基础综合重点工程优秀课程设计柱下独立基础.docx

基础工程课程设计(1)
柱下独立基础设计

姓 名：
学 号：
班 级：
指导老师：

设计条件：
1、某框架结构建筑物设计安全等级为乙级，柱网尺寸为6.5m×6.5m，柱截面尺寸为400mm×400mm。经过上部结构验算，作用于基础顶面荷载效应准永久组合及标准组合分别为F=2520kN；Fk=2800kN，Mk=80kN.m(逆时针)，Hk=50kN(←)，荷载效应基础组合由永久荷载控制。

2、天然土层分布
①0～0.8m，填土，=17kN/m3；
②0.8～2.0m，粉质粘土，=18kN/m3，IL=0.82，Es=3.3MPa，fak=185kPa；
③2.0～6.0m，粉土(粘粒含量为8%)，=19kN/m3， Es=5.5MPa，fak=300kPa；
地下水位在地面下6.0m处。
④6.0～10.0m，粘土，sat=19kN/m3，=0.83，=0.81， Es=6.0MPa，fak=280kPa；
⑤10.0～12.0m为淤泥质粘土，饱和容重=17.4kN/m3， fak=146kPa，压缩模量=1.5MPa。
⑥12.0m以下为密实粘性土，sat=20kN/m3，=0.65，=0.5， Es=30MPa，fak=430kPa。

要求：设计该柱下基础
（提醒：根据讲述基础设计步骤进行，注意需要验算地基变形！）

一． 选择基础类型及材料
选择柱下独立基础，基础采取C20混凝土，HPB235级钢筋，预估基础高度0.95m。
二． 选择持力层（确定基础埋深）
选择③号土层为持力层，基础进入持力层0.5m。基础埋深为2+0.5=2.5m。
三． 确定地基承载力特征值fa’
ρｃ=8%，查表2-15得,ηb=0.5,ηd=2.0。
基底以上土加权平均重度为：
γm=17×0.8+18×1.2+19×0.52.5=17.88kN/m3
持力层承载力特征值为：
fa’=fak+ηdγmd-0.5=300+2×17.88×2.5-0.5=371.52kPa
四． 确定基础底面尺寸
取柱底荷载标准值：Fk=2800kN，Mk=80kN.m，Hk=50kN。
基础底面积为：
A0=Fkfa-γGd=2800371.52-2.5×20=8.71m2

因为偏心不大，基础底面积按20%扩大，即： A=1.2A0=10.452m2

初步选定基础底面积A=lb=4×3=12m2，不需要对fa进行修正。

五． 地基验算
1.持力层地基承载力验算
Pk=Fk+Gbl=2800+2.5×20×4×34×3=283.3kPa<fa=371.52kPa 符合要求。
偏心距：
ek=MkFk+Gk=802800+2.5×20×12=0.02<l6=0.67 符合要求。
基底最大压力：
Pk max=Fk+GkA1+6ekl
=2800+2.5×20×1212×1+6×0.024
=291.83kPa<1.2fa=445.82kPa 符合要求。
2.抗冲切承载力验算

（1）基底净反力：
Pj max=1.35FkA+1.35Mk+Hk∙hw
=1.35×280012+1.35×80+50×0.9516×42×3
=336.52kPa
Pj min=293.48kPa

（2）判定冲切椎体是否在基础底面以内：
基础有效高度：h0=h-0.045=0.95-0.045≈0.91m（有垫层）
bc+2h0=0.7+2×0.91=2.52m<b=3m 在基础底面以内。

（3）计算参数
Al=l2-ac2∙b=2-0.82×3=4.8m2

Fl=Pj max∙Al=336.52×4.8=1615.296kN
βhs=(800/910)14=0.968
Am=bh0-0.5b-bc∙h1=3×0.91-0.5×3-0.7×0.45=2.213m2

0.7βhsftAm=0.7×0.968×1100×2.213=1649.48kN>Fl=1615.196kN 符合要求。

3.软弱下卧层验算
⑤号土层为软土，需进行验算。fak=146kPa
查表2-15得，ηd=1.0。
faz=fak+ηdγmd+z-0.5
=146+1×17×0.8+18×1.2+19×4+19×410×10-0.5
=323.84kPa
因为zb>0.5，故应力扩散角θ=24°.
Pz=Pk-Pcblb+2z∙tanθl+2z∙tanθ=22.15kPa
Pcz=17×0.8+18×1.2+19×4+19×4=187.2kPa
∴Pz+Pcz=22.15+187.2=209.35kPa<faz=323.84kPa 符合要求

4.地基沉降计算
P0=P-γmh=Fk+GkA-γmh=283.33-17.88×2.5=238.63kPa
lb=43≈1.3
第一层土：
z0=0
z1=3.5
zb=3.53=1.17
α0=1 α1=0.67
第二层土：
z1=3.5
z2=7.5
zb=7.53=2.5
α1=0.67 α2=0.41
第三层土：
z2=7.5
z3=9.5
zb=9.53=3.17
α2=0.41 α3=0.34
zn=b2.5-0.4lnb=3×2.5-0.4×ln3=6.18m
故计算时取至基底下第二层土。
s0=i=1np0Esiαizi-αi-1zi-1=238.63×0.67×3.5-1×05.5+0.41×7.5-0.67×3.56=130.78mm
查表2-20可得：∆z=0.6m
z1'=7.5-0.6=6.9m
zb=6.93=2.3
α1'=0.44
∆sn=238.63×0.41×7.5-0.44×6.96=1.55mm<0.025s0=3.27mm
故取地基以下两层满足规范要求。

查表2-18可得：Ψs=0.85
s=Ψss0=0.85×130.87=111.24mm<0.03L=195mm 满足要求。

六． 配筋计算
基底净反力：Pj max=336.52kPa Pj min=293.48kPa
a1=a-ac2=4-0.82=1.6
Pj1=Pj max-a1l∙Pj max-Pj min=336.52-1.64×336.52-293.48=319.304kPa
M1=124∙Pj max+Pj12∙2b+bc∙l-ac2
=124×336.52+319.3042×6+0.7×4-0.82
=937.39kN∙m
M2=124∙pj∙2l+ac∙b-bc2
=124×336.52+293.482×8+0.8×3-0.72
=610.995kN∙m
As1=M10.9fyh0=937.39×1060.9×210×910=5450mm2 取18根直径20mm钢筋
As2=M20.9fyh0=610.995×1060.9×210×910=3553mm2 取18根直径16mm钢筋

布筋以下图：