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基础课程设计

22
2020年4月19日
文档仅供参考

成绩

课程设计说明书

题 目： 柱下独立（联合）基础设计
课程名称： 基础工程
学 院： 土木与建筑工程学院
学生姓名：
学 号：

12月20日

课 程 设 计 任 务 书
设计题目
柱下独立（联合）基础设计
所在院部
土木与建筑工程学院
专业、年级、班
土木工程11-1
设计要求： 按照以下所给资料进行基础设计。
1、设计资料
（1）上部结构资料：上部结构为多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为600×600 mm，室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱网布置见图1。

图1 柱网平面图
（2）地形：拟建建筑场地平整，土层起伏不大。
（3）工程地质资料自上而下依次为：
①杂填土：厚约0.5m，含部分建筑垃圾；
②粉质粘土：厚0.9m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=120KN/m2；
③粘土：厚2.5m，可塑，稍湿，承载力特征值fak=186KN/m2；
④淤泥质粉质粘土：厚2m,承载力特征值fak=70KN/m2；
⑤强风化砂质泥岩：厚3.0m,承载力特征值fak=310KN/m2；
⑥中风化砂质泥岩：厚4.0m,承载力特征值fak=600KN/m2；

表1 地基岩土物理力学参数表

地
层
代
号

土
名
天然地基土
重度（γ）
孔隙比
（e）
凝聚力
（c）
内摩
擦角
（Φ）
压缩
系数
(a1-2)
压缩
模量
（Es）
抗压
强度
（frk）
承载力特征值
（fak）
kN/m³

kPa
度

①
杂填土
18

②
粉质粘土
17.2
0.65
34
13
0.20
10.0

130
③
粘土
19.4
0.58
25
23
0.22
8.2

185
④
淤泥质粉质粘土
17.8

22
30

0.8
70
⑤
强风化砂质泥岩
22

20
25

3.0
300
⑥
中风化砂质泥岩
24

15
40

4.0
620
（4）水文资料为：
地下水对混凝土无侵蚀性。
地下水位深度：位于地表下2.5m。
（5）材料：混凝土等级Ｃ20～C30，钢筋HPB300、HPRB335级。
2、设计内容
设计柱下独立基础，包括确定基础埋深、基础底面尺寸，对基础进行结构内力分析、强度计算，确定基础高度、进行配筋计算并满足构造设计要求，编写设计计算书。
绘制基础施工图，包括基础平面布置图、基础施工图，并提出必要的技术说明。
学生应完成的工作：
1、设计计算书(A4)
（1）确定地基持力层和基础埋置深度；
（2）确定基础底面尺寸，验算地基承载力；
（3）对基础进行抗冲切承载力验算，确定基础高度；
（4）对基础进行正截面受弯承载力验算，给基础底板配筋；
2、 设计图纸(A4或A3)
（1）基础平面布置图
（2）基础配筋图
要求分析过程详细，计算步骤完整，设计说明书的编写应具有条理性，图纸整洁清晰。

参考文献阅读：
[1] 华南大学，浙江大学，湖南大学编，基础工程（第二版）[M] ，中国建筑工业出版社，
[2]《建筑结构荷载规范》（GB50009- ）[S]，中国建筑工业出版社，
[3]《建筑地基基础设计规范》（GB50007 - ）[S]，中国建筑工业出版社，
[4]《混凝土结构设计规范》（GB50010 - ）[S]，中国建筑工业出版社，

工作计划：
课程设计时间：5天。
其中：
1、布置任务、熟悉设计资料0.5天；
2、确定设计方案、计算2天；
3、整理设计说明书、绘图1.5天
4、打印并上交设计说明书、图纸1天。

任务下达日期： 年12月16日
任务完成日期： 年12月20日

目 录
摘要、关键词…………………………………………………………………1
1.设计背景……………………………………………………………………2
2.设计方案……………………………………………………………………5
3.方案实施 …………………………………………………………………11
4.结果与结论 ………………………………………………………………17
5.参考文献 …………………………………………………………………18
6.附件 ………………………………………………………………………19
柱下独立（联合）基础设计

摘 要：根据相关的柱网布置、荷载、地理条件等方面的要求设计一桩基础，设计的内容主要有基础的基础的结构型式、材料与平面布置；确定基础的埋置深度d ；计算地基承载力特征值，并经深度和宽度修正，确定修正后的地基承载力特征值 ；根据作用在基础顶面荷载 F 和深宽修正后的地基承载力特征值，计算基础的底面积；计算基础高度并确定剖面形状；若地基持力层下部存在软弱土层时，则需验算软弱下卧层的承载力；进行配筋的计算并配筋；最后绘制施工图。
关键词：独立基础 联合基础 基础埋深 底面尺寸 底板高度 配筋 施工图

1. 设计背景
某多层全现浇框架结构房屋，上部框架柱截面尺寸为600×600 mm，室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱网布置见图1。

图1 柱网平面图

以下是横向框架柱的一般组合和考虑地震的内力组合表：
横向框架柱内力组合（一般组合）
A柱
内力
恒载
活载
右风
内力组合
M
11.4
3.48
25.23
18.8
N
992.73
171.4
-14.7
1508.1
V
-6.32
-1.93
-8.67
-10.42
B柱
M
-9.14
-2.67
28.38
-14.96
N
1179.1
260.73
14.7
1847.3
V
5.14
-1.49
-10.53
5.48

横向框架柱内力组合（考虑地震）
A柱
内力
恒载
活载
右风
内力组合
M
11.4
1.75
347.58
467.63
N
992.73
85.65
208.48
1565.08
V
-6.32
-0.97
-111.36
-153.52
B柱
M
-9.14
-1.13
350.84
443.77
N
1179.12
130.14
138.22
1750.8
V
5.14
0.73
-130.18
-162.19

经计算，由于边柱柱底和中柱柱底的，因此组合都采用
边柱柱底：

中柱柱底：

底层墙：基础连系梁传来荷载标注值（连系梁底面标高同基础顶面）
墙重：

连梁重：

柱A基础底面：

柱B基础底面：

建筑场地平整，土层起伏不大。工程地质资料见表1：
表1 场地工程地质资料
地
层
代
号

土
名
天然地基土
平均厚度hi
天然含水量（W）
重度
（γ）
孔隙比（e）
塑性指数IL
液性指数IL
凝聚力
（c）
内摩擦角（Φ）
压缩模量
（Es1-2）
承载力特征值（fak）
m
%
kN/m³

kPa
度

①
杂填土
0.5
/
17.2
/
/
/
/
/
/
/
②
粉质粘土
0.9
27.6
19.3
0.803
13.1
0.61
30.1
10.7
8.1
120
③
粘土
2.5
35.9
19.4
0.58
15
0.58
28
8
2.7
186
④
淤泥质粉质粘土
2
28.3
17.8
1.147
13.9
1.24
15.7
6.4
2
70

地下水位于地表下2.5m，地下水对混凝土无侵蚀性。

2.设计方案
2.1材料选用
C30混凝土（=14.3N/mm2，=1.43N/mm2）；
HPB300钢筋（=270N/mm2）；
HRPB335钢筋（=300N/mm2）。
2.2.基础埋深选择
根据任务书要求和工程地质资料：
第一层土：杂填土，厚0.5m；
第二层土：粉质粘土，厚0.9m,承载力特征值 = 120kPa；
第三层土：粘土，厚2.5m,承载力特征值 = 186kPa；
第四层土：淤泥质粉质粘土，厚2m,承载力特征值 = 70kPa。
地下水对混凝土无侵蚀性，地下水位于地表下2.5m。
持力层选用ƒ层粘土，承载力特征值kPa，设基础在持力层中的嵌固深度为0.15m，室外地坪标高同自然地面，则室外埋深为1.55m，室内埋深2m（室内外高差0.45m）。因此考虑取室外地坪到基础底面为。由此得土层分布及基础剖面示意图如下：

图2 土层分布及基础剖面示意图
2.3 确定基础底面积
（1）A柱
1）求地基承载力特征值
根据持力层为粉质粘土故取
基底以上土的加权平均重度

（加权土重度，其中杂填土容重17.2，粉质粘土取19.3,粘土取19.4）
持力层承载力特征值（先不考虑对基础宽度修正）

（上式d按室外地面算起）
2）初步选择基底尺寸
取柱底荷载标准值：，，
基础底面积：
设，
取，，且不需要再对进行修正。
3）验算持力层地基承载力
回填土和基础重：

偏心距： ，

基底最大压力：

，满足要求。
4）按软卧层强度验算基底尺寸
软卧层顶面处土的自重应力：
（地下水位以下土取浮重度）
软卧层顶面处土的加权重度：

软卧层承载力修正：

因此
软卧层顶面处的附加应力：

因此满足要求。
最后确定基础底面面积长，宽。
（2）B柱
1）基础底面尺寸确定
因B、C轴间距仅3m，B、C柱分别设为独立基础场地不够，因此将两柱做成双柱联合基础。
因两柱荷载对称，因此联合基础近似按中心受压设计基础，基础埋深2m，如下图：

图3. B-C柱联合基础埋深

设，
因为，因此需要再对进行修正

，
取
2）软卧层验算
软卧层顶面处土的自重应力：
（地下水位以下土取浮重度）
软卧层顶面处土的加权重度：

软卧层承载力修正：

(注意：此处将原地面（标高-0.450m)至室内地面（标高+-0.000）范围内的填土作为外荷载加入。）
基础底面处土的加权平均重度：
因此
软卧层顶面处的附加应力：

因此满足要求。
最后确定基础底面边长，宽。
（2） 抗震验算
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—— ），本工程需进行地基抗震验算；
A柱：上部传来竖向力：
底层墙：
竖向力：
上部传来弯矩：
底层墙：
弯矩：
柱底剪力：
（B-C）柱：上部传来竖向力：
底层墙：

A柱基础持力层强度验算：
基础形心处竖向力：
弯矩：
偏心距：

满足要求
（B-C）柱基：

满足要求

3. 方案实施
3.1基础结构设计
混凝土选用C30，HPB300 级钢筋， HRB335 级钢筋，
(1) 荷载设计值
基础结构设计时，需按荷载效应基本组合的设计值进行计算。
A柱：

②（B-C）柱：

（2）A柱
预估基础高度0.7，采用二阶阶梯形基础。
1）基地净反力

2）冲切验算
柱边基础截面抗冲切验算（见图4）

图4 冲切验算简图

，，，。初步选定基础高度，（有垫层）。

，因此破坏椎体在基础平面内部；
取

因偏心受压，取
冲切力：

抗冲切力：

基础高度满足要求。
（3）配筋计算

图5 基础剖面尺寸示意图
І-І截面（柱边）：
柱边净反力：

在b=2.8m宽度范围内选配平行于长边的钢筋为：15ф14@190（实配As=2308mm2），并置于下层。
Ⅱ-Ⅱ截面：

在L=3.5m宽度范围内选配平行于短边的钢筋，按构造要求配筋:实配17ф14@200（As=2616mm2），并置于上层。
（注：平行于短边的钢筋放在长边钢筋上方，因此有效计算高度差粗略地取10mm）
（3）B-C柱
，，，初选基础高度H=0.7m（等厚）；
1）基底净反力

2）冲切计算

图6 冲切验算计算简图
要求

，

因此满足要求。
3）纵向内力计算

弯矩和剪力的计算结果见下图：

图8 弯矩和剪力计算结果
4)抗剪验算
柱边剪力：,

满足要求。
5）纵向配筋计算（选用HRPB335，钢筋=300N/mm2）
板底配筋：
选2220@180（实配6912）
板顶配筋：因未产生负弯矩，按构造要求配筋φ10@200
（注意：若柱间有负弯矩，板顶需按该式，进行配筋计算。）
6）横向配筋（选用HRPB335钢筋=300N/mm2）
柱下等效梁宽为：

柱边弯矩：

在柱下1.58m范围内选配925@190（实配4418），基础顶面配置仅起固定作用的横向构造筋φ8@250。
3.2 绘制基础施工图。
根据以上计算，能够绘制出基础平面布置图和A轴、B-C柱子基础配筋图（见附件）。

4.结果与结论
根据任务书的要求，经过计算、设计和验算，得出以下满足设计要求的结果：
1、A轴和D轴设计柱下独立基础
①基底面标高为-2.0m，持力层位于第ƒ层粘土，承载力特征值kPa.
②基础底面尺寸为m，m。
③阶梯形截面，高0.7m。
④基础底板双向配筋，采用HPB300级钢筋。
平行于短边按构造要求配筋: 17ф14@200，并置于上层；平行于长边配筋：14ф16@200，并置于下层。
⑤混凝土强度等级为C30，基础下采用100mm厚C15素混凝土垫层。
2、B-C轴设计双柱联合基础
①基底面标高为-2.0m，持力层位于第ƒ层粘土，承载力特征值kPa。
②基础底面尺寸为m，m。
③基础底板厚0.7m。
④基础板顶、板底均配筋，采用HPB300、HRB335级钢筋。
板底纵向选2220@180，板顶纵向因未产生负弯矩，按构造要求配筋ф10@200；板底横向：在两柱下1.58m范围内分别选配925@190，其余按构造配筋ф10@200；板顶横向：配置仅起固定作用的横向构造筋ф8@250。
⑤混凝土强度等级为C30，基础下采用100mm厚C15素混凝土垫层。

5.参考文献
[1] 华南大学，浙江大学，湖南大学编，基础工程（第二版）[M] ，中国建筑工业出版社， .10
[2]《建筑结构荷载规范》（GB50009- ）[S]，中国建筑工业出版社，
[3]《建筑地基基础设计规范》（GB50007 - ）[S]，中国建筑工业出版社，
[4]《混凝土结构设计规范》（GB50010 - ）[S]，中国建筑工业出版社，

6.附件