某桩基础课程设计计算书.doc

第一章
第一节：
一：设计题目：某单层厂房下基础设计
二：设计对象：某机械厂的装配车间，厂房基础顶面以上部分的建筑及结构的设计工作已完成。
三：课程设计任务：完成柱下基础与地基的设计与检算。
承担任务：抗风柱，第19号柱。截面形状为矩形，尺寸=长×宽=700×400。
平面布置位置如总平面图所示。
1． 设计计算：
（1）19号柱下独立基础的设计计算
a :平面尺寸，埋深的确定。b :基础及地基的计算及检算。
（2）19号柱下桩基础的设计计算
a :桩基类型的选择 b:桩材和桩径的选择 c:承台底面和顶面标高以及平面形状，尺寸的确定 d:桩长和桩柱数的确定 e:桩的布置f:单桩承载力的检算
（3）初步确定修筑基础的施工方案
2．图纸
（1）基础总平面布置图（假定所有基础均与自己设计的基础相同）
（2）基础的结构图。包括平面图，立面图，剖面图，同时在剖面图上必须给出基础底面的位置。（表示出埋深）

图1-1 装配车间平面图 /mm

第二节：设计资料
一：地质勘察资料
（1） 场地土层描述：
场地处地面平坦。19号柱中心线土层的情况如下：
第①层：人工填土。分布于场地表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。厚约 m,结构疏松，土质不均，平均天然重度17.1KN/
第②层：粉质黏土。呈棕红色。除1#孔外各孔均有，厚度 m。硬塑—可塑，土质较均匀。
第③层：黏土。呈黄黑色，各孔均有，没有钻透，据调查厚度在10m以上，可塑—硬塑，土质均匀。
场区地下水属潜水，初见水位在2.5-3.1m深处，稳定水位在2.9-3.9m深处。地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。根据钻探及室内土工实验情况分析，第①层杂填土不宜做建筑物地基。把第②层或第③层作为地基。其地基承载力标准值为：第②层：=200kpa；第③层：=220kpa。
（2） 土层剖面图，土性指标：
实际建成后室外地面标高为-0.15m，相当于黄海高程454.85m，室内地面标高为0.00m，相当于黄海高程455.00m。实际地层厚度如下：
第①层：d=454.85-453.25=1.6m
第②层：d=10.35m
第③层: d>10m
具体布置如下：

图1-2 土层剖面图

第二节：设计荷载
1. 柱底位于室内地面以下0.5m处，各柱在地面处的截面内力取值如下：
19号抗风柱（纵向计算）
标准组合：
基本组合：
纵向指沿车间的长轴方向。弯矩M以柱子的外侧受拉为正，剪力H以指向车间内部为正。荷载项下标K表示基本组合，否则为基本组合。
基础梁上的荷重（包括基础梁自重）按30计算。具体19号柱下作用基础荷载重如下：
图1-3 基础梁作用荷载 /mm
2.
由上图得：基础梁上的荷重：
30×0.9×9.45+30×9×4.5= 可得=163.35kN
3. 设计荷载作用图如下：

图1-4 设计荷载作用图

第二章：柱下独立扩展基础设计
第一节：独立基础尺寸确定
1. 由于第二层土层厚度较深且土质较好，同时地下稳定水位为2.9m—3.9m，故初步拟定基础持力层取为第二层土，假定深度为d=1.8m.。（以标高0.00为基准线），如上页图。
因基底尺寸尚未确定，故先计算深度修正后的承载力。
e=0.687<0.85 粉质黏土
查《基础工程》表3-4，承载力修正系数
因为稳定水位为2.9m—3.9m，对于基底以上部分不考虑地下水的影响，取基础底面以上的土的加权平均重度，修正取标高-0.15m为基准线。同时荷载取标准组合。
==17.20kN/m3
=+..(d-0.5)=200+1.6×17.20×(1.8-0.15-0.5)=231.65kPa
2. 确定基底尺寸。先按中心荷载计算：
A≥==3.11m2
扩大面积1.2倍得：1.2A=1.2×3.11=3.73m2
基底尺寸拟定为2.4×1.9m2=4.56m2，
由于b=1.9m<3.0m，所以无需重新进行宽度修正。

3. 承载力和偏心距e的验算：
①Pk=
=169.01 kPa<=231.65kPa（中心承载力满足要求）
②Fk=Fk1+Fk2=450+163.35=613.35KN
Gk==20×2.4×1.9×(1.8-0.075)=157.32KN
Mk=Mk1+MH-MJ=200+30×(1.8-0.075)-163.35×(0.145+0.7/2)=170.89kNm

262.70kPa<1.2fa=1.2×231.65=277.98kPa（偏心承载力满足要求）
75.32kPa>0（偏心距满足要求）
=

第二节 确定基础高度
确定基础高度和配筋时采用基本组合值
1. 计算基底
基础梁由标准值提高1.2倍为基本组合值
即F=650+163.35×1.2=846.02KN
M=280+50×(1.8-0.075)-163.35×1.2×(0.145+0.35)=269.22kNm

2. 确定基础高度
初步拟定高度h=500mm，按规范要求，铺设垫层时保护层厚度不小于40mm，因此假定钢筋中心到混凝土外表面的距离为50mm，故钢筋的有效高度h。=500-50=450mm

图2-1冲切破坏计算图（长度单位：mm）
抗冲切破坏验算公式为：
首先计算
ab=at+2h。=0.4+2×0.45=1.3m≤1.90m
故Al=
=
=0.67m2
近似地取=333.13kPa
得=333.13×0.67=223.20kN
式中，h。=450mm<800mm，故=1.0，基础混凝土采用C20，其=1.1MPa
=0.85m
=0.7×1.0×1.1××0.85×0.45=294.53kN>Fl=223.20kN
故h=500mm，能够满足抗冲切破坏要求。

第三节：内力计算

图2-2 矩形独立基础底版板的弯矩计算

台阶的宽高比为<2.5且偏心距e<，已由上计算验证满足要求显然，控制截面在柱边处：
，，

=228.58kPa

=154.00kNm

=96.55kNm
第四节 基础配筋
采用HPB235的钢筋，其fy=210N/mm2， 混凝土，fc=9.6N/mm2
①沿长边方向，由=154.00kNm，=450mm，宽度=1900mm
按梁进行配筋，

得：=0.04169
=0.9787

∴
取11φ14@180钢筋总面积为1693mm2
故实际的，大于原先假定的450mm，上述配筋显然是可以的。
②沿短边方向：由于沿短边方向的钢筋通常置于长边钢筋之上，并假设采用φ12钢筋，故
宽度=2400mm
得：

选用14φ10@180钢筋总面积为1099mm2

第三章 桩基础设计
一：桩基类型和桩尺寸的选择并确定桩端持力层和承台埋深
桩型采用预制方桩，拟尺寸为300mm×300mm方桩。由于地面以下很大深度没有基岩（d>20m）所以采用摩擦桩，选第②层硬塑-可塑的粉质黏土作为持力层，承台埋深为1.9m，假设承台底面以下的柱长为4m，只穿越第②层土层。
二： 确定单桩竖向极限承载力标准值Quk
由表5-6查得桩的极限 阻力标志值qsik为

粘性土：Il=0.412 因为d=1.9+2=3.9<5.0m
所以qsik的修正系数为0.8，
所以qsik=
桩的入土深度：h=1.9+4=5.9m<9m
粘性土：Il=0.412，h=5.9m，查表得qpk=1600kPa
故单桩竖向极限承载力标准值为：

=2×(0.3+0.3) ×61×4+1600×0.3×0.3=292.8+144=436.8kN
三：初步估算所需桩数n
在估算桩数时，首先需计算单桩竖向承载力设计值R
由于桩的布置和桩数未知，先不考虑承台效应和群桩效应。
从表5-19查得，，
得
确定桩数时，由于承台尺寸还未确定，可先根据单桩承载力设计值R和上部结构物荷载初步估算确定
中心荷载时，估算桩数，μ=1.1，F=846.02kN

取n=4，即采用4根桩。
四：进行桩位布置和确定承台尺寸
（1）桩在平面上采用行列式布置，由于预制桩根数<9，所以S≥3d=0.9m。
在x方向取桩间距Sx=1.1m，因为承台边缘至边桩中心的距离不应小于桩的边长，即承台bx=1.1+2×0.3=1.7m
在y方向取桩间距Sy=3d=3×0.3=0.9m，即承台by=0.9+2×0.3=1.5m
平面布置如下：

图3-1承台平面图
（2）承台埋深1.9m，承台高0.7m，桩顶伸入承台50mm，钢筋保护层取35mm，则承台有效高度h。=0.7-0.050-0.035=0.615m=615mm
承台平面布置如下：
五：计算考虑群桩效应下的基桩竖向承载力设计值R并验算桩数是否合适
，其中
（1）求系数和
，
以和，按桩为粘性土、从表5-20得，
（2）求系数，按5-70计算，首先求出承台内区、外区的净面积、和承台底地基土净面积

查表5-21得，

得
（3）求R。
先基桩的承台底地基t，极限抗力标准值Qck
经深度修正，d=1.9+1/2*1.5=2.65m；因为b=1.5m<3.0m,所以不需进行宽度修正。

=200+1.6*18.25*(2.65-0.15-0.5)=258.4kPa
， n=4

从表5-19查得，，且
得基桩竖向承载力设计值R：

（4）验算考虑承台 和群桩效应下的桩数
承台及其 G=1.2*1.7*1.5*1.9*20=116.28kN
根
说明取n=4根可以满足要求
六：桩顶荷载设计值计算
竖向力：F+G=962.30KN；承台高0.7m，则承台底所受的弯矩（绕y轴）
则桩顶平均竖向力设计值为
，

七：基桩竖向抗压承载力验算
基础是偏心受压：

两项验算均满足要求。

八：水平承载力验算
水平力H=50kN，水平力和竖向力的合力与铅垂线的夹角，
故可以不验算基桩的水平承载力。
九：承台抗冲切验算
（1）柱对承台的冲切验算
在x方向，在y方向 取

故取，
， 承台混凝土选用C20，

满足要求
（2）角柱对承台的冲切验算：
应验算受桩顶荷载最大的角柱对承台的冲切

所以取

而

满足要求
十：承台受剪切承载力计算
最危险截面为A-A截面，因其右侧的两桩承受的荷载最大，且纵向两桩间的距离比横向要大，见平面图，可知
，取
故剪切系数，截面处的计算宽度为

所以满足要求。
十一：承台受弯承载力计算
（1）计算柱边截面的弯矩
Ⅱ-Ⅱ载面，
Ⅰ-Ⅰ载面，
（2）配筋计算（采用HPB235钢筋， ）
a :沿x方向配筋：
按混规进行配筋，
得

选用10φ12@160，沿平行于x轴方向均匀布置。
b :沿y方向配筋：由于沿短边方向的钢筋通常置于长边钢筋之上，并假设采用直径为10mm的钢筋，故
得

选用11φ10@160，沿平行于y轴方向均匀布置。