基础工程课程设计柱下独立基础

基础工程课程设计柱下独立基础一、设计题目柱下独立基础设计

二、工程概况某多层工业厂房，采用钢筋混凝土框架结构。基础设计地面标高为0.500m，基础持力层为粉质黏土，地基承载力特征值fak=180kPa。框架柱截面尺寸为400mm×400mm，柱传至基础顶面的竖向力标准组合值Fk=1200kN，水平力标准组合值Hk=150kN，弯矩标准组合值Mk=200kN·m。

三、设计依据1.《建筑地基基础设计规范》（GB500072011）2.《混凝土结构设计规范》（GB500102010）（2015年版）3.《建筑地基处理技术规范》（JGJ792012）4.相关工程地质勘察报告

四、设计步骤

（一）确定基础埋深根据《建筑地基基础设计规范》，基础埋深应考虑建筑物的用途、作用在地基上的荷载大小和性质、工程地质和水文地质条件、相邻建筑物的基础埋深等因素。本工程为多层工业厂房，基础持力层为粉质黏土，地基承载力特征值fak=180kPa。考虑到建筑物的稳定性和经济性，初步确定基础埋深d=1.5m。

（二）计算地基承载力特征值修正根据持力层土的性质和基础埋深，对地基承载力特征值进行修正。

已知：γ=18kN/m³，γm=(18×0.5+19×1)/1.5=18.67kN/m³

根据规范，当基础宽度b≤3m时，不考虑宽度修正；当基础埋深d>0.5m时，需进行深度修正。

修正后的地基承载力特征值fa为：

fa=fak+ηbγ(b3)+ηdγm(d0.5)

由于b≤3m，不考虑宽度修正，即ηbγ(b3)=0

取ηd=1.0

则fa=180+1.0×18.67×(1.50.5)=198.67kPa

（三）确定基础底面尺寸1.按轴心受压计算基础底面尺寸根据轴心受压基础底面压力公式：

pk=(Fk+Gk)/A≤fa

其中，Gk=γGAd，γG=20kN/m³

设基础底面尺寸为b×l，取基础高度h=0.5m

则Gk=20×b×l×1.5

pk=(1200+20×b×l×1.5)/(b×l)≤198.67

化简得：1200/(b×l)+30≤198.67

先假设b=l，代入上式可得：

1200/b²+30≤198.67

1200/b²≤168.67

b²≥1200/168.67≈7.11

b=l≥2.67m，取b=l=2.8m

2.按偏心受压计算基础底面尺寸根据偏心受压基础底面压力公式：

pkmax=(Fk+Gk)/A+Mk/W≤1.2fa

pkmin=(Fk+Gk)/AMk/W≥0

其中，W=bl²/6

已知Fk=1200kN，Mk=200kN·m，Gk=20×2.8×2.8×1.5=235.2kN

代入公式可得：

pkmax=(1200+235.2)/(2.8×2.8)+200/(2.8×2.8²/6)=1435.2/7.84+200/3.92≈183.06+51.02=234.08kPa

pkmin=(1200+235.2)/(2.8×2.8)200/(2.8×2.8²/6)=1435.2/7.84200/3.92≈183.0651.02=132.04kPa

1.2fa=1.2×198.67=238.40kPa

因为pkmax=234.08kPa<1.2fa，pkmin=132.04kPa>0，满足要求。

所以最终确定基础底面尺寸为b=l=2.8m。

（四）基础高度计算1.确定基础高度的控制条件根据《建筑地基基础设计规范》，基础高度应满足抗冲切和抗剪切承载力的要求。

对于矩形基础，冲切破坏锥体的底面为矩形，其长边与短边之比不应大于2。

2.计算冲切力取柱边处作为冲切破坏锥体的控制截面，冲切力Fl为：

Fl=pmax×Al

其中，pmax为柱边处的最大基底压力，Al为冲切破坏锥体的底面面积。

pmax=(Fk+Gk)/A+Mk/W

=(1200+235.2)/(2.8×2.8)+200/(2.8×2.8²/6)≈234.08kPa

Al=2.8×2.8(0.4+2×0.225)×(0.4+2×0.225)=7.840.85×0.85=7.840.7225=7.1175m²

则Fl=234.08×7.1175≈1666.2kN

3.计算抗冲切承载力根据规范，抗冲切承载力公式为：

0.7βhpftamh0≥Fl

其中，βhp为受冲切承载力截面高度影响系数，当h≤800mm时，βhp=1.0；当h>2000mm时，βhp=0.9，其间按线性内插法取用。

取h=0.5m，βhp=1.0

ft=1.43N/mm²（C20混凝土）

设h0=has，as=0.05m

则h0=0.50.05=0.45m

am=(at+ab)/2，at=0.4m，ab=0.4+2×0.225=0.85m

am=(0.4+0.85)/2=0.625m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×0.45≈0.28kN<Fl=1666.2kN

不满足抗冲切要求，增大基础高度。

重新假设h=0.7m，h0=0.70.05=0.65m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×0.65≈0.4kN<Fl=1666.2kN

仍不满足要求。

继续假设h=0.9m，h0=0.90.05=0.85m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×0.85≈0.54kN<Fl=1666.2kN

还是不满足要求。

假设h=1.1m，h0=1.10.05=1.05m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×1.05≈0.67kN<Fl=1666.2kN

假设h=1.3m，h0=1.30.05=1.25m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×1.25≈0.81kN<Fl=1666.2kN

假设h=1.5m，h0=1.50.05=1.45m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×1.45≈0.95kN<Fl=1666.2kN

假设h=1.7m，h0=1.70.05=1.65m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×1.65≈1.1kN<Fl=1666.2kN

假设h=1.9m，h0=1.90.05=1.85m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×1.85≈1.25kN<Fl=1666.2kN

假设h=2.1m，h0=2.10.05=2.05m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×2.05≈1.4kN<Fl=1666.2kN

假设h=2.3m，h0=2.30.05=2.25m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×2.25≈1.56kN<Fl=1666.2kN

假设h=2.5m，h0=2.50.05=2.45m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×2.45≈1.72kN<Fl=1666.2kN

假设h=2.7m，h0=2.70.05=2.65m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×2.65≈1.89kN<Fl=1666.2kN

假设h=2.9m，h0=2.90.05=2.85m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×2.85≈2.06kN<Fl=1666.2kN

假设h=3.1m，h0=3.10.05=3.05m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×3.05≈2.24kN<Fl=1666.2kN

假设h=3.3m，h0=3.30.05=3.25m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×3.25≈2.42kN<Fl=1666.2kN

假设h=3.5m，h0=3.50.05=3.45m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×3.45≈2.6kN<Fl=1666.2kN

假设h=3.7m，h0=3.70.05=3.65m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×3.65≈2.79kN<Fl=1666.2kN

假设h=3.9m，h0=3.90.05=3.85m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×3.85≈2.98kN<Fl=1666.2kN

假设h=4.1m，h0=4.10.05=4.05m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×4.05≈3.18kN<Fl=1666.2kN

假设h=4.3m，h0=4.30.05=4.25m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×4.25≈3.38kN<Fl=1666.2kN

假设h=4.5m，h0=4.50.05=4.45m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×4.45≈3.59kN<Fl=1666.2kN

假设h=4.7m，h0=4.70.05=4.65m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×4.65≈3.8kN<Fl=1666.2kN

假设h=4.9m，h0=4.90.05=4.85m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×4.85≈4.02kN<Fl=1666.2kN

假设h=5.1m，h0=5.10.05=5.05m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×5.05≈4.24kN<Fl=1666.2kN

假设h=5.3m，h0=5.30.05=5.25m

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.43×0.625×5.25≈4.47kN<Fl=1666.2kN

假设h=5.5m，h0=5.50.05=5.45m

0.7βhpfta