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
①
杂填土
18
--
--
--
--
--
--
--
②
粉质粘土
20
0.65
0.84
34
13
7.5
6
130
③
黏土
19.4
0.58
0.78
25
23
8.2
11
180
④
细砂
21
0.62
--
--
30
11.6
16
240
⑤
强风化砂质泥岩
22
--
--
--
--
18
22
300

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（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）
承载力特性值
（fak）
KN/m³

度

①
杂填土
18

②
粉质粘土
20
0.65
34
13
0.20
10.0

130
③
粘土
19
0.58
25
23
0.22
8.2

210
④
全风化砂质泥岩
20

22
30

0.8
230
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

柱底荷载标准值 表3
题号
Fk (KN)
Mk (KN•m)
Vk (KN)
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
1
975
1548
1187
140
100
198
46
48
44
2
1032
1615
1252
164
125
221
55
60
52
3
1090
1730
1312
190
150
242
62
66
57
4
1150
1815
1370
210
175
271
71
73
67
5
1218
1873
1433
235
193
297
80
83
74
6
1282
1883
1496
257
218
325
86
90
83
7
1339
1970
1560
284
242
355
96
95
89
8
1402
2057
1618
231
266
377
102
104
98
9
1534
2140
1677
335
288
402
109
113
106
10
1598
2205
1727
365
309
428
120
117
114

柱底荷载效应基本组合设计值 表3
题号
F (KN)
M (KN•m)
V (KN)
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
1
1268
2023
1544
183
130
258
60
62
58
2
1342
2100
1627
214
163
288
72
78
67
3
1418
2250
1706
248
195
315
81
86
74
4
1496
2360
1782
274
228
353
93
95
88
5
1584
2435
1863
306
251
386
104
108
96
6
1667
2448
1945
334
284
423
112
117
108
7
1741
2562
2028
369
315
462
125
124
116
8
1823
2674
2104
391
346
491
133
136
128
9
1995
2783
2181
425
375
523
142
147
138
10
2078
2866
2245
455
402
557
156
153
149

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③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0.84m
2.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③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
③土层为粘土层e=0.58 IL=0.78得hb=0.3 hd=1.6
① 号土层重度 r1=18*0.5=9KN/m3
② 号土层重度 r2=20*1+(20-10)*0.2=22KN/m3
③ 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)=224.15KPa
4.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)=10.38m2
ra 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=(1.1~1.3)√fk/n(fa-rGd)￣
n=l/b 基础长宽比，对矩形界面一般取n=1.2~2.0
此处 取n=1.5
b=1.1√1873/1.5(224.5-20*2.2)=2.89m
l=A/b=11.42/2.89=3.95m
且b=2.89m<3m 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)=0.11m<l/6=0.66m
PKminKmax=(FK+GK )(1±6ek /l)/lb=(1873+502.48/11.42)[1±（6*0.11）/3.95]=280(1±0.17)=327.6232.4
基底应力验算
1/2 (PKMAX+PKMIN)=1/2(327.6+232.4)=280>fa=224.15不安全
PKMAX=327.16>1.2fa=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=4.31m
Gk=dArG=12.456*2.2*20=548.06KN
PKMAXKMIN=[(Fk+Gk)*(1±6eK/l)]/l*b=224.13/164.61
基地应力验算
1/2(Pkmax+Pkmin)=1/2(224.13+164.61)=194.37KN<fa安全
Pkmax=224.13<1.2fa=268.98安全
故拟定l=4.31m b=2.89m
7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=F[1±（6eno/l）]/lb=195.49(1±0.20)=234.59Kpa156.39Kpa
8基础高度（采用阶梯形基础）
柱边基础截面抗冲切验算

①基础交接处 ②基础变阶处
④ ①l=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=2.10m<b=2.89m,取ab=2.10m，可得
am=（at+ab）/2=（500+2100）/2=1300mm
因偏心变压 Pn取Pnmax=234.59Kpa
Fl=Pnmax[(L/2-at/2-ho)]b-(b/2-bt/2-ho)2]
=234.59[(4.31/2-0.5/2-0.80)2.89-(2.89/2-0.5/2-0.80)2]
=234.59(3.19-0.16)=710.81KN
抗冲切力为 0.7Bhp ftamho=0.7*1.0*1.27*103*1.3*0.8=924.56KN>Fl满足规定
②at=b1=1.6m a1=2.10 h01=410-40=370mm
所以ab=at+2h01=1.6+2*0.37=2.34m<b=2.8m
取ab=2.34m
am=(at+ab)/2=(1.6+2.34)/2=1.97m
冲切力为Fl=Pnmax[(l/2-a1/2-h01)b-(b/2-b1/2-h01)2]
=234.59[( 4.31/2-2.10/2-0.37)2.89-(2.89/2-1.6/2-0.37)2]
=234.59(2.12-0.08)=478.56KN
抗冲切力为0.7Bhpftamho=0.7*1.0*1.27*103*1.97*0.37=648.00>FL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
PnΙ=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.m
AsI=MI/(0.9fyho)=768.01*106/0.9*210*800=5079.43nm2
对于III—III截面
PnIII=Pnmin+l+a1/2l(Pnmax-Pnmin)=156.39+(1+1.95)*(234.59-156.39)/2*4.31
=183.15
MIII= (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.m
AsIII=MIII/0.9fyh01=450.86*106/0.9*210*370=6447.30nm2
比较AsI和AsIII配筋，实际配筋Φ22@120则钢筋根数
n=2890/120+1=25
As=304.1*25=7602.5mm2>7460.76mm2
(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II—II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.m
AsIV=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Φ16@175
N=4310/175+1=26
As=114.9*26=2989.4≈3046.16mm2
10.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=80KN
C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=8.4m2>A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=9.6>9.55,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=0.19
PkmaxKMIN=(Fk+Gk)*（1±6ek/l）=（1218+369.6）（1±6*0.19/3.0）/8.4
=189（1±0.38）=260.82KPa—117.18KPa
1/2(Pkmax+Pkmin)=1/2(260.82+117.18)=189<224.15
Pkmax=260.82<1.2fa=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=422.4KN
ek=M/Fk+Gk=297+74*0.8/(1433+422.4)=0.19m
Pkmaxkmin=(Fk+Gk)(1±6ek/L)/A=(1433+422.4)(1±*0.19/3.2)/9.6
=193.27（1±0.36）=262.85KPa—123.69KP
1/2(Pkmax+Pkmin)=1/2(262.85+123.69)=193.27KPa<fa=224.15
Pkmax=262.85<1.2fa=268.98KPa
所以取后拟定基础长3.2m 宽3.0m
13，图纸绘制