扩展基础设计计算书

1、邮电与信息工程学院课程设计说明书课题名称：钢筋混凝土扩展基础设计学生学号：专业班级：学生：学生成绩：指导教师：H课题工作时间：2017.6.8 至 2017.6.19一、课程设计的任务或学年论文的基本要求：1、设计条件某办公大楼基础拟采用独立柱基或联合基础，有关设计条件和资料如下：1）结构平面尺寸及上部结构传至基础的荷载如附图1所示；2）工程地质条件根据工程场地岩土工程勘察报告，各土层物理力学指标如表1所示。表1各土层物理力学指标序 号土层名 称层厚m含水量%重度kN/m3孔隙比比重液 限塑性 指数液性 指数固结快剪压缩性指标承载力 特征值fakkPaCkPa$度a1-2MPa-1Es1-2M

2、Pa1素填土1.018.52粉质粘 土3.022.719.60.6702.7427.111.50.6226.412.20.218.02003淤泥质 粘土2.540.517.81.1602.7239.018.01.0211.014.00.602.54804砂土2419.80.7102.7416.614.00.5736.315.10.286.452203）材料：C25混凝土，基础板及基础连梁纵向受力钢筋采用HPB300或HRB335级。2、设计说明书容及要求1）确定基础结构布宜力条；2）在结构布置方案的基础上进行基础板的力计算及截面配筋设计；3）地基验算；4）写出完整的计算书，字迹要，整美观，并用

3、钢笔写或打印，插图可用铅笔画。 设计计算应符合现行肩关规规定；5)每个学生完成1号图纸1的基础施工图绘图工作量，容有:(1)基础平面布置图；(2)基础板及基础连梁配筋图。6、施工图应与计算书的容相符合，构造合理，便于施工。7、施工图计算机或手绘完成，字宜用仿宋字体，线形、尺寸标注方法、图例等均 应符合房屋建筑制图统一标准和建筑结构制图标准指导教师签字：年 月 日v F 99» . .o»t(no:;-| 7-XJ +CT d»ja<d十qc5表,S9O1r- r I B tzd-0.0(686lnPEN) s.s)Tolf 006;：d心/寸彳而33T<

4、;；'Cl：m00：Q1oorm'© -c c，蚪钢筋混凝土拓展基础设计计算书、基础结构布置的选择本工程是办公大楼，上部结构采用框架结构体系。根据附图1中的结构平面 尺寸及上部结构传至基础的荷载和表 1中的工程地质情况，该办公大楼基础拟采 用浅基础中的扩展基础或联合基础， 且扩展基础为柱下钢筋混凝土独立基础。与柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏型基础、箱形基础和壳体基础等相比较， 柱下钢筋混凝土独立基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。与无筋基础相比，柱下钢筋混凝土独立基础高度较小，适宜在基础埋置深度较小时使用

5、，该条件符合该办公楼 的工程地质情况，由于号轴线的基础距离原建筑物边线只有0.4m,若设计为独立基础，其基础底面面积过小，导致其承载力不足，设计为号轴线与号轴 线二柱矩形联合基础较为经济、合理。其余轴线设计为钢筋混凝土独立基 础。由于柱网对称且方便施工，取轴线中轴力最大两个基础为g*dg2,号轴线与号轴线二柱矩形联合基础来设计基础。二、持力层的选择及基础埋深的确定综合分析岩土工程勘察报告和气象资料，该办公大楼宜采用“宽基础埋 深”方案，以便加大基底至软弱下卧层的距离。三、钢筋混凝土柱下独立基础Gi的相关计算1、计算钢筋混凝土柱下独立基础的初步尺寸：对于Gi基础，即传递于基础顶面的竖向力值为 F

6、k = 1531.7KN。(1)地基承载力特征值的修正：设基础埋深d 1.2m (基础底面到室外地面的距离)，此时由附表一可知 地基持力层粉质粘土层，故承载力特征值fak 200kpa,又因埋深d 1.2m 0.5m, 故还要对fak进行修正。由表一可知粉质粘土层的空隙比e 0.670 0.85 ,且液性指数 IL 0.62 0.85, 重度为19.6KN / m3 , 地表土 层为素填土，重度18.7KN /m3,查承载力修正系数表可知1.6 。故基础底面以上土的加权平均重度为:18.5 1.0 19.6 0.21.218.7kN/m3故修正后的地基承载力特征值为:fafak d m(d 0

7、.5) 200 1.6 18.7 (1.2 0.5) 221kpa(2)初步确定基础底面尺寸由于地基深度围没有地下水，即hw 0,则得基础底面积为:FkfaGd1531.7221 20 1.227.78m22d,即有 b1.97m,取 b 2m ,贝”4m ,由于b 2m 3m ,故不必进行承载力宽度修正对于一股实体基础，基础自重 Gk平均压力为GAd 20 2 4 1.2 192KN ,基底PkFk Gk 1531.7 192A 2 4215.5kPafa 221kPa (可以)2、地基的计算(1)地基软弱下卧层承载力验算由附表一可知，粉质黏土的压缩模量为Esi8Mpa ,下一层土的压缩模量

8、为Es2 2.54Mpa ,故E4 / Es2 3.1,因为软弱下卧层的深度为4米，故基底至软 弱下卧层顶面的距离为z 4 1.2 2.8m ,又因为基础的底面宽度为b 2m ,所 以有z/b 2.8/2 1.4 0.5,即查地基压力扩散角值表可知23°,tan 0.424 ,下卧层顶面处的附加压力为：Pzlb(Pk Pc)(l 2ztan )(b 2ztan4 2 215.5 (1.0 18.5 0.2 19.6),55.4kpa(4 2 2.8 0.424)(2 2 2.8 0.424)卜卧层顶面处的自重压力为:pcz18.5 1.0 19.6 3.0 77.3kpa卜卧层承载力

9、特征值为:pczd z77.31.2 2.819.3KN /m3进行深度修正:fazfakzd m(d z 0.5) 80 1.6 19.3 (4 0.5) 188.1 kpa再进行验算判断基础是否满足要求:pcz pz 77.3 55.4 132.7 kpa faz 188.1 kpa （可以），故基础底面尺寸 及埋深满足要求。（2）地基的变形（沉降）验算1）求基底压力和基底附加应力基础及回填土的总重：GGAd 20 2 4 1.2 192KN ；F G 1.35 1531.7 192基底平均压力：P 282.5kPaA2 4基地处的土中自重应力：cz md 18.7 1.2 22.4kpa

10、基底平均附加应力：P0 P cz 282.5 22.4 260.1 kpa2）用分层总和法计算地基沉降结合表1中相关数据，可知第一、二层土和第三层土的附加应力分别为:01 0.21、-20.60 ,查建筑地基基础设计规法可知第i层土体的压缩量如下式:1)s 枭4-i Zii- 1)Esi（公式式中B-对应于荷载永久效应组合时的基底附加压力（kpa）；Esi-基底底面下第i层土的压缩模量（Mpa ）,应取土的自重应力至土的自重应力与附加应力之和的应力段计算;4、zi 1-分别为基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离;一i、i 1-分别为基础底面至第i层土、第i-1层土底面围平均附加应力 系数

11、，可查表；根据公式和附表1中的数据，计算结果如下表所示：表3.1分层总和法计算地基最终沉降ssssEsiEsi(zZ 1 i 1)（公式2）点 号zz/ bz-i zii 1zi 1P0EiG(mmsi(mrm0000.210000011.80.900.210.3780.3780.03212.1012.1024.32.150.601.501.1220.10112.20124.30为了提高计算精确度，规法规定地基总沉降按上式采用分层总合法得到各层 土体压缩量之和后尚需乘以沉降计算经验系数，于是得到沉降计算表达式为：式中s -按分层总和法计算出的地基变形（沉降）量;s-沉降计算经验系数，根据地区沉

12、降观测资料以及经验确定，也可以采用规推荐的数值;沉降计算经验系数见下表所示:表3.2沉降计算经验系数表 E(Mpa ) X 地基附加应畀、2.54.07.015.020.0P0fak1.41.31.00.40.2B 0.75 fak1.11.00.70.40.2又因为 Es %i lZi 110.54Mpa ，且 P0 0.75fak ,查表A/E一*13.2根据插法求得s 1.0 (10.54 7) 1004 =0.865,故基础最终沉降量为:15-7s s s 0.865 124.30 107.5mm四、G1基础的结构和构造设计1、计算确定基础高度一h0.ac. h0l/2.l/2图4.1

13、基础冲切计算示意图基底净反力设计值为PjF 1.35 1531.7bl2-4258.5kpa初选定柱截面尺寸为：ac bc 300 400, h 600mm,由于选用C25混凝土，HPB300级钢筋，ft 1.27N/mm2, fy 270N / mm2 ,其最小保护层厚度 为c 45mm,忽略钢筋边缘到钢筋中心的距离，则基础的有效高度为 h0 600 45 555mm,见上图4.1所示，左边阴影部分的面积为：lab b 24 0.32 0.42A ( c h°)b ( c h。)2 ( 0.555) 2 (- - 0.555)2 2.5m2 22 22222则混凝土的冲切力为:Fl

14、RA 258.5 2.5 646.25 KN由于矩形基础一般沿柱短边一侧先产生冲切破坏，所以只需根据短边一侧 的冲切破坏条件确定基础高度，即要求：Fi 0.7 hp ftbmh0（公式3）式中 hp-受冲切承载力截面高度影响系数，当基础高度 h不大于800mm时,hp取1.0 ;当h大于等于2000 mm时，hp取0.9,其间按线性插法取用;ft-混凝土轴心抗拉强度设计值;bm-冲切破坏锥体斜裂面上、下（顶、底）边长 h、bb的平均值;h0-基础的有效高度;故抗冲切力为:0.7 hpftbmh00.7 hpft(b hc)h°0.7 1.0 1.27 103 (0.4 0.555)

15、0.555471.2KN Fl 618.96 KN (不成立)故需要加大基础高度，重新取基础高度h 800mm ,则 h0 800 45 755mm,又 bc 2h0 0.4 2 0,755 1.91m b 2m,则此时的抗 冲切力为： 30.7 hpftbmh。 0.7 hp ft(bc hb)h0 0.7 1.0 1,27 103 (0.4 0.755) 0.755775.2KN Fl 618.96KN (成立)因构造要求，基础分两级，下阶h1 400mm , h01 400 45 355mm ,取11 2m , b1 1m。变阶处截面：b1 2h011 2 0.355 1.7 b 2m冲

16、切力为：PjmaxK；h01)b C- h01)212-0,355)2328KN422258,5(-0.355) 2(222抗冲切力为：0.7 hpft(b1h01)h01 0.7 1.0 1,27 103 (1 0.355)0,355427.6KN328KN (成立)2、基础底板的配筋计算IIIO_uo2=bOOOI=DIIVH 004=III I ac=300 11=2000 l=4000图4.2基础俯视图(1)计算基础长边方向的弯矩设计值，取I I截面(见上图4.2所示)1212Mi，pj(lac)2(2bbc)2258.5 (4 0.3)2(2 2 0.4) 648.8KN mA MI

17、 648.8 1062AS1-3536mm0.9fyh0 0.9 270 755(2)基础短边方向的弯矩，取II II截面(见上图4.2所示)Mii12-Pj(b bc)2(2l ac)12258.5 (2 0.4)2 (2 4 0.3) 228.9KN mA MII 228.9 1062ASII-1248mm0.9fyh00.9 270 755(3)在IIIIII截面上有:Mm1 Pj(l 24l1)2(2b258.5 (4 2)2(2 2 1) 215.4KN mMm0.9fyhd215.4 1060.9 270 35522497mm2(4)在IV IV截面上有:Miv12,、12pj(b

18、 h)2(2l lj =258.5 (2 1)2 (2 4 2) 107.7KN mASIVMiv0然一1107.7 1060.9 270 35521248mm综上所述，比较 ASI 和 ASIII , ASI 3536mm2 ASIII 2497mm2 ,故按照 AS1 配筋，所在2.0米围配14 18 , A 3560.8mm2,满足最小配筋率要求，比较ASII和 Asiv , Asii 1248mm2 Asiv 1248mm2 ,按构造要求配 13 12, As 1470mm2,满 足相关要求，配筋图见下：14A1813A1200214008 = h二垫层图4.3基础板平面配筋图图4.4

19、基础板剖面配筋图五、钢筋混凝土柱下独立基础G2的相关计算对于Gi基础，即传递于基础顶面的竖向力值为Fk=930.4KN 。(1)地基承载力特征值的修正:设基础埋深d 1.2m (基础底面到室外地面的距离)，此时由附表一可知地基持力层粉质粘土层，故承载力特征值fak 200kpa,又因埋深d 1.2m 0.5m ,故还要对fak进行修正。由表一可知粉质粘土层的空隙比e 0.670 0.85 ,且液性指数Il 0.62 0.85 , 重度为 19.6KN/m3 ,地表土层为素填土， 重度18.7KN /m3,查承载力修正系数表可知b 0.3, d 1.6。故基础底面以上土的加权平均重度为:18.5

20、 1.0 19.6 0.231.218.7kN/m3故修正后的地基承载力特征值为:fafak d m(d 0.5)2001.618.7 (1.2 0.5) 221kpa(2)初步确定基础底面尺寸由于地基深度围没有地下水，即hw0,则得基础底面积为:Fk930.4faGd221 20 1.24.7m2l 2d ,即有b1.5m，取 b 2m ,则 l4m ,由于 b 2m 3m ,故不必进行承载力宽度修正。对于一般实体基础，基础自重 GkGAd 20 2 4 1.2 192KN平均压力为PkFkGk930.4 1922-4140.3kPafa 221kPa (可以)2、地基的计算（1）地基软弱下

21、卧层承载力验算由附表一可知，粉质黏土的压缩模量为Es1 8Mpa ,下一层土的压缩模量为Es2 2.54Mpa ,故Es / Es2 3.1,因为软弱下卧层的深度为4米，故基底至软 弱下卧层顶面的距离为z 4 1.2 2.8m ,又因为基础的底面宽度为b 2m ,所 以有z/b 2.8/2 1.4 0.5,即查地基压力扩散角值表可知 23°, tan 0.424 ,下卧层顶面处的附加压力为：Pzlb(Pk Pc)(l 2ztan )(b 2ztan )4 2 140.3 (1.0 18.5 0.2 19.6)(4 2 2.8 0.424)(2 2 2.8 0.424)33.8kpa卜

22、卧层顶面处的自重压力为:pcz18.5 1.0 19.6 3.0 77.3kpa卜卧层承载力特征值为:Pczd z77.31.2 2.819.3KN /m3进行深度修正:fazfakzd m(dz 0.5) 80 1.6 19.3 (4 0.5) 188.1 kpa再进行验算判断基础是否满足要求:Pcz Pz 77.3 33.8 111.1 kpa faz 188.1 kpa （可以），故基础底面尺寸 及埋深满足要求。（2）地基的变形（沉降）验算1）求基底压力和基底附加应力基础及回填土的总重：G GAd 20 2 4 1.2 192KN ；基底平均压力：PF G 1.35 930.4 1921

23、81kPa基地处的土中自重应力:cz md 18.7 1.2 22.4kpa基底平均附加应力：P0Pcz 181 22.4 158.6kpa六、G2基础结构和结构设计1、计算确定基础高度基底净反力设计值为PjFbl1.35 930.42 4157kpa初选定柱截面尺寸为：ac bc 300 400, h 600mm,由于选用C25混凝土，HPB300级钢筋，ft 1.27N/mm2, fy 270N / mm2 ,其最小保护层厚度为c 45mm,忽略钢筋边缘到钢筋中心的距离，则基础的有效高度为h0 600 45 555mm,见图4.1所示，左边阴影部分的面积为：A (L圭h0)b(b旦h。)2

24、(4030.555) 2 (2040.555)22.5m222222222则混凝土的冲切力为：Fi Pj A 157 2.5 392.5KN由于矩形基础一般沿柱短边一侧先产生冲切破坏，所以只需根据短边一侧 的冲切破坏条件确定基础高度，即要求：Fi0.7 hp ftbmh0式中 hp-受冲切承载力截面高度影响系数，当基础高度 h不大于800mm时,hp取1.0 ;当h大于等于2000 mm时，hp取0.9,其间按线性插法取用;ft-混凝土轴心抗拉强度设计值;bm-冲切破坏锥体斜裂面上、下（顶、底）边长 h、bb的平均值;ho-基础的有效高度;故抗冲切力为:0.7 hpftbmho0.7 hpft

25、(bc ho)ho0.7 1.0 1.27 103 (0.4 0.555) 0.555471.2KN Fl 392.5KN (成立)因构造要求，基础分两级，下阶h1 300mm , h01 300 45 255mm ,取l1 2m , b1 1m变阶处截面:b1 2h011 2 0.255 1.51 b 2m冲切力为:pjmax(；彳 h01)b C- 2 h01)2157(4 I 0.255)2(20.255)2 107.5KN抗冲切力为：0.7 hpft(b1 、凶0.7 1.0 1.27 103 (1 0.255)0.255284.5KN107.5KN (成立)2、基础底板的配筋计算（1

26、）计算基础长边方向的弯矩设计值，取I I截面（见图4.2所示）1212Mi pj (la)2(2bbc)157 (4 0.3)2(2 2 0.4) 394KN m(2)Mii(3)MiiiMI0.9fyho0.9394 10622921mm270 555基础短边方向的弯矩，取IIII截面（见图4.2所示）12芯 Pj(b bc) (2l ac)在 III III1 八Pj (l24 j(4)在IV124-2_157 (2 0.4) (2 4 0.3) 139KN mMii0.9 fyh。截面上有:2L)1 2(2b b1)ASIIIMiii139 1060.9 270 55521031mm12

27、40.9fyhoiIV截面上有:2157 (4 2)2(2 2 1) 130.8KN m130.8 1060.9 270 25522111mmMiv(2 4 2) 65.4KN mASIVMiv0.9fyh0165.4 1060.9 270 2551055mm2综上所述，比较ASi和asiii , Asi 2921mm右 Pj(b b)2(2l l1 =24 157 (2 1)asiii2111mm2 ,故按照 刖配筋，所在2.0米围配9 22, As 3421mm2,满足最小配筋率要求，比较 A制和ASIV , ASII 1031mm2 ASIV 1055mm2 ,按构造要求配 13 12

28、, As 1470mm2,满 足相关要求，配筋图见下：Fi. I ,9A2213A12 垫层图6.1G2基础板平面配筋图图6.2 G2基础板剖面配筋图七、联合基础的相关计算1、确定地基持力层确定基础埋深d 1.2m （基础底面到室外地面的距离），柱子尺寸均为 300mm 400mm,此时由附表一可知地基持力层粉质粘土层，故承载力特征值 fak 200kpa ,又因埋深d 1.2m 0.5m,故还要对fak进行修正。2、确定地基承载力特征值fa由表一可知粉质粘土层的空隙比e 0.670 0.85 ,且液性指数II0.62 0.85 , 重度为19.6KN/m3 ,地表土层为素填土， 重度18.7

29、KN /m3,查承载力修正系数表可知b 0.3, d 1.6。18.7kN/m318.7 (1.2 0.5) 221kpa故基础底面以上土的加权平均重度为:18.5 1.0 19.6 0.2m, 八1.2故修正后的地基承载力特征值为:fafakd m(d 0.5) 200 1.63、基础高度计算取 h 11/6 3600 / 6 600mm,h0 600-45=555 mm4、计算基地形心位置及基础长度M10.48.70.65.62KNmM22.45.30.65.58KNm对柱2的中心取矩，由 M2 0得：F1l1 M2 M1887.5 3.6 5.62 5.58x0 2.1 mF1F2622.7 887.5l 2(0.2 x0) 2 (0.2 2.1) 4.6m5、计算基础底面宽度(荷载采用荷载效应标准组合)柱荷载标准组合值可近似取基本组合值除以1.35,于是有:Gd)4.6 (221-20 1.2)l(fab Fk1 Fk2(887.5 622.7)/1.35