建筑物柱下条形基础结构配筋设计及地基梁设计计算书.doc

建筑物柱下条形基础结构配筋设计及地基梁设计计算书目 录第一章 前言1.1 选题的目的和意义1.2 国内外关于条形基础的研究现状及发展趋势1.3 本课题研究方法1.4 本课题研究内容第二章 基础类型设计2.1 场地工程地质条件2.1.1 工程上部结构概况2.1.2 工程下部地基概况2.1.3 结构竖向荷载分配2.1.4 基础的几何尺寸，基础宽度初步确定2.1.5工程设计中主要附图2.2 决定柱下条基底面尺寸，并验算持力层和软弱下卧层的承载力2.2.1基础底面尺寸初步计算并验算持力层和软弱下卧层的承载力2.2.2基底尺寸的确定，并验算持力层和软弱下卧层的承载力第三章 计算地基梁内力3.1 按 组合计算地基净反力3.2按弯矩分配法法求解连续梁3.2.1 确定分配系数3.2.2 计算固端弯矩3.2.3 弯矩分配3.2.4 计算各截面剪力，弯矩及支座反力3.3 调整计算3.3.1 调整计算简图3.3.2 调整计算固端弯矩3.3.3 调整分配系数3.3.4 弯矩分配调整 3.3.5 调整计算出各所需截面的剪力、弯矩及支座反力3.4 作出最终的弯矩图、剪力图以及地基支座反力图第四章 地基梁正截面抗弯强度设计4.1 材料4.2 地基梁截面尺寸4.3 支座、跨中截面配筋4.3.1支座配筋计算4.3.2 跨中截面配筋计算第五章 地基梁斜截面抗剪强度设5.1 斜截面抗剪强度计算及验算5.1.1支座 所属截面抗剪计算5.1.2支座 所属截面抗剪计算5.1.3支座 所属截面抗剪计算5.1.4支座 所属截面抗剪计算5.1.5支座 所属截面抗剪计算5.1.6跨中所属截面抗剪计算第六章 地基梁翼板配筋计算第七章 结论与展望第一章 前 言1.1 选题的目的和意义柱下条形基础（单独基础）称为扩展基础，扩展基础的作用是把墙或柱的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承柱载力和变形的要求。当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀，以至于采用扩展基础可能产生较大的不均匀沉降时，常将同一方向（或同一轴线）上若干柱子的基础连成一体而形成柱下条形基础。这种基础的抗弯刚度较大，因而具有调整不均匀沉降的能力，并能将所承受的集中柱荷载较均匀地分布到整个基底面积上；柱下条形基础是常用于软弱基础上框架或排架结构的一种基础形式。在多层钢筋混凝土框架结构设计中，根据地基承载力的不同，可采用柱下独立基础、条形基础，柱下十字交叉条形基础等形式。一般情况下，当地基承载力较高且持力层较均匀时，可采用柱下独立基础。在以下情况下，则应设计成条形基础或十字交叉条形基础。1. 地基较软弱，承载力低，而上部荷载较大或地基有局部软弱地带。2. 荷载分布不均匀，有可能导致不均匀沉降。3. 上部结构对基础沉降比较敏感，有可能产生较大次应力。4. 承载力很低且已经过地基处理。即：当一个方向柱距较大，另一个方向柱距较小时，沿柱距较小方向布置柱下条形基础较合理；而当两方向柱距相等或相差不多，或沿柱下的一个方向设置条形基础已不能满足地基承载力和地基变形要求时，则应布置成柱下十字交叉条形基础，以便有效地传递上部结构的荷载，同时调节建筑物的不均匀沉降，并改善建筑物的抗震性能。 毕业设计是一个总结性的教学环节，是学生全面系统地融汇所学理论知识和专业技能并运用于解决实际问题的过程。通过本教学环节，要加深学生对所学基本理论知识的理解，培养学生综合分析和处理问题的能力以及设计创新精神，使学生得到有关单位工程基础设计从方案制定到施工组织的全过程系统性的训练。通过毕业设计这一重要的教学环节，培养土木工程专业本科毕业生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。毕业设计要求我们在指导老师的指导下，独立系统的完成一项工程设计，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。因此毕业设计对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。 在完成本次毕业设计过程中，我们需要运用感性和理性知识去把握整个建筑的处理，这其中就包括建筑基础外观和结构两个方面。还需要我们更好的了解国内外建筑基础设计的发展的历史、现状及趋势，更多的关注这方面的学术动态，以及我们在以后的土木工程专业发展的方向；同时积极独立的完成本次毕业设计也是为今后的实际工作做出的必要的准备。1.2 国内外关于桩基础的研究现状及发展趋势 基础工程是土木工程学科的一个重要分支，是人类在长期的生产实践中发展起来的一门应用学科。随着科学技术的不断发展，在进入21世纪之际，桩基础施工技术有以下发展趋势。追木溯源，我们的祖先早在史前的建筑活动中就创造了自己的基础工程工艺如我国都江堰水利工程、举世闻名的万里长城、隋朝南北大运河、黄河尤堤、赵州石拱桥以及许许多多遍及全国各地的宏伟壮丽的宫殿寺院、巍然挺立的高塔等等，都因奠基牢固，虽经历了无数次强震强风仍安然无恙。但是，古代劳动人民的大量基础工程实践经验，主要体现在能工巧匠的高超技艺上，由于受当时生产力水平的限制，还末能提炼成系统的科学理论。近几十年来，由于土木工程建设的需要，特别是电子计算机和计算技术的引入，使基础工程无沦在设计理论上，还是在施工技术上，都得到迅速的发展，出现了如补偿式基础、桩筏基础、桩箱基础等基础形式。与此同时，在地基处理技术方面，如强夯法、砂井预压法、真空预压法、振冲法、旋喷法、深层搅拌法、树根桩法、压力注浆法等都是近几十年来创造和完善的方法。20世纪90年代以来，陆续编制的规范规程有建筑地基处理技术规范JGJ 79-91、建筑桩基技术规范JGJ 94-94、高层建筑岩土工程勘察规范JGJ 72-96、建筑基坑工程技术规范YB 9258-97、高层建筑箱形和筏形基础技术规范JGJ 6-99、建筑基坑支护技术规程JGJ 120-99、既有建筑地基基础加固技术规JGJ 123-2000、岩土工程勘察规范GB 50021-2001、建筑抗震设计规范Gb50011-2001、建筑地基基础设计规范GB50007-2002等。这些规范规程都是基础工程各个领域中取得的科研成果和工程经验的高度概括，反映了近十年来基础工程的发展水平。 18 世纪欧洲工业革命开始以后，随着资本主义工业化的发展，城建、水利、桥梁、道路等建筑规模也在不断地扩大，从而促使人们对基础工程加以重视并开展研究。当时在作为本学科理论基础的土力学方面，砂土抗剪强度公式、土压力理论等相继提出，基础工程也随之得到了发展。到了2 0世纪20年代，太沙基归纳了以往主要在土力学方面的成就，分别发表了 土力学 和 工程地质学等专著，从而也带动了各国学者对基础工程各方面进行研究和探索，井取得不断进展。例如：举世闻名的意大利比萨斜塔，始建于1173年，竣工于1372年，施工历时整整200年，是世界建筑史上绝无仅有的一项“大胡子工程”；自1992年以后，斜塔经采用堆载促沉及钻孔取土相结合的方法，边施工、边监测，历经8年至2000年6月，其倾斜度回复到了130年前一样；又经约一年工作，斜塔的倾斜度达到了与250年前一样；2001年6月17日，斜塔重新开放供游人参观。上述比萨斜塔的罕见实例，既说明了纠偏托底技术发展的缓慢，也说明了此类技术的难度和风险远远大于正常的基础施工技术。20世纪初，英国对Winchester大教堂的基础进行加固，它可能是世界上最早的大型托底工程之一。该教堂在加固前已下沉历900年。加固工作是依靠一位潜水工潜入水下在原有墙基下掏土挖坑，挖穿其下的泥炭层和粉砂层而达到砾石层，然后在砾石层上用包装的混凝土往上砌筑，一直接至原来的墙基。这种托底方法今称为“坑式”托底。从而该教堂至今完好无恙。建（构）筑物的纠偏、托底和增层加载时的地基基础加固处理技术之所以能在20世纪在外国渐渐兴起，主要因为此时土力学理论已获得了迅速发展，地基处理技术有了长足进步，以及相应的施工机械与工程监测技术相继问世；另一方面，它们的发展也与与日俱增的客观需求分不开。这种需求主要来自以下几个方面： 第一、对古建筑，包括古塔、古寺庙、重大事件的历史遗址以及名人故居等的拯救与保护，在国外国内都日益受到民间和政府的重视。第二、 20世纪30年代，美国纽约等城市开始兴建地铁，随之带来了众多的建（构）筑物的托底保护问题；二战后，联邦德国许多城市进行改造扩建并兴建地铁，亦有同样经验。对既有建（构）筑物进行增层改造、扩大利用，是应对生产发展和改善生活条件的有效途径之一，为此，需要从结构上建筑上采取相应措施，并从地基基础方面研究相应的对策。 由上可见，国外的这种发展纠偏、托底与增层加载时的地基基础加固技术既具有重大的历史文化意义，也具有较高的现实经济价值。而它们的技术内涵不仅涉及土力学和地基基础基本知识，而且涉及建筑学、建筑历史、结构力学、工程结构、工程地质、考古学等多个学科。目前，此类技术主要应以土力学理论为导向，以工程经验为依托来指导实际施工，但至今尚未形成其自身的系统的理论和施工方法。1.3 本课题研究方法本课题研究通过查阅资料，根据土质情况和建筑要求分析采用基础类型；根据所学知识确定基础梁长度及宽度，并验算其持力层的承载力；然后确定基础梁剖面尺寸及横向钢筋的配筋（基础梁剖面尺寸可按构造要求设置；横向钢筋可根据柱下条形基础受弯计算方法计算）；再根据给出的数据和图计算出基础梁纵向内力（根据上部结构刚度与基础自身刚度情况，可用调整倒梁法计算）；同时也要进行对纵向受力钢筋配置和柱边缘处基础梁受剪验算；最后计算完，整理资料后通过AutoCAD绘制基础的平面图与剖面图以及配筋图；利用Excel、Word进行设计说明及其他内容的编写。1.4 本课题研究内容 本工程根据设计任务书设计某烟酒公司商场的基础，根据各层土质与荷载设计采用柱下十字交叉条形基础设计，根据荷载和建筑布局设计建筑物基础的布置、承台尺寸以及地基梁内力。 柱下十字交叉条形基础设计包括平面图与剖面图。地基结构设计包括材料标号的选择，地基截面的强度设计及验算，钢筋布置及截面尺寸的选择等。 这些内容都是对我们土力学浅基础设计和钢筋混凝土设计的复习与巩固，使我们对AutoCAD等制图软件的运用更加熟练，锻炼了我们独立思考和自主创新的能力，同时本设计为我们今后在工作中对浅基础的设计和施工建立了扎实的基础。 第二章 柱下十字交叉条形基础设计2.1 场地工程地质条件 2.1.1 工程上部结构概况本论文阐述了某烟酒公司商场工程地质条件和水文条件，确定了相关工程地质参数，在此基础上按规范进行地基基础设计。上部为四层框架，层高4.5m,框架、主梁、次梁、板都为现捣整体式。主梁截面3080cm,次梁2560cm,楼板厚10cm,柱子截面4050 cm,楼屋面活载8KN/m。 2 .1. 2 工程下部地基概况 地基持力层承载力标准值fak=150kpa，地基下卧层承载力标准值fak=70kpa。据地质情况，基础室外埋深定为 d=1.5m，室内外高差为 0.3m。建筑物位于非地震区，不考虑地震影响。本地基基础设计等级属可不作地基变形计算的丙级的建筑物范围。2.1.3 结构竖向荷载分配 (1) 荷载分配原则将结点视作铰点，设结点上作用荷载为 Pi,在纵横梁上分配的 Pxi, Pyi 应满足静力平衡条件，即：Pi,= Pxi +Pyi,而该点的沉降则应满足变形协调条件：Wxi=Wyi (2) 计算荷载分配系数 1) 边柱节点计算 D Bx 该题 Dy/Sy0.6,=1.43。 y2）中柱节点计算 图2.1 边柱节点 式中： x Bx By y 3) 角柱节点计算 图2.2 中柱节点 Dx Dy Bx 该题 Dx/Sx DySy . By y 图2.3角柱节点2.1.4 基础的几何尺寸，基础宽度初步确定 JL1、JL8、JL9、JL10、JL11、JL14：B=1.8m. JL2、JL3、JL4、JL5、JL6、JL7：B=2.2m. JL12、JL13：B=2.0m. 基础混泥土选用C20，考虑到基础底板会开裂，即刚度需折减：取混泥土弹性模量 Eb=2.0510 7 KN/m.地基基床系数K=15000KN/m。2.1.5 工程设计中主要附图 （1）柱网平面示意图图2.4 柱网平面图（2）钻孔平面布置图 图2.5 钻孔平面布置图（3）结构剖面图 图2.6 基础剖面图（4）地质剖面图图2.7 I-I 土层剖面图2.2 决定柱下条基底面尺寸，并验算持力层和软弱下卧层的承载力 2.2.1 基础底面尺寸初步计算并验算持力层和软弱下卧层的承载力 据确定基础梁的外挑长度和Lo与基础梁总长。 原则：基础地面的形心应尽可能与上部荷载的合力作用线重合。 设合力作用点与基底形心距离为x,如图2.14所示： 3.2 按弯矩分配法求解连续梁 3.2.1 确定分配系数 由3.1地基反力计算简图得： 则分配系数 3.2.2 计算固端弯矩（对弯矩、剪力的符号是以杆端顺时针转动为正，反之为负） 如下图3.2所示： A A B C L0 LAB LBC 图3.2 固端弯矩计算简图将悬挑端单独分开，把M0用于AB杆A端节点，令A为铰支点，则按顺时针为正求出固端弯矩如下： 3.2.3 弯矩分配计算按下图3.3所示进行弯矩分配0.5m 2m 2m 2m 3.5m a bA A B C 0.636 0.364 37.825 -1342.79 1235.62 617.81 0.000 54.39 52.78 -52.78 37.825 -1288.40 1288.40 565.03 图3.3 弯矩分配图由上图3.3弯矩分配图所示得出： 3.2.4 计算各截面剪力、弯矩及支座反力（在本设计中取脱离体计算） 1/2lAB 1/2lAB QB左 QA左 MA左 MA右 a a b MB左 MB右 QC QA右 QB右 MC l0 1/3lAB 1/3lAB 1/3lAB QA右 Qa(Qa, Qb) 图3.4 剪力弯矩计算简图(1) 依次求出各所需截面的剪力 (2) 依次求出各所需截面的弯矩 （3） 计算各支座反力 RA RB QA左 QA右 QB左 QB右 图3.5 支座反力简图 由上图3.5所示可以得出： 而实际上， ;当它们的值相差较多时，在设计中应将差值重新分配计算。 （4） 绘出弯矩图,剪力图，支座反力图3.3 调整计算3.3.1 调整计算简图从以上支座反力与柱荷简图中可以看出，此时它们两者的差值相对较小（差值在20内），本设计中可以认为调整尺度满足设计要求（若两者差别较大的话，则应该进行第二次调整，计算方法完全相同）；在本设计中只做一次调整就可以满足要求，所以不再进行调整。第四章 地基梁正截面抗弯强度设计为了满足截面的配筋要求，首先得满足一些构造要求： 1.梁高大于300mm且满足柱下钢筋混凝土条形基础梁的高度宜为柱距的1/4-1/8时，纵向受力筋d10mm，一般取d=10mm25mm。 2.当地基梁高800 mm时，箍筋的直径应8mm；当梁中配有计算需要向受压钢筋时，箍筋直径不应小于纵向受压钢筋最大直径的2.5倍，此时所配的箍筋的间距应15d（其中d为纵向受压钢筋的最小直径）；当一层内的纵向受压钢筋多于5根且d18mm时，箍筋间距不应大于10d（d为纵向受压钢筋的最小直径）。 3.箍筋的最大间距：当梁高800mm时，若V0.7，最大间距为300mm，若V0.7，最大间距应400mm；当梁高400mm，且一层内的纵向受压钢筋多于3根时或当梁的宽度400mm时，但一层内纵向受压钢筋多于4根时，应设置复合箍筋。 4.伸入梁的支座范围内的纵向受力钢筋数量，当梁宽100mm时，不宜少于两根，应当满足锚固长度的要求。 5.地基梁上部纵向钢筋水平方向净间距30mm和1.5d（d为钢筋的最大直径），梁下部纵向钢筋水平方向净间距25mm和d（d为钢筋的最大直径）；当多于两层时，两层以上钢筋的中距应比下面两层的中距增大一倍；各层钢筋之间的净间距25mm和d（d为钢筋的最大直径）。 6.弯起钢筋的弯起角一般是45或60，在弯起钢筋的弯终点外应留有平行于轴地基梁轴线方向的锚固长度，在受拉区长度应20d，在受压区长度应10d（其中d为弯起钢筋的直径）。 7.当地基梁梁截面高度700mm时，梁的两侧面沿高度每隔300mm-400mm应各设1根直径不小于12mm的纵向构造筋且应设拉筋（拉筋直径和箍筋的直径一样，一般为两倍箍筋间距。8.当梁跨6m时，架立筋直径应12mm。9.钢筋层应3.5cm（有垫层时）。4.1 材料 在本论文设计中所用的材料为C20 受力钢筋采用热轧钢筋HRB335 箍筋、纵向构造筋采用热轧钢筋HRB235 垫层厚度为100mm C10素混泥土 4.2 地基梁截面尺寸1 宜为柱距的1/41/8，则梁高H=120cm 2 梁的宽度与翼板尺寸：（1）a柱宽+10cm=40+10=50cm（2）翼板外边缘高度200mm，取=250mm，应按 抗剪强度确定，由基础剖面构造要求，取=500mm 所以取=500mm，满足设计要求。（3）翼板的有效计算宽度，按楼面独立梁考虑： 所以=min（200，455）=2.0（m），最后作出条形基础的截面尺寸如下图4.2所示：500 H=1200 hi=500 hi=250 b=2.0m 图4.2 基础截面尺寸图4.3 支座、跨中截面配筋 从梁的弯矩图中可以看出：支座弯矩中支座B、C的弯矩大小相差不多,支座A、D的弯矩大小相差不多，故B、C支座配筋一样，A、D支座配筋一样。所以，；而跨中弯矩中，取AB、CD跨配筋一样，而,;同时考虑到受力筋可能放成两排，则取=1130mm。 4.3.1支座配筋计算 支座是基础下部受拉，受拉区混泥土的抗拉强度不考虑，在极限状况下，翼板混泥土已开裂，不起作用，计算时仍按a=50cm,H=120cm的矩形梁进行计算，计算结果参见表4.1： 注： =max（0.165%，0.2%）=0.2% 表4.1 支座配筋表4.3.2 跨中截面配筋计算 跨中是基础上部受拉，下部受压（翼板受压），应考虑其作用，则按T形截面的计算图（如下图4.3所示）计算，计算结果参见表4.2： 注：若或其属于第一类T形梁，则按的单筋矩形截面梁的计算方式进行计算。 若或其属于第二类T形梁，计算时应考虑截面中腹板受压的作用，则其正截面受弯承载力按下列公式计算： 计算公式为：第五章 地基梁斜截面抗剪强度设计地基梁斜截面抗剪强度设计主要是确定是否要设弯起钢筋、箍筋以及它们的直径和间距，在实际设计中可以先设箍筋再求出所需要的弯起钢筋或可先设弯起钢筋再求出所需的箍筋；本设计中采用先设箍筋再求弯起钢筋的方法。箍筋肢数根据梁宽a确定，本设计中梁宽a较大，则取4肢箍（n=4）；箍筋直径根据梁高h确定，取10（单肢箍面积ASV1=0.785cm）；弯起钢筋的弯角按梁高H确定，当H80cm时，弯起角应取60。斜截面强度计算按a=50cm，H=120cm的矩形截面计算。 当h800cm时，梁中箍筋的最大间距有以下要求： （1）当V0.07fcah0 时，Smax=300（mm） （2）当V0.07fcah0 时，Smax=500（mm） 从3.4节中的剪力图可以看出： 支座、按 V=924.13KN计算； 支座、按V=219.77KN计算； 支座按V=1101.74KN计算； 支座按V=971.28KN计算； 支座按V=788.70KN计算； =1130mm（矩形截面）； 则所受截面应当满足； 若的话，按验算，若46时，按直线内插法取值； ； 所以该截面尺寸满足本设计要求。5.1 斜截面抗剪强度计算及验算 5.1.1 支座、所属截面抗剪计算 924.13 因为支座边的剪切面最薄弱 568.05所以： V边 验算最小配筋率： 通过以上验算，满足要求。5.1.2 支座、所属截面抗剪计算 219.77 V边 =435050（N）V边=87908（N） 555.36不需要放置箍筋，按构造配筋放置取410400. 0.3 0.5 图5.2 抗剪计算简图5.1.3 支座所属截面抗剪计算 2m 0.3 =1019.783（KN） V边 1101.74 图5.3 抗剪计算简图 =435050（N）V边=1019783（N） 需要放置箍筋、弯起筋，取箍筋为410200，弯起筋为2 20。 则： =1031278.6（N）V边=1019783（N） 通过以上验算，满足要求。5.1.4 支座所属截面抗剪计算 971.28 333.74 =889.193（KN） V边 0.3 2.33m 图5.4 抗剪