基础工程设计.pdf

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1、 基础工程 课程设计 任务书及指导书 适用课程：基础工程 土力学与地基基础 单 位：襄樊学院建筑工程学院 2012.2 基础工程课程设计任务书 学生姓名 学号 专业 （一）上部结构资料 某框架结构柱网图如下，边柱与角柱截面为 400*400mm2，中柱截面为 500*500 mm2，柱间距均为 6m。F1=（600+学号后两位数字）kN=，F2=（1100+学号后两位数字）kN=，F3=（2000+学号后两位数字）kN=。F3F3F2F2F2F2F1F1F1F1F2F2（二）地质资料 经探测，地层岩性及土的物理力学性质如下表。地下水埋深为 5m，无腐蚀性。层号 土名 状态 密 实度 厚度 密度

2、 含 水量 孔 隙比 c(kpa)IP IL 压 缩系数 标贯击数 压 缩模量 m g/cm3%Mpa-1 N63.5 MPa 1 人工填土 可塑 稍密 见 下表 2.02 2 粉土 可塑 中密 见 下表 2.02 21 0.6 5 18 7 0.21 0.21 12 8 3 粉质粘土 软塑 中密 5 2.01 23.9 0.75 14 18.2 12 0.82 0.35 6.6 5.6 4 粉土 可塑 中密 2 2.02 25 0.66 6 20 11.4 5 粉土 可塑 密实 未 揭开 2.02 25 0.61 5.4 28 20.4 填土层和粉土层的厚度（单位：m）分别为：学号 1-10

3、 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 填土 2.0 2.0 2.0 1.5 1.5 1.5 1.0 1.0 1.0 粉土 3.5 4.0 4.5 4.0 4.5 5.0 5.0 5.5 6.0 根据学号，选择填土层厚度为 ，粉土层厚度为 。（三）设计内容：方案一：钢筋混凝土柱下独立基础；方案二：柱下条形基础 方案三：桩基础 柱下独立基础设计步骤及内容 1.选择持力层，设定埋深 2.计算地基承载力特征值，并修正 3.计算基础所需底面尺寸 4.计算各基础的沉降量（只考虑正交方向相邻基础的影响），并验算沉降差是否满足要求，如不满足要求则调整

4、基础大小后再验算 5.验算软弱层强度，调整基础埋深 6.设计各基础剖面，并计算配筋 6.绘制施工图。要求：1.计算书要求手写，采用 A4 白纸，字迹工整，计算步骤齐全，内容完整，计算简图线条清晰，比例正确；2.图纸要求手绘、电脑绘制都可以，用 A3 纸打印，包括一张基础平面布置图，一张基础剖面及平面配筋详图。图纸出现两份及两份以上雷同者，包括原创者，成绩均为不及格。3.上交成果时，任务书、计算书、图纸依序装订在一起。柱下独立基础设计范例 钢筋混凝土柱下独立基础设计 2、1、1 选择持力层 因为下卧层有软弱层，故基础要浅埋，基础埋深 d=2 米。混凝土强度等级：C20,fc=9.60N/mm2

5、钢筋级别：HRB335,fy=300N/mm2 基础与覆土的平均容重：20.00kN/m3 作用力位置标高：0.000m 基础混凝土保护层厚度：45mm 2、1、2 计算地基承载力特征值，并修正 承载力特征值：标贯数为 12，由此查表计算可知：承载力 fak=140)1012(1015140180=156kpa 查表有深度修正系数为 2 所以)5.0()3(dbffmdbaka=kpa6.216)5.02(2.202156 2、1、3 计算基础所需底面尺寸 有三种荷载设计值 F1=735KN F2=1435KN F3=2035KN 荷载标准值分别为 FK1=544.44KN FK2=1062.

6、96KN FK3=1507.41KN 又有公式 dfFbaK20 方柱下基础底面选择方形，带入上面数据就有：对应的基础尺寸最小值为 1.7558m 2.4534m 2.9216m 初选基础地面宽度 b 为：1.8m 2.5m 3m 2、1、4 验算软弱层强度和沉降量 基底处总竖向力 Fk+Gk(KN)=dbFK220 带入数据得总竖向力分别为：674.04KN 1312.96KN 1867.41KN 基底平均压力 Pk(kpa):2bGFPKKK 带入数据得 Pk 分别为：208.038 kpa 210.074 kpa 207.490kpa 可见：Pk 均小于地基承载力特征值 fa=216.6

7、kpa，所以持力层承载力验算通过，后面由于调整沉降差改变了基础尺寸，再做验算。又有：43.16.5821ssEE ，z/b 分别为：67.18.13 2.15.23 133 查表内插法计算=23+（25-23）/2*(1.43-3)=21.43 tan=0.39247 下卧层顶面的附加应力z（kpa)为：22)tan2()(zbPbcdKz，带入数据计算分别为：31.464kpa 44.993kpa 52.445kpa 下卧层自重应力cz（kpa)：zdczm kpacz101)32(2.20 下卧层kpazdczm2.20)32(101 又有下卧层标贯数 6.6，所以 kpafak8.112

8、)106.6(5140180140 修正承载力：kpadbffmdbaka6.294)5.02(2.2028.112)5.0()3(而z+cz=132.464kpa，145.993kpa，153.445kpa,均小于 faz=294.6kpa，所以下卧层承载力验算通过。持力层图的变形模量 Eo=8，泊松比 u=0.4，柔性基础影响系数 Wm=0.95*由于 F2 的相邻基础情况有两种，故记作 F21，F22 F1=734.6KN,F21=1434.6KN,F3=2034.6KN,1434.6KN mnnbE021 带入四组数据分别得：0.05542，0.0399，0.03325，0.0399

9、00557.0684.011202LEjk 所以，各个基础的沉降量kjkjjjFFS，带入数据有：56.69174mm，76.7582mm，102.958mm，80.6575mm 查表得相邻基础沉降差小于 0.002L=0.0026000=12mm，调整基础尺寸，修正后基础尺寸 b(m)b1=1.8m,b21=3.2m,b3=5.4m,b22=3.4m 修正后nn(mm/KN)分别为：mnnbE021 0.055416667，0.031171875，0.018472222，0.029338235 修正后JK(mm/KN)=0.005570423 所以修正基础尺寸后沉降：56.6917413mm

10、,64.23682034mm,72.89115313mm 65.50557699mm,沉降差均小于限值，符合要求。*具体下卧层沉降量计算见计算表 39 列至 51 列。根据改变后的基础尺寸，再一一验算前面的指标：基底处总竖向力 Fk+Gk(KN)=dbFK220：674.04 1472.56 2673.81 1525.36 基底平均压力 Pk(kpa):2bGFPKKK 208.038409 143.8049769 91.694356 131.9518134 前计算得知：kpafa6.216，可见akfP 持力层承载力验算通过。下卧层顶面的附加应力z（kpa)为：22)tan2()(zbPbc

11、dKz，带入数据计算分别为：31.4639156 34.31629655 24.872127 31.95658231 进而求得：101zczz 132.463916 135.3162965 125.87213 132.9565823 前面计算得知：kpafa6.294，可见aczzf 下卧层承载力验算通过。2、1、5 设计基础剖面，并计算配筋 地基净反力设计值 Pj（kpa)，2bFPj 带入数据可得结果分别为：226.85 kpa，140.14 kpa，69.79 kpa，124.13 kpa，要考虑25.0tan 这个条件，综合考虑：取 h 值分别为 350mm，610mm，1050mm，

12、650m，保护层厚度 45mm，则 ho=305mm，565mm，1005mm，605mm，002hb分别为 1010 mm，1530mm，2410mm，1610mm 由此可见：b002hb 求抗冲切面积 A1，由公式：2001)24.02()24.02(hbbhbA 得 A1 分别为 0.5552m,1.9752m,5.8382m,2.2422m。所以11APFj，125.897KN,276.738KN,407.417KN,278.307KN 而抗冲切力 F（KN）：00)4.0(7.0hhfFthp 带入数据有：165.5693KN,320.031KN,468.1793KN,320.031

13、KN 由此可见 Fl 均小于对应的 F 值，抗冲切验算通过。04.021tanhb，所以 tan值分别为：2.29508197 2.477876106 2.4875622 2.479338843 满足条件：5.2tan 值分别为 66.5，68.0，68.1，68.0 ；4)4.0()4.0(1234bbA：带入修正后的不同的基础地面尺寸得：（2m）0.77 2.52 7.25 2.85 计算梯形的形心至柱边的距离：)4.0(6)4.02()4.0(0bbbL，带入数据得：0.4242m，0.8815m，1.6092m，0.9474m 于是：01234lApMj，带入数据分别为：74.1 KN

14、*m，311.3KN*m，814.2KN*m 335.2KN*m 计算配筋：钢筋为 HRB335 级，fy=300N/mm2，09.0hfMAys，带入数据得四种底面的钢筋面积分别为：899.92mm，2040.62mm，3000.52mm，2051.82mm。选择钢筋：12120(As=943mm2)，20150(As=2095mm2)24150(As=3016mm2)，20150(As=2095mm2)其中括号内为实配钢筋面积。钢筋混凝土柱下独立基础设计 F1 F2(1)F3 F2(2)由于计算沉降 F2 有区别，故区分开 选择持力层 基础埋深 d(m)2 2 2 2 重要公式备注 计算地

15、基承载力特征值(kpa)标贯击数 10 15 12 特征值 fak(kpa)140 180 156 深度修正系数 2 加权平均重度 20.2 承载力特征值 fa(kpa)216.6 216.6 216.6 216.6 fa=fak+d*rm*(d-0.5)基础底面尺寸(m)荷载 F(KN)735 1435 2035 1435 FK(KN)544.444 1062.963 1507.407 1062.963 基础计算尺寸(m)1.756 2.453 2.922 2.453 b=sqrt（Fk/（fa-20*d）基础底面宽度 b(m)1.80 2.50 3.00 2.50 修正后基础尺寸 b(m)

16、1.80 3.20 5.40 3.40 持力层及下卧荷载值 Fk(KN)544.444 1062.963 1507.407 1062.963 基底处总竖向力 Fk+Gk(KN)674.04 1472.56 2673.81 1525.36 层强度及沉降量验算 基底平均压力 Pk(kpa)208.038 143.805 91.694 131.952 Pk=（Fk+Gk）/power(b,2)持力层承载力结论 通过 通过 通过 通过 压缩模量 Es1 8 压缩模量 Es2 5.6 Es1/Es2 1.43 软弱层距离 z(m)3 z/b 1.67 1.20 1.00 Es1/Es2 3 23 Es1

17、/Es2 5 25 21.43 tan 0.3924711 下卧层附加应力z（kpa)31.464 34.316 24.872 31.957 z=b*（Pk cd）/（b+2*z*tan）下卧层自重应力cz（kpa)101 下卧层 rm 20.2 rm=cz/（d+z）下卧层标贯数 6.6 下卧层 fak(kpa)112.8 下卧层承载力特征值 faz（kpa）294.6 faz=fak+2.0*rm*（d-0.5）z+cz 132.464 135.316 125.872 132.957 均小于 faz=294.6 下卧层承载力结论 通过 通过 通过 通过 持力层图的变形模量 Eo 8 泊松比

18、 u 0.4 柔性基础影响系数 WcWoWm 0.56 1.12 0.95 Fn 734.6 1434.6 2034.6 1434.6 nn(mm/KN)0.0554 0.0399 0.0333 0.0399 nn=(1-power(u,2)/Eo/b*Wm JK(mm/KN)0.0056 0.0056 0.0056 0.0056 jk=(1-power(u,2)/Eo/3.1415/6 沉降量（mm）56.692 76.758 102.958 80.657 s=jjFj+jkFk 修正后基础尺寸 b(m)1.80 3.20 5.40 3.40 修正后nn(mm/KN)0.0554 0.031

19、2 0.0185 0.0293 nn=(1-power(u,2)/Eo/b*Wm 修正后JK(mm/KN)0.0056 0.0056 0.0056 0.0056 jk=(1-power(u,2)/Eo/3.1415/6 修正基础尺寸后沉降（mm）56.6917 64.2368 72.8912 65.5056 相邻基础沉降差小于 12mm 基地附加压力 po（KN/m2)226.73 140.10 69.77 124.10 柔性基础角点沉降 s（mm)24.00 26.36 22.15 s=(1-power(u,2)*Wc*F/b/Eo 柔性基础中点沉降 s(mm)47.99 52.72 44.

20、31 s=(1-power(u,3)*Wo*F/b/Eo 柔性基础平均沉降量 s(mm)40.71 44.72 37.58 s=(1-power(u,4)*Wm*F/b/Eo 下卧层土的压缩系数 a 0.35 下卧层土的压缩模量 Eo 5600000 l/b 1 1 1 1 z/b 1.667 0.938 0.556 0.882 应力系数 ac 0.107 0.183 0.227 0.190 附加应力z(kpa)97.274 102.535 63.289 94.208 z=4aco z/b 4.444 2.500 1.481 2.353 应力系数 ac 0.0223 0.0604 0.1233

21、 0.0663 附加应力z(kpa)20.235 33.857 34.409 32.929 软弱层沉降量 s(mm)58.755 68.196 48.849 63.569 s3=（a/（1+e）*z*hi 设计基础剖面及配筋计算 地基净反力设计值 Pj（kpa)226.852 140.137 69.787 124.135 基础有效高度 ho（mm)305 565 1005 605 保护层厚度 45mm bc+2ho 1010 1530 2410 1610 抗冲切面积 A1（m）0.555 1.975 5.838 2.242 A1=(b/2-0.4/2-ho)*b-power(b/2-0.4/2

22、-ho),2)Pj*A1 125.897 276.738 407.417 278.307 Fl=Pj*A1 抗冲切力 F（KN）165.569 419.823 1087.259 468.179 F=0.7*hp*ft*(0.4+ho)*ho 结果 通过 通过 通过 通过 tanQ 2.295 2.478 2.488 2.479 tanQ=0.5*(b-0.4)/ho Q(度)66.457 68.022 68.100 68.034 A1234（m）0.77 2.52 7.25 2.85 A1234=(b+0.4)*(b-0.4)/4 Lo（m）0.4242 0.8815 1.6092 0.9474 Lo=(b-0.4)*(2*b+0.4)/(b+0.4)/6 M(KN*m）74.105 311.290 814.186 335.164 M=Pj*A1234*Lo As（mm)899.878 2040.579 3000.502 2051.817 As=M/(0.9*fy*ho)配筋 12120(As=943mm2)20150(As=2095mm2)24150(As=3016mm2)20150(As=2095mm2)钢筋为 HRB335 级，fy=300N/mm 施工图见图纸。