柱下建筑桩基设计教学文案.doc

柱下建筑桩基设计

精品资料

目录

一、设计资料 2
二、确定桩基持力层位置 2
三、确定桩型、尺寸和构造 3
四、确定单桩承载力 3
1、 单桩竖向极限承载力标准值 3
2、 单桩竖向极限承载力特征值 3
3、 基桩竖向极限承载力特征值 3
五、确定桩数和布置 4
1、确定桩数 4
2、 进行平面布置如图（1）所示 5
六、基桩竖向承载力验算 5
七、桩基水平承载力验算 5
八、拟定承台尺寸及埋深 6
1、承台埋深 6
2、 承台尺寸 6
3、 确定承台厚度 6
九、桩基软弱下卧层验算 7
十、桩基沉降验算 8
1、 确定桩基等效沉降系数ψe 8
2、 计算 8
十一、承台抗冲切验算 9
1、 柱对承台（向下）冲切 10
2、 上台阶对承台（向下）冲切 11
3、 角桩承台（向上）冲切 11
十二、承台抗剪承载力验算 11
1、 对变阶-截面 12
2、 对于柱边-截面 13
十三、承台抗弯承载力验算 13
1、y轴方向配筋 13
2、x轴方向配筋 13
3、 验算最小配筋率 13
十四、参考文献 14

柱下建筑桩基设计计算书
一、设计资料
某建筑物设计地面标高为28，地下水位为24，柱截面尺寸见表2，拟采用桩基础型式。该柱在设计地面处承受上部结构传来的荷载设计值列于表1。自设计地面向下的地质 条件为表1所示
表1 土层参数
土层编号
土层名称
土层底标高
（m）
土层厚度
（m）
重 度
（kN/m3）
压缩模量
（MPa）
天然地基承载力
（kPa）
极限侧阻力标准值
（kPa）
极限端阻力标准值
（kPa）
①
黏土
24.61
3.39
19.3
6.3
150
50

②
淤泥质土
22.91
1.7
17.0
2.5
75
25

③1
黏土
20.71
2.2
18.7
6.1
150
55

③2
粉质黏土
19.31
1.4
19.8
9.2
160
55

③
粉土
18.61
0.7
20.0
32
170
50

④1
黏土
16.91
1.7
19.1
7.2
160
50

④
粉质黏土
15.51
1.4
20.3
11.6
180
55

④1
黏土
13.61
1.9
19.1
7.2
160
50

④
粉质黏土
8.91
4.7
20.3
11.6
180
55

⑤3
黏土
7.81
1.1
19.3
10
200
50
800
⑤1
粉质黏土
5.91
1.9
20.0
10.8
210
60
700
⑤
中砂
0.91
5
20.0
37
230
70
1300
⑤4
砾石
-0.89
1.8
20.0
47
280
80
1800
⑥1
黏土
-2.59
1.7
19.4
4.9
100
35
400
⑥
粉质黏土
-5.49
2.9
20.3
15.2
240
60
1000
⑥1
黏土
-6.49
1
19.4
10.9
220
55
900
⑦
中砂
-10.69
4.2
20.0
42
260
70
1500
⑧
基岩

上部结构传至桩基础的荷载标准值见表2
表2 上部结构传至桩基础的荷载标准值
轴力(kN)
剪力(kN)
弯矩(kN·m)
柱截面(mm)

注：荷载效应基本组合为荷载标准组合的1.35倍。

二、确定桩基持力层位置
应选择压缩性低、承载力高的较硬土层作为持力层；持力层应有一定的厚度，既能保证桩端进入持力层的深度要求，又能使桩端以下有一定厚度的剩余持力层；桩端全断面进入持力层的深度要求为：对于粘性土、粉土不宜小于2d（d为桩径），砂土不宜小于1.5d。碎石类土不宜小于1d。
根据实际工程地质条件，本设计选取⑤中砂层作为持力层。桩端进入持力层深度为1.91m。

三、确定桩型、尺寸和构造

根据表1地质条件和所选择的持力层可知，本桩基为摩擦型桩基。本设计中设计地面标高的轴力,剪力=,弯矩=，应荷载较大，故选择预应力混凝土管桩桩径为，柱截面尺寸为。采用C40混凝土(抗压强度，抗拉强度）。承台采用C25混凝土(抗压强度抗拉强度）。
因桩端进入持力层的深度为，故桩端全断面进入持力层的深度满足要求。本设计中场地设计地面标高为，假设桩底标高为，桩顶标高为，即桩净桩长为。此外根据预制桩与承台的构造要求：桩嵌入承台内的长度（大直径桩（）不宜小于，中直径桩（）以及小直径桩（）不宜小于），故选择预制桩进入承台内的深度为，这样桩总长为。
四、确定单桩承载力
1、 单桩竖向极限承载力标准值

2、 单桩竖向极限承载力特征值
根据，取安全系数K=2，可得=1041.2 kN。
3、 基桩竖向极限承载力特征值

（1）由于基桩的承载力是在单桩承载力的基础上考虑群桩效应和承台效应得到的，而群桩效应在现规范中一般不予考虑，因此，确定基桩的承载力的关键就在于是否再考虑承台效应；
（2）根据考虑承台效应的一般原则可知：因本工程为柱下独立摩擦型桩基，因此，如果桩数不少于4根，则应考虑承台效应；
（3）根据及可知：为确定R，必须事先知道桩基的桩数n或者桩的平面布置，但这又与R有关。为此，桩数n大致可按下述方法预估：
（A）首先不考虑承台效应，即认为；
（B）因按中心受压桩基计算桩数时 (，为承台埋深，A为承台底面积)时A也与桩数n或者桩的平面布置，因此，可先仅考虑，将得 到的桩数扩大5～10％用于考虑。对本设计，因=8200 kN，故，，故可取。

（C）因本工程为偏心受压桩基(作用在承台底面处的弯矩），因此，还应根据偏心情况将中心受压时的桩数扩大(10～20％)。即。但是因为考虑承台效应时R增加、桩数n减小，故n可取9根。

（D）进行平面布置：
基桩间距取。此外，因规范规定“承台边缘至边桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分不应小于”，故桩基平面布置如下图1示。

（E）确定考虑承台效应的基桩承载力特征值R
当n=9时： 而
；取桩中心间距，承台宽度，桩长，，故查表有。承台下承台宽度为，该深度内土层地基承载力特征值为。此时有

五、确定桩数和布置

1、确定桩数
前面已初步确定了桩数（9或10根）并进行了布置。现再考虑承台及其上方填土自重Gk及弯矩M作用条件下的桩数。当时：中心受压时 ，考虑弯矩作用时再增大（），
即可取
故理论上应取，但为了减小造价并方便布桩，暂取计算，若验算不满足要求再取

2、 进行平面布置如图（1）所示

六、基桩竖向承载力验算

轴心受压： 满足要求
偏心受压时：
满足要求

七、桩基水平承载力验算
单桩水平力=220/9=24.44KN C40混凝土弹性模量是，钢筋弹性模量取，则==6.15
==0.013
===
桩的水平变形系数
式中：——桩侧水平抗力系数的比例系数
——桩身的计算宽度（）
其中：圆形桩：当直径
当直径
故

=
所以（为群桩效应综合系数）
八、拟定承台尺寸及埋深
1、承台埋深
承台地面标高在处，故承台埋深 满足要求
2、 承台尺寸
承台的底面尺寸可通过对桩的平面布置确定(如见图1)，而立面尺寸确定时应通盘考虑多项因素：主要有根据基础埋深最小原则，承台顶面距离地面的距离不小于500 ；承台厚度不小于，埋深不应小于600；钢筋保护层厚度，有混凝土垫层时不应小于50，无混凝土垫层时不应小于70；桩嵌入承台深度不应小于100（大直径桩）或50（中等直径桩和小直径桩）
3、 确定承台厚度
本设计中，首先确定承台内钢筋保护层厚度为70，嵌入承台深度50。此外沿或方向角桩顶内边缘至柱边的水平距离为桩顶中心至柱边的水平距离方向柱边长的一半圆桩等效为方桩时方向桩边长的一半。本设计中
故承台深度必须大于等于1.5，现取1.5，则承台距地面高度。由于承台厚度1.5较大，为降低造价，可将承台分阶，本设计中将承台分为2阶。如下图（2）所示

图（2）
九、桩基软弱下卧层验算
《规范》规定：桩距且桩端以下受力范围内存在承载力低于桩端持力层承载力的非端承型桩要进行软弱下卧层的验算。本设计中=，持力层为厚度5，天然承载力为230的中砂层⑤以及厚度为1.8，天然承载力为280的砾石层⑤4，其下有厚1.7，天然承载力为100的粘土、厚2.9，天然承载力为240的粉质粘土、厚1，天然承载力为220的粘土、厚4.2，天然承载力为2600的中砂。经分析可知无需进行桩基软弱下卧层验算。
十、桩基沉降验算
因桩基底面为矩形桩，因此桩基中点沉降量可以按照下式计算

1、 确定桩基等效沉降系数ψe
因Sa/d=4，=22.05/0.5=44.1，Lc/Bc=5/5=1，利用指导书附录3及线性内插，有
当=40时C0=0.044；当=50时C0=0.036，由此可知，当=44.1时C0=0.036+(0.044-0.036)(50-44.1)/(50-40)=0.041
当=40时C1=1.555；当=50时C1=1.636，由此可知，当=44.1时C1=1.555+(1.636-1.555)(44.1-40)/(50-40)=1.588
当=40时C2=8.261，当=50时C2=9.648，由此可知，当=44.1时C2=8.261+(9.648-8.261)(44.1-40)/(50-40)=8.830
由于本桩基是均匀布置，短边桩数，故ψe为

2、 计算
由于作用在基桩上的荷载效应是准永久组合下的，本设计取荷载标准组合的1.35倍；近似取承台底面下的平均附加压力。

采用角点法。注意到Lc=Bc=5m，0.5Lc/0.5Bc=2.5/2.5=1，计算过程见下表：
沉降量计算
土层
(m)

(b= Bc/2=2.5)

-
（MPa）

(mm)

(mm)

0
0
0.25
0

⑤中砂
5
2
0.1746
3.492
3.492
37
31.088

⑤4砾石
6.8
2.72
0.1461
3.974
0.482
47
3.378

⑥1粘土
8.5
3.4
0.1256
4.250
0.276
4.9
180554

⑥粉质粘土
11.4
4.56
0.1007
4.592
0.342
15.2
7.703

⑥1粘土
12.4
4.96
0.0941
4.667
0.075
10.9
2.267

⑦中砂
16.6
6.64
0.0738
4.900
0.233
42
1.828
64.526

再者，因 ，故

查表6知 当=20时 =0.65 当=35时 =0.50；由内插法可以求得

因此桩基的沉降量

十一、承台抗冲切验算
因承台高度不足时，承台既可能受柱荷载向下冲切而破坏，也可能在角桩处受角桩反力向上冲切破坏，因此要分别验算。对承台进行抗冲切验算时，荷载效应采用基本组合，本设计等于荷载标准组合的1.35倍。
则

扣除承台及其上填土自重后桩顶平均竖向力设计值:
扣除承台及其上填土自重后桩顶最大、最小净反力：

图（3）

1、 柱对承台（向下）冲切
承台破坏锥体的有效高度：
因为桩基是对称的，故
取=1.0

又当时
当时
所以当时，
= 故柱对承台冲切承载力满足要求
2、 上台阶对承台（向下）冲切
验算上台阶对承台冲切时，相当于把上台阶看成是一个虚拟的“柱”，则承台破坏锥体的有效高度
（在0.25和1.0之间，满足要求）
此外=1.0（因）
由于虚拟“桩”也是方桩，故边长；承台为混凝土
冲切力设计值为

故上台阶对承台（向下）冲切承载力满足要求。
3、 角桩承台（向上）冲切
角桩冲切时，承台外边缘有效高度
由图知：

故角桩对承台冲切承载力满足要求。

十二、承台抗剪承载力验算

由于剪切破坏面为一通过柱（墙）边与桩边连线所形成的斜截面。当柱（墙）外有多排桩形成多个剪切面时，对每个斜截面都应该进行受剪承载力验算。
本工程的柱下独立基础为阶梯型，其中变阶处截面为-和-；柱边处截面为-和-。如下图所示，根据对称性，则只要-和-满足抗剪承载力要求，则-和-也满足要求。

图（4）
1、 对变阶-截面
截面有效高度
截面计算宽度为

=1（）

故承台变阶处满足抗剪承载力要求。

2、 对于柱边-截面
截面有效高度
截面计算宽度

’
故柱边处满足抗剪承载力要求。

十三、承台抗弯承载力验算

1、y轴方向配筋

本设计承台使用HRB335钢筋（=300）则

选用34B25@140 =16691 平行与y轴方向均匀布置
2、x轴方向配筋

选用36B25@130 =17672.4 平行与x轴方向均匀布置
3、 验算最小配筋率
最小配筋率满足要求。
详细配筋请见施工图

十四、参考文献
1. 中国建筑工业出版社，《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），2008.10
2. 中国建筑工业出版社，《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），2002.4
3. 中国建筑工业出版社，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），2002.4
4. 赵明华主编，《土力学与基础工程》，清华武汉理工大学出版社，2009.11

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