土力学与地基基础课程设计.doc

土力学与地基基础课程设计学生姓名: 莫毅坤指导教师： 王舒学生班级：09级土木1班设计时间： 2023年12月19日哈尔滨铁道职业技术学院设计所需数据 地基岩土物理学参数 表1土层编号土的名称重度孔隙比e液性指数粘聚力c内摩擦角压缩模量标准贯入锤击数N承载力特性值杂填土18-粉质粘土200.650.8434137.56130 黏土19.40.580.7825238.211180 细砂210.62-3011.616240强风化砂质泥岩22-1822300 柱网布置图地基岩土物理力学参数表 表2地层代号土名天然地基土重度（）孔隙比（e）凝聚力（c）内摩擦角（）压缩系数(a1-2)压缩模量（Es）抗压强度（frk）承载力特性值（fak）KN/m度杂填土18粉质粘土200.6534130.2010.0130粘土190.5825230.228.2210全风化砂质泥岩2022300.8230强风化砂质泥岩2220253.0300中风化砂质泥岩2415404.0620 柱底荷载标准值 表3题号Fk (KN)Mk (KNm)Vk (KN)A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴197515481187140100198464844210321615125216412522155605231090173013121901502426266574115018151370210175271717367512181873143323519329780837461282188314962572183258690837133919701560284242355969589814022057161823126637710210498915342140167733528840210911310610159822051727365309428120117114 柱底荷载效应基本组合设计值 表3题号F (KN)M (KNm)V (KN)A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴1126820231544183130258606258213422100162721416328872786731418225017062481953158186744149623601782274228353939588515842435186330625138610410896616672448194533428442311211710871741256220283693154621251241168182326742104391346491133136128919952783218142537552314214713810207828662245455402557156153149一设计资料：B轴柱底荷载柱底荷载效应标准组合值 FK=1873KN MK=193KN.M VK=1.8KN柱底荷载效应基本组合值 F=2435KN M=251KN.M V=108KN持力层为土层承载力特性值 fak=180kg地下水位深度位于地表下1.5m框架柱截面尺寸 500mm*500mm室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm二基础设计1选择基础材料基础采用C25混凝土，HpB235级钢筋，预估基础高度0.84m2.选择基础埋置深度取基础底面高时最高取至持力层下0.5m,本设计取土层为持力层，所以考虑取室外地坪的基础底面为0.5+1.2+0.5=2.2m,基础剖向示意图如下3.求地基承载力特性值fa土层为粘土层e=0.58 IL=0.78得hb=0.3 hd=1.6 号土层重度 r1=18*0.5=9KN/m3 号土层重度 r2=20*1+(20-10)*0.2=22KN/m3 号土层重度 r3=9.4*0.5=4.7KN/m3由此可得基底以上加权平均重度为 rm=r1+r2+r3/2.2=16.23KN/m3 持力层承载力特性值fa为（未考虑宽度修正）fa=far+hdrm(d-0.5)=180+1.6*16.23*(2.2-0.5)=224.15KPa4.初步选择基底尺寸取荷载标准值Fk=1873KN Mk=193KN*m Vk=83KN基础底面积为Ao=FK/(fa-rad)=1873/(224.15-20*2.2)=10.38m2ra 基础及回填土平均重度，一般取20KN/m2 d 按室外地面算起考虑偏心荷载的影响，基础面积加大范围为（10%-40%）此处按10%增大面积A=1.1Ao=1.1*10.38=11.422将面积增大后，以适当的比例选定基础长度和宽度，宽度b为b=(1.11.3)fk/n(fa-rGd) n=l/b 基础长宽比，对矩形界面一般取n=1.22.0此处 取n=1.5b=1.11873/1.5(224.5-20*2.2)=2.89ml=A/b=11.42/2.89=3.95m且b=2.89m3m 不需要对fa修正5.验算持力层地基承载力基础和回填土重Gk=radA=20*2.2*11.42=502.48KN偏心距为ek=M/(FK+GK)=(193+83*1.8)/(1873+502.48)=0.11mfa=224.15不安全PKMAX=327.161.2fa=268.98不安全因此，重新设计尺寸。6.重新设计基地尺寸中心荷载作用基底面积计算同前Ao=10.38m2考虑偏心不利影响加大基础底面积20%A=1.2Ao=12.456m2取b=2.89m l=4.31mGk=dArG=12.456*2.2*20=548.06KNPKMAXKMIN=(Fk+Gk)*(16eK/l)/l*b=224.13/164.61基地应力验算1/2(Pkmax+Pkmin)=1/2(224.13+164.61)=194.37KNfa安全Pkmax=224.131.2fa=268.98安全故拟定l=4.31m b=2.89m7计算基底净反力取柱底载荷基本组合体 F=2435KN M=251KN.m V=108KN*净偏心距为 eno=M/N=251+108*0.8/2435=0.14m基础边沿处的最大和最小净反力为PNMAXNMIN=F1（6eno/l）/lb=195.49(10.20)=234.59Kpa156.39Kpa8基础高度（采用阶梯形基础） 柱边基础截面抗冲切验算基础交接处 基础变阶处 l=4.31 b=2.89 bt=at=0.5m取2个台阶 每个420mm ho=h-40=840-40=800mm(有垫层)，则ab=at+2h0=0.5+2*0.80=2.10mFl满足规定at=b1=1.6m a1=2.10 h01=410-40=370mm所以ab=at+2h01=1.6+2*0.37=2.34mFL满足需求9.配筋的计算选用HPB23级钢筋fy=210N/nm2(1) 对于I-I截面 柱边净反力为Pn=Pnmin+(1+ac)/2l(Pnmax-Pnmin)=156.39+(1+0.5)*(234.59-156.39)/2*4.31 =156.39+0.17*78.2=169.68Kpa悬臂部分净反力平均值1/2(Pnmax+PnI)=1/2(234.59+169.68)=202.14Kpa弯矩为MI=1/24(Pnmax+PnI)/2(l-ac)2(2b+bc) =1/24(234.59+169.68/2)(4.31-0.5)2(2*2.89+0.5)=768.01KN.mAsI=MI/(0.9fyho)=768.01*106/0.9*210*800=5079.43nm2对于IIIIII截面 PnIII=Pnmin+l+a1/2l(Pnmax-Pnmin)=156.39+(1+1.95)*(234.59-156.39)/2*4.31 =183.15MIII= (Pnmax/2+PnIII)(l-a1)2(2b+b1)/24 = (234.59/2+183.15)(4.31-2.10)2(2*2.89+1.6)/24 =300.45*4.88*7.38/24 =450.86KN.mAsIII=MIII/0.9fyh01=450.86*106/0.9*210*370=6447.30nm2比较AsI和AsIII配筋，实际配筋22120则钢筋根数 n=2890/120+1=25 As=304.1*25=7602.5mm27460.76mm2(2) 基础短边方法，由于该基础受单向偏心荷载所以在基础短边方向基底反力可按均布分布计算 Pn=1/2(Pnmax+Pnmin)=1/2(234.59+156.39)=195.49KPa对于IIII截面（柱边） MII=Pn*(b-bc)2(2l+ac)/24=195.49*(2.89-0.5)2(2*4.31+0.5)/24=460.58KN.m AsII=MII/0.9fyho=460.58*106/0.9*210*800=3046.16mm2对于IV-IV截面（变阶处）有MIV=Pn(b-b1)2(2l+a1)/24=195.49(2.89-1.6)2(2*4.31+2.10)/24 =8.15*1.66*10.72=145.03KN.mAsIV=Mw/0.9fyho1=145.03*106/0.9*210*370=2073.93mm2比较AsII和AsIV 选用AsII配进实际配16175N=4310/175+1=26As=114.9*26=2989.43046.16mm210.拟定配筋大样图11拟定A.C两轴柱子基础底面尺寸5#A.C两柱基础底荷载如下A轴 FK=1218KN MK=235KN.m Vk=80KNC轴 Fk=1433KN Mk=297KN.m Vk=74KN由前面计算得持力层承载力特性值fa=224.15Kpa计算基础和回填土重Gk时d=2.2m A轴基础底面积为Ao=Fk/fa-rad=1248/224.15-20*2.2=6.93m2基础底面积按20%增大即A=1.2Ao=1.2*6.93=8.31初步选定A=2.8*3.0=8.4m2A且b=2.8m 不需对fa修正C轴基础底面积为Ao=Fk/fa-rad=1433/224.15-20*2.2=7.95mm2按20%对基础面积增长A=1.2Ao=9.55m2初步选定A=3.2*3.0=9.69.55,且b=3m 不需对fa修正12验算持力层地基承载力对A轴 基础和回填土重Gk=radA=20*2.2*8.4=369.6KN偏心距 ek=M/Fk+Gk=235+80*0.8/1218+369.6=0.19PkmaxKMIN=(Fk+Gk)*（16ek/l）=（1218+369.6）（16*0.19/3.0）/8.4 =189（10.38）=260.82KPa117.18KPa1/2(Pkmax+Pkmin)=1/2(260.82+117.18)=189224.15Pkmax=260.821.2fa=268.98KPa所以最后拟定基础长3.0m 宽2.8m对于C轴Gk=radA=20*2.2*9.6=422.4KNek=M/Fk+Gk=297+74*0.8/(1433+422.4)=0.19mPkmaxkmin=(Fk+Gk)(16ek/L)/A=(1433+422.4)(1*0.19/3.2)/9.6 =193.27（10.36）=262.85KPa123.69KP1/2(Pkmax+Pkmin)=1/2(262.85+123.69)=193.27KPafa=224.15Pkmax=262.851.2fa=268.98KPa所以取后拟定基础长3.2m 宽3.0m13，图纸绘制