地基基础课程设计-柱下钢筋混凝土独立基础.doc

2012级学生课程设计 存档编号： 土力学与地基基础土力学与地基基础 课程设计课程设计 系系 部：部： 专专 业：业： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指指 导导 老老 师：师： 2014 年年 月月 日日 目目 录录 土力学与地基基础课程设计 1 课程设计任务书1 1.1 设计资料1 1.2 设计要求2 1.3 设计内容3 1.4 地基基础设计成果3 2 柱下钢筋混凝土独立基础设计4 2.1 设计要求、柱号及相关参数的选 择4 2.2 基础材料和类型的选择4 2.3 确定基础的埋置深度4 2.4 地基承载力验算5 2.4.1 确定地基承载力5 2.4.2 初定基础尺寸6 2.4.3 计算作用在基础底部弯矩值6 2.4.4 验算地基承载力6 2.5 软弱下卧层验算7 2.6 地基的变形验算8 2.7 基础冲切验算8 2.7.1 计算基础底面反力设计值8 2.7.2 验算柱边冲切9 2.7.3 验算基础变阶处冲切10 2.8 柱下基础的局部受压验算11 2.9 基础配筋计算11 2.9.1 各控制截面弯矩计算12 2.9.2 计算配筋12 2.10 基础配筋图14 3 设计心得与体会15 参考文献16 土力学与地基基础设计 - 1 - 1 课程设计任务书课程设计任务书 题目：柱下钢筋混凝土独立基础题目：柱下钢筋混凝土独立基础 1.1 设计资料设计资料 （1）地形：拟建建筑场地平整 （2）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=130 ak fkPa 粘土：厚 1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值=210 ak fkPa 全风化砂质泥岩：厚 2.7m,承载力特征值=240 ak fkPa 淤泥质土：厚 0.8m,承载力特征值=85 ak fkPa 强风化砂质泥岩：厚 3.0m,承载力特征值=300 ak fkPa 表 1.1 物理力学参数表 （3）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： 上部结构为四层全现浇框架结构，丙级建筑，室外地坪标高同自然地面， 室内外高差 450mm，柱网布置见图 1.1。 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） 地 层 代 号 土 名 KN/m KPa度 1 MPaMPaMPaKPa 杂填土18 粉质粘土200.6534130.2010.0130 粘土19.40.5825230.228.2210 全风化砂 质泥岩 21223016.10.8240 淤泥质土171.31272.24.285 强风化砂 质泥岩 22202518.43.0300 土力学与地基基础设计 - 2 - 图 1.1 柱网布置图 上部结构作用在柱底的荷载标准值见表 1.2。 表 1.2 柱底荷载标准值 上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合设计值见表 1.3。 表 1.3 柱底的荷载效应基本组合设计值 （5）材料：混凝土等级25C30，钢筋 HPB235（级） 、HRB335（级） 。 Fk (KN) Mk (KNm) Vk (KN) 轴号 A 轴B 轴C 轴A 轴B 轴C 轴A 轴B 轴C 轴 97515481187140100198464844 103216151252164125221556052 109017301312190150242626657 115018151370210175271717367 121818431433235193297808374 128218731496257218325869583 F (KN) M (KNm) V (KN) 轴号 A 轴B 轴C 轴A 轴B 轴C 轴A 轴B 轴C 轴 126820121544183130258606258 134221001627214163288727867 141822501706248195315818674 149623601782274228353939588 15842397186330625138610411096 166724351945334284423112124108 土力学与地基基础设计 - 3 - 1.2 设计要求设计要求 每人设计一个阶梯形柱下独立基础。每人根据自己的学号，完成要求的浅 基础设计。 学号尾号为单号的选土层为持力层，双号的选土层为持力层。 按学号顺序依次选取轴、轴轴，轴、 A A A B 轴轴，轴、轴轴位置处柱下独立 B B C C C 基础设计。 1.3 设计内容设计内容 1.3.1 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。 1.3.2 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。 1.4 地基基础设计成果地基基础设计成果 1.4.1 地基基础设计计算书 （1）设计计算书封面 封面上应写明设计题目、学生姓名、专业、年级、指导教师姓名、完成日 期 （2）目录及正文格式 目录要求包括章节标题及相应页码。 纸张大小：A4 复印纸 页面设置：页边距：上、下 2.54 厘米；左、右 3.18 厘米；行间距：1.5 倍行距； 字体：宋体； 字号：标题用“小三”加粗，正文用“小四”； 文档格式：WORD 文档。 1.4.2 设计图纸 土力学与地基基础设计 - 4 - 设计要求：绘制比例为 1:20、1:30 或 1:50，A3 图纸打印或手绘。 土力学与地基基础设计 - 5 - 2 2 柱下钢筋混凝土独立基础的设计柱下钢筋混凝土独立基础的设计 2. .1 设计要求、柱号及相关参数的选择设计要求、柱号及相关参数的选择 （1）根据课程设计任务书的设计要求，选择轴线处柱，基础持力层选 B 择土层，即全风化砂质泥岩。 （2）柱底荷载效应基本组合设计值的选择。其中按要求选择 F=2435KN、M=284KNM、V=124KN。 2.2 基础材料和类型的选择 选择混凝土等级为 C30，受力钢筋为 HRB335 级钢筋，基础类型为柱下的 钢筋混凝土独立基础：阶梯形基础。 2.3 确定基础的埋置深度 （1）持力层为全风化砂质泥岩层，厚 2.7m, =240KPa。 ak f （2）确定基础的埋置深度：埋置深度是由室内地面标高算起。 （3）由于按照以下四个方面的要求：与建筑物有关的条件，工程的地质 条件，水文地质条件，地基的冻融条件，场地的环境条件。综合考虑埋 置深度 d=4m（因轴在轴网中部，埋深从室内地坪算起） 。 B （4）基础的基本简图如图2.1和图2.2所示。 图 2.1 基础受力及土层分布图 土力学与地基基础设计 - 6 - 图 2.2 基础示意图 2.4 地基承载力验算 2.4.1 确定地基承载力 （1）首先对基础进行深度进行修正。则 5 . 0drff mdaka 因为持力层为全风化的砂质泥岩，故 。0 . 3 4 35 . 0 10215 . 110 4 . 192 . 0102012095 . 0 18 m r =14.3KN/ 3 m 故 5 . 04 3 . 140 . 3240 a f 土力学与地基基础设计 - 7 - =390.2KPa wwGa hrdrf F A 4 . 11 . 1 = 05. 2104202 .390 2435 4 . 11 . 1 36 . 7 4 . 11 . 1 = 2 )3 .101 . 8(m 可取 Bx=2.9m，By=2.9m（基础底面积：A=BxBy=2.92.9=8.410m2） 。 因为 b0 （3） 确定基础底面反力设计值 0Pkmax-y =1.0457.707=457.707KPa1.2fa =1.2390.200=468.240KPa 由以上验算可知，地基承载力满足要求。 2.5 软弱下卧层验算 （1）软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值 faz 地面至软弱下卧层顶面总深度 d=6.350 m faz = fak +dm(d-0.5) =85.000+3.013.055(6.350-0.5) =314.117 KPa （2）计算基础底面处土的自重压力值 Pc=iti=180.95+201.2+19.41.5+21(6.350-4.0)=57.050 KPa （3）计算地基压力扩散角 上层土压缩模量 Es1=16.100 Mpa 下层土压缩模量 Es2=4.200 Mpa Es1/Es2=16.100/4.200=3.833 z/b=2.350/2.900=0.810 查基础规范 表 5.2.7,地基压力扩散角 =24 （4）计算相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处附加压力值 Pz 矩形基础： Pz=lb(Pk-Pc)/(b+2ztan)(l+2ztan) =2.9002.900(369.536- 57.050)/(2.900+22.3500.442)(2.900+22.3500.442) 土力学与地基基础设计 - 9 - =106.128 KPa （5）计算软弱下卧层顶面处土的自重压力值 Pcz Pcz=ihi=180.95+201.2+19.41.5+216.350=82.900 KPa （6）软弱下卧层验算 Pz+Pcz=106.128+82.900=189.028 faz =314.117 KPa 软弱下卧层承载力满足要求 2.6 地基的变形验算 由于，建筑物层数，且为丙级建筑，所以KPaKPafak3002302007 可以不做地基的变形验算。 2.7 基础冲切验算 2.7.1 计算基础底面反力设计值 （1）计算 x 方向基础底面反力设计值 ex=Mdy/(F+G)=0.000/(2435.000+908.280)=0.000m 因 ex Bx/6.0=0.483m x 方向小偏心 Pmax-x=(F+G)/A+6|Mdy|/(Bx2By) =(2435.000+908.280)/8.410+6|0.000|/(2.90022.900) =397.536KPa Pmin-x =(F+G)/A-6|Mdy|/(Bx2By) =(2435.000+908.280)/8.410-6|0.000|/(2.90022.900) =397.536KPa （2）计算 y 方向基础底面反力设计值 ey=Mdx/(F+G)=358.400/(2435.000+908.280)=0.107m 因 eyBy/6=0.483 y 方向小偏心 Pmax-y=(F+G)/A+6|Mdx|/(By2Bx) =(2435.000+908.280)/8.410+6|358.400|/(2.90022.900) =485.707KPa Pmin-y=(F+G)/A-6|Mdx|/(By2Bx) =(2435.000+908.280)/8.410-6|358.400|/(2.90022.900) 土力学与地基基础设计 - 10 - =309.365KPa （3）计算地基净反力极值 因 Mdx0 并且 Mdy=0 Pmax=Pmax-y=485.707KPa Pmin=Pmin-y=309.365KPa Pjmax=Pmax-G/A=485.707-908.280/8.410=377.707KPa 2.7.2 验算柱边冲切 YH=h1+h2=0.600m, YB=bc=0.500m, YL=hc=0.500m YB1=B1=1.450m, YB2=B2=1.450m, YL1=A1=1.450m, YL2=A2=1.450m YHo=YH-as=0.560m 因 (YH800) hp=1.0 （1）x 方向柱对基础的冲切验算 x 冲切位置斜截面上边长 bt=YB=0.500m x 冲切位置斜截面下边长 bb=YB+2YHo=1.620m x 冲切不利位置 bm=(bt+bb)/2=(0.500+1.620)/2=1.060m x 冲切面积 Alx=max(YL1-YL/2-ho)(YB+2ho)+(YL1-YL/2-ho)2,(YL2- YL/2-ho)(YB+2ho)+ （YL2-YL/2-ho)2 =max(1.450-0.500/2-0.560)(0.500+20.560)+(1.450-0.500/2-0.560)2, (1.450-0.500/2-0.560)(0.500+20.560)+(1.450-0.500/2-0.560)2) =max(1.446,1.446) =1.446m2 x 冲切截面上的地基净反力设计值 Flx=AlxPjmax=1.446377.707=546.316KN oFlx=1.0546.316=546.32KN 0.7hpftbbmYHo=0.71.0001.431060560=594.19KN x 方向柱对基础的冲切满足规范要求 （2）y 方向柱对基础的冲切验算 y 冲切位置斜截面上边长 at=YL=0.500m 土力学与地基基础设计 - 11 - y 冲切位置斜截面下边长 ab=YL+2YHo=1.620m y 冲切面积 Aly=max(YB1-YB/2-ho)(YL+2ho)+(YB1-YB/2-ho)2,(YB2-YB/2-ho) (YL+2ho)+ (YB2-YB/2-ho)2) =max(1.450-0.500/2-0.560)(0.500+0.560)+(1.450-0.500/2- 0.560)2,(1.450-0.500/2-0.560)(0.500+0.560)+(1.450-0.500/2- 0.560)2) =max(1.446,1.446) =1.446m2 y 冲切截面上的地基净反力设计值 Fly=AlyPjmax=1.446377.707=546.316KN oFly=1.0546.316=546.32KN 0.7hpftbamYHo=0.71.0001.431060560=594.19KN y 方向柱对基础的冲切满足规范要求 2.7.3 验算基础变阶处冲切 YH=h2=0.300m YB=bc+b2+b4=1.700m YL=hc+a2+a4=1.700m YB1=B1=1.450m, YB2=B2=1.450m, YL1=A1=1.450m, YL2=A2=1.450m YHo=YH-as=0.300-0.040=0.260m 因 (YH800mm) hp=1.0 （1）x 方向变阶处对基础的冲切验算 x 冲切位置斜截面上边长 bt=YB=1.700m x 冲切位置斜截面下边长 bb=YB+2YHo=2.220m x 冲切不利位置 bm=(bt+bb)/2=(1.700+2.220)/2=1.960m x 冲切面积 Alx=max(YL1-YL/2-ho)(YB+2ho)+(YL1-YL/2-ho)2,(YL2-YL/2-ho) (YB+2ho)+ (YL2-YL/2-ho)2 土力学与地基基础设计 - 12 - =max(1.450-1.700/2-0.560)(1.700+20.560)+(1.450-1.700/2- 0.560)2,(1.450-1.700/2-0.560)(1.700+20.560)+(1.450- 1.700/2-0.560)2) =max(0.114,0.114) =0.114m2 x 冲切截面上的地基净反力设计值 Flx=AlxPjmax=0.114377.707=43.210KN oFlx=1.043.210=43.21KN 0.7hpftbbmYHo=0.71.0001.431960260=510.11KN x 方向变阶处对基础的冲切满足规范要求 （2）y 方向变阶处对基础的冲切验算 y 冲切位置斜截面上边长 at=YL=1.700m y 冲切位置斜截面下边长 ab=YL+2YHo=2.220m y 冲切面积 Aly=max(YB1-YB/2-ho)(YL+2ho)+(YB1-YB/2-ho)2,(YB2-YB/2-ho)(YL+2ho)+ (YB2-YB/2-ho)2) =max(1.450-1.700/2-0.560)(1.700+0.560)+(1.450-1.700/2-0.560)2, (1.450-1.700/2-0.560)(1.700+0.560)+(1.450-1.700/2-0.560)2) =max(0.114,0.114) =0.114m2 y 冲切截面上的地基净反力设计值 Fly=AlyPjmax =0.114377.707=43.210KN oFly=1.043.210=43.21KN 0.7hpftbamYHo=0.71.0001.431960260=510.11KN y 方向变阶处对基础的冲切满足规范要求 故：基础各部分的冲切验算均满足要求，所定基础各部分高度合理。 2.8 柱下基础的局部受压验算 因为基础的混凝土强度等级大于等于柱的混凝土强度等级，所以不用验算 柱下扩展基础顶面的局部受压承载力。 土力学与地基基础设计 - 13 - 2.9 基础配筋计算 2.9.1 各控制截面弯矩计算 因 Mdx=0 Mdy0 并且 exBx/6=0.483m x 方向单向受压且小偏心 a=(Bx- bc)/2=(2.900-0.500)/2=1.200m P=(Bx-a)(Pmax-Pmin)/Bx+Pmin =(2.900-1.200)(485.707-309.365)/2.900+309.365 =412.738KPa MI-1=1/12a2(2By+hc)(Pmax+P-2G/A)+(Pmax-P)By) =1/121.2002(22.900+0.500)(485.707+412.738- 2908.280/8.410)+(485.707-412.738)2.900) =541.32KNM MII-1=1/48(By-hc)2(2Bx+bc)(Pmax+Pmin-2G/A) =1/48(2.900- 0.500)2(22.900+0.500)(485.707+309.365-2908.280/8.410) =437.78KNM a=(Bx-bc-b2-b4)/2=(2.900-0.500-0.600-0.600)/2=0.600m 因 Mdx=0 Mdy0 并且 exBx/6=0.483m x 方向单向受压且小偏心 P=(Bx-a)(Pmax-Pmin)/Bx+Pmin =(2.900-0.600)(485.707-309.365)/2.900+309.365 =449.223KPa MI-2=1/12a2(2By+hc+a2+a4)(Pmax+P-2G/A)+(Pmax-P)By) =1/120.6002(22.900+0.500+0.600+0.600)(485.707+449.223- 2908.280/8.410)+(485.707-449.223)2.900) =164.93KNM MII-2=1/48(By-hc-a2-a4)2(2Bx+bc+b2+b4)(Pmax+Pmin-2G/A) =1/48(2.900-0.500-0.600- 0.600)2(22.900+0.500+0.600+0.600)(485.707+309.365- 2908.280/8.410) =130.29KNM 土力学与地基基础设计 - 14 - 2.9.2 计算配筋 （1）计算 Asx Asx-1=oMI-1/(0.9(H-as)fy) =1.0541.32106/(0.9(600.000-40.000)300) =3580.2mm2 Asx-2=oMI-2/(0.9(H-h2-as)fy) =1.0164.93106/(0.9(600.000-300.000-40.000)300) =2349.5mm2 Asx1=max(Asx-1, Asx-2) =max(3580.2, 2349.5) =3580.2mm2 Asx=Asx1/By=3580.2/2.900=1235mm2/m Asx=max(Asx, minH1000) =max(1235, 0.150%6001000) =1235mm2/m 选择钢筋16160, 实配面积为 1257mm2/m。 （2）计算 Asy Asy-1=oMII-1/(0.9(H-as)fy) =1.0437.78106/(0.9(600.000-40.000)300) =2895.4mm2 Asy-2=oMII-2/(0.9(H-h2-as)fy) =1.0130.29106/(0.9(600.000-300.000-40.000)300) =1856.0mm2 Asy1=max(Asy-1,Asy-2) =max(2895.4, 1856.002) =2895.4mm2 Asy=Asy1/Bx=2895.4/2.900=998m