预制桩基础课程设计框架结构桩基础设计.doc

目录 1. 设计题目1 2. 设计荷载1 3. 地层条件及其参数1 1）.地形.1 2）.工程地质条件.1 3）.岩土设计技术参数.2 4）.水文地质条件.2 5）.场地条件.2 6）.上部结构资料.2 4. 预制桩基设计3 1). 单桩承载力计算.3 2). 桩基竖向承载力特征值.4 3). 桩基竖向承载力验算.4 4). 承台设计.5 5). 承台厚度及受冲切承载力验算.6 （1） .柱向下冲切验算.6 （2） .角桩冲切验算.6 6). 承台受剪承载力验算.6 7). 承台受弯承载力计算.7 8).承台结构设计.7 9).桩身结构设计.7 10).桩身结构设计.8 11).吊装验算.8 5. 估算B.C轴线柱下桩数.9 1). 桩数估算.9 2). 承台平面尺寸确定.9 6. 设计图纸.10 7. 参考文件.10 基础工程课程设计 1.设计题目 此次课程实际题目：框架结构桩基础设计 2.设计荷载 题号：31号设计A轴柱下桩基，B,C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数（1） 柱底荷载效应标准组合值以下。 A 轴荷载：Fk=1256kN Mk=172kN.M Vk=123kN B 轴荷载：Fk=1765kN Mk=169kN.M Vk=130kN C 轴荷载：Fk=1564kN Mk=197kN.M Vk=112kN (3) 柱底荷载效应基本组合值以下。 A 轴荷载：F=1580kN M=198kN.M V=150kN B 轴荷载：F=2630kN M=205kN.M V=140kN C 轴荷载：F=1910kN M=241kN.M V=138kN 3.地层条件及其参数 1） .地形 拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。 2） .工程地质条件 自上而下土层依次以下： 号土层：素填土，厚度1.5m，稍湿，涣散，承载力特征值fak=95kPa。 号土层：淤泥质土，厚度 3.3m，流塑，承载力特征值 fak=65kPa。 号土层：粉砂，厚度 6.6m，稍密，承载力特征值 fak=110kPa。 号土层：粉质粘土，厚度 4.2m，湿，可塑，承载力特征值 fak=165kPa 号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值 fak=280kPa。 3） .岩土设计技术参数 地基岩土物理力学参数 土层编号 土名称 孔隙比 e 含水量 W（%） 液性指数 Il 标准灌入锤击数 N（次） 压缩模量 Es 素填土 - - - - 5.0 淤泥质土 1.04 62.4 1.08 -3.8 粉砂 0.81 27.6 - 14 7.5 粉质粘土 0.79 31.20.74 - 9.2 粉砂层 0.58 - -31 16.8 表1 表2 桩极限侧阻力标准值qsk 土层编号 土名称 桩侧阻力qsk 桩端阻力qpk 素填土 22 - 淤泥质土 28 - 粉砂 45 - 粉质粘土 60 900 粉砂层 75 2400 4） .水文地质条件 拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。 地下水位深度：位于地表下 5） .场地条件 建筑物所处场地抗震设防烈度度，场地内无液化砂土，粉土。 6).上部结构资料 n 拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m，宽9.6m。室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱截面尺寸均为400400，横向承重，柱网布置如图A所表示。 预制桩基设计 建筑物基础设计方案采取混凝土预制桩，详细设计方案以下：室外地坪标高为 -0.45m,自然地面标高同室外地坪标高。该建筑桩基属丙级建筑基桩，拟采取截面为 400m*400m 混凝土预制方桩，以号土层粉质粘土为持力层，桩尖深入 1.2m，设计桩长11.0m，初步设计承台高0.6m，承台底面埋置深度-1.60m，桩顶伸入承台 50mm。如图 1所表示： 1）.单桩承载力计算 依照以上设计，桩顶标高为 -1.6m，桩底标高为-12.6m，桩长11m。 单桩竖向极限承载力标准值按下式计算： Q = Q + Q = uq l+ Aq ukskpkpsik ip pk 因为 Q =40.4（1.522+3.328+6.645+1.260）=791.04kN skQ =0.40.4900=144kN pk则Q =791.04+144=935.04kN uk2） .桩基竖向承载力特征值 承台底部地基土为较松软填土，压缩性大，所以本工程不考虑成太土效应取c=0，则有 R= R= Q uk =935.04/2=467.52kN a K依照上部荷载初步估量粧数为n= Fk =1256/467.52=2.69 Ra取设计桩数为4根。 3） .桩基竖向承载力验算 依照建筑桩基技术规范，当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应标准组合值。因为桩基所处场地抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土，所以不进行地震效应承载力验算。 依照粧数及承台尺寸结构要求初步设计矩形承台，取承台变长为2.0m2.0m，矩形布桩，桩中心距取3.0d，则s=3400=1200mm ，取s=1200mm ，桩心距承台边缘为 400mm。如图 2所表示: 承台及其上土壤总重为 G =2.02.01.620=128kN k计算时取荷载标准组合，则 Q=Fk +G k =(1256+128)/4=346R（=467.52） knQ = Q+Myymax2 =346+(172+1231.6) 0.6/(40.6 kmaxk0.6)=346+153.67=499.67 Q =Q-Myymin2 =346-153.67=192.33 kmink所以 Q =499.671.2R(=1.2*467.52=561.024) kmaxQ =192.330 kmin 满足设计要求,故初步设计是合理。 4）.承台设计 n依照以上桩基设计及结构要求，承台尺寸2.02.0m，预估承台厚0.6m，承台选取等级为C25混凝土，混凝土抗拉强度为t=1.27N/mm2，抗压强度为 c=11.9N/mm2；承台钢筋选取HRB335级钢筋，y=300N/mm2.如图3所表示： 3 承台内力计算：承台内力计算采取荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为 Q =F+M yyyi =3680/4+(371+2331.6) 0.6/40.60.6= max ni2Q =F-M yyyi =1580/4-182.5=395-182.5=212.5kN min ni2 N=F=1580/4=395kN n5）.承台厚度及受冲切承载力验算 n为预防承台产生冲切破坏，承台应具备一定厚度，初步设计厚度0.6m，承台底保护层厚度80mm，则h=600-80=520mm 。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。(0)（1）.柱向下冲切验算承台受桩冲切承载力应满足下式： F2 （b+a ）+ （a+a ） hl0xcoyoycoxhp t 0 式中：a =0.2 = a / h=0.38 =0.84/(0.2+ )=1.45 a =0.2 oxoyoy00xoxoy = a /h=0.38 =0.84/(0.2+ )=1.45 b=a=0.4m =1.0 oxox00yoxcchp2 （b+a ）+ （b+a ） h0xcoyoycoxhp t 0 =21.45（0.4+0.2）+1.45（0.4+0.2）112700.52 =2298.19kNF（=1580kN） 故厚度为0.6m的(l)承台能够满足柱对承台冲切要求。 （2）.角桩冲切验算承台受角桩承载力应满足下式： N/ （c+a1y ）+ （c+a1x ） h1x2 21y1 2hp t 0 因为Nl=Nmax=577.5kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为 c=c=0.6m a =0.2m a =0.2m =a1x =0.2/0.52=0.38 121x1y1x h0=a1y =0.38 = 0.56 =0.56/(0.38+0.2)=0.97 = 0.56 =0.97 1y h1x l +0.21y l +0.201x1y抗冲切力=（c+a1y ）+（c+a1x ） h=896.82kNN, （=577.5kN）1x2 21y1 2hp t 0max 故厚度为0.6m承台能够满足角桩对承台冲切要求。 6）.承台受剪承载力验算 承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成斜截面处，剪切力V必须小于抗剪切力，即满足: V bh 对于I-I截面：hst0 , A =0.2m =a1x =0.2/0.52=0.38 =1.75/+1=1.27 1xx h0 =(800/h)1/4=1.11 b=2.0m V=2577.5=1155kN hs0抗剪切力=1.111.2712702.00.52=1861.93kN1155kN 故满足抗剪切要求。对于II-II截面： a =0.2m=0.2/0.52=0.38=1.75/+1=1.27 1yy =(800/ h0)1/4=1.11 b=2.0m V=2395=790kN hs抗剪切力=1.111.2712702.00.52=1861.93kN790kN 故满足抗剪切要求。 7）.承台受弯承载力计算承(n)台计算截面弯矩以下: 对于I-I截面，取基桩净反力最大值N/max=577.5进行计算，则 x=600-200=400mm=0.4m M=Nx=2577.5iyi iM0.4=462kN.mA = y =462106/(0.9300520)=3291mm2 sl 0.9h y 0所以，承台x轴方向选取二级钢筋18145，钢筋数为 n=/145+1=14 取，1418145实际钢筋As=3562mm2，满足要求。对于II-II截面，取基桩净反力平均值N=395进行计算，此时 x=600-200=400mm=0.4m i则 M=Ny=23950.4=316kN.m xi i A= M x =316 106/(0.9300520)=2251mm2 s 0.9h y0所以，承台y轴方向选取12二级直径16180，钢筋根数为n=/180+1=12，取12根二级直径16180，实际钢筋As=2412mm2，满足要求。 8）.承台结构设计 n混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm，两承台间设置连系梁，梁顶面标高 -0.8m，与承台平齐，依照结构要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共四根一级钢筋直径12通长配筋，箍筋采取一级钢筋直径为 8间距为200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘 100mm。 9).桩身结构设计预(n)制桩桩身混凝土强度等级选取 C30，钢筋选取HRB335级。依照建筑桩基技术规范，桩顶轴向压力应符合以下要求： Nac c ps N =F+G +M yyyi =(1580+128)/4+(198+1501.6) 0.2/4 maxni20.22=427+547.5=974.5KN 计算桩基轴心抗压强度时，通常不考虑压屈影响，故取稳定系数=1；对于预制桩，基桩施工工艺系数c=0.85；C30级混凝土，c=14.3N/mm2，则 A=10.8514.31060.42 c c =1944.8kNN （=974.5kN） max故桩身轴向承载力满足要求。 10).桩身结构设计 了桩身按结构要求配筋，选取8根直径为14HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选取直径为6HPB300级钢筋，间距200mm，距桩顶2m范围内间距50mm，距桩顶2-4m范围内间距100mm。采取打入法沉桩，桩顶设置三层直径为6，间距为 50mm钢筋网，桩尖全部主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖0.6m范围内箍筋加密，间距50mm，桩身主筋混凝土保护层厚30mm。 11).吊装验算 因为桩长度不大，桩身吊装时采取二点起吊，吊点位置如图4所表示。 起吊点距桩两端距离为 a=0.207L=0.20711=2.277m 则吊起时桩身最大弯矩为 M=0.0214kql2=0.02141.2（0.4225）112=12.43kN.m l桩身配筋验算；混凝土采取C30级，钢筋采取HRB335级，则c=14.3N/mm2， y=300N/mm2，因为b=400mm，h=400-40=360mm，每边配3根直径为14二级0 钢筋,As=461N/mm2，则 X=fA/b=(300461)/(1.014.3400)=24.18mm y S1 c M=bx（h-x） u1 c0 2 =1.014.340024.18(360-24.18) 2=48.12106N.mm =48.12kN.m 所以MM ul 故桩身配筋满足吊装要求。 5.估算B.C轴线柱下粧数 1).桩数估算 设计BC 轴线下桩基础方法和A轴线下相同。单桩极限承载力标准值为935.04KN，基桩竖向承载力特征值为467.52KN. B轴柱下荷载标准组合值为Fk=1765kN Mk=169kN Vk=130kN 依照B 轴下荷载初步估算B 轴柱下根数， F n= k =1765/467.52=3.8 取n=4 R则B 轴下设计桩数为4根。 C 轴柱下荷载标准组合值为Fk=1564kN Mk=197kN Vk=112kN 依照C 轴下荷载初步估算C 轴柱下根数， F n= k =1564/467.52=3.3 取n=4 R则轴C 下设计桩数为4根。 2).承台平面尺寸确定 依照估算桩数和承台结构要求，设计B 轴线承台平面尺寸为2.8m2.8m，庄中心距取mm，桩心与承台边缘距离400mm。 依照粧数及承台尺寸结构要求初步设计矩形承台，设计C 轴线承台变长为3.2m3.2m，矩形布桩，桩中心距取2400，桩心距承台边缘为400mm。如图5 所表示： 6.设计图纸 依照以上计算，可绘制出承台平面图与剖面图、桩基平面布置图和桩基大样图，见附录1所表示。 7.参考文件 (1)建筑结构荷载规范(GB 50009-)，中国建筑工业出版社，. (2)建筑地基基础设计规范(GB 50007-),中国建筑工业出版社，. (3)建筑桩基技术规范(JGJ 94-),中国建筑工业出版社，. (4)混凝土结构设计规范(GB 50010-),中国建筑工业出版社，. (5) 周景星李广信虞石民王洪瑾编著.基础工程.第2版【M】.北京：清华大学出版社，. (6)张忠苗主编.桩基工程.第一版【M】.北京:中国建筑工业出版社，. 发出任务书日期：年月日指导教师署名： 计划完成日期：年月日基层教学单位责任人签章： 主管院长签章： 附录1: