柱下独立基础的设计8

1、i柱下独立基础设计题目：柱下独立基础课程设计指导教师：黄晋浙江理工大学科艺学院建筑系2011年10月9日2粘土：厚1.5m1.5m，全风化砂质泥岩:强风化砂质泥岩:中风化砂质泥岩:柱下独立基础课程设计任务书、设计题目柱下独立基础设计、设计资料1.1.地形：拟建建筑场地平整2.2.工程地质资料：自上而下依次为: 杂填土：厚约 0.5m0.5m，含部分建筑垃圾;粉质粘土：厚1.2m1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130KN/mfak=130KN/m22 ；可塑，稍湿，承载力特征值fak=180KN/mfak=180KN/m ；_n厚2.7m,2.7m,承载力特征值fak=240KN/mf

2、ak=240KN/m厚3.0m,3.0m,承载力特征值fak=300KN/mfak=300KN/m ；厚4.0m,4.0m,承载力特征值fak=620KN/mfak=620KN/m2 ；表1地基岩土物理力学参数表天然地基土重度(Y)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/m3kPa度MPa AMPaMPaKPa杂填土18粉质粘土200.6534130.2010.0130粘土19.40.5825230.228.2180全风化砂质泥岩2122300.8240强风化砂质泥岩2220253.0300中

3、风化砂质 泥岩2415404.06203.3. 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 1.5m1.5m。4.4. 上部结构资料：上部结构为多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为 500500 X 500500 mmmm,室外地坪标高同自然地面,室内外高差450mm450mm。柱网布置见图1 1。3图1 柱网平面图5.5.上部结构作用在柱底的荷载效应标准组合值见表2 2;上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值见表3 3；表2柱底荷载效应标准组合值Fk(KN)Mk (KN ?m)Vk (KN)题号A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴1975154811871401001984

4、64844210321615125216412522155605231090173013121901502426266574115018151370210175271717367512181873143323519329780837461282188314962572183258690837133919701560284242355969589814022057161823126637710210498915342140167733528840210911310610159822051727365309428120117114表3柱底荷载效应基本组合值F (KN)M (KN ?m)V (KN)

5、题号A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴1126820121544183130258606258213422100162721416328872786731418225017062481953158186744149623601782274228353939588515842435186330625138610410896616672448194533428442311211710871741256220283693154621251241168182326742104391346491133136128919952783218142537552314214713810207828662245

6、4554025571561531494第1 1组共1010人，基础持力层选用土层，设计A A轴柱下独立基础;第2 2组共1010人，基础持力层选用土层，设计 第3 3组共1010人，基础持力层选用土层，设计B B轴柱下独立基础;C C轴柱下独立基础;四、设计要求每人根据所在组号和题号，完成各自要求的轴线基础设计。对另外两根轴线的基础，只要求根 据所给荷载确定基础底面尺寸，以便画出整体基础平面图。五、 设计内容设计柱下独立基础，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。绘制基础施工图，包括基础平面布置图、基础

7、大样图，并提出必要的技术说明。六、 设计成果1.1.设计计算书（1 1） 确定地基持力层和基础埋置深度；（2 2） 确定基础底面尺寸，验算地基承载力；（3 3） 对基础进行抗冲切承载力验算，确定基础高度；（4 4） 对基础进行正截面受弯承载力验算，给基础底板配筋；2.2.设计图纸（1 1） 基础平面布置图（2 2） 独立基础大样图（3 3） 设计说明要求分析过程详细，计算步骤完整，设计说明书的编写应具有条理性，图纸整洁清晰。参考资料（1 1） 土力学与基础工程（第2 2版），赵明华主编，武汉理工大学出版社，20032003（2 2） 基础工程（第2 2版），周景星主编，清华大学出版社，2007

8、2007。（3 3） 混凝土结构（上）（第2 2版），吴培明主编，武汉理工大学出版社，20032003（4 4） 建筑结构荷载规范（GB50009-GB50009-20012001）,中国建筑工业出版社，20022002。（5 5） 建筑地基基础设计规范（GB50007GB50007 -2002-2002 ），中国建筑工业出版社， 20022002。（6 6） 混凝土结构设计规范（GB50010GB50010 -2002-2002 ），中国建筑工业出版社，20022002。6.6.材料：混凝土等级C 2020C30,C30,钢筋HPB235HPB235 HPRB335HPRB335级。三、设计

9、分组课程设计人数为 6060人，根据以上所给资料及学生人数，共划分为2020个组。具体如下:5基础工程课程设计指导书题目：柱下独立基础课程设计指导教师：黄晋浙江理工大学科艺学院建筑系2011年10月9日6柱下独立基础课程设计指导书地基基础设计是土木工程结构设计的重要组成部分，必须根据上部结构条件（建筑物的用途和安全等级、建筑布置、上部结构类型等）和工程地质条件（建筑场地、地基岩土和气候条件等） ，结 合考虑其他方面的要求（工期、施工条件、造价和节约资源等），合理选择地基基础方案，因地制宜， 精心设计，以确保建筑物和构筑物的安全和正常使用。一、独立基础的设计内容与步骤（1 1） 初步设计基础的结

10、构型式、材料与平面布置；（2 2） 确定基础的埋置深度 d ；（3 3） 计算地基承载力特征值 fak，并经深度和宽度修正，确定修正后的地基承载力特征值（4 4） 根据作用在基础顶面荷载F和深宽修正后的地基承载力特征值，计算基础的底面积；（5 5） 计算基础高度并确定剖面形状；（6 6） 若地基持力层下部存在软弱土层时，则需验算软弱下卧层的承载力；（7 7） 地基基础设计等级为甲、乙级建筑物和部分丙级建筑物应计算地基的变形；（8 8） 验算建筑物或构筑物的稳定性（如有必要时）；（9 9） 基础细部结构和构造设计；（1010）绘制基础施工图。如果步骤（1 1 ）（7 7）中有不满足要求的情况时，

11、可对基础设计进行调整，如采取加大基础埋 置深度d或加大基础宽度b等措施，直到全部满足要求为止。二、地基基础设计基本规定1.1.地基基础设计等级根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常 使用的程度，将地基基础设计分为三个设计等级，设计时应根据具体情况，按表1 1选用。表1地基基础设计等级设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑物30层以上的高层建筑体型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）对原有工程影响较大的新建建筑物场地

12、和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物； 次要的轻型建筑物2.2.地基计算的规定根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设 计应符合下列规定：7（1 1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定。（2 2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计。（3 3）表2 2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作 变形验算： 地基承载力特征值小于13013

13、0 kPakPa ，且体型复杂的建筑： 在地基基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时； 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时； 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； 地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。（4 4）对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近 的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性。（5 5）基坑工程应进行稳定性验算。（6 6）当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。表2可不作地基变形计算的设计等级为丙级建筑物范圈地基主要受力层的情况地基承载力特征值 fak60

14、 兰 fak8080 兰 fak100100 乞 fak130130 兰 fak160160 兰 fak芝200200 兰 fak300各土层坡度/% 5 5 10 10 10 10砌体承重结构、框架结构（层数） 5 5 5 6 6 7吊车额定起重量/t51010 1515 2020 3030 5050 100单跨厂房跨度/ m 12 18 24 30 30 30吊车额定起重量/t3551010 1515 2020 3030 75单 层 排 架 结 构多 跨厂房跨度/m 12 18 24 30 30 30烟囱高度/ m 30 40 50 75 100高度/ m 15 20 30 30 30建筑

15、类型水塔容积m30.801.2红粘土含水比Gw W0.80.151.4压实系数大于0.95、粘粒含量P 10%的粉土c01.5大面积压实填土最大干密度大于2.1t/m 3的级配砂石02.0粘粒含量P 10%的粉土0.31.5粉土粘粒含量Pc 2 fa式中：Pk 相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值（Pkmax 相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值（fa 修正后的地基承载力特征值（KPaKPa）。（1 1） 轴心荷载作用下的基础:10b =(1.1 1.4)n(fd)KPa)KPa);Pkmaxkmin_ Fk Gk_ AM k Fk GkT-W l b(1：)p km

16、ax2(Fk Gk)ba得:FkA工fa - Gd式中：Pk k 相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面处的竖向力值（33?G 基础及回填土的平均重度，一般取 2020 kN / m , ,地下水位以下取1010 kN /m ；d d 基础平均埋深（m m）；A A 基底面积（m2）；按上式计算出 A A后，先选定b或丨，再计算另一边长，使 A =丨b，般取丨/b =1.0 2.0。 必须指出，在按上式计算A A时，需要先确定修正后的地基承载力特征值fa,但fa值又与基础底面尺寸A A有关，也即上式中的 A A与fa都是未知数，因此，可能要通过反复试算确定。计算时，可先对地基承载力只进

17、行深度修正，计算fa值；然后按计算所得的 A = l b , ,考虑是否需要进行宽度修 正，使得A A fa间相互协调一致。（2 2 ） 偏心荷载作用下的基础：偏心荷载作用下的基底压力计算公式:当偏心矩ek l/6时，基础边缘的最大压力按下式计算:式中Mk相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面处的力矩值（KNKN）；W 基础底面的抵抗矩（m ）；ek偏心矩，ek =Mk /(Fk Gk)( m)；l 力矩作用方向的矩形基础底面边长（m）；b 垂直于力矩作用方向的矩形基础底面边长（m）；a 偏心荷载作用点至最大压力作用边缘的距离（m）, a = （I /2） - ek 。偏心荷载作用下，

18、按下列步骤确定基础底面尺寸：先不考虑偏心，按轴心荷载条件初步估算所需的基础底面积；根据偏心距的大小，将基础底面积增大（10104040）%，并以适当比例选定基础长度和宽度,即取基础宽度b b为：11Pzlb(Pk 一 md)(l 2zta n v)(b 2zta nJ式中：n为基础的长宽比，n =l/b，对矩形截面，一般取 n n = =1.22.01.22.0 ；由调整后的基础底面尺寸计算基底最大压力Pkmax和最小压力Pkmin ，并使其满足Pk空fa和pkmax 1.2fa的要求。如不满足要求，或压力过小，地基承载力未能充分发挥，应调整基础尺寸，直至最后确定合适的基础底面尺寸。通常，基底

19、的最小压力不宜出现负值，即要求偏心距ek _1/6，但对于低压缩性土及短暂作用的荷载，可适当放宽至 e i/4。2.2.软弱下卧层的验算当地基压缩层范围内存在有软弱下卧层时，应按下式验算软弱下卧层承载力：PzPcz faz式中pz软弱下卧层顶面处的附加压力设计值（KPaKPa）；pcz软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值（KPaKPa）；f faz软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力设计值（KPaKPa）。当上层土与下卧土层的压缩模量比值大于或等于3 3时，对条形基础和矩形基础，上式中的p pz值可按式简化计算：式中：b b 矩形基础和条形基础底边的宽度 （m m）；l 矩形基础底边的长度（m

20、 m）；m 基埋深范围内土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度（kN/m3）；z z 基础底面至软弱下卧层顶面的距离（m m）；图1软弱下卧层承载力验算图12日为地基压力扩散角，可按表 4 4米用;表4 地基压力扩散角|z/bE 1/ E 2svs20.250.250.500.503 36 6 23235 510102525101020203030:Esi为上层土压缩模量，ES2为下F层土压缩模量；z/b0.25z/b0.25时取日=0=0,必要时，宜由试验确定；z/bz/b鼻0.500.50时&值不变。选择基础底面尺寸后，必要时还要对地基的变形或稳定性进行验算。3.3.地基变形验算：建筑地基

21、基础设计规范(GB50007GB50007 20022002)按不同建筑物的地基变形特征，要求：建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值，即：S乞S1式中 S 地基变形计算值，为地基广义变形值，可分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜等；S1 地基变形允许值，它是根据建筑物的结构特点，使用条件和地基土的类别而确定的，其值请参见建筑地基基础设计规范(GB50007GB50007 20022002)中的表5.3.45.3.4。对于因建筑地基不均匀、荷载差异大及体形复杂等因素引起的地基变形，在砌体承重结构中应 由局部倾斜控制；在框架结构和单层排架结构中应由相邻柱基的沉降差控制；在多层、高层建筑和

22、高耸结构中应由倾斜值控制。一般建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可认为其最终沉降量已基本完成，对于低压缩 性粘性土可认为已完成最终沉陷量的5050%8080 % %，对于中压缩粘性土可认为已完成2020%5050 % %，对于高压缩粘性土可认为已完成5 5%2020%。根据预估的沉降量，可预留建筑物有关部分之间的净空，考虑连接方法和施工顺序等。4.4.基础高度的确定：131.kJ1r - 1h h，然后再验算抗冲切能图2中心受压柱基础底板厚度的确定 基础高度由柱边抗冲切破坏的要求确定，设计时先假设一个基础高度 力。中心荷载作用下：F| 岂 O/hpftamh。- (at 3b)/2F| =

23、 PnA|式中：hp 受冲切承载力截面高度影响系数，当h乞800mm时，：hp取1.01.0；当h - 1200mm时,：hp取0.90.9；其间按线性内插法取用；2 ft 混凝土轴心抗拉强度设计值（ N / mm ）；h0基础冲切破坏锥体的有效高度（m）；am 冲切破坏锥体最不利一侧计算长度（ m）；at 冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，当t 596.92KN，满足8.8.变阶处抗冲切验算at = bi =1.5m , =1.9m , h1 = 400 - 50 = 350mm=at 2h01 =1.5 2 0.35 = 2.2m ： b = 2.

24、8m，取 ab = 2.2mat +ab 15+22-1.85m= 375.9KN抗冲切力:0.7 hp ftamh01 =0.7 1.0 1.27 103 1.85 0.35= 275.6KN375.9KN，满足9.9.配筋计算(1(1)基础长边方向?-?-?截面(柱边)-108.853.65286.98 -108.852T.6= 210.28KPa悬臂部分净反力平均值:1+ Pn,i )= 2 汇(286.98 + 210.29 )= 248.64KPa1248.64 (3.6 -0.5)2(2 2.80.5)冲切力:Fi=巳,max i i 一2就-h01 b-(boi= = 286.9

25、83.6190.352.8 -2Y1-0.35 i2 22.81.5AS,IMI607.3 10624284.3mm0.9fyh。0.9 210 750242524Pn ,max + Pn ,皿：2丨-3 2b bi= 227.4KN m川- -川截面（变阶处）W3.6 述9808.85= 244.92KPa227.4 10As =- =- = 3438mm0.9fyh010.9 210 350比较AS,1和 ，应按ASJ配筋，实际配22门161402800则钢筋根数：n1-21 , As -201.1 22 = 4223mm2 ： 4284mm2140（2 2）基础短边方向因为该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，1 *1取：P- Pn.max Pn.min 286.98 108.85 =197.92 KPa22与长边方向的配筋计算方法相同，可得n- - n截面（柱边）的计算配筋值 AS 2369.66mm2,!IV - - w截面（变阶处）的计算配筋值As = 1917.16mm2。因此按AS,n在短边方向配筋，实际配：:12180。则钢筋根数 n 二 1=21, As =113.1 2 2375mm2 2369.66mm218010.10. 基础配筋大样图：见施工图11.11. 确定B B、C C两轴柱子基础底面