基础工程课程设计指导书(福工 土木14)XX05.doc

基础工程课程设计指导书(福工 土木14)XX05 1基础工程课程设计指导书（适用土木1144级）福建工程学院土木学院岩土教研室2 一、课程设计目的和要求1.基础工程课程设计是学生在学习土力学、钢筋混凝土和基础工程的基础上，综合应用所学的理论知识完成基础工程的设计任务。 其目的是培养学生综合应用基础理论和专业知识的能力，同时培养学生独立分析和解决基础工程设计问题的能力。 2.通过课程设计，要求学生对基础工程设计内容和过程有较全面的了解和掌握，熟悉基础工程的设计规范、规程、手册和工具书。 3.在教师指导下，独立完成课程设计任务书规定的全部内容。 设计计算书要求计算正确、文理通顺，施工图布置合理、表达清晰，符合规范要求。 二、设计方法（一）基础选型与基础埋深在钢筋混凝土框架结构中，当地基软弱而荷载较大时，若采用独立基础，会因为基础底面积很大而使基础边缘互相接近甚至重叠；为增加基础的整体性并方便施工，可将同一排的柱基础连通成为柱下钢筋混凝土条形基础。 当采用柱下钢筋混凝土条形基础还不能满足地基基础设计要求时，可采用交叉条形基础。 这种基础在纵横两向均具有一定的刚度，当地基软弱且在两个方向的荷载和土质不均匀时，交叉条形基础具有良好的调整不均匀沉降的能力。 柱下条形基础构造柱子l bI III III-I断面II-II断面上部受力筋腰筋梁肋翼板下部受力筋3直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称为下卧层。 基础埋置深度（简称埋深）是指基础底面至天然地面的距离。 选择基础埋深就是选择合适的持力层。 为了保证基础安全，同时减少基础的尺寸，要尽量把基础放在良好的土层上。 但是基础埋置过深不仅施工不方便，并且提高基础的造价，因此，应该根据实际情况选择一个合理的埋置深度。 （二）荷载组合在地基基础设计中，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计，一般遇到的有如下几种荷载组合。 （1）基本组合按承载力极限状态计算时最常用的一种组合就是基本组合，它包括永久荷载效应和可变荷载效应共同作用的组合。 1）由可变荷载效应控制的组合?niQik ciQi k Q QGk GS S SS211?式中GkS、k QS 1、QikS永久荷载效应、第1个可变荷载效应和第i个可变荷载效应的标准值，其中第1个可变荷载效应，为最大的一个可变荷载效应，按最不利荷载组合选取；G?、1Q?、Qi?永久荷载效应、第1个可变荷载效应和第i个可变荷载效应的分项系数，因为可变荷载的离散性高于永久荷载，G?可取1.2，而Q?可取1.4；ci?第i个可变荷载效应的组合值系数，各种可变荷载的c?值可从荷载规范中查得；n可变荷载的个数。 2）由永久荷载效应控制的组合?niQik ciQi GkGS SS1?这时，G?取1.35，其他系数不变。 4在地基基础设计规范中，对永久荷载效应控制的基本组合，还建议永久荷载和可变荷载的分项系数均取1.35，于是进一步简化为)(35.11?niQik ciGkS SS? （2）标准组合按正常使用极限状态计算时常见的一种组合，用下式表示?niQik cikQGkS SSS21?对比可知，当G?、Q?均取1.0时，基本组合就成为标准组合，或者说标准组合中各项均乘以相应的分项系数?就得到基本组合。 （3）准永久组合在地基变形计算中应采用荷载效应的准永久组合，用下式表示?niQik qiGkS SS1?不难理解，地基变形计算中永久荷载起主要作用，可变荷载的作用时间是间断的，所引起的变形效应较弱，所以用准永久值系数qi?代替组合值系数ci?，qi?的具体值见荷载规范。 （三）基础底面积估算柱下条形基础可视为一狭长的矩形基础，根据上部结构柱传来的荷载，基础底面面积可按下式初步确定d fGG FAGawk k k?式中F k相应于荷载效应标准组合时，各柱传来的轴力之和，kN；G k基础及基础上覆土重，kN；G wk作用在基础梁上的墙重，kN。 将求得的底面积扩大1040%，并进一步选定基础底面长度l和宽度b。 基础长度可按主要荷载合力作用点与基底形心尽量靠近的原则，结合端部伸出边柱以外的长度选定。 为增大底面积及调整底面形心位置，基础梁的端部应伸出边柱一定长度，伸5出长度宜为第一跨距的0.250.3倍；（四）地基承载力验算1中心荷载作用下的基础要求基底的平均压力不超过持力层土的承载力特征值，即符合下式要求。 kpaf式中kp相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；kp=A GFk k/)(?式中A基础底面面积，m2；kF相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值，kN；kG基础自重和基础上的土重；af修正后的地基持力层承载力特征值，kPa。 2偏心荷载作用下的基础偏心荷载作用下，除应符合中心荷载公式的要求外，还应符合下式要求max kp1.2af maxkp相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值；对常见的单向偏心矩形基础，当偏心矩kel/6时，基底最大压力可按下式计算)61(maxleb lGFWMb lGFpk kkkk kk?式中kM相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值对基底形心的合力矩（kN m?）；W基础底面的抵抗矩（m3）；ke偏心矩，ke=kM/)(k kGF?（m）；l偏心方向的基础边长，一般为基础长边方向；b垂直于偏心方向的基础边长，一般为基础短边方向。 63.地基承载力的基础宽度和埋置深度修正)5.0()3(?d bf fmd bak a?式中af修正后的地基承载力特征值，kPa；akf按现场载荷试验或其他原位试验确定的地基承载力特征值，kPa；?基底以下土的天然重度，地下水位以下用浮重度，kN/m3；m?基础底面以上土的加权平均容重，地下水位以下用浮重度，kN/m3；b基础宽度，m；当宽度小于3m时按3m计，大于6m时按6m计；d基础埋置深度，m；当d0.5m时按0.5m取值，一般自室外地面标高算起。 在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面算起。 对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋之深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面算起。 b?、d?相应于基础宽度和埋置深度的承载力修正系数，按基底下土类，查表。 表承载力修正系数土的类别b?d?淤泥和淤泥质土01.0人工填土01.0e或LI大于等于0.85的粘性土红粘土含水比w?0.801.2含水比w?0.80.151.4大面积压实填土压实系数大于0. 95、粘粒含量c?10%的粉土、最大干密度01.5大于2.1t/m3的级配砂石02.0粉土粘粒含量c?10%的粉土0.31.5粘粒含量c?10%的粉土0.52.0e或LI均小于0.85的粘性土0.31.67粉砂、细砂（不包括很湿与饱和时的稍密状态）2.03.0中砂、粗砂、砾砂和碎石土3.04.4注强风化和全风化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值，其他状态下的岩石不修正。 含水比Lw?，?为天然含水量，L?为液限。 （五）沉降计算1.验算公式建筑地基基础规范按不同建筑物的地基变形特征，要求建筑物的地基计算值，不应大于地基变形允许值，即ss式中s地基变形计算值，计算时注意传至基础顶面的荷载是正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合（不计入风荷载和地震作用）；s地基变形允许值，2.沉降变形特征一般分为四种1）沉降量指独立基础中心点的沉降值或整幢建筑物基础的平均沉降值；2）沉降差相邻两个柱基的沉降量之差；3）倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；4）局部倾斜砌体承重结构沿纵向610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。 3.地基变形允许值地基变形允许值的确定涉及许多因素，如建筑物的结构特点和具体使用要求、对地基不均匀沉降的敏感程度以及结构强度贮备等。 建筑地基基础设计规范综合分析了国内外各类建筑物的有关资料，提出了建筑物地基变形允许值。 对表中未包括的其他建筑物的地基变形允许值，可根据上部结构对地基变形特征8的适应能力和使用上的要求确定。 表建筑物的地基变形允许值变形特征地基土类别中、低压缩性土高压缩性土砌体承重结构基础的局部倾斜0.0020.003工业与民用建筑相邻柱基的沉降差 （1）框架结构l002.0l003.0 （2）砌体墙填充的边排柱l0007.0l001.0 （3）当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构l005.0l005.0单层排架结构（柱距为6m）柱基的沉降量（mm） （120）200桥式吊车轨面的倾斜（按不调整轨道考虑）纵向0.004横向0.003多层和高层建筑的整体倾斜gH240.00424gH600.00360gH1000.0025gH1000.002体型简单的高层建筑基础的平均沉降量（mm）200高耸结构基础的倾斜gH200.00820gH500.00650gH1000.005100gH1500.004150gH2000.003200gH2500.002高耸结构基础的沉降量（mm）gH100400100gHxx00200gH250200注1）本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值；2）有括号者仅适用于中压缩性土；3）l为相邻柱基的中心距离（mm）；gH为自室外地面起算的建筑物高度（m）。 94.地基沉降计算建筑地基基础设计规范所推荐的地基最终沉降量计算方法采用了“应力面积”的概念，引入土层平均附加应力概念，通过平均附加应力系数，对分层总和法进行简化，并根据大量实测变形资料，引入沉降经验系数对对计算结果进行修正，使计算结果与实际沉降更趋于一致。 规范认为计算地基变形时，地基内的应力分布可用各向同性均质线性变形体理论。 其最终变形量可按下式计算0111()ns si ii iisipss zzE?式中s地基最终变形量(mm)；s按分层总和法计算出的地基变形量；s沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无地区经验时可查表；n地基变形计算深度范围内所划分的土层数；p0对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力(kPa)；E si基础底面下第i层土的压缩模量，应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算(MPa)；z i、z i-1基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)；i?、1i?基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数，可查表。 基础沉降计算的分层示意（规范法）表均布矩形荷载角点下的平均竖向附加应力系数?10b z/b l/1.01.21.41.61.82.02.42.83.23.64.05.010.00.00.20.40.60.80.25000.24960.24740.24230.23460.25000.24970.24790.24370.23720.25000.24970.24810.24440.23870.25000.24980.24830.24480.23950.25000.24980.24830.24510.24000.25000.24980.24840.24520.24030.25000.24980.24850.24540.24070.25000.24980.24850.24550.24080.25000.24980.24850.24550.24090.25000.24980.24850.24550.24090.25000.24980.24850.24550.24100.25000.24980.24850.24550.24100.25000.24980.24850.24560.24101.01.21.41.61.80.22520.21490.20430.19390.18400.22910.21990.21020.xx0.19120.23130.22290.21400.20490.19600.23260.22480.21640.20790.19940.23350.22600.21900.20990.20180.23400.22680.21910.21130.20340.23460.22780.22040.21300.20550.23490.22820.22110.21380.20660.23510.22850.22150.21430.20730.23520.22860.22170.21460.20770.23520.22870.22180.21480.20790.23530.22880.22200.21500.20820.23530.22890.22210.21520.20842.02.22.42.62.80.17460.16590.15780.15030.14330.18220.17370.16570.15830.15140.18750.17930.17150.16420.15740.19120.18330.17570.16860.16190.19380.18620.17890.17190.16540.19580.18830.18120.17450.16800.19820.19110.18430.17790.17170.19960.19270.18620.17990.17390.xx0.19370.18730.18120.17530.xx0.19430.18800.18200.17630.xx0.19470.18850.18250.17690.xx0.19520.18900.18320.17770.20180.19550.18950.18380.17843.03.23.43.63.80.13690.13100.12560.12050.11580.14490.13900.13340.12820.12340.15100.14500.13940.13420.12930.15560.14970.14410.13890.13400.15920.15330.14780.14270.13780.16190.15620.15080.14560.14080.16580.16020.15500.15000.14520.16820.16280.15770.15280.14820.16980.16450.15950.15480.15020.17080.16570.16070.15610.15160.17150.16640.16160.15700.15260.17250.16750.16280.15830.15410.17330.16850.16390.15950.15544.04.24.44.64.80.11140.10730.10350.10000.09670.11890.11470.11070.10700.10360.12480.12050.11640.11270.10910.12940.12510.12100.11720.11360.13320.12890.12480.12090.11730.13620.13190.12790.12400.12040.14080.13650.13250.12870.12500.14380.13960.13570.13190.12830.14590.14180.13790.13420.13070.14740.14340.13960.13590.13240.14850.14450.14070.13710.13370.15000.14620.14250.13900.13570.15160.14790.14440.14100.13795.05.25.45.65.80.09350.09060.08780.08520.08280.10030.09720.09430.09160.08900.10570.10260.09960.09680.09410.11020.10700.10390.10100.09830.11390.11060.10750.10460.10180.11690.11360.11050.10760.10470.12160.11830.11520.11220.10940.12490.12170.11860.11560.11280.12730.12410.12110.11810.11530.12910.12590.12290.12000.11720.13040.12730.12430.12150.11870.13250.12950.12650.12380.12110.13480.13200.12920.12660.12406.06.26.46.66.80.08050.07830.07620.07420.07230.08660.08420.08200.07990.07790.09160.08910.08690.08470.08260.09570.09320.09090.08860.08650.09910.09660.09420.09190.08980.10210.09950.09710.09480.09260.10670.10410.10160.09930.09700.11010.10750.10500.10270.10040.11260.11010.10760.10530.10300.11460.11200.10960.10730.10500.11610.11360.11110.10880.10660.11850.11610.11370.11140.10920.12160.11930.11710.11490.11297.07.27.47.67.80.07050.06880.06720.06560.06420.07610.07420.07250.07090.06930.08060.07870.07690.07520.07360.08440.08250.08060.07890.07710.08770.08570.08380.08200.08020.09040.08840.08650.08460.08280.09490.09280.09080.08890.08710.09820.09620.09420.09220.09040.10080.09870.09670.09480.09290.10280.10080.09880.09680.09500.10440.10230.10040.09840.09660.10710.10510.10310.10120.09940.11090.10900.10710.10540.10368.08.28.48.68.80.06270.06140.06010.05880.05760.06780.0663.06490.06360.06230.07200.07050.06900.06760.06630.07550.07390.07240.07100.06960.07850.07690.07540.07390.07240.08110.07950.07790.07640.07490.08530.08370.08200.08050.07900.08860.08690.08520.08360.08210.09120.08940.08780.08620.08460.09320.09140.09890.08820.08660.09480.09310.09140.08980.08820.09760.09590.09430.09270.09120.10200.10040.09880.09730.9599.29.610.010.410.80.05540.05330.05140.04960.04790.05990.05770.05560.05370.05190.096370.06140.05920.05720.05530.06970.06720.06490.06270.06060.07210.06960.06720.06490.06280.07610.07340.07100.06860.06640.07920.07650.07390.07160.06930.08170.07890.07630.07390.07170.08370.08090.07830.07590.07360.08530.08250.07990.07750.07510.08820.08550.08290.08040.07810.08130.07380.07190.06820.06490.09310.09050.08800.08570.083411.211.612.012.813.60.04630.04480.04350.04090.03870.05020.04860.04710.04440.04200.05350.05180.05020.04740.04480.05630.05450.05290.04990.04720.05870.05690.05520.05210.04930.06090.05900.05730.05410.05120.06440.06250.06060.05730.05430.06720.06520.06340.05990.05680.06950.06750.06560.06210.05890.07140.06940.06740.06390.06070.07300.07090.06900.06540.06210.07590.07380.07190.06820.06490.08130.07930.07740.07390.070714.415.216.018.020.00.03670.03490.03320.02970.02690.03980.03790.03610.03230.02930.04250.04040.03850.03450.03120.04480.04260.04070.03640.03300.04680.04460.04250.03810.03450.04860.04630.04420.03960.03590.05160.04920.04690.04220.03830.05400.05150.04920.04420.04020.05610.05350.05110.04600.04180.05770.05510.05270.04750.04320.05920.05650.05400.04870.04440.06190.05920.05670.05120.04680.06770.06500.06250.05700.0524表沉降计算经验系数s?)MPa(sE基底附加压力(kPa)2.54.07.015.020.0p0f k1.41.31.00.40.2p00.75f k1.11.00.70.40.2注s E为沉降计算深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算/(/)si isiE AA E?，其中A i为第i层土附加应力11沿土层厚度的积分值，即101()i iii iAp zz?；f k为地基承载力标准值地基沉降计算深度z n可通过试算确定，要求满足下式条件10.025nn iiss?式中is?在计算深度z n范围内第i层土的计算沉降量（mm）；ns?在计算深度z n处向上取厚度z土层的计算沉降量（mm），z查表确定。 表z值表基底宽度b(m)2230z(m)0.30.60.81.01.21.5所确定的沉降计算深度下如有较软土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度z的计算沉降量满足要求为止。 在计算深度范围内存在基岩时，z n可取至基岩表面；当存在较厚的坚硬粘性土层，其孔隙比小于0.5，压缩模大于50MPa，或存在较厚的密实砂卵石层,其压缩模量大于80MPa时，z n可取至该层土表面。 当无相邻荷载影响，基础宽度在150m范围内，基础中点的地基沉降计算深度z n(m)也可按下式估算(2.50.5ln)nz bb?式中b基础宽度（m）。 （六）内力计算倒梁法是将地基净反力视为作用于地基梁上的荷载，而将柱子作为梁的支座，按多跨连续梁的方法求解内力的简化计算方法。 这种计算方法只考虑出现于柱间的局部弯矩，而忽略沿基础全长发生的整体弯曲，因而所得的弯矩图正负弯矩最大值较均衡，基础不利截面的弯矩最小。 倒梁法要求地基土均匀，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度不小于1/6柱距。 由于沿梁全长作用的均布墙重及基础自重均由其产生的地基反力所抵消，作用在基础梁上的净反力只由柱传来的荷载产生。 WMlbFPjj?minmax基底净反力按线性分布，绘出计算简图，并用弯矩分配法计算弯矩和剪力。 12由于求得的梁支座反力与柱传来的轴力不相等，可将不平衡力折算成均布荷载布置在支座两侧各1/3跨内，再按连续梁计算内力，并与计算的内力叠加。 一般经12次调整，就能满足计算精度的