高层建筑基础课程设计任务书(共16页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上高层建筑基础课程设计任务书桩 基 础 设 计一、设计任务 某厂房桩基础设计二、设计资料 该厂房上部结构荷载设计值为轴力N=7460KN,弯矩M=840KNM,柱截面尺寸为600mm800mm。建筑场地位于城郊,土层分布情况及各土层的物理、力学指标如表1所示。地下水位离地表0.5m,从各测点的静力触探结果看场地土具有不均匀性,东部区域的PS平均值要高于西部,局部地区有明浜,埋深将近2m。1、地基各土层的分布及物理力学性质指标,见表1:表1 各土层的物理、力学指标土层序号土层名称层底埋深(m)容重(kN/m3)含水量w(%)孔隙比e液性指数IL抗剪强度压缩模量Es1-2(
2、MPa)比贯阻力PS(MPa)粘聚力(kPa)内磨擦角()褐黄色粉质粘土2.018.027.80.810.4830(21)25.5(18.5)6.40.59(0.54)灰色淤泥质粉质粘土6.017.838.81.091.1814(9.8)19.3(13.5)4.50.57(0.38)灰色淤泥质粘土14.917.053.11.511.2912(8.4)10.5(7.5)2.10.62(0.41)灰褐色粉质粘土20.018.035.41.020.8016(11.2)18.5(13.2)4.82.27(1.77)暗绿色草黄色粉质粘土24.018.524.70.710.3136(25.2)25.0(1
3、8.0)7.84.76(3.86)灰色粉质粘土34.018.035.51.020.8722(13.4)22.1(13.0)4.9注 表中括号内为西区的数值2、桩侧及桩端极限摩阻力标准值,见表2:表2 桩侧、桩端极限摩阻力的标准值层序土层名称极限阻力静力触探估算方法经验参数法东部西部淤泥质粉质粘土qsk(kPa)151525淤泥质粉质粘土qsk(kPa)3120.521粉质粘土qsk(kPa)81.7569.2547粉质粘土qpk(kPa)281222523200注:由于桩尖进入持力层深度较浅,考虑到持力层有一定起伏,表中第层土仅计桩端阻力。三、设计内容1、基础持力层、桩型、承台埋深选择;2、单
4、桩竖向承载力的确定;3、桩身结构设计和计算;4、确定桩数和承台尺寸;5、群桩承载力验算;6、群桩沉降计算;7、承台设计计算;8、绘制单桩及承台配筋图;四、设计要求 要求完成全部的设计内容,完成设计计算及报告一份,报告插图及设计图纸应手工绘制完成。五、参考资料(1)高层建筑基础设计,陈国兴主编中国建筑工业出版社,2000.(2)高层建筑基础分析与设计,宰金珉、宰金璋主编,中国建筑工业出版社,1999.(3)地基基础设计手册,沈杰编,上海科学技术出版社,1998.(4)桩基工程手册,桩基工程手册编委会,中国建筑工业出版社,1995.(5)简明建筑基础计算与设计手册,张季容、朱向荣编著,中国建筑工业
5、出版社,1997.(6)桩基础设计指南,林天健、熊厚金、王利群编著,中国建筑工业出版社,1999.(7)高层建筑设计与施工,何广乾、陈祥福、徐至钧主编,科学出版社,1994(8)桩基础设计与计算,刘金砺,中国建筑工业出版社,1990.桩基础设计一、设计任务 某厂房桩基础设计二、设计资料 该厂房上部结构荷载设计值为轴力N=7460KN,弯矩M=840KNM,柱截面尺寸为600mm800mm。建筑场地位于城郊,土层分布情况及各土层的物理、力学指标如表1所示。地下水位离地表0.5m,从各测点的静力触探结果看场地土具有不均匀性,东部区域的PS平均值要高于西部,局部地区有明浜,埋深将近2m。1、地基各土
6、层的分布及物理力学性质指标,见表1:表1 各土层的物理、力学指标土层序号土层名称层底埋深(m)容重(kN/m3)含水量w(%)孔隙比e液性指数IL抗剪强度压缩模量Es1-2(MPa)比贯阻力PS(MPa)粘聚力(kPa)内磨擦角()褐黄色粉质粘土2.018.027.80.810.4830(21)25.5(18.5)6.40.59(0.54)灰色淤泥质粉质粘土6.017.838.81.091.1814(9.8)19.3(13.5)4.50.57(0.38)灰色淤泥质粘土14.917.053.11.511.2912(8.4)10.5(7.5)2.10.62(0.41)灰褐色粉质粘土20.018.0
7、35.41.020.8016(11.2)18.5(13.2)4.82.27(1.77)暗绿色草黄色粉质粘土24.018.524.70.710.3136(25.2)25.0(18.0)7.84.76(3.86)灰色粉质粘土34.018.035.51.020.8722(13.4)22.1(13.0)4.9注 表中括号内为西区的数值2、桩侧及桩端极限摩阻力标准值,见表2:表2 桩侧、桩端极限摩阻力的标准值层序土层名称极限阻力静力触探估算方法经验参数法东部西部淤泥质粉质粘土qsk(kPa)151525淤泥质粉质粘土qsk(kPa)3120.521粉质粘土qsk(kPa)81.7569.2547粉质粘土
8、qpk(kPa)281222523200注:由于桩尖进入持力层深度较浅,考虑到持力层有一定起伏,表中第层土仅计桩端阻力。三、设计内容1、基础持力层、桩型、承台埋深选择;2、单桩竖向承载力的确定;3、桩身结构设计和计算;4、确定桩数和承台尺寸;5、群桩承载力验算;6、群桩沉降计算;7、承台设计计算;8、绘制单桩及承台配筋图;四、桩基持力层、桩型、承台埋深选择 1)持力层确定 由于桩基础荷载较大,持力层应选在较为密实的土层上。从土层分布情况分析,浅部第层土较好,但厚度较薄,且有明浜切割。、土层较差,不宜选作持力层,作为桩基础的基础形式,第层土是桩基础的理想持力层。2)桩长的确定及承台埋深的选择 桩
9、尖进入持力层的深度为1m,工程桩的入土深度为2m。另考虑,到明浜埋深及承台埋深确定为2m,故桩基的有效长度为19m。3)桩型及截面尺寸由于建设场地在郊区,周围环境不要求限制振动、噪声,因此,因优先采用施工速度快,施工质量容易保证的打入桩,桩的截面尺寸选用450mm450mm钢筋混凝土预制方桩,并在每个柱子下设一独立承台桩基础。五、单桩承载力 单桩竖向承载力的计算,是基础设计最主要的内容,也是最主要的设计参数。单桩竖向承载力,是指单桩只具有的承受竖向荷载的能力。单桩极限承载力,是指单桩只具有的承受竖向荷载最大的承载能力。单桩竖向承载力包括: 地基土对桩的支撑能力 桩的结构强度可允许的最大轴向荷载
10、当选取不同的桩基持力层、不同的桩长、不同的桩截面、不同的桩材,强度时,地基土对桩的支承能力与结构强度提供的承载能力,二者之比的比值就会发生变化,好的设计应当选取合适的桩长和截面,使上述俩种极限状态比较接近,以达到最经济的目的。、 静载荷试验对桩逐级施加竖向荷载,测完桩在各级荷载作用下不同时刻的桩顶位移,求解桩的荷载与位移、时间的关系,以分析确定单桩的极限承载力。、 规范经验参数法 建筑桩基技术规范JGJ94-1994 对于一般的混凝土预制桩、钻孔灌注桩,用经验参数法计算单桩极限承载力标准值,表达式为 式中、单桩极限摩擦阻力标准值、单桩极限端阻力标准值(KN); 、桩的横截面周长(m)和桩底面积
11、(); 桩周各层土的厚度(m) 桩周第i层土的单位极限摩阻力标准值(KPa),可查表; 桩底土的单位极限端阻力标准值(KPa),可查表; 静力触探法 静力触探法是一种土的原位测试方法,因无需钻孔而高效便捷,所获数据可用确定桩的承载力。 静力触探法分单桥探头和双桥探头俩种,单桥探头只能测比贯入阻力,双桥探头可测探头摩阻力和探头阻力。(略) 根据单桥探头静力触探比贯入阻力资料,钢筋混凝土预制桩的单桩极限承载力标准值可按下式计算, 式中:桩身周长(m) 用静力触探比贯入阻力标准值估算的桩周第i层土的极限桩侧摩阻力标准值(kpa) 桩穿过第i层土的厚度(m) 桩端阻力修正系数; 桩端附近的静力触探比贯
12、入阻力标准值(kpa) 桩端面积() 标准贯入法(略) 动力法 考虑到场地土的不均匀性,单桩承载力的验算采用了经验参数法和静力触探法俩种估算(见表2)。 1、规范法计算 根据建筑桩基技术规范JGJ94-94,桩侧的极限侧阻力 标准值可按下式估算 1000kpa时,取0.05, 时,取0.025, 桩端阻力的计算公式为: 上式根据桩尖入土深度(本项设计h=21m),桩端阻力修正系数取0.8; 桩端全截面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值; 桩端全截面一下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值; 折减系数,由于/5,故取5,故取,桩入土深度(m)桩端阻力修正系数 0.750.750.90.9注:桩入土
13、深度时,值按h值直接使用内插法;h为基底至桩端全截面的距离(不包括桩尖高度)。折减系数值712.51 2、静力触探法计算单桩总极限侧阻力,端部阻力 东部: = =1355.1KN =2812 =569.43KN 西部: =1028.25KN 单桩竖向承载力的设计值(承台底下为淤泥质软土,不考虑承台效应); 东部: = =1202.8KN 西部: =927.6KN 单桩竖向承载力标准值: 单桩竖向承载力设计值: 3、经验参数法确定的单桩竖向承载力设计值R =947.88KN =648KN =967.2KN六、桩身结构设计和计算 采用二点吊,吊点位置在距桩顶、桩尖0.207(桩长)处,起吊时桩身最
14、大正负弯矩,其中,为每延长米桩的自重。所以,桩身截面弯矩设计值(在这里为恒载分项系数)。桩身混凝土强度采用C35,桩身受拉主筋面积配筋量,仅需2根或钢筋3根,因此整个截面的主筋为,其它钢筋构造参照有关标准图集。由于桩基入土不深,穿越的土层主要是软土,单桩承载力不高,打桩过程中的锤击拉应力和使用过程中的桩身抗压强度可不进行验算。八、 确定桩数和承台尺寸根据轴心荷载设计值N和基桩承载力R估算桩数, 分别代人上述三个单桩承载力设计值代入; 取7根 取9根 取9根根据桩数,桩型及穿越土层情况,查表获得最小间距为3.0d(东西区,d为方桩边长或圆桩直径)。因此,西区承台下可采用9根桩,按布置,桩距1.5
15、m,故承台的平面尺寸可按设计,如图: 如图1 桩基及承台结构计算简图东西俩区承台尺寸相同,布置方式相似,但东区承台下采用7根桩,如果试桩后东区桩的截面达不到预估值,空缺的俩根桩位可留作补桩用。七、群桩承载力验算(以东区7根桩的群桩基础验算) 1、承台及上覆盖的重量G,基础的总重量N+G 承台及承台上土的平均重度,取 A承台底面面积4m4m D承台埋置深度D=2m 注:分项系数按不利情况考虑,可取1.2 2、桩顶作用效应验算 450mm方桩的等效直径d=500mm, 7根桩的群桩距径比 式中:桩中心距 b桩边长 承台底净面积 n桩数 承台宽度 L有效桩长 由群桩效应系数,和,查表获得桩侧阻、桩端
16、阻的群桩效应系数分别为 ,。故考虑群桩效应后的基桩承载力设计值为: = =1261.2KN R, 1.2=1.21261.2=1513.44KN = =1175.43140 与相差约三分之一,但不出现反向拉张区。 均满足设计安全要求。 3、软弱下卧层强度验算 桩端平面以下受力层有软弱下卧层时,应对软弱下卧层进行承载力验算,验算分俩种情况 、整体冲剪破坏情况 桩距的群桩基础,一般按整体冲剪破坏考虑,即要求冲剪锥体底面压应力的设计值不超过软弱下卧层承载力设计值,故对下卧层顶面处的应力满足下式要求: 式中:软弱层顶面以上各土层容重按土层厚度计算的加权平均值; Z底面至软弱层顶面的深度; 软弱下卧层强
17、深度修正的地基极限承载力标准值; 地基承载力分项系数,可取; 桩端硬持力层压力扩散角; 桩群外围桩边包括 内矩形面积的长、短边长; t硬层厚度; 、桩基冲剪破坏情况 桩距且持力层厚度的群桩基础以及单桩基础,按基桩单独冲剪破坏考虑。下卧层顶面处的附加应力仍应满足的要求,而下卧层顶面处的附加应力的表达式为 式中:N桩顶轴向压力设计值 桩端等代直径,对于圆形桩端(桩径),方桩(b为桩的边长) 当按下表确定时,应力扩散角3510注:为上层土的压缩模量;为下层土的压缩模量;取,必要时宜由试验确定。 本设计按整体冲剪破坏考虑。 验算公式: 代人上式: 注:上式中为建筑物重要性系数,本工程安全等级为二级,;
18、,即群桩外缘矩形面积的边长,t=3m内持力层最薄处的厚度,。持力层与软弱下卧层的压缩模量比;因此查表及。软土顶面以上各土层的加权容重:故: 由建筑地基基础设计规范表3查得,软弱下卧层的地基承载力标准值为Kpa,深度修正后的地基容许承载力为:故软弱下卧层强度验算结果,满足安全要求。八、群桩沉降计算 、基底压力 = 、基底的附加压力 桩端平面下压缩层厚度按应力比法确定,即(为土的 重应力)和附加应力深度分布曲线的交点至基础底面的距离就是,如图所示:本桩基础的压缩深度。用分层总和法计算修正后的等代桩基础沉降: =0.194m=19.4cm计算法如下表:桩基沉降计算结果位置桩端平面0101.0-持力层
19、底311.50.7962.388140000.082深度处1216.00.3161.40360000.112桩基持力层性能良好,取沉降经验系数;短边方向桩数,根据等效距径比,长径比;承台长宽比,查表内插 ; ; 桩基等效沉降系数 =修正后桩基的沉降差东西区群桩的沉降差3.48-3.4838=-0.0038 沉降差极小,满足要求。九、承台设计计算 承台重;G=4 桩顶的最大净反力: 初设承台高1.5m,边缘高1.6m,采用C30混凝土。 1、受弯计算 如图1桩基及承台结构计算简图所示,AA截面柱边缘承台最大弯矩为承台计算截面处的有效高度,承台底主筋的保护层厚度为10cm查混凝土结构设计规范(GB
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