扩展基础设计计算书

1、邮电与信息工程学院课程设计说明书课题名称：钢筋混凝土扩展基础设计学生学号：专业班级：学生姓名：学生成绩：指导教师：苏滔课题工作时间：201768至 2017619一、课程设计的任务或学年论文的基本要求：1、设计条件某办公大楼基础拟采用独立柱基或联合基础，有关设计条件和资料如下：1） 结构平面尺寸及上部结构传至基础的荷载如附图1所示；2）工程地质条件根据工程场地岩土工程勘察报告，各土层物理力学指标如表1所示。表1各土层物理力学指标序 号土层名 称层厚m含水量%重度kN/m3孔隙比比重液 限塑性 指数液性 指数固结快剪压缩性指标承载力 特征值f akkPaC kPa© 度a1-2MPa-

2、1Es1-2MPa1素填土1.018.52粉质粘 土3.022.719.60.6702.7427.111.50.6226.412.20.218.02003淤泥质 粘土2.540.517.81.1602.7239.018.01.0211.014.00.602.54804砂土2419.80.7102.7416.614.00.5736.315.10.286.452203）材料：C25混凝土，基础板及基础连梁内纵向受力钢筋米用 HPB300或HRB335 级。2、设计说明书内容及要求1）确定基础结构布置方案；2）在结构布置方案的基础上进行基础板的内力计算及截面配筋设计；3）地基验算；4）写出完整的计算

3、书，字迹要工整美观，并用钢笔写或打印，插图可用铅笔画。设计计算应符合现行有关规范规定；5）每个学生完成1号图纸1张的基础施工图绘图工作量，内容有：（1）基础平面布置图；（2）基础板及基础连梁配筋图。6施工图应与计算书的内容相符合，构造合理，便于施工。7、施工图计算机或手绘完成，字宜用仿宋字体，线形、尺寸标注方法、图例等均 应符合房屋建筑制图统一标准和建筑结构制图标准指导教师签字：年 月日钢筋混凝土拓展基础设计计算书一、基础结构布置的选择本工程是办公大楼，上部结构采用框架结构体系。根据附图1中的结构平面 尺寸及上部结构传至基础的荷载和表 1中的工程地质情况，该办公大楼基础拟米 用浅基础中的扩展基

4、础或联合基础， 且扩展基础为柱下钢筋混凝土独立基础。 与 柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏型基础、箱形基础和壳体基础等相比较， 柱下钢筋混凝土独立基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。与无筋基础相比，柱下钢筋混凝土独立基础高度较小，适宜在基础埋置深度较小时使用，该条件符合该办公楼 的工程地质情况，由于号轴线的基础距离原建筑物边线只有0.4m,若设计为独立基础，其基础底面面积过小，导致其承载力不足，设计为号轴线与号轴 线二柱矩形联合基础较为经济、合理。其余轴线设计为钢筋混凝土独立基 础。由于柱网对称且方便施工，取轴线中轴力最大两个基础为

5、G1和G2，号轴线与号轴线二柱矩形联合基础来设计基础。二、持力层的选择及基础埋深的确定综合分析岩土工程勘察报告和气象资料，该办公大楼宜采用“宽基础埋 深”方案，以便加大基底至软弱下卧层的距离。、钢筋混凝土柱下独立基础G的相关计算1、计算钢筋混凝土柱下独立基础的初步尺寸：对于Gi基础，即传递于基础顶面的竖向力值为 Fk = 1531.7KN。(1)地基承载力特征值的修正：设基础埋深d 1.2m (基础底面到室外地面的距离)，此时由附表一可知地基持力层粉质粘土层，故承载力特征值fak 200kpa，又因埋深d 1.2m 0.5m,故还要对fak进行修正由表一可知粉质粘土层的空隙比e 0.6700.

6、85，且液性指数Il 0.62 0.85，重度为19.6KN /m3，地表土层为素填土，重度0.3，1.6 。18.7KN /m3，查承载力修正系数表可知 故基础底面以上土的加权平均重度为：18.5 1.0 19.6 0.218.7kN/m31.2故修正后的地基承载力特征值为:akd m(d 0.5)2001.618.7 (1.2 0.5) 221kpa（2）初步确定基础底面尺寸hw0 ,则得基础底面积为:由于地基深度范围内没有地下水，即.Fk1531.72怖A k7.78m2取faGd 221 20 1.217 78l 2d，即有b ,.：1.97m，取b 2m，则丨4m，由于b 2m 3m

7、，故不必进行承载力宽度修正。对于一般实体基础，基础自重 Gk GAd 20 2 4 1.2192 KN，基底平均压力为Pk Fk Gk 1531.7 理 215.5kPa fa 221kPa （可以） A2 42、地基的计算（1）地基软弱下卧层承载力验算由附表一可知，粉质黏土的压缩模量为Es18Mpa ，下一层土的压缩模量为Es2 2.54Mpa，故Es1 / Es2 3.1，因为软弱下卧层的深度为4米，故基底至软弱下卧层顶面的距离为z 4 1.22.8m，又因为基础的底面宽度为b 2m，所以有z/b 2.8/ 2 1.4 0.5，即查地基压力扩散角值表可知23：，tan 0.424，下卧层顶

8、面处的附加压力为：Pzlb(Pk Pc)(l 2ztan )(b 2ztan )4 2 215.5 (1.0 18.5 0.2 19.6)55 4kpa(4 2 2.8 0.424)(2 2 2.8 0.424)F卧层顶面处的自重压力为:Pcz18.5 1.0 19.6 3.0 77.3kpaF卧层承载力特征值为:Pczd zK 19N/m3进行深度修正:azakzd m(d z 0.5)80 1.6 19.3 (40.5)188.1 kpa再进行验算判断基础是否满足要求:Pcz Pz 77.3 55.4 132.7kpa faz 188.1kpa （可以）,故基础底面尺寸及埋深满足要求。（2

9、）地基的变形（沉降）验算1）求基底压力和基底附加应力基础及回填土的总重：GcAd 20 2 4 1.2 192 KN ；基底平均压力:1.35 1531.7 1924282.5kPa基地处的土中自重应力:cz md 18.7 1.2 22.4kpa基底平均附加应力：P0 Pcz282.5 22.4260.1kpa2）用分层总和法计算地基沉降结合表1中相关数据，可知第一、二层土和第三层土的附加应力分别为：-01 0.21、2 0.60，查建筑地基基础设计规范法可知第i层土体的压缩量如下式:JP）Esi（zzi 1 i 1）（公式1）式中F0-对应于荷载永久效应组合时的基底附加压力（kpa）；Es

10、i-基底底面下第i层土的压缩模量（Mpa ），应取土的自重应力至土 的自重应力与附加应力之和的应力段计算；z、zi 1 -分别为基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离；一i、- 1-分别为基础底面至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加 应力系数，可查表；根据公式和附表1中的数据，计算结果如下表所示：表3.1分层总和法计算地基最终沉降占八、号zz/bizi乙i 1乙1PoEs（mn）Si（mr）i0000.210000011.80.900.210.3780.3780.03212.1012.1024.32.150.601.501.1220.10112.20124.30为了提高计算精确度，规

11、范法规定地基总沉降按上式采用分层总合法得到各 层土体压缩量之和后尚需乘以沉降计算经验系数，于是得到沉降计算表达式为：（公式2）nP0/-)s(z i z 1 i 1丿EsiESi式中s -按分层总和法计算出的地基变形（沉降）量;S-沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料以及经验确定，也可以采 用规范推荐的数值；一J lZi 110.54Mpa，且 P0 0.75fak，查表i z i 1Z 1沉降计算经验系数见下表所示：E（Mpa ）地基附加应力2.54.07.015.020.0P0fak1.41.31.00.40.2F00.75 fak1.11.00.70.40.2表3.2沉降计算经验系数表

12、又因为Es f3.2根据内插法求得1 0-0 4s 1.0 (10.54 7) 1 =0.865，故基础最终沉降量为:15-7s s s 0.865 124.30 107.5mm四、G1基础的结构和构造设计1、计算确定基础高度4 - h0$ach0 11/2T 7k-l/2图4.1基础冲切计算示意图基底净反力设计值为PjF 1.35 1531.7bl24258.5kpa初选定柱截面尺寸为：ac bc 300 400 , h 600mm ,由于选用C25混 凝土，HPB300级钢筋，ft 1.27N / mm2，fy 270N/mm2，其最小保护层厚度为c 45mm，忽略钢筋边缘到钢筋中心的距离

13、，则基础的有效高度为h。600 45 555mm，见上图4.1所示，左边阴影部分的面积为：A（2 专 h0）b（2 号 h0（2 罗 0.555） 2（I 罟 0.55駢 2.5亦则混凝土的冲切力为:F, PjA 258.5 2.5646.25KN由于矩形基础一般沿柱短边一侧先产生冲切破坏，所以只需根据短边一侧 的冲切破坏条件确定基础高度，即要求：F, 0.7 hpftbmh°(公式3)式中 hp-受冲切承载力截面高度影响系数，当基础高度h不大于800mm时，hp取1.0 ；当h大于等于2000 mm时，hp取09其间按线性内插法取用;ft-混凝土轴心抗拉强度设计值；bm-冲切破坏锥

14、体斜裂面上、下(顶、底)边长 b、bb的平均值；h。-基础的有效高度；故抗冲切力为：0.7 hpftbmh0 0.7 hpft(bc ho)h0 0.7 1.0 1.27 103 (0.4 0.555) 0.555 471.2KN F,618.96 KN (不成立)故需要加大基础高度，重新取基础高度h 800mm，则h0 800 45 755mm，又 bc 2h0 0.4 2 0.755 1.91m b 2m，则此时的抗冲切力为：0.7 hp ftbmh0 0.7 hp ft(bc h0)h0 0.7 1.0 1.27 103 (0.4 0.755) 0.755775.2 KN F,618.9

15、6 KN （成立）因构造要求，基础分两级，下阶h1 400mm, h01 400 45 355mm，取l12m , b1 1m。变阶处截面：b1 2h011 2 0.3551.7 b 2m冲切力为：l l1b b 2PjmaxKq 小( h°1)4 22 1258.5 (0.355) 2 (0.355)2 328KN2 22 2抗冲切力为：0.7 hp ft (b1 h01)h01 0.7 1.0 1.27 103 (1 0.355)0.355427.6KN328 KN (成立)2、基础底板的配筋计算III IIIIIVIVIIac =3001=2000l=4000图4.2基础俯视图

16、(1)计算基础长边方向的弯矩设计值，取II截面(见上图4.2所示)1 2Mi 2；Pj(l 比)伽bc)丄 )24258.5 (4 0.3)2 (2 2 0.4) 648.8KN mMI648.8 106 亠亠 2AS13536mm0.9fyh。0.9 270 755(2)基础短边方向的弯矩，取II II截面(见上图4.2所示)ii24pj(bb8 2(2l比)丄 258.5 (2 0.4)2 (2 4 0.3) 228.9KN m24(3)在 III III1M iii 刃 pj(l(4)在 IVA511截面上有:2 1h)2(2b bj 刃ASIIIMm0.9fyh)1IV截面上有：228

17、.9 1060.9 270 755258.5 (4 2)2215.4 1060.9 270 35521248mm(2 2 1) 215.4KN m2497mm2Miv 右 Pj(b b)(2l l) =£ 258.5 (2 1)2 (2 4 2) 107.7KN mMivASIV1077 1061248mm20.9fyh010.9 270 355综上所述，比较Asi 和Asiii,Asi3536mm2Asm2497mm2，故按照A®配筋，所在2.0米范围内配14 18 , As 3560.8mm2,满足最小配筋率要求，比较Asii 和 Asiv , Asii 1248mm2

18、 Asiv 1248mm2 ，按构造 要求配 13 12As 1470mm2,满足相关要求，配筋图见下:00414A18图4.3基础板平面配筋图13A12垫层"/*04斗00 一00002 = b0001=13A12004= 614A18ac=300+t11=2000 1=4000图4.4基础板剖面配筋图五、钢筋混凝土柱下独立基础G2的相关计算对于Gi基础，即传递于基础顶面的竖向力值为Fk=930.4KN(1)地基承载力特征值的修正：设基础埋深d 1.2m (基础底面到室外地面的距离)，此时由附表一可知地基持力层粉质粘土层，故承载力特征值fak 200kpa，又因埋深d 1.2m 0

19、.5m ,故还要对fak进行修正。由表一可知粉质粘土层的空隙比e 0.6700.85，且液性指数Il 0.62 0.85，重度为 19.6KN / m3，地表土层为素填土，重度18.7KN /m3，查承载力修正系数表可知 b 0.3， d 1.6故基础底面以上土的加权平均重度为：18.5 1.0 19.6 0.21.218.7kN/m3故修正后的地基承载力特征值为:d m(d 0.5)2001.6 18.7 (1.2 0.5) 221kpa(2)初步确定基础底面尺寸由于地基深度范围内没有地下水，即hw 0，则得基础底面积为:Fk930.44.7m2cd 22120 1.2进行承载力宽度修正。对

20、于一般实体基础，基础自重 Gk GAd 20 2 4 1.2 192KN，基底 平均压力为Fk Gk 930.4 192/百小）、pk-140.3kPa fa 221kPa （可以）A2 42、地基的计算（1）地基软弱下卧层承载力验算由附表一可知，粉质黏土的压缩模量为Es1 8Mpa，下一层土的压缩模量为Es2 2.54Mpa，故Es1 / Es2 3.1，因为软弱下卧层的深度为4米，故基底至软2m，所23：，弱下卧层顶面的距离为z 4 1.22.8m，又因为基础的底面宽度为b以有z/b 2.8/2 1.40.5，即查地基压力扩散角值表可知tan 0.424，下卧层顶面处的附加压力为:lb(p

21、- Pc)pz (l 2ztan )(b 2ztan4 2 140.3 (1.0 18.5 0.2 19.6)(4 2 2.80.424)(2 2 2.8 0.424)33.8kpaF卧层顶面处的自重压力为:Pcz18.51.0 19.63.077.3kpaF卧层承载力特征值为:Pczd z77.31.2 2.819.3KN /m3进行深度修正:azakz d m(dz 0.5)80 1.6 19.3 (40.5)188.1 kpa再进行验算判断基础是否满足要求：Pcz Pz 77.3 33.8 111.1 kpa faz 188.1 kpa（可以），故基础底面尺寸 及埋深满足要求。（2）地基

22、的变形（沉降）验算1）求基底压力和基底附加应力基础及回填土的总重：G GAd 20 2 4 1.2 192KN ；基底平均压力:P倔 93°4 192181kPa基底平均附加应力：Po P cz 181 22.4 158.6kpa六、G2基础结构和结构设计1、计算确定基础高度 基底净反力设计值为PjFbl1.35 930.4Y4157kpa初选定柱截面尺寸为：ac bc 300 400， h 600 mm ,由于选用C25混凝土，HPB300级钢筋，ft 1.27N/mm2，fy 270N/mm2，其最小保护层厚度为c 45mm，忽略钢筋边缘到钢筋中心的距离，则基础的有效高度为h。6

23、00 45 555mm ,见图4.1所示，左边阴影部分的面积为：Ah°)b(2 bh。)20320.555) 2 (|0.4 0.555)22.5m2则混凝土的冲切力为:FiPjA 157 2.5 392.5KN由于矩形基础一般沿柱短边一侧先产生冲切破坏，所以只需根据短边一侧 的冲切破坏条件确定基础高度，即要求：Fi 0.7 hpftbmh°式中hp-受冲切承载力截面高度影响系数，当基础高度h不大于800mm时,hp取1.0 ;当h大于等于2000 mm时，hp取0.9,其间按线性内插法取用;ft-混凝土轴心抗拉强度设计值;bm-冲切破坏锥体斜裂面上、下（顶、底）边长 b、

24、bb的平均值;h0-基础的有效高度;0.7 hpftbmh。0.7 hp ft(bc h0)h。故抗冲切力为:0.7 1.0 1.27 103 (0.4 0.555) 0.555471.2KN Fl 392.5KN (成立)因构造要求，基础分两级，下阶h1 300mm， h01 300 45 255mm，取l1 2m , b1 1m。Mi1 224 Pj (l Q)(2b bc)57 (42420.3)(2 2 0.4) 394KN m(2)AAS10.9fyho基础短边方向的弯矩，取II0.9394 106270 55522921mmMii1 224Pj(b bc)2(2l ac)124(3

25、)在 III IIIMiii(4)在IVII截面157 (2（见图4.2所示）0.4)2 (2 4 0.3) 139KN mMii0.9fyhg6139 100.9 270 55521031mm截面上有:h)2(2b d)124157 (4 2)2(2 2 1) 130.8KN mAM川ASIII0.9fyh01IV截面上有:130.8 102111mm20.9 270 255Mivpj(b E)2(2I l)= 157 (2 1)2 (2 4 2) 65.4KN m24 j24b1 2h0112 0.2551.51 b 2m冲切力为：PjmaxKq 2 h°1)b ( 号4 22

26、12157 (0.255) 2 (0.255)2 107.5KN2 22 2抗冲切力为：0.7 hp ft (b1 h01)h01 0.7 1.0 1.27 103 (1 0.255)0.255284.5KN107.5KN (成立)变阶处截面：计算基础长边方向的弯矩设计值，取I I截面（见图4.2所示）2、基础底板的配筋计算（1）ASIVMiv0.9fyh°i65.4 1060.9 270 25521055mm综上所述，比较ASI和asiii,ASI2921mm2Asm2111mm2,故按照A®配筋，所在2.0米范围内配9 22 , As 3421mm2,满足最小配筋率要求

27、，比较Asii和 ASIV , Asii 1031mm2 AjIV 1055mm2，按构造要求配 13 12 , As 1470mm2 ,满足相关要求，配筋图见下：h1F-19A22'«113A12垫层图6.1G2基础板平面配筋图图6.2 G2基础板剖面配筋图6七、联合基础的相关计算1、确定地基持力层确定基础埋深d 1.2m （基础底面到室外地面的距离），柱子尺寸均为 300mm 400mm，此时由附表一可知地基持力层粉质粘土层，故承载力特征值2、确定地基承载力特征值fa由表一可知粉质粘土层的空隙比e 0.6700.85 ,且液性指数地表土层为素填土，重度lL 0.62 0.

28、85 , 重度为 19.6 KN / m3 ,18.7KN /m3，查承载力修正系数表可知b 0.3， d匸6 0故基础底面以上土的加权平均重度为:18.5 1.0 19.6 0.2m1.218.7kN/m3故修正后的地基承载力特征值为:faak d m(d 0.5)200 1.618.7 (1.2 0.5)221 kpa3、基础高度计算取 h h/63600 / 6600mm,h0600-45=555 mm4、计算基地形心位置及基础长度M10.4 8.7 0.65.62KN mM22.4 5.3 0.65.58KN m对柱2的中心取矩，由 M20得：F1l1 M2 M1887.5 3.6 5.625.58x°口 212.1mF1 F2622.7 887.52(0.2 x0)2 (0.2 2.1) 4.6m5、计算基础底面宽度(荷载采用荷载效应标准组合)柱荷载标准组合值可近似取基本组合值除以1.35，于是有:bFk1 Fk2(887.5 622.7)/1.35 伽l( faGd)4.6 (221-20 1.2)6、计算基础内力净反力设计值为：F1 F2