北京交通大学房屋箱型基础课程设计计算书(12页).docx

北京交通大学房北京交通大学房屋箱型基础课程屋箱型基础课程设计计算书设计计算书房屋基础课程设计计算书房屋基础课程设计计算书姓名：戴治姓名：戴治学号：学号：1327402613274026班级：土木班级：土木 13041304指导教师：吕勤指导教师：吕勤目录目录一、总则.31 设计任务.32 设计依据.33 计算书内容要求.34 设计资料.3二、箱形基础外形尺寸.21 箱基高度.22 底、顶板及墙的厚度.23 采用材料.2三、按地基承载力确定基底尺寸.21 荷载计算.22 确定地基承载力特征值af.33 确定基底尺寸.3四、基底反力计算.3五、地基沉降计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。六、箱基纵向整体弯曲计算.41 计算整体弯矩的基底反力.42 作出计算简图.43 求出任意截面弯矩，画出弯矩图.44 计算箱基刚度GGE J.55 计算上部结构刚度.5七、底板局部弯曲计算.51 底板局部弯曲的基反力.52 整体弯矩最大的中跨间（）.53 基反力最大的跨间（）.6八、顶板局部弯曲计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。九、底顶板配筋设计.71 底板纵向配筋.72 底板横向配筋（按基反力最大的边跨间控制配筋）.83 顶板配筋（按中跨间计算，由边区格控制，不考虑整体弯曲）.8十、底板斜截面抗剪强度及冲切验算.8-第 3 页1 底板斜截面抗剪强度验算.82 底板冲切验算.9十一 箱基墙体配筋设计.91 内墙配筋设计.92 外墙配筋设计.93 墙身抗剪强度验算.94 墙上开洞设计.10一、总则1 1 设计任务设计任务设计某十层主厂房的基础。根据上部结构及场地地质情况，确定采用箱形基础。2 2 设计依据设计依据高层建筑箱形与筏形基础技术规程(JGJ6-99)建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)3 3 计算书内容要求计算书内容要求3.13.1 总则总则3.23.2 确定箱形基础外形尺寸确定箱形基础外形尺寸3.33.3 按地基承载力确定基底尺寸按地基承载力确定基底尺寸3.43.4 基底反力计算基底反力计算3.53.5 基底沉降计算基底沉降计算3.63.6 箱基纵向整体弯曲计算（考虑上下部结构共同工作）箱基纵向整体弯曲计算（考虑上下部结构共同工作）3.73.7 底、顶板局部弯曲计算底、顶板局部弯曲计算3.83.8 顶板配筋设计顶板配筋设计3.93.9 底板斜截面抗剪及抗冲切计算底板斜截面抗剪及抗冲切计算3.103.10 箱基墙体配筋设计箱基墙体配筋设计3.113.11 箱基墙体开门窗洞加固设计箱基墙体开门窗洞加固设计3.123.12 绘制施工图：绘制施工图：底、顶板配筋平面分布图箱基横截面配筋大样墙体、开门窗洞加固大样图墙体、转角构造大样施工说明4 4 设计资料设计资料4.14.1 上部结构资料上部结构资料地面以上采用现浇柱、预制梁板的半装配式框架结构，共十层，层高 4.5 米，采用 C30混凝土，各杆件截面尺寸如下：柱5050cm2横梁3060cm2纵梁3050cm2楼板厚15cm4.24.2 平面柱网布局如下图：平面柱网布局如下图：上部荷载：框架柱传给基础的轴力（作用在0.00 处）标在柱网分布图上，单位为 kN。底层地面的活载为 14kN/m2-第 2 页地下室用作杂品堆料仓库，按活载 10kN/m2计。楼梯和电梯间荷载按均布荷载 20kN/m2考虑。箱基墙体与柱网关系图4.34.3 地质资料（如图示）地质资料（如图示）二、箱形基础外形尺寸1 1 箱基高度箱基高度据规程，一般取建筑物高度的 1/81/12，不宜小于基础长度的 1/18。建筑高度为45m，要取11453.75455.625128mm，则箱基高度为4.85m。满足要求。箱基顶面标高0.000，室外标高0.200，则箱基底面标高4.850。2 2 底、顶板及墙的厚度底、顶板及墙的厚度据规程，外墙厚不小于 25 cm，内墙厚不小于 20 cm，顶板不小于 15 cm，底板不小于20 cm。对 20 层以内的民用房屋或高度 50 米以内的多层厂房，底板一般取 4060 cm 厚，顶板 2540 cm 厚，外墙 3050 cm 厚，内墙 2540 cm 厚。故取顶板350mm，底板500mm，内墙250mm，外墙300mm，取底板外伸宽度为500mm。则顶板下底到底板顶部的距离4.0m。3 3 采用材料采用材料箱基材料采用20C混凝土，垫层10cm厚，采用10C混凝土。三、按地基承载力确定基底尺寸1 1 荷载计算荷载计算根据荷载规范，活载应乘 1.4 的系数，恒载应乘 1.2 的系数，对验算有利的可不乘系数。据提供的资料，荷载沿纵向对称，但由于楼梯间横向不对称，存在偏心，经计算偏心很小，所以可按中心荷载计算基础的底面积纵墙水平横截面积：22 0.3 49.52 0.25 49.554.45m 横墙水平横截面积：22 0.3 168 0.25 1641.6m 顶板面积：2(49.50.6)(160.6)831.66m底板面积：2(49.5 1)(16 1)858.5m上部框架传来的总荷载1(750 2 1050 4 1300 6 1700 8)254200NkN 楼梯间及电梯井荷载220 1.2 5.5 6 43168NkN 基底板面杂品堆料活载310 1.4 16 49.511088NkN基顶板面活载414 1.4 16 49.515523.2NkN地下水对箱基浮力9.8 3.65(49.5 1)(16 1)30708.54WkN顶板自重：(49.50.6)(160.6)0.35 257277.025kN底板自重：(49.5 1)(16 1)0.5 2510731.25kN墙体自重：(54.4541.6)4 259605kN 垫层自重：858.5 0.1 252146.25kN-第 3 页则箱基自重7277.025 10731.2596052146.2529759.525GkN所以基底总荷载123483030.18NNNNNGWkN2 2 确定地基承载力特征值确定地基承载力特征值af按照规范采用公式(3)(0.5)aakbdmffbd 其中，130akfkPa176Bmm，故取6m查规范可得到0.5b，1.6d故1300.5 11.2(63)1.6 12.7(4.650.5)231.128afkPa3 3 确定基底尺寸确定基底尺寸基底面积2283030.1829759.525858.5385.66231.12820 4.65aGNGmmfd，满足要求！四、基底反力计算将箱基分成大小相等的5 840个区格。然后乘以每个区格的地基反力系数，就可以算出每个区格的基底基本反力，结果如下表：87.6393.4378.7371.3871.3878.7393.4387.63108.71115.7797.5988.4088.4097.59115.77108.71119.45127.09107.2697.3097.30107.26127.09119.45108.71115.7797.5988.4088.4097.59115.77108.7187.6393.4378.7371.3871.3878.7393.4387.63五、地基沉降计算按照规范法，计算公式为0111()nsiiiiisipszzE其中，053270.66(18 1 11.2 3.65)50.5 1758.8850.5 17FpkPaA s按规范推荐的取 1.1将粉质粘土层分为三层，将粘土层以下按每层2.5m分 13 层。计算过程如下表：层数izizblbisiEis000.0032.790.250012.520.1532.790.24913.2425.040.3032.790.24713.0337.550.4432.790.24212.29410.050.5933.180.2349.71512.550.7433.180.2258.74615.050.8933.180.2126.79717.551.0333.180.2016.24-第 4 页最终沉降量计算为89.27mm小于规范要求的地基沉降量的容许值，满足要求！六、箱基纵向整体弯曲计算1 1 计算整体弯矩的基底反力计算整体弯矩的基底反力箱基整体弯矩的基底反力=基本反力-箱基自重+水压箱基自重229759.525316838.3550.5 17GNkPaLB水压力30708.54535.7750.5 17WkPaLB故只需要在基本反力上减去38.3535.772.58kPa即可，结果如下表85.0590.8576.1568.8068.8076.1590.8585.05106.13113.1995.0185.8285.8295.01113.19106.13116.87124.51104.6894.7294.72104.68124.51116.87106.13113.1995.0185.8285.8295.01113.19106.1385.0590.8576.1568.8068.8076.1590.8585.052 2 作出计算简图作出计算简图横向区格长17=3.455Bm纵向每单位长度所受的基反力如下：第一段：106.13 116.87 106.13 85.05)3.4(81697.39/5.05kN m第二段：(90.85 113.19 124.51 113.1990.85)3.41810.84/kN m第三段：(76.1595.01 104.6895.01 76.15)3.41519.81/kN m第四段：(68.8085.8294.7285.8268.80)3.41373.47/kN m而箱基顶板所受的线荷载：1.4 14 16313.6/kN m于是可得到计算简图如下：3 3 求出任意截面弯矩，画出弯矩图求出任意截面弯矩，画出弯矩图有了计算简图，可以直接用截面法求出各个截面的弯矩。各个点弯矩值整理如下：1M2M3M（M边）4M5MM中212.17kN m6009.82kN m24926.90kN m53356.88kN m84501.27kN m95805.15kN m弯矩图如下：820.051.1833.180.1894.85922.551.3333.180.1763.321025.051.4733.180.1673.971127.551.6233.180.1551.611230.051.7733.180.1462.171332.551.9133.180.1371.331435.052.0633.180.1291.151537.552.2133.180.1210.411640.052.3633.180.1140.41-第 5 页4 4 计算箱基刚度计算箱基刚度GGE J按工字形截面进行折算，截面尺寸如下图：箱基的混凝土等级为20C，故42.55 10GEMPa经软件计算得出474369247649430GJmm故41822.55 10743692476494301.896 10GGE JN mm5 5 计算上部结构刚度计算上部结构刚度按照公式进行计算)21(21mKKKKKJEJEliuibiliuibibniBB第 i 层纵梁的截面惯性矩：31041300 50041.25 1012biJmm第 i 层上下柱的线刚度：331500 50041246296294500uiliKKmm第 i 层梁的线刚度：1031.25 1022727275500biKmm上部结构混凝土等级为30C，故43 10BEMPa 故可以计算出：所以箱基分得的整体弯矩如下：七、底板局部弯曲计算可按倒置的连续楼盖考虑，将基反力视为荷载计算。为简化，一般把各区格作为四边固定的双向板或单向板。本设计中应计算整体弯矩最大的中跨间（）和基反力最大，产生最大局部反力的边跨间（）。边跨间存在受荷较大的楼梯间区格，为简化此处局部增设附加钢筋，可不必进行计算。1 1 底板局部弯曲的基反力底板局部弯曲的基反力底板局部弯曲的基反力=基底基本反力-箱基底板自重+水压箱基底板自重：21.2 0.5 25=15/kN m水压力：30708.54535.7750.5 17WkPaLB计算出基反力如下图：2 2 整体弯矩最大的中跨间（整体弯矩最大的中跨间（）边区格（AB）的均布荷载为：利用软件计算，结果如下：xl（m）5.5yl（m）6-第 6 页弯矩系数0.02460.0210-0.0575-0.0537弯矩值（kN m）75.36xM 64.12yM 175.67xM 163.87yM 中区格：2118.07 3.4 109.17 0.6116.74/4qkN m中利用软件计算，结果如下：xl（m）4yl（m）5.5弯矩系数0.03310.0183-0.0716-0.0567弯矩值（kN m）61.98xM 34.32yM 133.82xM 105.87yM 3 3 基反力最大的跨间（基反力最大的跨间（）边区格（AB）的均布荷载为：利用软件计算，结果如下：xl（m）5.5yl（m）6弯矩系数0.02460.0210-0.0575-0.0537弯矩值（kN m）93.61xM 79.65yM 218.21xM 203.54yM 中区格（BC）的均布荷载为：利用软件计算，结果如下：xl（m）4yl（m）5.5弯矩系数0.03310.0183-0.0716-0.0567弯矩值（kN m）77.37xM 42.84yM 167.05xM 132.16yM 八、顶板局部弯曲计算楼面各区格的荷载相同，所以只需计算的中跨间，各区格作为四边固定的双向板，对于楼梯间楼板及楼梯计算略。顶板上的荷载有活载 10kPa 和板自重。故荷载为：21.4 14 1.2 25 0.3530.1/qkN m同上面一样，通过软件计算，结果如下：边区格（AB）：xl（m）5.5yl（m）6弯矩系数0.02460.0210-0.0575-0.0537弯矩值（kN m）22.47xM 19.12yM 52.39xM 48.87yM 中区格（BC）xl（m）4yl（m）5.5-第 7 页弯矩系数0.03310.0183-0.0716-0.0567弯矩值（kN m）15.98xM 8.85yM 34.50 xM 27.30yM 九、底顶板配筋设计箱基整体弯矩GM可简化为作用在底板上的轴向拉力和顶板上的轴向压力，所以理论上应按偏拉构件设计，计算甚繁。一般把整体弯曲和局部弯曲大作用分开考虑，分别配筋。对于底板，由整体弯矩GM产生的拉力N及配筋sA按下式计算：sA分为两半，分别作为底板的上下排通长钢筋。底板局部弯曲所需钢筋，同时考虑了整体与局部弯曲的影响，按规程，可适当折减，此时局部弯曲的弯矩应乘折减系数 0.8，而底板的横向配筋，只按局部弯曲确定，不需折减。对于顶板纵向，当承受整体弯曲时，受轴心压力，一般按构造配筋即能满足要求，抗弯只按局部弯曲配筋。横向也只按局部弯曲配筋。底、顶板通长钢筋上下排不易小于12200。1 1 底板纵向配筋底板纵向配筋1.1.1 1 底板整体弯曲的配筋（纵向）底板整体弯曲的配筋（纵向）1.1.1 1.1 1 中跨间（中跨间（）77207.70GMkN m中，故77207.7017523.124.850.1250.25GMNkNZ中钢筋先取二级钢筋，300yfMPa。则217523.12 100057510300syNAmmf然后sA分为两半，再除以底板的宽度，就能得到单位宽度的配筋面积：1 1.1 1.2 2 边跨间（边跨间（）20088.16GMkN m边，故20088.164488.974.850.1250.25GMNkNZ边钢筋先取二级钢筋，300yfMPa。则24488.97 100014963300syNAmmf然后sA分为两半，再除以底板的宽度，就能得到单位宽度的配筋面积：1 1.2.2 底板局部弯曲的配筋底板局部弯曲的配筋1.1.2 2.1 1 中跨间（由边区格控制）中跨间（由边区格控制）由于是两排钢筋，取70samm，则050070430shhamm。对于跨中配筋（上部受拉），按以下步骤进行计算：对于支座配筋（下部受拉），按以下步骤进行计算：1 1.2.2.2 2 边跨间（由边区格和中区格中的最大值控制）边跨间（由边区格和中区格中的最大值控制）对于跨中配筋（上部受拉），按以下步骤进行计算：对于支座配筋（下部受拉），按以下步骤进行计算：至此，底板的纵向配筋设计全部完成，配筋表如下：跨间中跨间边跨间-第 8 页跨中配筋支座配筋跨中配筋支座配筋选用钢筋20140201101818016120实际配筋量2()sA mm1691+476=21671691+1136=2827565+770=1335565+1436=20012 2 底板横向配筋（按基反力最大的边跨间控制配筋）底板横向配筋（按基反力最大的边跨间控制配筋）底板的横向配筋，只按局部弯曲确定，不需要折减。对于跨中配筋（中区格控制），按以下步骤计算：由于sA已经小于12200 的钢筋量，故应该按构造配筋，就取12200，实际配筋量为2565sAmm。对于支座配筋（边区格控制），按以下步骤进行计算：故选用18150，实际配筋量为21696sAmm3 3 顶板配筋（按中跨间计算，由边区格控制，不考虑整体弯曲）顶板配筋（按中跨间计算，由边区格控制，不考虑整体弯曲）3.3.1 1 纵向配筋纵向配筋对于跨中配筋（边区格控制），按以下步骤计算：由于sA已经小于12200 的钢筋量，故应该按构造配筋，就取12200，实际配筋量为2565sAmm。对于支座配筋（边区格控制），按以下步骤计算：取12100，实际配筋量为21131sAmm。3.3.2 2 横向配筋横向配筋对于跨中配筋（中区格控制），按以下步骤计算：由于sA已经小于12200 的钢筋量，故应该按构造配筋，就取12200，实际配筋量为2565sAmm。对于支座配筋（边区格控制），按以下步骤计算：取12100，实际配筋量为21131sAmm。十、底板斜截面抗剪强度及冲切验算1 1 底板斜截面抗剪强度验算底板斜截面抗剪强度验算根据高层建筑箱形与筏形基础技术规范（JGJ 6-99）第 5.2.4 条的规定，箱形基础的底板应满足斜截面受剪承载力的要求。当底板板格为矩形双向板时，其斜截面受剪承载力可按下式计算：式中：sV距墙边缘0h处，作用在图中阴影部分面积上的扣除底板及其上填土自重后，相应荷载效应基本组合的基底平均净反力产生的剪力设计值（kN）hs受剪承载力截面高度影响系数2nl计算板格的长边的净长度（m）计算示意图如下：这里sV取147.86kPa的区格。-第 9 页计算得出(2.91256.0625)1.575 147.861045.052sVkN故301045.050.070.07 9.6 106.0625 0.52037scVkNf bhkN故底板斜截面抗剪强度满足要求！2 2 底板冲切验算底板冲切验算根据高层建筑箱形与筏形基础技术规范（JGJ 6-2011）第 6.3.4 条的规定，箱基底板除应满足正截面受弯承载力的要求外，还应满足受冲切承载力的要求，当底板区格为矩形双向板的时候，底板的有效截面高度0h应符合下式规定：所以：故底板冲切承载力满足要求！十一、箱基墙体配筋设计1 1 内墙配筋设计内墙配筋设计一般内墙按构造配筋，采用于10200（双面双向），在上、下部各设置 220 钢筋2 2 外墙配筋设计外墙配筋设计2.2.1 1 土压力计算土压力计算按静止土压力计算，取静止土压力系数00.5K 然后将静止土压力换算为均布在墙体上的压力：2 2.2 2 配筋设计配筋设计将外墙视为固定于顶板，底板和横墙（或纵墙）上的双向板。对于外纵墙的弯矩值：xl（m）3.4yl（m）5.5弯矩系数0.03760.0155-0.0783-0.0571弯矩值（kN m）9.752xM 4.02yM 20.33xM 14.83yM 外横墙的弯矩值：xl（m）3.4yl（m）6弯矩系数0.03920.0139-0.0807-0.0571弯矩值（kN m）10.17xM 3.60yM 20.95xM 14.83yM 因其弯矩值均较小，所以按照构造配筋，10200，实际配筋量2393sAmm。并在上下部各增设 212 钢筋。3 3 墙身抗剪强度验算墙身抗剪强度验算根据高层建筑箱形与筏形基础技术规范（JGJ 6-2011）第 5.2.9 条规定，箱形基础的内外墙，除于上部剪力墙连接者外，由柱根传给各片墙的竖向剪力设计值，可按相交于该柱下各片墙的刚度进行分配。墙身的受剪截面应符合下式要求：-第 10 页式中wV由柱根轴力传给各片墙的竖向剪力设计值，按相交的各片墙的刚度进行分配；cf混凝土轴心受压强度设计值；wA墙身竖向有效截面积很显然，中间柱的轴力最大为1700kN，柱下相交的有四片内墙，截面相同，故剪力平均分配，显然317004250.250.25 9.9 100.25 424004wcwVkNf AkN，故墙身受剪截面强度符合要求！4 4 墙上开洞设计墙上开洞设计就按照指导书进行设计，门洞20.8 2m，楼梯间门洞21.2 2m，外纵墙中间开设通风采光窗洞21 0.8m。