟为220.118.20.4mlb。此外，由于基底最小边长为 2.8m，故前面由深度修正计算得到的af不需要再进行宽度修正。3.2.3.承载力以及偏心距计算。竖向力：kNFGFKKK80.2217)5.43(30200.48.22.215001 弯矩：mkNMK13.145)5.0125.002.0(2251 mkNMK87.41613.145)075.015.02.2(80380 aaaKKKKkPfkPAFGFp67.23002.19820.1180.22171 aaaKKKKKkPfkPWMAFGFp80.27667.2302.12.185.2530.48.26187.41620.1180.221721max 满足要求。偏心距：mbFGFMeKKKK67.060.4619.080.221787.4161 满足要求。由于第层：akf180kPa，厚度达到 9.8m,而且第层：220kPafak，故可以不用对下卧层进行承载力验算。3.2.4.地基变形验算：由于该建筑属一般工业建筑，在地基基础设计等级中属于丙级。由地基规范知，该地基在可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围。而土木工程专业基础工程课程设计 8 且其地基承载力特征值大于 130kPa,所以可不进行地基变形验算。3.2.5.确定基础高度以及构造尺寸。若用 C15 混凝土，100kPaaKkPp02.198200kPa，为满足基础构造要求，00.1:1tan，因此：在基础的 b 方向：mbbHb0.200.1/120.10.4tan200 在 l 方向：mllHl2.100.1/124.08.2tan200 mHHHlb0.22.1,0.2max,max000 故可取mH0.20 所以基础尺寸达 4.02.82.0，由于基础埋深为 2.2m 可知，基础顶面在地面以下 0.2m,故埋深满足要求。按构造要求做成 5 层台阶，具体尺寸如图 6 所示。图 6 无筋扩展基础尺寸（单位：mm）土木工程专业基础工程课程设计 9 3.3.扩展基础设计计算：基础荷载标准值：kNHkNFmkNMKKK80,1500,380 基础荷载基本组合值：kNHkNFmkNM125,2200,550 3.3.1.确定基础埋深以及持力层的承载力。考虑到扩展基础的高度通常较无筋扩展基础的高度小，且有报告地质勘探报告第二土层粉质黏土层地基承载力较高，宜作为持力层。基础埋深拟为1.8md（室外地面）。考虑 4#钻孔的数据 3/34.188.1)0.18.1(9.190.11.17mkNm 因粉质黏性土 e=0.6870.85,85.00 LI,查表得：0.3b，1.6d,深度修正承载力特征值：amdakakPdff15.218)5.08.1(34.186.1180)5.0(3.3.2.确定基底尺寸。先按中心荷载计算，则:21147.98.12015.2182251500mHfFFAGaKk 将 基 地 面 积 扩 大 为2136.1147.92.12.1mAA,基 底 尺 寸 拟 为26.119.20.4mlb。此外，由于基底最小尺寸为 2.9m，故前面计算得到的af不需要进行宽度修正。3.3.3.承载力以及偏心距计算 竖向力：kNFGFKKK6.2142225209.20.48.115001 土木工程专业基础工程课程设计 10 弯矩：mkNMK13.145)5.0125.002.0(2251 mkNMK87.38413.145)075.015.08.1(80380 aaaKKKKkPfkPAFGFp15.21871.1846.116.21421 aaakKKKKkPfkPWMAFGFp78.26115.2182.12.148.2340.49.26187.3846.116.214221max 满足要求。偏心距：mbmFGFMeKKKK67.060.4618.06.214287.3841 满足要求。由于第层：akf180kPa，厚度达到 9.8m,而且第层：akf220kPa，故可不用对下卧层进行承载力验算。3.3.4.地基变形验算：有该建筑属一般工业建筑，在地基基础设计等级中属于丙级。、由地基规范知，该地基在可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围。而且其地基承载力特征值大于 130kPa,所以可不进行地基变形验算。故扩展基础底面积拟取 4.0m2.9m。3.3.5.荷载计算：竖向力：kNFF75.25035.75.4022001 弯矩：mkNM92.195)5.0125.002.0(5.75.401 mkNM46.58892.195)075.015.08.1(125550 土木工程专业基础工程课程设计 11 ajkPWMAFFp93.2910.49.26146.5886.1175.250321max ajkPWMAFFp75.1390.49.26146.5886.1175.250321min ajjkPpp93.291max 3.3.6.确定基础高度。初步拟定基础高度 700mm，按规范要求，铺设垫层时保护层厚度不小于40mm，因此假设钢筋重心到混凝土外表面的距离为 50mm，则混凝土有效高度 h0=700-50=650mm，抗冲切破坏验算公式：017.0hafFmthp 首先计算11ApFj。bt0aa2h0.42 0.651.7m ml9.2 故2ttl00bablA(h)l(h)2222 22105.2)65.02.402.92.925.602.012.04m（）（冲切力设计值：kNApFj51.614105.293.29111 式hp tm00.7 f a h中，0h650mm800mm，故hp1.0，基础混凝土采用 C30，其atMPf5.1，tbmaa0.4 1.7a1.05m22 kNFkNhafmthp51.61463.71665.005.1105.10.1.707.0130 故 h0=650mm 能够满足抗冲切破坏要求 3.3.7.内力计算。土木工程专业基础工程课程设计 12 台阶宽高比：5.214.27.020.10.42hbbc 显然最危险控制截面在柱边处 taa0.4m tbb1.0 m mbba5.120.10.421 ajjjkPppbabpp86.234)75.13993.291(0.45.10.475.139)(minmax1min1 mkNlppppalaMjj53.6389.2)86.23493.291()86.23493.291)(4.09.22(5.1121)()(2(12121max1max211 mkNppbbalMjj88.505)75.13993.291()0.10.42()4.09.2(481)(2()(4812minmax22 3.3.8.抗弯钢筋的配置。采用335HRB,其ayMPf300。沿长边方向，由，acMPfmmhmkNM3.14,650,53.638011 宽度mm2900,按梁进行配筋，可得2sA2917.2mm，选用 16B16213217160mmAs，。实际上01hhad/27004016/2652mm，大于原先假定的 650mm，上述配筋显然是可以的。沿短边方向的钢筋通常置于长边钢筋之上，并假设采用 B14钢筋，故mmddahh6372/1416407002/2102，再由mkNM88.5052，宽度mm4000，可得222131mmAs。选用 18B 14222770,190mmAs。基础的施工图见图 7。土木工程专业基础工程课程设计 13 图 7 扩展基础施工图(单位：mm)3.3.9.施工简述：1、建筑定位：根据房屋建筑的布置由建筑总平面图确定。宜先确定主轴线然后逐步进行细部定位。2、基础放线：在不受施工影响的地方设置基线和水准点，布置测量控制网。根据轴线，放出基槽开挖的边线。考虑到上步填土层，故采用适当放坡，根据现场开挖实际调整，但不宜过大。3、土方开挖：由于设计地面高于实际地面，故开挖的土方宜在周围堆积保留，土木工程专业基础工程课程设计 14 由于基坑小而数量多且基坑较浅，故宜分组人工开挖，但注意在雨后施工进行必要排水。或保留 300mm 以上的土层。4、基槽验收：开挖完成后由勘察、设计、施工人员共同进行。检查槽平面位置、断面尺寸、底部高程等是否符合要求。特别注意是否有古河道、古墓穴等地基土异常情况，并做好记录。符合设计要求的进入下一步施工。若不符合要求的进行修补，或者重新调整设计。5、基础施工：验槽完成后应及时施做垫层，防止水对基地土扰动和浸泡，然后再垫层上定出基础的外边线。然后支侧模板，放置钢筋，最后浇注混凝土，浇注前进行隐蔽工程验收。6、基槽回填：基础施工完成后，应及时进行回填。回填应时与地下管线的埋设等工作统筹安排。最后进行压实。就此开始上部主体结构的的施工。3.4.桩基础设计计算：3.4.1.确定桩端持力层和承台埋深 根据地质资料确定承台埋深 1.0m。并初步选定采用钢筋混凝土预制方桩，桩的截面尺寸选为300mm300mm。4#-1 粉质黏土层的液性指数0lI,压缩性指数 0.21MPa0.5MPa，可见该粉质黏土层从上到下的该土层属于坚硬的低压缩性土，该层作为桩端持力层更佳。初选桩的长度 l 为 3m。土木工程专业基础工程课程设计 15 图 8 桩基的土层分布 3.4.2.确定单桩竖向极限承载力标准值 Quk 采用公式ukskpksik ipkPQQQuq lq A。桩侧桩端都是 4#-1 粉质黏土层，因5.00 LI，查表 5-6，可得 qsk=100kPa，qpk=3500kPa,上层埋深mmh55.22/31，skq需要乘以修正系数 0.8，于是有 kNlquQisiksk2883100.903.04 kNAqQppkpk3153.03.03500 kNQQQpkskuk603315288 3.4.3.初步估计所需桩数 n 在估算桩数时，首先需要计算单桩竖向承载力设计值 R,由于桩的布置和土木工程专业基础工程课程设计 16 桩数还未知，先不考虑承台效应和群桩效应。kNQRuka.53012 确定桩数时，由于承台尺寸还没有确定，可先根据单桩承载力设计值和上部结构荷载初步确定。中心荷载时，估算桩数RFn/，为经验系数，建筑桩基可采用 1.1-1.2，本设计取.11。kNFF24702.15.730220010 .99.53012470n 为方便布置，取9n，即采用 9 根桩。3.4.4.进行桩位布置和确定承台尺寸 桩在平面上采用行列式布置，承台选为正方形，桩中心距0.9aSm,取边桩中心至承台边缘的距离为 1d=0.3m,承台边缘至桩的外边缘为 150mm，符合有关要求。取承台边长mba4.29.023.02。3.4.5 计算考虑群桩效应下的桩基竖向承载力设计值 R 并验算桩数是否合适 kNAfRRcakca08.31893.03.094.24.25.301 承台及其土重：kNG2.115200.14.24.2 6.808.3182.115247010RGFFn 说明取9n可以满足要求。土木工程专业基础工程课程设计 17 图 9 承台平面与剖面 3.4.6 求算桩顶荷载 竖向力:kNGFFGF.22585.21152.15.730220010 取承台的高度为 0.6m,则承台底所受的弯矩（绕 y 轴）为 mkNM5.1174)5.0125.002.0(2.15.7301 mkNMy85.45015.1746.0125550 各基桩所受的平均竖向压力设计值为 kN4.228792585.2nGFN 土木工程专业基础工程课程设计 18 基桩最大和最小竖向压力设计值为 kN3.7703030.9)(30.930.95.84504.2287xxMnGFN22261i2iiymax kN4.0234030.9)(30.930.9)(5.84504.2872xxMnGFN22261i2iiymin kN4.0234Nmin0 3.4.7.基桩竖向抗压承载力验算 基础是偏心受压，验算时要同时满足RN0和1.2RNmax0两个条件，由于桩基的安全等级为二级，则0.10。验算如下 kN08.183RkN24.28724.2871.0N0 kN0.78138.01831.21.2R73.3703.77031.0Nmax0kN 两项验算均满足要求。3.4.8.基桩水平承载力验算 水平力125kNH,水平力和竖向力的合力与铅垂线的夹角 0052.77.22585125arctan，故可以不验算基桩的水平承载力。3.4.9.承台抗冲切验算 设计承台厚 0.6m,冲切破坏锥体有效高度 h0=0.55mm(1)柱对承台的冲切验算。土木工程专业基础工程课程设计 19 0mtl0hufF ilQFF 0.2)(0.72 二级桩基，1.00 2470kN02470QFFil 45.055.025.000haoxx 29.12.045.084.02.084.0oxox 155.055.000haoyy 7.02.0184.02.084.0oyoy mmmmhmmbmmhcc800600,400,1000，取0.1hp。承 台 混 凝 土 选 用C30,抗 拉 强 度 设 计 值1430kPaft，则 kNFkNhfahablthpoxcoyoyc247009.330455.014300.1)25.01(7.0)55.04.0(29.1 2)()(20ox满足要求。（2）角桩对承台的冲切验算。应验算受桩顶荷载最大的角桩对承台的冲切。此时，400mmh0，150mma1x，450mma1y，故得 0.38450150ha01x1x 1.29350450ha01y1y1.0，故取1.01y 6.900.20.380.560.20.561x1x 0.470.21.00.560.20.561y1y 土木工程专业基础工程课程设计 20 又 0.45m450mmcc21。承台受角桩冲切的承载力为：00t1x11y1y21xhf)2a(c)2a(ch 619.91kN0.551430)20.150.47(0.45)20.451.24(0.45 kN3.77033.73701.0NNmax0l01kN.9619 满足要求。3.4.10.承台斜截面受剪验算 从图中可知，最危险的截面是 A-A截面，因为在该截面的右侧三根桩所承受的荷载最大，都是 Nmax。从图中可知mmax100，有效高度mmh5500，则 45.05002500haxx 21.115.405.7115.71x 180080041hs 假设截面处的计算宽度为 2.4m,C30 混凝土的14300kPafc，则承台 A-A斜截面受剪承载力为 kN0.28420.552.4143001.211hbf00chs kN9.111213.737031.0V0 满足要求。3.4.11.受弯计算 土木工程专业基础工程课程设计 21 对于本设计的锥形承台，可按下列公式计算柱边截面的弯矩，然后按其进行配筋计算。mkN5.07820.253.77033xNMiy mkN1.64900.554.02340.555.72870.553.7370yNMix 3.4.12.抗弯钢筋配置 显然，控制截面对应平行于 x 方向，所以沿 y 轴布置的钢筋置于沿 x 轴布置的钢筋之下。采用 HRB335 级钢筋，2y300N/mmf；混凝土强度等级为C30,且采用双向均匀通长布置。沿 y 轴方向，由MPa.341f550mmhmkN61.490Mcm0yx，宽度2400mm,按梁进行配筋，可得2symm8032A，选用16142symm2814A,190。实际上552mm16/240600/2dahh10y，大于原先假定的550mm，上述配筋显然是可以的。沿 x 轴方向，假设采用12钢筋，故mm3852/2161406002/ddahh210 x，再由mkN0.302My，宽度2400mm，可得2sxmm1963A。选用12182smm2036A,140。基础施工图见大图。3.4.13.施工简述：1 建筑定位：根据房屋建筑的布置由建筑总平面图确定。宜先确定 土木工程专业基础工程课程设计 22 主轴线然后逐步进行细部定位。2 基础放线：在不受施工影响的地方设置基线和水准点，布置测量 控制网。根据轴线，放出基槽开挖的边线。考虑到上步填土层，故采用适当放坡，根据现场开挖实际调整，但不宜过大。3 基槽验收：开挖完成后由勘察、设计、施工人员共同进行。检查 槽平面位置、断面尺寸、底部高程等是否符合要求。特别注意是否有古河道、古墓穴等地基土异常情况，并做好记录。符合设计要求的进入下一步施工。若不符合要求的进行修补，或者重新调整设计。4 桩基安装：按照设计要求将桩体打入土体；5 基础施工：桩体打入后应及时施做垫层，防止水对基地土扰动和 浸泡，然后再垫层上定出承台基础的外边线。然后支侧模板，放置钢筋，最后浇注混凝土，浇注前进行隐蔽工程验收。6.基槽回填：承台基础施工完成后，应及时进行回填。回填应时与地下管线的埋设等工作统筹安排。最后进行压实。就此开始上部主体结构的的施工。4.参考文献(1)中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范，GB 500072002;(2)中华人民共和国国家标准建筑桩基技术规范，JGJ94-94;(3)中华人民共和国国家标准混凝土结构设计规范，GBJ10-99及其修 订本;(4)基础工程，吴兴序，西南交通大学出版社，2007.08。土木工程专业基础工程课程设计 23