安徽理工大学基础工程课程设计.doc

基础工程课程设计土木建筑学院课程设计说明书题目: 柱下钢筋混凝土桩基础 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2014 年 月 13 日安徽理工大学课程设计（论文）任务书 岩土与地下工程系 系 岩土工程 教研室学 号学生姓名专业（班级）设计题目设计技术参数资料另附。设计要求（1）确定单桩竖向承载力特征值；（2）确定桩数，桩的平面布置，承台平面尺寸，单桩承载力验算；（3）桩身结构设计及验算；（4）承台结构设计及验算；（5）桩及承台施工图设计（桩平面布置图、桩身配筋图、承台配筋图、节点详图、钢筋图、钢筋表）工作量（1）设计说明不少于5000字；（2）桩基础施工图（A3幅，不少于2幅）工作计划（1）查找资料 2天；（2）课程设计 4天；（3）检查、上交 1天。参考资料（1）GB50007-2011. 建筑地基基础设计规范S.（2）JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范S.（3）刘昌辉, 时红莲编著. 基础工程学M. 武汉: 中国地质大学出版社, 2005.（4）刘大鹏, 尤晓暐主编. 基础工程M. 北京: 清华大学出版社, 2005.（5）赵明华. 基础工程M. 北京: 高等教育出版社, 2003.（6）朱炳寅, 娄宇, 杨琦编著. 建筑地基基础设计方法及实例分析M. 北京: 中国建筑工业出版社, 2007.（7）陈希哲. 土力学地基基础M. 北京: 清华大学出版社, 2004.（8）王广月, 王盛桂, 付志前编著. 地基基础工程M. 北京: 水利水电出版社, 2006.（9）曾巧玲, 崔余江, 陈文化等主编. 基础工程M. 北京: 清华大学出版社, 2007.（10）金喜平, 邓庆阳主编. 基础工程M. 北京: 机械工业出版社, 2006.指导教师签字教研室主任签字学生姓名： 学号： 专业班级： 课程设计题目： 指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表目录1 课程设计基本要求31.1 课程设计目的31.2课程设计建议42 课程设计资料42.1工程设计概况42.2荷载情况42.3工程地质资料52.4设计内容及要求53 确定单桩竖向承载力特征值标准值Quk64确定桩数及平面布置64.1桩数的确定64.2桩的平面布置64.3桩基的承载力验算65承台设计与验算75.1承台抗冲切验算75.2角桩冲切验算85.3承台受剪计算85.4承台受弯计算95.5桩身结构设计及计算105桩及柱的配筋图11参考文献12附录一：荷载组合分配表13附录二：地质剖面与桩基计算指标14附录三：桩的布筋图15附录四：承台的布筋图15附录五：钢筋表15设计题目：柱下钢筋混凝土桩基础 1 课程设计基本要求1.1 课程设计目的利用所学基础工程课程的理论知识，能够独立完成一个较完整的基础设计与计算过程，从而加深对所学理论的理解与应用。1.2课程设计建议在复习本学期课程理论知识后，收集并阅读相关设计规范和参考书后进行本课程设计任务。2 课程设计资料2.1工程设计概况某城市新区拟建一栋15层框架结构的办公楼，其场地位于临街地块居中部位，无其它邻近建筑物，地层层位稳定，场地地质剖面及桩基计算指标见工程地质资料。试设计柱下独立承台桩基础。（1）地基基础设计等级为乙级；（2）柱的截面尺寸为：450mm600mm；（3）承台底面埋深：d=2.0m（也可自行按规范要求选定），不考虑承台效应；（4）根据地质资料以及上部荷载情况，自行选择桩型、桩径和桩长；（5）桩的类型：灌注桩；（7）方案要求尽量先选择以粉质粘土为持力层，若不满足要求，再行选择卵石或岩石层作为持力层。2.2荷载情况(1)已知上部框架结构由柱子传至承台顶面的荷载效应标准组合：轴力Fk =(8400-50n) kN，弯矩Mxk =80 kNm，Myk =750 kNm。（其中，Mx、My分别为沿柱截面短边和长边方向作用的弯矩；n为学生序号）。（任务分配：2011级土木7班1-10序号学生）(2)已知上部框架结构由柱子传至承台顶面的荷载效应标准组合：轴力Fk =8400 kN，弯矩Mxk =(80+5(n-10) kNm，Myk =760 kNm。（其中，Mx、My分别为沿柱截面短边和长边方向作用的弯矩；n为学生序号）。（任务分配：2011级土木7班11-20序号学生）(3)已知上部框架结构由柱子传至承台顶面的荷载效应标准组合：轴力Fk =8300 kN，弯矩Mxk =80 kNm，Myk =(760-5(n-20) kNm。（其中，Mx、My分别为沿柱截面短边和长边方向作用的弯矩；n为学生序号）。（任务分配：2011级土木7班21-30序号学生）(4)已知上部框架结构由柱子传至承台顶面的荷载效应标准组合：轴力Fk =(8400-5n) kN，弯矩Mxk =(80+5(n-30) kNm，Myk =760 kNm。（其中，Mx、My分别为沿柱截面短边和长边方向作用的弯矩；n为学生序号）。（任务分配：2011级土木7班3136序号学生）具体分配数据见附录一2.3工程地质资料建筑场地土层按其成因、土性特征和物理力学性质的不同，自上而下划分为5层，地质剖面与桩基计算指标见附录二，勘察期间测得地下水水位埋深为2.2m。地下水水质分析结果表明，本场地地下水无腐蚀性。2.4设计内容及要求（1）确定单桩竖向承载力特征值；确定桩数，桩的平面布置，承台平面尺寸，单桩承载力验算；（2）桩身结构设计及验算；承台结构设计及验算；桩及承台施工图设计：包括桩平面布置图、桩身配筋图、承台配筋图、节点详图、钢筋图、钢筋表；（3）桩基础施工图：建议图纸采用A3幅面，表达要清楚，施工图（图纸折叠成A4大小）2.5建议的设计步骤及涵盖内容（1）列出设计资料（包括上部结构资料、建筑场地资料）；（2）选择桩型、桩端持力层和承台埋深；（3）确定单桩承载力特征值；（4）确定桩数和承载底面尺寸；（5）确定群桩竖向承载力设计值；（6）桩基中单桩荷载验算；（7）承台设计（包括柱对承台以及角桩对承台的冲切计算、承台斜截面抗剪验算及承台配筋等14基桩所受的平均竖向作用力为：N=（F+G）/n=(8400+20442)/4=2260R=2440.7 KN桩基中基桩最大桩顶力为：2#、4#桩：Nmax=（F+G）/4 +Myxmax/xi2+Mxymax/yi2=2260+760/4+115/4 =2478.75KN0故复合基桩竖向承载力满足要求。5承台设计与验算5.1承台抗冲切验算取承台厚度为1.4m，近似取承台地面钢筋混凝土保护层厚度为100mm，则承台冲切破坏锥体的有效高度h0=1.3m。如图所示1).柱对承台的冲切验算。图2：柱下独立矩形承台的冲切验算 对于柱下矩形独立承台受柱冲切的承载力验算：F12ox（bc+aoy）+oy(hc+aox) hpftho式中：aox=0.4m,aoy=0.475m,bc=0.6m,hc=0.450ox=aox/ho=0.4/1.3=0.308oy=aoy/ho=0.475/1.3=0.365ox=0.56/（ox+0.2）=0.56/（0.308+0.2）=1.102oy=0.56/（oy一+0.2）=0.56/（0.365+0.2）=0.991承台选用C40混凝土，ft =1710kpa。根据建筑桩基技术规范（JGJ942008）规定：当h800mm时,取hp=1.0；h2000mm时，取hp=0.9，其间按线性内插法取值。则当h=1400mm时，hp=0.95。2ox（bc+aoy）+oy(hc+aox)hpftho=21.102(0.6+0.475)+0.991(0.45+0.4)0.9517101.3=8561.44 KN本题中F1=FQi=8400-0=8400 KN8561.44 KN,故承台受柱冲切承载力满足要求。5.2角桩冲切验算N11x(c2+a1y/2)+1y(c1+a1x/2) hpftho其中，从角桩内边缘至承台外边缘的距离c1=1.3m,c2=1.3,a1y=a1x=0.32。1x=a1x/ho=0.32/1.0=0.321y=a1y/ho=0.32/1.0=0.321x=1y=0.56/(0.32+0.2)=1.0771x(c2+a1y/2)+ 1y(c1+a1x/2) hpftho=1.077(1.3+0.32/2)+1.077(1.3+0.327/2)0.9517101.0=5108.8KN又因基桩的净反力最大值、最小值为：Nmax=F/4 +Myxmax/xi2+Mxymax/yi2=8400/4+7601/4+115/4 = 2318.75 KN Nmin=F/4 -Myxmax/xi2-Mxymax/yi2=8400/4-7601/4-115/4 =1881.25 KN 取N1=Nmax=2318.75 KN5108.8 KN，故承台受角桩冲切承载力满足要求。5.3承台受剪计算按此验证公式Vhsftboho进行承台的受剪验证。计算过程如下：ax=0.4,ay=0.475, x=ax/ho=0.4/1.3=0.308y=aoy/ho=0.365x=1.75/(x+1)=1.75/(1+0.308)=1.338y=1.75/(y+1)=1.75/(1+0.365)=1.282因0.25x, y3，故hs=（800/ho）0.25=(800/1300)0.25=0.886bxo=1-0.5h1/ho(1-bx2/bx1)=1-0.50.3/1.3(1-600/4000) 4=3.590mbyo=1-0.5h1/ho(1-by2/by1)=1-0.50.3/1.3(1-450/4000) 4=3.608m由以上的计算结果知X方向：hsxftboho=0.8861.33817101.33.590=9460.7 KNY方向：hsyftboho=0.8861.28217101.33.608=9110.2 KNAA1#2#4#3#BB图3柱下独立矩形承台抗剪验算由上图可知危险界面A-A左侧共有2#，4#两根基柱，且均为Nmax，故有：V=22318.75=4637.5KN(9460.7,9110.2)min=9110.2 KN故承台受剪承载力满足要求。5.4承台受弯计算2#1#3#4#AABB根据前面的计算可知：图4 柱下独立矩形承台抗弯验算1#，3#桩：N1=N3=Nmin=1881.25 KN2#，4#桩：N2=N4=Nmax=2318.75 KN各桩对A-A、B-B截面的弯矩为：MA-A=Nixi=2318.7521=4637.5 KNMB-B=Niyi=(1881.25+2318.75)1=4200 KN承台的有效高度ho=1300mm，承台的有效计算宽度bxo=3.590m,byo=3.608m；配筋选用HRB335级钢筋，fy=300N/mm2AsA-A=MA-A/0.9fyho=4637.5106/(0.93001300)=13212.3mm2故沿着x轴方向选用3522，钢筋间距100mm，则实用钢筋面积为13304.6mm2。验算最小配筋率：Wx=13304.6/(35901300)=0.285%Wmin=0.15%沿着y轴方向的钢筋面积：AsB-B=MB-B/0.9fyho=4200106/(0.93001300)=11965.8mm2验算最小配筋率：故沿着y轴方向选用3222，钢筋间距100mm，则实用钢筋面积为12164.2mm2。Wy=12164.2/(36081300)=0.259%Wmin=0.15%5.5桩身结构设计及计算桩身才材料采用C30的混凝土，fc=14.3N/mm2.钢筋初步采用HPB225级钢筋，fy=210N/mm2,保护层的厚度35mm。因桩长L=28.2M。采用二台起重机各吊二个点，其各吊点间的距离如下abcba图5 桩的四点起吊图b=0.25L=7.05ma=c=L/4-b/2=3.525m桩身混凝土重度=25KN/m3,沿桩身轴线均匀分布的自重载荷为：Q=Ap=250.62=9 KN/m故桩身的最大弯矩Mmax=1/2Qa2=55.92 KNM桩截面的有效高度ho=h-a=600-35=565mm故钢筋的面积为：As=Mmax/0.9fyho=574.5mm2选用3 16，则实用钢筋的面积为603.2mm2。验算最小配筋率W=603.2/(600600)=0.17%0.8%应按构造配筋。由0.8%6002=2880mm2，选用625，则钢筋对的面积为2945.24mm25桩及柱的配筋图见附录三参考文献（1）GB50007-2011. 建筑地基基础设计规范S.（2）JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范S.（3）刘昌辉, 时红莲编著. 基础工程学M. 武汉: 中国地质大学出版社, 2005.（4）刘大鹏, 尤晓暐主编. 基础工程M. 北京: 清华大学出版社, 2005.（5）赵明华. 基础工程M. 北京: 高等教育出版社, 2003.（6）朱炳寅, 娄宇, 杨琦编著. 建筑地基基础设计方法及实例分析M. 北京: 中国建筑工业出版社, 2007.（7）陈希哲. 土力学地基基础M. 北京: 清华大学出版社, 2004.（8）王广月, 王盛桂, 付志前编著. 地基基础工程M. 北京: 水利水电出版社, 2006.（9）曾巧玲, 崔余江, 陈文化等主编. 基础工程M. 北京: 清华大学出版社, 2007.（10）金喜平, 邓庆阳主编. 基础工程M. 北京: 机械工业出版社, 2006.附录一：荷载组合分配表序号学号姓名性别Fk/kNMxk/kNmMyk/kNm12011300196陆玉杰男83508075022011300379朱伟男83008075032011300381钟凯男82508075042011300391吴平芳男82008075052011300400郭文元男81508075062011300403姚琎女81008075072011300497王亚东男80508075082011300507吴智超男80008075092011300511叶馨女795080750102011300513徐鹏飞男790080750112011300516吴先锋男840085760122011300527宫迪男840090760132011300529胡申申男840095760142011300531王潘男8400100760152011300545陈河坤男8400105760162011300547郑娟女8400110760172011300563刘祥鹏男8400115760182011300568夏明男8400120760192011300577周居祥男8400125760202011300583王芳女840013076