土力学与基础工程___课程设计

1、基础工程课程设计指 导 书指导教师：赵振华 戴自然贵州师范大学材料与建筑工程学院2015-12基础工程课程设计任务书一、教学要求根据本课程教学大纲的要求，学生应通过本设计掌握天然地基上的浅基础设计的原理与方法，培养学生的分析问题、实际运算和绘制施工图的能力，以巩固和加强对基础设计原理的理解。二、设计任务设计某办公楼的基础，根据上部结构及地基条件用柱下独立基础。三、设计要求设计依据建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）和混凝土结构设计规范（GB50010-2002）。四. 设计资料1、上部结构资料：上部结构为四层框架，层高，框架、主梁、次梁、柱为现浇整体，主梁，次梁,楼板厚,柱截面,室

2、内外高差。2、下部地基资料：该建筑位于非地震区,不考虑地震影响。建筑场地地质情况复杂，地质由杂填土、亚粘土、淤泥质亚粘土及细粉砂组成（表1）。各层地基土的物理力学指标见下表。图1 柱网平面图土层编号土层名称层底深度 （m）kN/m3 (%)ILEskPaCkPa°fakPa人工填土1.518亚粘土6.519.535.30.950.6551002816180淤泥质亚粘土13.11836.01.101.012002411105粉、细砂19.119950030160注:地下水位于粉、细砂层底3、基础选用材料：基础混凝土选用，钢筋选用，垫层采用素混凝土，100厚。五设计步骤1、根据地质条件确

3、定基础的埋置深度2、根据地基承载力与荷载计算基底面积，并进行软弱下卧层验算：对于偏心受压基础两边长之比一般L/B2，最大不超过3。3、根据建筑层数及地质条件确定基础类型4、地基变形验算5、基础剖面设计与结构计算（1）按冲切强度要求，设计底板高度。（2）根据柱边或变阶处的弯矩值进行底板配筋计算。6、绘制基础施工图，编写施工说明书。设计要求：1、设计A、B、C柱下独立基础；2、计算A、B、C柱下独立基础；3、绘制施工图（基础平面图（局部）,基础详图）及编写施工说明。提示 ：1、熟悉题目要求及场地工程地质条件；2、选择持力层、确定基础埋深；3、确定基础类型及材料；4、按容许承载力确定基础尺寸；5、下

4、卧层强度验算；6、分别计算A、B、C柱基础沉降；7、按允许沉降差调整基底尺寸；8、基础高度验算；9、配筋计算；10、绘制施工图。六设计参考进度第一天：布置设计任务，阅读设计任务书、指导书及设计例题，复习有关课程内容。第二天第三天：进行基础计算；第四天第五天：绘制基础施工图。七设计成果要求1、设计说明书要求写出完整的计算说明书，包括荷载计算，基础类型及材料选择、埋深确定、底面尺寸确定、剖面尺寸确定及配筋量计算。2、图纸绘制A3号图（独立基础平面、剖面图）。一张为手绘。注：1、弯矩作用于跨度方向； 2、无深基施工机具。八设计成果要求成绩评定与考核标准实践技能考核实行等级制，分优秀、良好、及格、不及

5、格四个等级。技能考核不及格者，需重新进行技能训练，然后进行补考，直至达到标准等级为止。关于技能考核成绩等级的界定：优秀：能独立、熟练掌握该项技能。良好：能独立掌握该项技能。及格：基本掌握该项技能。不及格：不能掌握该项技能（凡不及格者不能毕业）。课程设计的目的是使学生巩固所学的专业理论知识，结合具体（或模拟）工程，初步掌握方案的设计程序，掌握设计说明书的编写方法，设计图纸的绘制。初步训练学生查阅规范、手册标准图集、产品样本等设计资料的能力。1、优秀A课程设计内容完整，分析问题正确，计算准确。B设计中能正确地综合运用本课程基础知识，熟练正确掌握课程设计方法，能做到理论联系实际。C全面完成规定的设计

6、任务，说明书内容完整，分析透彻，字迹工整，有关计算准确清晰。设计图纸符合制图标准要求，质量高。2、良好A课程设计内容完整，分析问题正确，计算准确。B能完成规定的全部设计任务，说明书内容完整，分析较全面，书写整洁，有关计算正确。设计图纸符合制图标准要求，质量较高。3、中等介于良好和及格的评分标准之间。4、及格A课程设计内容完整，分析问题基本正确，计算无原则性错误。B能完成规定的设计任务，说明书内容基本完整，计算基本正确。设计图纸基本符合制图标准要求，质量一般。5、不及格A课程设计内容不完整，有严重的原则性错误，设计内容没有达到基本要求或没有完成规定的设计任务。B设计时不加消化地照搬照抄。设计图纸

7、不符合制图标准要求，质量差。13目录1 基本条件确定12 确定基础埋深13 确定基础类型及材料14 确定基础底面尺寸14.1 确定A柱基底尺寸24.2持力层承载力验算25 软弱下卧层验算26 计算柱基础沉降36.1 确定基础沉降计算深度Zn36.2 沉降计算36.3 Zn校核46.4 确定沉降经验系数47 基础高度验算47.1 计算基底反力47.2基础高度（选用阶梯形基础）47.3变阶处抗冲切验算57.3.1第一阶基础截面抗冲切验算（见附录2）57.3.2 第二阶基础截面抗冲切验算（见附录3）58 配筋计算68.1 基础长边方向68.2基础短边方向7附录1柱与基础交接处8 附录2基础第一变阶处

8、9附录3基础第二变阶处10附录4基础配筋及尺寸111 基本条件确定人工填土不能作为持力层，选用亚粘土作为持力层。柱标准组合准永久组合基本组合A柱N（kN）204018352758M（kN.m）298268465土层编号土层名称层底深度 （m）kN/m3 (%)ILEskPaCkPa°fakPa人工填土1.518亚粘土6.519.535.30.950.6551002816180淤泥质亚粘土13.11836.01.101.012002411105粉、细砂19.1199500301602 确定基础埋深选择基础埋深根据设计任务书中给出的数据，人工填土d=1.5m，因持力层应选在亚粘土层处，故

9、取d=2.0m。3 确定基础类型及材料 基础类型为：柱下独立基础基础材料：混凝土采用C20，钢筋采用HPB335。垫层采用素混凝土 ，100mm厚。4 确定基础底面尺寸根据亚粘土e=0.95，IL=0.65，查表得d=0，b=1.0，因d=2.0m。基础底面以上土的加权平均重度： 01=18.0×1.5+19.5×2.0-1.52.0=18.375 KNm3地基承载力特征值（先不考虑对基础宽度进行修正）：fa=fa1+d.m1d-0.5=180+1.0×18.375×2.0-0.5=207.56 KPa4.1 确定A柱基底尺寸A0FKfa-Gd=2040

10、207.56-20×2.0=12.17 m2 由于偏心力矩不大，基础底面面积按30增大，即A=1.3A0=15.82 m2，一般l/b=1.22.0，初步选择基础底面尺寸：A=lb=5.3×3.0=15.90m2。4.2持力层承载力验算基础和回填土重：G=ddA=20×2.0×15.90=636 KN 偏心距：ek=2982040+636=0.111 m<l6=5.36=0.883 m 基础底面处的平均压力值： Pk=FK+GKA=2040+63615.90=168.3 KPa<fa=207.56 KPa基础底面边缘的最大压力值：Pk max

11、=Fk+GkA1+6el=168.3×1+6×0.1115.3=189.45 kPa<1.2fa=249.07 kPa基础底面边缘的最小压力值：Pk max=Fk+GkA1-6el=168.3×1-6×0.1115.3=147.15 KPa>0满足要求。确定该柱基础底面长l=5.3m，b=3.0m。5 软弱下卧层验算软弱下卧层顶面处自重应力：Pcz=18.0×1.5+19.5×6.5=153.75 kPa软弱下卧层顶面以上土的加权平均重度：m2=153.758.0=19.22 kN/m2由淤泥质亚粘土e=1.10，IL=1

12、.0，查表得：d=1.0，b=0faz=105+1.0×19.22×8.0-0.5=249.15 kPa由Es1Es2=52001200=4.25，以及zb=8.0-2.03.0=1.54>0.5，查表得地基压力扩散角=24.25°软弱下卧层顶面处的附加压力：Pz=lbPK-mdl+2ztanb+2ztan =5.3×3.0168.3-18.375×2.05.3+2×6.0×tan24.25°3.0+2×6.0×tan24.25°=23.24 kPa验算：Pz+Pcz=23.24

13、+153.75=176.99 kPa<faz=249.15 kPa（满足）6 计算柱基础沉降基础底面处的自重应力：cz=md=18.375×2.0=36.75 kPa 基底压力：P=F+GA=1835+63615.90=156.54 kPa 基底附加压力：P0=P-CZ=156.54-36.75=119.79 kPa 6.1 确定基础沉降计算深度Zn因为不存在相邻荷载的影响，可按下式估算基础沉降计算深度Zn：Zn=b2.5-0.4lnb=3.0×2.5-0.4ln3=6.18 m取6.2m因 ，故 。按该深度，沉降量计算至淤泥质亚粘土层。6.2 沉降计算沉降见表。其中

14、应用 “角点法”，即将基础分为4块相同的小面积，查得的平均应力系数应乘以4。A柱基础最终沉降量计算表点号P0Esi105.33.0=1.77040.2500=1.000024.02.6740.1691=0.67642705.62705.60.2303760.3235.63.7340.1389=0.55563111.36405.760.230379.3546.24.1340.1256=0.50243114.883.520.999750.3572.020.0049 6.3 Zn校核根据规范规定，计算出Sn=0.049mm，并除以72.02mm），得0.00490.0250，表明所取=6.2m符合要

15、求。6.4 确定沉降经验系数Es=AiAiEsi=P0zii-zi-1i-1P0zii-zi-1i-1Esi =3114.880.60127=5180.5 kPa=5.18MPaP0=119.79<0.75fak=0.75×180=135 kPa，查表得=0.882则基础最终量： S=SSi=0.882×72.02=63.52 mm7 基础高度验算7.1 计算基底反力偏心距：eno=MF=4052758=0.147 m <b6=3.06=0.5 m 基础边缘处的最大和最小净反力： Pnminnmax=Flb1±6enol=27585.3×3.

16、01±6×0.1475.3= 144.59 kPa202.33 kPa7.2基础高度（选用阶梯形基础）柱边基础截面抗冲切验算（见附录1）l=5.3m,b=3.0m,at=bc=0.4m,ac=0.5m，初步选择基础高度h=1000，从下至上分300，300，400三个台阶，（有保护层）， 。at+2h0=0.4+2×0.95=2.3m<b=3.0m，取ab=2.，因偏心受压冲切力：Fl=Pnmaxl2-ac2-h0b-b2-bc2-h02 =202.33×5.32-0.62-0.95×3-3.02-0.420.952=825 kN抗冲切力

17、：0.7hpftamh0=0.7×0.987×1.10×103×0.95×0.55=974.69 kN>825 kN。可以。结论：柱边对基础抗冲切强度满足要求。7.3变阶处抗冲切验算7.3.1第一阶基础截面抗冲切验算（见附录2）h1=600mm，hp=1.0，h01=600-50=550mm，a1=2.2m，b1=at=1.4m，at+2h01=1.4+2×0.55=2.5m,<b=3.0m，取ab=2.5m,am=at+ab2=1.4+2.52=1.95m冲切力：Fl=Pnmaxl2-ac2-h01b-b2-bc2-h0

18、12 =202.33×5.32-2.22-0.55×3.0-3.02-1.52-0.552=598.9 kN抗冲切力：0.7hpftamh0=0.7×0.987×1.10×103×1.95×0.55=825.8 kN>598.9 kN。可以。7.3.2 第二阶基础截面抗冲切验算（见附录3）h2=300mm，hp=1.0，h02=300-50=250mm，a2=3.8m，b2=at=2.2m，at+2h02=2.2+2×0.25=2.7m,<b=3.0m，取ab=2.7m,am=at+ab2=2.2+2.

19、72=2.45m冲切力Fl=Pnmaxl2-ac2-h01b-b2-bc2-h012 =202.33×5.32-3.82-0.25×3.0-3.02-2.22-0.252=298.9 kN抗冲切力：0.7hpftamh0=0.7×0.987×1.10×103×2.45×0.55=471.6 kN>298.9 kN。可以。8 配筋计算选用HPB335钢筋，fy=300 N/mm2 A柱配筋计算（见附录4）8.1 基础长边方向-截面（柱边）柱边净反力:Pn=Pnmin+l+ac2lPnmax-Pnmin=144.59+5.

20、3+0.52×5.3202.33-144.59=176.18 kPa悬臂部分净反力平均值:12Pnmax+Pn=12×202.33+176.18=189.26 kPa弯矩:M=124Pnmax+Pn2l-ac22b+bc =124×189.26×5.3-0.522×3.0+0.4=1162.8 kNmAs=M0.9fyh0=1162.8×1060.9×300×950=4533.3 mm2-截面（第一变阶处）Pn=Pnmin+l+a12lPnmax-Pnmin=118.9+5.3+2.22×5.3202.33-144.59=185.44 kPaM=124Pnmax+Pn2l-a122b+b1 =124×202.33+185.4425.3-2.222×3.0+1.4=574.5 kNmAs=M0.9fyh0=574.5×1060.9×300×550=3575.4 mm2-截面（第二变阶处）Pn=Pnmin+l+a22lPnmax-Pnmin=118.9+5.3+3.82×5.3202.33-144.59=194.16 kPaM=124Pnmax+Pn2l-a222b+b2 =124×202.33+194.1625.3-3