预制桩基础课程设计框架结构桩基础设计

目录

1.设计题目.........................................................1

2.设计荷载.........................................................1

3.地层条件及其参数................................................1

1)♦地形..........................................................1

2).工程地质条件...................................................1

3).岩土设计技术参数...............................................2

4).水文地质条件..................................................2

5).场地条件........................................................2

6).上部结构资料...................................................2

4.预制桩基设计.....................................................3

1).单柩承载力计算....................................................3

2).桩基竖向承载力特征值.............................................4

3).桩基竖向承载力验算...............................................4

4).承台设计.......................................................5

5).承台厚度及受冲以承载力验

算....................................6

(1).柱向下冲切验算...............................................6

(2).角桩冲切验算.................................................6

6).承台受剪承载力验算...........................................…..6

7).承台受弯承载力计算...............................................7

8).承台结构设计......................................................7

9).桩身结构设计......................................................7

10).桩身结构设计..................................................…..8

11).吊装验算..........................................................8

5.估算B.C轴线柱下桩数...............................................9

1).桩数估算..........................................................9

2).承台平面尺寸确定...............................................9

6.设计图纸.......................................................10

7.参考文件..........................................................10

基础工程课程设计

1.设计题目

此次课程实际题目：框架结构桩基础设计

2.设计荷载

题号：31号设计A轴柱下桩基，B,C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数(1)

柱底荷载效应标准组合值以下。

OA轴荷载:Fk=1256kNMk=172kN.MVk=123kN

OB轴荷载:Fk=1765kNMk=169kN.MVk=130kN

Oc轴荷载:Fk-1564kNMR-197kN.MVk-112kN

(3)柱底荷载效应基本组合值以下。

O/\轴荷载:F=1580kNM=198kN.MV=150kN

OB轴荷载:F=2630kNM=205kN.MV=140kN

Oc轴荷载:F=1910kNM=241kN.MV=138kN

3.地层条件及其参数

1).地形

拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。

2).工程地质条件

自上而下土层依次以下：

①号土层：素填土，厚度1.5m,稍湿，洪散，承载力特征值

fak=95kPa0

②号土层：淤泥质土，厚度3.3m,流塑，承载力特征值fak=65kPao

③号土层：粉砂，厚度6.6m,稍密，承载力特征值fak二HOkPa。

④号土层：粉质粘土，厚度4.2m,湿，可塑，承载力特征值fak=165kPa

⑤号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值fak=280kPao

3).岩土设计技术参数

________________________地基岩土物理力学参数

标准灌入

孔隙比含水量演性指数压缩模量

土层编号士名称锤击数

eW(%)11Es

N(次)

素填土

①一一—一5.0

淤泥质土

②1.0462.41.08—3.8

粉砂

③0.8127.6—147.5

粉质粘土

④0.7931.20.74—9.2

粉砂层

⑤0.58——3116.8

表1

表2桩极限侧阻力标准值qsk

土层编号士名称桩侧阻力qsk桩端阻力qpk

①素填土22一

②淤泥质土28一

③粉砂45—

④粉质粘土60900

⑤粉砂层752400

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

5).场地条件

建筑物所处场地抗震设防烈度7度，场地内无液化砂土，粉土。

6).上部结构资料

拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m,宽9.6m。室外地坪标高同自

然地面，室内外高差450mm。柱截面尺寸均％400X400,横向承重，柱网布

置如图A所表示。

L

4.预制桩基设计

建筑物基础设计方案采取混凝土预制桩，详细设计方案以下：室外地坪标高为

-0.45m,自然地面标高司室外地坪标高。该建筑桩基属丙级建筑基桩，拟采取截

面为400m*400ni混凝土预制方桩，以④号土层粉质粘土为持力层，桩尖深入

1.2m,设计桩长11.On,初步设计承台高0.6m,承台底面埋置深度-L60m,桩

顶伸入承台50mmo如图1所表示:

1).单桩承载力计算

依照以上设计，桩顶标高

12.6m,桩长11m。

单桩竖向极限承载力标准

图1

Q=Q+Q=uEq1+AqUk

skpkpsikippk

因为

Q=4X0.4X(1.5X22+3.3X28+6.6X45+1.2X60)=791.04kN

Q=0.4X0.4X900=144kN

则Q=791.04+144=935.04kN

uk

2).桩基竖向承载力特征值

承台底部地基土为较松软填土，压缩性大，所以本工程不考虑成太士效

应取nc=o,则有

R=R°7=935,04/2=467.52kNaK

依照上部荷载初步估量班数为n1256/467.52=2.69

R

a

取设计桩数为4根。

3).桩基竖向承载力验算

依照《建筑桩基技术规范》，当按单桩承载力特征值进行计算时.荷载应取

其效应标准组合值。因为桩基所处场地抗震设防烈度为7度，且场地内无可

液化砂土，所以入进行地震效应承载力验算。

依照班数及承台尺寸结构要求初步设计矩形承台，取承台变长为2.0m

X2.0m,矩形布桩，桩中心距取3.0d,贝Us=3X400=1200mm,取

s=1200mm,桩心距承台边缘为400mmo如图2所表示:

图2柱的布置麻台尺寸

承台及其上土壤总重为G=2.0X2.0X1.6X20=128kN

计算时取荷载标准组合，则

=FG

Q卜k=(1256+128)/4=346<R

(二467.52)kn

+My

Q=Q'—y"346+(172+123X1.6)XO.6/(4X0.6X

0.6)=346+153.67=499.67Q=Q

My

n,n

—y2=346-153.67=192.33…

所以

Q=499.67<1.2R(=1.2*467.52=561.024)

Q=192.33>0

kmin满足设计要求，故初步设计是合理。

4).承台设计

依照以上桩基设计及结构要求，承台尺寸2.0X2.0m,预估承台厚0.6m,承台

选取等级为C25混凝土，混凝土抗拉强度为ft=1.27N/mm2,抗压强度为f

c=11.9N/mm2；承台钢筋选取HRB335级钢筋，fy=300N/mm2.如图3所表示：

承台内力计算：承台内力计算采取荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为

Q——yy4=3680/4+(371+233X1.6)X0.6/4X0.6X0.6=

muxn

=F-My,

Q_—,yi=1580/4-182.5=395-182.5=212.5kN

rninH

i2

N二」二1580/4=395kN

n

5）.承台厚度及受冲切承载力验算

为预防承台产生冲切破坏，承台应具备一定厚度，初步设计厚度0.6m,承

台底保护层厚度80mm,则h=600-80520mm。分别对柱边冲切和角桩冲切进行

计算，以验算承台厚度的合理性。（1）.柱向下冲切验算承台受桩冲切承载力

应满足下式：

FW2{B(b+a)+B(a+a)}Bfh

1Oxcoyoycoxhpt0

式中：a=0.2a/h=0.38P=0.84/(0.2+X)=1.45a=0.2

ox

X=a/h=0.38B=0.84/(0.2+X)=1.45b=a=0.4mP=1.0

oxoxoOyoxcchp

2{P(b+a)+B(b+a)}3fh

Oxcoyoycoxhpt0

=2X{1,45X(0.4+0.2)+1.45X(0.4+0.2)}XIX1270X0.52

=2298.19kN>F(=1580kN)

故厚度为0.6m的承台能够满足柱对承台冲切要求。

(2).角桩冲切验算承台受角桩承载力应满足下式：

a

NW{3(c+"力+P(c+lxH-pfh

lx22ly12hpt0

B为Nl=Nmax=577.5kN,从角班内边缘至承台边缘距离为

c=c=0.6ma=0.2ma=0.2mX\互2/0.52=0.38人

lxlylxh

0

a=0.56、=0.5£

纥=0.38B=0.56/(0.38+0.2)=0.97P

=0.97

lyh0.20.2

0lxly

抗冲切力二｛B(c\_)+B(c\)TPfh=896.82kN>N.(=577.5kN)

1X221y12hptomax故厚度为0.6口承台能够满足角桩对承台冲切要

求。

6).承台受剪承载力验算

承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成斜截面处，剪切力V必须小于抗剪切

力，即满足：

Bfbh对于bI截面：

hst0.

A=0.2mX\=0.2/0.52=0.38P=1.75/X+1=1.27

ixxh

B=(800/h)i/4=l.11b=2.0mV=2X577.5=1155kN

hs0

抗剪切力=1.11X1.27X1270X2.0X0.52=1861.93kN>l155kN

故满足抗剪切要求。对于口-口截面:

a=0.2mX=0.2/0.52=0.38B=1.75/入+1=1.27

iyy

P=(800/hO)i/4=l.11b=2.OmV=2X395=79CkN

抗剪切力=1.11X1.27X1270X2.0X0.52=1861.93kN>790kN故满足抗剪切要

求。

7).承台受弯承载力计算承台计算截面弯矩以下：对于「I截

面，取基桩净反力最大值N/max=577.5进行计算，则

x=600-200=400mm=0.4mM=£Nx=2X577.5X

iyii

M

0.4=462kN.mA-y

81

=462X106/(0.9X300X520)=329lmm20.9h

yo

所以，承台x轴方向选取二级钢筋18@145,钢筋数为n=/145+l=14取，

14418@145实际钢筋As=3562mn%满足要求。对于口-口截面,取基桩净反力平

均值N=395进行计算，此时

x=600-200=400mm=0.4m

则M=£Ny=2X395X0.4=316kN.m

Xii

=M

Ax=316

5

X106/(0.9X300X520)=2250.9hyo

所以，承台y轴方向选取12二级直径16@180,钢筋根数为n=/180+l=12,取12

根二级直径16@180,实际钢筋As=2412nw,满足要求。8).承台结构设计

混凝土桩桩顶伸入承台长度为50nlm,两承台间设置连系梁，梁顶面标高-

0.8m,与承台平齐，依照结构要求，梁宽250nlm,梁高400mm,梁内主筋上下共

四根一级钢筋直径12通长配筋，箍筋采取一级钢筋直径为8间距为200.承台底

做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。

9).桩身结构设计预制桩桩身混凝土强度等级选取C30,钢筋

选取HRB335级。依照《建筑桩基技术规范》，桩顶轴向压力应

符合以下要求：

(e3Nfa

ccpa

FG+My

N-yyt=(1580+128)/4+(198+150X1.6)

xo.2/4Xmaxn

0.22=427+547.5=974.5KN

计算桩基轴心抗压强度时，通常不考虑压屈影响，故取稳定系数<1)=1;对于预制

桩，基桩施工工艺系教il)c=0.85；C30级混凝土，fc=14.3N/mm2,则

0A=1XO.85X14.3X10(sX0.42

cc

二1944.8kN>N(=974.5kN)

Bax

故桩身轴向承载力满足要求。

10).桩身结构设计

了桩身按结构要求配筋，选取8根直径为14HRB335级钢筋通长配筋；筵筋

选取直径为6HPB300级钢筋,间距200mH1,距凹顶2m范围内间距50mm,距驻顶

2-4m范围内间距100mm。采取打入法沉桩，桩顶没置三层直径为6,间距为50mm

钢筋网，桩尖全部主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖0.6m范围内箍筋加密，间距

50mm,桩身主筋混凝土保护层厚30mm。

11).吊装验算

因为桩长度不大，桩身吊装时采取二点起吊，吊点位置如图4所表示。

哪吊点

起吊点距桩两端距离为

a=0.2071尸0.207X11=2.277m

则吊起时桩身最大弯矩为

M=0.0214kqL=0.0214X1.2X(0.42X25)Xll2=12.43kN.m

桩身配筋验算；混凝土采取C30级，钢筋采取HRB335级，则

fc=14.3N/nun2,fy=300N/mm2,因为b=400mm,h=400-40=360mm,每边配3

根直径为14一级

o钢筋，As=461N/mm2,

则

X=fA/afb=(300X461)/(1.OX14.3X400)=24.18mm

yS1c

M=afbx(h-_x)

o2

,~24.以

=1.0X14.3X400X24.18X(360)

2

=48.12X10eN.mm

=48.12kN.m所以M

>Mui故桩身配筋满足

吊装要求。

5.估算B.C轴线柱下班数

1).桩数估算

设计BC轴线下桩基础方法和A轴线下相同。单桩极限承载力标准值为

935.04KN,基桩竖向承载力特征值为467.52KN.

OB轴柱下荷载标准组合值为Fk=1765kNMk=169kNVk=130kN依照

OB轴下荷载初步估算OB轴柱下根数，

F

n=『二1765/467.52=3.8取n=4R

则OB轴下设计桩数为4根。

Oc轴柱下荷载标准组合值为Fk=156妹NMk