基础工程课程设计（柱下独立基础设计）

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COLLEGEOFSCIENCEANDTECHNOLOGYHNUT

课程设计报告书

课程名称：基础工程课程设计

设计题目：柱下独立基础设计

专业：建工班级：建工1003

学生姓名：学号：—

指导教师：_____________________

湖南工业大学科技学院教务部制

2021年12月9日

目录

1.引言

1.1基础课程设计目的

1.2基础课程设计基本要求

1.2.1.说明书（计算书）的要求

1.2.2.基础施工图纸的要求

2.柱下独立基础课程设计

2.1设计资料

2.2独立基础设计

2.2.1选择基础材料

2.2.2选择基础埋置深度

2.2.3求地基承载力特征值

2.2.4初步选择基地尺寸

2.2.5验算持力层地基承载力

2.2.6软弱下卧层强度验算

2.2.7沉降验算

2.2.8计算基底净反力

2.2.9基础高度

2.2.10变阶处抗冲切计算

2.2.11配筋计算

2.2.12基础配筋大详图

2.2.13确定©两轴柱子基础底面尺寸

2.2.14⑧、©两轴持力层地基承载力验算

2.2.15设计图纸

3.参考文献

4.附录

1.引言

“土力学与地基基础”课程是土木工程专业及相关专业的主干课程，也是重要

的专业课程。”土力学与地基基础课程设计”是“土力学与地基基础”课程的实践

教学环节，着手提高学生的综合应用能力，主要为了巩固与运用基础概念与基础知

识、掌握方法以及培养各种能力等诸多方面。

1.1基础课程设计目的

作为建筑类院校专业课的一种实践教学环节，课程设计师教学计划中德一个有

机组成部分；是培养学生综合运用所学各门课程的基本理论、基本知识和基本技能,

以分析解决实际工程问题能力的重要步骤；是学生巩固并灵活运用所学专业知识的

一种比较好的手段；也是锻炼学生理论联系实际能力和提高学生工程设计能力的必

经之路。

做设计是对学生能力的培养以及对学生所学知识的巩固，综合说课程设计的

有以下目的：

1.巩固与运用理论教学的基本概念和基础知识

2.培养学生使用各种规范及查阅手册和资料能力

3.培养学生概念设计的能力

4.熟悉设计步骤与相关的设计内容

5.学会设计计算方法

6培养学生图纸表达能力

7.培养学生语言表达能力

8.培养学生分析和解决工程实际问题的能力

1.2基础课程设计基本要求

1.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

②柱底荷载效应基本组合值：F=1937KN,M=390KN.m,V=129KN

持力层选③号土层，承载力特征值^=200kPa,框架柱截面尺寸为

500mmX500mm,室外地坪标高同自然地面，室内地外高差400mmo

2.2独立基础设计

2.2.1.选择基础材料

基础采用C25混凝土，HPB235级钢筋，预估基础高度0.8m。

2.2.2.选择基础埋置深度

根据柱下独立基础课程设计任务书要求和工程地质资料选取。

①号土层：杂填土，层厚约0.3m,含部分建筑垃圾。

②号土层:粉质粘土，层厚1.5m,软塑，潮湿，承载力特征值£*=170kPa。

③号土层：粘土，层厚1.2m,稍湿，承载力特征值£%=200kPa。

④号土层：细砂，层厚3.0m,中密，承载力特征值/>240kPa。

⑤号土层：强风化砂质泥岩，很厚，中密，承载力特征值以=300kP

拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性，地下水位于地表下1.5也

取基础底面高时最好至持力层下0.3nb本设计取③号土层为持力层,

所以考虑取室外地坪到基础底面为0.3十1.5+0.5=2.3m。由此得基础剖面图

示意图，如图所示：

基础剖面示意图

2.2.3求地基承载力特征值fa

根据粘土e=0.58,1/0.78,查表“=。3%=1.6

基底以上士的加权平均重度为

18x().3+20x1.5+0.5x09.4-10)………3

r.„=----------------------------=1435KN/nr

，n2.3

持力层特征值fa(先不考虑对基础宽度修正)

fa=fak+〃4，,“(d—0.5)=200+1.6x17.435x(2.3-0.5)=250.213K匕

上式d按室外地面算起。

2.2.4,初步选择基底尺寸

取柱底荷载标准值F..=1490kN,M=300KN,m,V,=99KN.

计算基础和回填土重Gk时的基础时的基础深度为

d=0.5x(2.30+2.7)=2.5m

基础底面面积为

Fk1490__________2_

A)==7.261w

fa-YG'd250.213-0.5x10-2.00x20

由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即

A=l.2AO=1.2X7.261=8.713/尸

初步选定基础底面积A=，.♦=3.6x2.4=8.6462,且b=2.4m<3.0m不需再

对fa进行修正。

2.2.5.验算持力层地基承载力

基础和回填土重为

Gk=YG••A=(0.5x10+2.00x20)x8.64=388.8KPa

偏心距为

Mk300+99x0.8

=0.202/??<—=0.6/〃

Fk+Gk1490+.388.86

Amin>。，满足。

n_Fk+Gk1490+388.8L6x0.202'

基底最大压力:rkmax—A1+----------------x1+

3.6x2.413.6,

=290.736KPa<1.2,4(=300.266KPa)

所以，最后确定基础底面面积长36〃，宽2.4m°

2.2.6.软弱下卧层强度验算（不需要验算）：

理由：由于软弱下卧层是指在持力层下，成层土地基受力层范围内，

承载力显著低于持力层的高压缩性土层。而此次持力层下方的土的承载力

明显高于持力层的承载力，所以本次设计不需要进行软弱下卧层的验算。

2.2.7.沉降验算（不要要睑算）：

理由：由于地基基础等级为丙级，又其上部结构为框架结构，则上部

框架结构的层数应小于7层；又因为在200W/.W300。因此根据参考文

献［1］可知该基础可不作地基基础变形验算。

2.2.8,计算基底净反力

取柱底荷载效应基本组合设计值：F,=H90kN,M「300KN.m,V/99KN.

”二=0255〃7

净偏心距390+129x0.8

研F1937

基础边缘处的最大和最小净反力

以max19376x0,255

二£(1^)二x(l±

lbI3.6x2.43.6

_319.47A4

=128.91攵户’

2.2.9.基础高度（采用阶梯形基础）

柱边基础截面抗冲切验算

I=3.6m>b=2Am,at=bc=0.5m,ac-0.5〃？。初步选定基础高度

h=SOO/??;??,分两个台阶，每阶高度均为400nvn的。

%=800—(40+10)=750/阳〃(有垫层)。

cib=%+2/?0=().5+2x0.75=2m<b=2Am,取c%=2.4加

500+2000

%+即=1250/77/77

2~r

因偏心受压，p〃取pnmax=31947KPa

冲切力：

)

耳=K,max2~~2~h{

=319.47xf----0.751x2.4-f----0.75

[22)I22

=613.33KPa

抗冲切力：

07月切力=0.7x1.0x1.27x103xl.25x0.75=833.44A7V>61333KN满

2.2.10.变阶抗冲切验算

由于有

at=仇=1.1〃?,a\—1.9/w,//Q।=400-50=350〃〃〃.

所以

c%=at+2h°]=1.1+2x0.35=1.8/77<2.4机

取ah=1.8m,因此，可得

4/+初_1.1+1.8

=1.45/77

~~2~2~

冲切力F产p〃m』g-十%J〃-g今飞)2]

4

=319.47x[----0.35)x2.4-(―---O.35)2]=383.274ba

2222

抗冲切力：

3

0.73hpftamhQ=0.7x1.0x1.27x10x1.45x0.35=451.16SKN>383..274KN.

满足要求。

2.2.11.配筋计算

配筋计算，如图所示：

选用的HPB235级钢筋，/v=210/V/W(1)基础长边方向

I-1截面(柱边)

柱边净反力：%,/=尸〃min+=^Nmax-e,min)

3.6+0.5

=128.91+x(391.47-128.91)

2x3.6

=237.42K匕

悬臂部分净反力平均值:

|(Cnnax+e,/)=JxG19.47+237.42)=278.452,

JL

=—x278.455X(3.6-0.5)2x(2x2.4+0.5)

24

=590.93MVm

590.93xl()6

Mi=4168.82〃〃〃2

AsJ

0.9/Qo0.9x210x750

IIHII截面（变阶处）

匕〃/=Emn+詈(匕皿一匕而n)=128.91+X(319.47-128.91)

=274.48KE

《产甘9(/-《3幻

=J-x31947+274.48又©上_1§)2.Qx2.4+91)

242

=2\0.99KNm

Mill210.99xl06.__

AA,w=-------=------------=3128Q9.57〃;〃，2

s、O.9/V/7O10.9X210X350

比较和A$/〃，应按41配筋，实际配16618@160

则钢筋根数：n=+1=16,A、.=254.5xl6=4072w〃J«168.8/??/?z2

160'4

(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，取：Pn=1(^,max+Pn,min)=1x(319.47+128.91)=224.19KPa

对n—ii截面

%|=£出一久尸⑵+生)

224199

=(2.4-0.5/(2*3.6+0.5)=259.66W

6

AA/n259.66xl()1OO12

ACII=-----------=------------=1S31.82"?"』

3,10.9fyhQ0.9x210x750

对于IV—IV截面

"”二今(1r(21+%)

22419o

=24(2.4-LI)2(2x3.64-1.9)=143.66AW-m

143.66*"

“iv

Aviv==2171.7/〃〃J

09fykl-0.9x210x350

比较公„和4八,，应按AsLI在短边方向配筋，实际配16中14@160；

查钢筋表可得：

n=2400/160+l=16

As=153.9x16=2770.2mm2

2.2.12.基础配筋大样图。

基础配筋大样图(见设计图纸)。

2.2.13.确定⑥、©两轴柱子基础底面尺寸

由柱下独立基础课程设计任务书得：13号题0、©两柱子基底荷载分

别如下。

®轴：I'=2050kN,M广285KN.叫V广105KN.

©轴：F「151OkN,M「380KN.in,V,=lOOKN.

由前面计算得持力层承载力特征值i=250.273kR/,计算基础和回填

土重G*时的基础埋深d=2.5m,®基础底面净反力为

A「=-----------------------=9.99/

°fa-rGd250.213-0.5x10-2.00x20

基础底面按20%增大，即

A=1.24二1.2x9.99=11.99/rz2

初步选定基础底面面积为A=lb=4.0x3.0=12,0m2(>11.99/n2)，且

b=3m,不需要再对，进行修正

©轴基础底面积为

FK1610…2

A----------------=-----------------------------------------=7.84m

"-fa-rGd250.213-0.5x10-2.0x20

基础底面积按20%增大，即

A=1.24=1.2x7.84=9.408〃，

初步选定基础底面积A=1xZ?=3.2x3-9.6>9.408,b=3m

不需要再对/修正。

2.2.14.@,©两轴持力层地基承载力验算

®、©两轴持力层地基承载力验算此处从略，不再详述。

2.2.15.设计图纸

根据以上的iI算，可以绘制出基础平面布置和@轴基础详图o

预留插筋同柱配箍图\

1­

-L9000

含

8

-2.700

\Z

CID混凝土垫层

A-A

设计说明：

1.±0.000相当于绝对标高见建筑图。

2.本工程特力层选用③号土层，地基承载力特征值。「200kPa。

3.基坑开至后需通知甲方及勘察单位验槽，符合要求后方可施工垫

层。

4.材料：混凝土C25,钢筋HPB235o

5.保护层：40mmQ

6.垫层做法：混凝土C10,厚100mm,出基础边100mm。

钢筋表

钢筋钢筋简图长度mm数量

编号规格

407216

(Du_________n

加42770.216

c-----------------------------------------------

③口18002

3.主要参考文献

[1]赵明华.土力学与基础工程.第3版.武汉：武汉理工大学出版社，

2009

[2]周景星.基础工程.第2版.北京：清华大学出版社，2007

[3]吴培明.混凝土结构(上).第2版.武汉：武汉理工大学出版社,2003

[4]《建筑结构荷载规范》(GB50009——2001).中国建筑工业出版社,

2002

[5]《建筑地基基础设计规范》(GB50097—2002).中国建筑工业出

版社，2002

[6]《混凝土结构设计规范》(GB50010——2001),中国建筑工业出版

社，2002

[7]程小川，周莉莉.土木工程专业土力学与地基基础课程设计指南.

第1版.北京：中国水利水电出版社，2009

4.附录

4.1柱下独立基础课程设计任务书

4.1.1设计题目

柱下独立基础设计

4.1.2设计资料

1、地形

拟建建筑场地已经四通一平（包括场地平整）。

2、工程地质条件

自上而下依次如下：

①号土层：杂填土，层厚约0.3m,含部分建筑垃圾。

②号土层：粉质粘土，层厚1.5m,可塑，潮湿，承载力特征值£L170kPa。

③号土层：粘土，层厚L2nb稍湿，承载刀特征值£%=200kPa。

④号土层：细砂，层厚3.0m,中密，承载刀特征值/>240kPa。

⑤号土层：强风叱砂质泥岩，很厚，中密，承载力特征值/>300kPa。

3、岩土设计技术参数

地基岩土物理力学参数如表1所示:

表1

土孔承载力

重度Y液性粘聚内摩压缩标准贯入

层隙特征值

土的名称(kN/m3指数力c擦角0模量Es锤击数

编比蠹

)h(kPa)(0)(MPa)N

号e(kPa)

①杂填土18

②粉质粘土200.650.8434137.56170

③粘土19.40.580.7825238.211200

④细砂210.623011.616240

强风化砂质

⑤221822300

泥岩

4、水文地质条件

(1)拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。

(2)地下水位深度：位于地表下1.8m。

5、上部结构荷载资料

zS

■r-c

g

§

d

in

o

括

z

■rA

250।250250250250Z5Q25Q25。ZaQ25Q250

T：6000600060006000;

30000

15

拟建建筑物是多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为500mmX500mm,

室外地坪标高同自然地面，室内外高差400面柱网布置如上图所示。

6、上部结构作用

上部结构作用在柱底的荷载效用标准组合值如表2所示，上部结构作用在柱

底的荷载效用基本组合如表3

表2柱底荷载效用标准组合值

耳・极匕

题号

0轴⑥轴©轴0轴@轴©轴0轴轴⑥©轴

197515481187140100198464844

2103216151252164125221556052

3109017201312190150242626657

4115018151370210175271717367

5121818731433235193297808374

6128218831496257218325869083

7133919701560284242355969589

814022057161830126637710210498

9150021001650330295395112109110

10159822051727365309428120117114

111360203015902502523601009892

12146020981635280275390105108102

1314902050161030028538099105100

表3柱底荷载效用基本组合

FMV

题号

Q）轴⑧轴©轴Q）轴⑧轴©轴0轴轴⑥©轴

1126820121544183130258606258

2134221001627214163288727867

3141822501706248195315818674

4149623601782274228353939588

515842435186330625138610410896

6166724481945334284423112117108

7174125622028369315462125124116

8182326742104391346491133136128

9195027302145429384514146142143

10207828662245455402557156153149

11176826392067325328468130127120

12189827272126364358507137140133

13193726652093390465494129136130

附钢筋表:

公称在下列钢筋根数时的截面面积()带肋钢筋

直径重量

计算外径

Kg/m

(mm直径

123456789(mm

)(mm)

)

628.357851131411701982262540.22267.0

850.31011512012513023524024520.39589.3

1078.51572363143934715506287070.5171011.6

12113.122633945256667979290510180.8881213.9

14153.93084626167709241078123213851.211416.2

16201.1402603804100512061407160818101.581618.4

18254.55097631018127215271781203622902.301820.5

20314.26289421256157018842200251328272.472022.7

22380.176011401520190022812661304134212.982225.1

25490.998214731964245429453436392744183.352528.4

28615.8123218172463307936954310492655424.332831.6

32804.2160824133217402148265630643472386.313235.8

7、材料

混凝土强度等级为C25~C30,钢筋采用HPB235、HRB335级。

8、地基基础等级：丙级。

4.1.3设计要求

每人根据所在的班级组号和序号从而确定题号(另见课程设计计划表),

然后采用相应设计资料，保质保量按时完成组号和题号中指定轴线的基础设

计。对于另外两个轴线的基础，只要求根据所给荷载确定基础底面尺寸，以

便画出基础平面布置施工图。要求分析过程详细（例如下卧层承载力和沉降

变形是否需要验算和计算，也要说明分析过程，参照基础工程课程设计指

南），计算步骤完整；设计说明中的编写应具有条理性，层次分明格式要规

范；图纸整洁清晰，布局合理，符合建筑结构制图标准。

1、设计内容

（1）设计柱下独立基础，包括确定基础埋置深度、基础底面尺寸，承载力

验算，沉降变形计算，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。

（2）绘制基础施工图，包括基础平面布置图、独立基础大样图，并提出必

要的技术说明。

2.对课程设计成果的要求（包括图表、实物等硬件要求）：

（1）设计计算书

【封面-目录-设计计算内容-参考文献-附录（包括任务书和钢筋选用表等

设计依据资料）致谢-封底一一用A4纸打印装订】

①确定地基持力层的基础埋置深度

②确定基础底面尺寸，验算地基承载力（包括下卧层的验算）

③地基变形验算（如不需要验算，也要说明分析过程）

④对基础进行抗冲切承载力验算,确定基础高度

⑤对基础进行正截面受弯承载力验算，确定基础底板配筋

（长向和短向的台阶及柱边截面都要有计算过程）

（2）设计图纸

依据国家制图标准《房屋建筑制图标准》（GB/T50001-2001）和《建筑结构

制图标准》（GB/T50105-2001）,采用铅笔手绘（用A1图幅），设计内容满足

规范的要求，图面布置合理，表达正确，文字规范，线条清楚，达到施工图

的要求。

①基础平面布置图，比例1:100

②独立基础大样图，比例1:10~1:20

③设计说明

注意：凡不