土力学与地基基础课程设计资料讲解.doc

土力学与地基基础课程设计

精品文档
一．设计项目
春龙商铺住宅楼基础工程设计

二、设计目的
通过《基础工程》课程设计，使学生掌握普通民用建筑基础施工图设计的内容、步骤和方法，并能综合运用所学的基础设计理论及基础构造知识，独立完成普通民用建筑基础的设计工作。

三、工程地质条件
建设场地地势平坦，无相邻建筑物，地质勘察资料如下：
编
号
土层名称
土层厚度 m
ω
％
γ
kN/m3
e

ωL
％
ωP
％
IP

IL

Sr

C
kPa
φº
Es
MPa
fak
kPa
1
新填土
1

16

105
2
粘土
3
38.2
18.9
1.0
38.2
18.4
19.8
1.0
0.96
12
18.6
4.6
120
3
粉质粘土
4
26.7
19.6
0.78
32.7
17.7
15.0
0.6
0.98
18
28.5
7.0
140
4
粉土
10
21.0
18.1
0.61
28.0
20.6
7.39
0.1
0.93
2
28.9
7.9
175
3、基础材料
1）混凝土：采用C20（密度2450kg/m3）；
2）钢筋：箍筋为一级，主筋为二级。
4、荷载
1）竖向活荷载： ① 屋面：2.5 kN/m2； ② 楼面：2.0 kN/m2。
2）水平荷载：0.5 kN/m2。

本工程实际荷载计算：以J-②（角柱）、J-⑦（边柱）、G-⑦（中柱）,G-④(中柱)四个柱作为算例计算。

一.基础顶面荷载计算

1. 竖向荷载N计算
J-②（角柱）
墙体 [3*(15.6-3.9)*0.24*1300*2+0.8*3*0.24*1300*2]*10=234KN
梁 0.7*0.3*3*2*4*2500*10=126KN 板 3*3*4*0.1*2500*10=90KN
柱 0.5*0.5*15.6*2500*10=97.5KN 活载 2.5*3*3+2*3*3*3=76.5KN
故J-②（角柱）承受的竖向荷载N1=234+123+90+97.5+76.5=624KN
J-⑦（边柱）
墙体 3*0.24*3.9*3*4*1300*10=438.1KN 梁 3*0.7*0.3*3*5*2500*10=236.25KN
板 6*3**0.1*5*2500=225KN 柱 0.*0.5*19.5*2500*10=121.87KN
活载 3*6*2.5=3*6*2*4=189KN
J-⑦（边柱）承受的竖向荷载N2=438.1+236.25+225+121.87+189=1210.2KN
G-⑦(中柱)
墙体 4*15.6*3*0.24*1300*10=584KN 梁 5*0.7*0.3*3*4*2500*10=315KN
板 5*3*3**0.1*2500*4*10=450KN 柱19.6*0.5*0.5*2500*10=122.5KN
活载2*3*3*3+2.5*3*3=76.5KN
G-⑦(中柱）承受的竖向荷载N3=584+315+450+122.5+76.5=1548KN
G-④ (中柱)
梁 5*0.7*0.3*3*4*2500*10=315KN 板 5*3*3**0.1*2500*4*10=450KN
柱19.6*0.5*0.5*2500*10=122.5KN 活载2*3*3*3+2.5*3*3=76.5KN
G-④(中柱）承受的竖向荷载N4=315+450+122.5+76.5=964KN
2.剪力及弯矩计算

各柱剪力V==5.5KN
各柱的弯矩M==58 KN m

二.确定基础埋深

根据地质勘察资料表，均选择第二层土即粉土作为持力层，设计埋深为d=1.5 m(按室外计算)。
则=（1*16+0.5*18.9）/1.5=17.KN/ m3
对于粘土,e=0.78和IL=0.60并查P168表7-10的nd=1.0.nb=0此时不用考虑深度修正
修正之后的地基承载力设计值为=137 kpa>1.1fak=132Kpa
则平均埋深d=1.5+0.45/2=1.725m则的初始设计面积分别为：
A01= =6.03 J-②（角柱）
A02= =11.8 J-⑦（边柱）
A03= =14.87 G-⑦(中柱)
A04= =9.31 G-④ (中柱)

(三) J-② J-⑦ G-⑦ G-④基础底面尺寸设计
J-②(角柱)
(1)A=(1.1—1.2)A01=6.63—7.24m2
初步选择底面积尺寸A=L*B=3*2.4m2
(2)验算持力层的地基承载力
基础及其台阶上回填土的重力G=rG*A*d=20*1.725*3*2.4=248.4KN
偏心距e=M总/(N3+G)=(58+1.725*5.5)/(248.4+624)=0.078<L/6=3/6
故最大.最小的基底压力,平均基底压力分别为
由公式得
Pmax=140.2Kpa<1.2f=1.2*137=164.4Kpa
Pmin=102.4>0
P=(Pmax+Pmin)/2=121.3Kpa<f=137Kpa符合要求
故该柱下独立基础尺寸为A=L*B=3*2.4, 由于nb=0.0.故不需要再对宽度进行修正.
(3)计算基底净反力,
由规范可知由标准值计算荷载设计值时取荷载综合分项系数.1.35.因此
竖向荷载设计值F=1.35*N1=1.35*624=824.4KN
偏心距eno=M总/F=67.625/824.4=0.078
基础底面地基净反力的最大值和最小值为
由得 Pmax=135.8Kpa, Pmin=98.2Kpa
(4)确定基础高度(采用锥形基础)
由题意知:C20混凝土.Π级钢筋,查表得:
F t=1.1N/mm2,f y=300N/mm2
又ac+at=0.5m,bc=0.5m,L=4.4m,B=4m.
对于锥形基础,只需保证短边方向I-I,整个基础就可以满足抗冲切要求.
① 初步选择基础高度H=550mm,则h0=550-40-20/2=500mm=0.5m.
a t+2*h0==1.5m<B=3m
所以ab=1.5m. am=(at+ab)/2=1m
②抗冲切验算
因为偏心受压,故取Pnmax.
冲切力:
由公式Fl= Pnmax*[(L-ac)/2-h0]*b- Pnmax*[(B-bc)-h0]* [(B-bc)-h0],
代入数据得,Fl=216.9KN
抗冲切力:
由公式0.7Bhp*ft*h0*am得
抗冲切力0.7*1.0*1.1*1000*0.65*1.15=385.5KN>216.9KN
可以
即基础的I-I截面处抗冲切强度满足要求
(5)底板配筋计算
基础长边方向
MI-I=Pnmax*(L-ac)2*(2*B+bc)/24=187.4 KN m
AsI= MI-I/(0.9*fy*ho)=1388.2
mm2
基础短边方向
MΠ-Π= Pnmax*(B-bc)2*(2L+ac)/24=132.8KN m
AsΠ= MΠ-Π/(0.9*fy*ho)=983.4mm2

J-⑦（边柱）
(1)A=(1.1—1.2)A02=12.98—14.16
初步选择底面积尺寸A=L*B=4.5*3m2
(2)验持力层的地基承载力
基础及其台阶上回填土的重力G=rG*A*d=20*1.725*4.5*3=465.75N
偏心距e=M总/(N1+G)=(58+1.725*5.5)/(1210.2+465.75)=0.041<l/6=4.5/6
故最大.最小的基底压力,平均基底压力分别为
由公式得
Pmax=130.2Kpa<1.2f=1.2*137=164.4Kpa
Pmin=117.1>0
P=(Pmax+Pmin)/2=124.1Kpa<f=137Kpa符合要求
故该柱下独立基础尺寸为A=L*B=4.5*3,又由于nb=0.0.故不需要再对宽度进行修正.
(3)计算基底净反力,
由规范可知又何在标准值计算荷载设计值时取荷载综合分项系数.1.35.因此
竖向荷载设计值F=1.35*N2=1.35*1201.2=1633.7KN
偏心距eno=M总/F=67.625/1633.7=0.0406
基础底面地基净反力的最大值和最小值为
由得 Pnmax=127.6Kpa, Pnmin=114.5Kpa
(4)确定基础高度(采用锥形基础)
由题意知:C20混凝土.Π级钢筋,查表得:
F t=1.1N/mm2,f y=300N/mm2
又ac=at=0.5m,bc=0.5m,L=4.5m,B=3m.
对于锥形基础,只需保证短边方向符合,整个基础就可以满足抗冲切要求.
①初步选择基础高度H=700mm,则h0=700-40-20/2=650mm=0.65m.
a t+2*h0==1.8m<B=3m
所以ab=1.8m.am=(at+ab)/2=1.15m
②抗冲切验算
因为偏心受压,故取Pnmax.
冲切力:
由公式Fl= Pnmax*[(L-ac)/2-h0]*b- Pnmax*[(B-bc)-h0]* [(B-bc)-h0],
代入数据得,Fl=470.71KN
抗冲切力:
由公式0.7Bhp*ft*h0*am得
抗冲切力0.7*1.0*1.1*1000*0.65*1.15=575.6>470.71Kpa
可以
即基础的I-I截面处抗冲切强度满足要求
(5)底板配筋计算
基础长边方向
MI-I=Pnmax*(L-ac)2*(2*B+bc)/24=553.0 KN m
AsI= MI-I/(0.9*fy*ho)=3153mm2
基础短边方向
MΠ-Π= Pnmax*(B-bc)2*(2L+ac)/24=316.0 KN m
AsΠ= MΠ-Π/(0.9*fy*ho)=1800mm2

G-⑦(中柱)
(1)A=(1.1—1.2)A03=16.357---17.84m2
初步选择底面积尺寸A=L*B=4*4.4=17.4m2
(2)验持力层的地基承载力
基础及其台阶上回填土的重力G=rG*A*d=20*1.725*4.4*4=607.2KN
偏心距e=M总/(N3+G)=(58+1.725*5.5)/(1548+607.2)=0.031<L/6=4..4/6
故最大.最小的基底压力,平均基底压力分别为
由公式得
Pmax=127.7Kpa<1.2f=1.2*137=164.4Kpa
Pmin=117..3>0
P=(Pmax+Pmin)/2=122.5Kpa<f=137Kpa符合要求
故该柱下独立基础尺寸为A=L*B=4.4*4,又由于nb=0.0.故不需要再对宽度进行修正.
(3)计算基底净反力,
由规范可知又何在标准值计算荷载设计值时取荷载综合分项系数.1.35.因此
竖向荷载设计值F=1.35*N2=1.35*1548=2090KN
偏心距eno=M总/F=67.625/2090=0.032
基础底面地基净反力的最大值和最小值为
由得 Pnmax=123.9Kpa, Pnmin=113.5Kpa
(4)确定基础高度(采用锥形基础)
由题意知:C20混凝土.Π级钢筋,查表得:
F t=1.1N/mm2,f y=300N/mm2
又ac=at=0.5m,bc=0.5m,L=4.4m,B=4m.
对于锥形基础,只需保证短边方向I-I,整个基础就可以满足抗冲切要求.
①初步选择基础高度H=700mm,则h0=700-40-20/2=650mm=0.65m.
a t+2*h0==1.8m<B=3m
所以ab=1.8m.am=(at+ab)/2=1.15m
②抗冲切验算
因为偏心受压,故取Pnmax.
冲切力:
由公式Fl= Pnmax*[(L-ac)/2-h0]*b- Pnmax*[(B-bc)-h0]* [(B-bc)-h0],
代入数据得,Fl=494.25KN
抗冲切力:
由公式0.7Bhp*ft*h0*am得
抗冲切力0.7*1.0*1.1*1000*0.65*1.15=575.58KN>494.25KN
可以
即基础的I-I截面处抗冲切强度满足要求
(5)底板配筋计算
基础长边方向
MI-I=Pnmax*(L-ac)2*(2*B+bc)/24=667.3 KN m
AsI= MI-I/(0.9*fy*ho)=3802.2mm2
基础短边方向
MΠ-Π= Pnmax*(B-bc)2*(2L+ac)/24=588.5KN m
AsΠ= MΠ-Π/(0.9*fy*ho)=3353mm2

G-④ (中柱)
(1)A=(1.1—1.2)A04=10.24—11.7m2
初步选择底面积尺寸A=L*B=4*3m2
=12m2
(2)验持力层的地基承载力
基础及其台阶上回填土的重力G=rG*A*d=20*1.725*4*3=414KN
偏心距e=M总/(N3+G)=(58+1.725*5.5)/(964+414)=0.05<L/6=4/6
故最大.最小的基底压力,平均基底压力分别为
由公式得
Pmax=123.3Kpa<1.2f=1.2*137=164.4Kpa
Pmin=106.1Kpa>0
P=(Pmax+Pmin)/2=114.8Kpa<f=137Kpa符合要求
故该柱下独立基础尺寸为A=L*B=4*3.由于nb=0.0.故不需要再对宽度进行修正.
(3)计算基底净反力,
由规范可知又何在标准值计算荷载设计值时取荷载综合分项系数.1.35.因此
竖向荷载设计值F=1.35*N4
=1.35*964=1301.4KN
偏心距eno=M总/F=67.625/1301.4=0..052
基础底面地基净反力的最大值和最小值为
由得 Pnmax=116.9Kpa, Pnmin=100Kpa
(4)确定基础高度(采用锥形基础)
由题意知:C20混凝土.Π级钢筋,查表得:
Ft=1.1N/mm2, fy=300N/mm2
又ac=at=0.5m,bc=0.5m,L=4m,B=3m.
对于锥形基础,只需保证短边方向I-I,整个基础就可以满足抗冲切要求.
①初步选择基础高度H=550mm,则h0=550-40-20/2=500mm=0.5m.
a t+2*h0==1.5m<B=3m
所以ab=1.5m.am=(at+ab)/2=1.0m
②抗冲切验算
因为偏心受压,故取Pnmax.
冲切力:
由公式Fl= Pnmax*[(L-ac)/2-h0]*b- Pnmax*[(B-bc)-h0]* [(B-bc)-h0],
代入数据得,Fl=372.6KN
抗冲切力:
由公式0.7Bhp*ft*h0*am得
抗冲切力0.7*1.0*1.1*1000*0.65*1.15=385KN>372.6KN
可以
即基础的I-I截面处抗冲切强度满足要求
(5)底板配筋计算
基础长边方向
MI-I=Pnmax*(L-ac)2*(2*B+bc)/24=387.8m
AsI= MI-I/(0.9*fy*ho)=2872mm2
基础短边方向
MΠ-Π= Pnmax*(B-bc)2*(2L+ac)/24=258.8KN m
AsΠ= MΠ-Π/(0.9*fy*ho)=1917 mm2

（四）独立基础配筋
基础底面双向布筋，详见独立基础图。

八、天然预制桩基设计
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）设计桩基
（一）确定桩的规格
据工程地质勘察资料，选第4层的粉土为桩端持力层。桩横截面为400 mm
*400 mm，桩长7m。桩承台埋深2 m，桩顶嵌入承台0.1 m，则桩端进入持力层1.9 m。

（二）桩身材料
混凝土强度等级C25；HPB235级钢筋4根直径16 mm。

（三）单桩竖向承载力计算（采用物理指标法计算）

单桩竖向承载力标准值
Quk=Qsk+Qpk=u∑li+Ap
式中u——桩周长，u=4*0.4=1.6 m；
查表得
粘土=36 kpa，粉质粘土=60 kpa，粉土=72 kpa；
L2=1 m，L3=4 m， L4=1.9 m
查表得 =1800 kpa
Ap=0.4*0.4=0.16

代入，得
Qsk=u∑li=1.6*（36*1+60*4+72*1.9）=660.48KN
Qpk=Ap=1800*0.16=288KN
则桩的竖向承载力设计值
R=Qsk/rs+Qpk/rp=(660.48+288)/1.65=574.84KN

(四)确定桩的数量和排列及单桩受力验算
1、F-①
（1）桩的数量
n=uN1/R=1.1*332.775/574.84=0.64
取桩数为1.
（2）桩承台设计
a、桩承台尺寸
只有一根桩，桩的外缘每边外伸净距为0.5d=200 mm。则桩承台长度l=b=800 mm
b、承台及上土重
G=2*0.8*0.8*20=25.6KN
（3）单桩受力验算
a、按中心受压验算
N=r0(N1+G)/n=1.0*(332.775+25.6)/1=358.38KN<R=574.84KN
b、按偏心荷载验算
因为只有1根柱且位于承台中心，所以不需。

2、F-②

（1）桩的数量
n=uN2/R=1.1*636.55/574.84=1.22
取桩数为2.

（2）桩的中心距
一般取(3-4) d=1.2-1.6m 本工程取1.2m

（3）桩的排列
沿基础受弯方向排列

（4）桩承台设计
a、桩承台尺寸
按桩的排列，桩的外缘每边外伸净距为0.5d=200 mm。
则桩承台长度l=2m b=0.8 m
b、承台及上土重
G=2*2*0.8*20=64KN

（5）单桩受力验算
a、按中心受压验算
N=r0(N2+G)/n=1.0*(636.55+64)/2=350.28KN<R=574.84KN
b、按偏心荷载验算
=（636.55+64）/2 （118.88+10.13*2）*0.6/2*0.6*0.6=
=466.23KN<1.2R
＞0

(6)所以本设计是安全的。

3、C-②
（1）桩的数量
n=uN3/R=1.1*1125.925/574.84=2.15
取桩数为3.
（2）桩的中心距
一般取(3-4) d=1.2-1.6m 本工程取1.2m
（3）桩的排列
沿基础受弯方向排列
（4）桩承台设计
a、桩承台尺寸
按桩的排列，桩的外缘每边外伸净距为0.5d=200 mm。
则桩承台长度l=3.2m b=0.8 m
b、承台及上土重
G=3.2*2*0.8*20=102.4KN
（5）单桩受力验算
a、按中心受压验算
N=r0(N3+G)/n=1.0*(1125.925+102.4)/3=409.44KN<R=574.84KN
b、按偏心荷载验算
=（1125.925+102.4）/3（118.88+10.13*2）*1.2/（2*1.2*1.2）=
=467.42KN<1.2R
＞0
(6)所以本设计是安全的。

（五）预制桩配筋设计
主筋用4根直径20的二级钢筋，箍筋用10的一级钢筋间距200，桩顶5 d范围内加密，间距取为100.

（六）桩承台配筋设计
HPB235,
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