基础工程课程设计任务书及指导书-

1、基础工程课程设计任务书和指导书周爱兆梅岭编江苏科技大学土木工程与建筑学院基础工程课程设计任务书一、设计题目某多层建筑桩基础设计二、设计资料1.建筑地点:镇江市区。2.桩基受力情况某多层建筑一框架柱截面为400×300mm2,柱底在地面处的荷载设计值为:轴向力F=3200KN;弯矩M=150+ i×5kN·m(i为学号;水平力H= j×30kN(j为班号。(M、H 作用于柱的长边方向且均为从左指向右。3.工程地质资料经工程勘察,场地土层可分为五层,现自上而下分述如下:(1人工填土:厚度12.5m,未完成自重固结。(2淤泥质土:厚度10.015.3m,呈软塑

2、状。(3粘土:厚度0.72.1m,呈可塑状。(4粉质粘土:厚度2.06.2m,呈硬塑坚硬状。(5强风化岩:厚度20m左右,风化强烈,并夹有石英脉。各土层物理力学性质指标见表1。表1 各土层物理力学性质指标土层编号土层名称土层厚度(m含水量(%重度(kN/m3孔隙比e塑限(%液限(%液性指数I L1 人工填土 2.0182 淤泥质土9.50 49.0 17.5 1.31 24.039.53 粘土 1.2032.019.00.86425.343.54 粉质粘土 6.60 31.8 18.9 0.826 27.0 38.05 强风化岩 20.0 q sik=200kPa; q pk=8000kPa地

3、下水位离地表1.5m,且对混凝土无侵蚀性。三、设计任务及要求1.选用300或400预应力混凝土管桩进行设计,桩基安全等级取二级(桩身设计1从略(网上查找预应力管桩图集,也可以进行灌注桩设计,直径取500。2.取桩数n4根与n=3根情况分别进行设计。(桩数可由桩径与桩长来调节。3.完成桩基平面布置及荷载、内力分析计算。4.完成承台的各项验算。5.编写设计计算说明书,绘制施工图(应绘出设计方案的平面图及剖面图。6.要求结构合理,计算准确、全面,施工图设计技术措施可行,图纸表达正确、清晰。7.提交设计计算说明书一份,施工图纸2张(建议用2号绘图纸,1:101:30。四、设计步骤(供参考1.确定桩型,

4、桩基持力层,承台埋深及高度,桩长。2.初步确定基桩承载力。3.初步确定桩数、桩的平面布置及承台平面尺寸。4.确定基桩承载力设计值及其桩数。5.确定承台尺寸。6.计算桩顶荷载设计值。7.承台抗冲切验算。8.承台抗剪验算9.承台受弯承载力计算及其配筋计算。10.承台局部受压计算。11.绘制施工图。参考文献1.基础工程(第2版,周景星,李广信等编,清华大学出版社,20102.建筑桩基技术规范JGJ94- 20083.建筑地基基础设计规范GB 50007-20024.混凝土结构设计规范,GB 50010-20105.预应力混凝土管桩基础技术规程DGJ/TJ109-2010(江苏6.预应力混凝土管桩国家

5、建筑标准设计图集10G4097.钢筋混凝土承台设计规程,CECS 88:972桩基础课程设计指导书1.设计要求通过本课程设计,使学生基本掌握竖向荷载作用下桩基础的设计步骤和计算方法,并能正确绘制相应的施工图纸及写出施工说明。2.设计方法及步骤2.1 一般构造要求(1、承台最小宽度不应小于500mm,其边缘至边桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长,且边缘挑出部分不应小于150mm,对于条形承台梁边缘挑出部分不应小于75mm。(2、条形承台和柱下独立桩基承台的厚度不应小于300mm。(3、承台埋深不应小于600mm。(4、承台混凝土强度不宜小于C20;承台底面钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于70mm;

6、当设素混凝土垫层时,保护层厚度不应小于40mm;垫层厚度宜为100mm,强度宜为C7.5或C10。(5、矩形承台配筋宜按双向均匀通长布置,钢筋直径不宜小于10,间距应满足100200mm;三桩承台应按三向板带均匀配置,最里面三根钢筋相交围成的三角形应位于柱截面范围以内。(6、桩顶嵌入承台的长度,对大直径桩不宜小于100mm,对中等直径桩不宜小于50mm;对预应力混凝土管桩宜取100mm(省规。(7、混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内,其锚固长度不宜小于35倍主筋直径,对于抗拔桩基不应小于40倍主筋直径。对预应力混凝土管桩锚固长度不得小于50倍纵向钢筋直径且不小于500mm;当采用插筋时,插筋数量可

7、取414422,插入管桩顶填芯混凝土长度不宜少于1.2m,锚入承台长度不宜少于35倍钢筋直径,填芯混凝土强度不得低于C30(省规。(8、布桩时宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合。(9、预制桩的混凝土强度不应低于C30;灌注桩不应低于C20;预应力桩不应低于C40。(10、有抗震要求的柱下独立桩基承台,纵横方向宜设置连系梁。(11、其余要求参照有关规范执行。2.2 桩基设计与计算12一般应选择压缩性低而承载力高的较硬土层作为持力层。桩端全断面进入持力层的深度,对于粘性土、粉土不宜小于2d (2.5d 省规,砂土不宜小于1.5d (2d ,碎石类土不宜小于d (1.5d ,强风化或全

8、风化岩不宜小于d 。基桩竖向承载力设计值p pk p s sk s Q Q R += (1 式中=ii sik sk l q Q (2p pk pk A q Q = (3 以上各量物理意义见规范。对端承桩基和桩数不超过3根的非端承桩基,不考虑群桩效应,其基桩竖向承载力设计值为:p pk s sk Q Q R += (4桩数n 可按下式确定:RG F n + (5 式中 F 作用于桩基承台顶面的竖向力设计值;G 桩基承台和承台上土自重设计值(自重荷载分项系数当其效应对结构不利时取1.2;有利时取1.0,对地下水位以下部分应扣除水的浮力。桩的最小中心距参照规范执行。R N 0 (6 式中nG F

9、N += (73偏心荷载作用下,除满足(7式外,尚应满足:R N 2.1max 0 (8各基桩轴向力为:±±+=22ii(1、桩基承台受弯简化计算 a、多桩矩形承台的受弯简化计算如图1示,多桩矩形承台弯矩计算截面取在柱边和承台高度变化处(杯口外侧或台阶边缘,弯矩设计值及相应配筋计算公式分别为=i i x y N M (1000.9h f M A y xsx (11=i i y x N M(12图1多桩矩形承台受弯计算图 400.9h f A y ysy (13上式各量物理意义见规范。b、 三桩三角形承台的受弯简化计算如图2所示,等边三角形承台由承台形心至承台边缘距离范围内板

10、带的弯矩设计值M 及等腰三角形由承台形心至承台两腰和底边距离范围内板带的弯矩设计值M 1、M 2及相应配筋的计算公式分别为等边三角形承台43(3max c s N M =(14 00210.9h f MA A A y s s s =(15式中 M由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值;N max 扣除承台和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应基本组合时的最大单桩竖向力设计值; s桩距;c方柱边长,圆柱时c=0.866d (d 为圆柱直径。 等腰三角形承台475.0(312max 1c s N M =(161010.9h f M A y s (17475.0(322max 2c s N

11、M =(18图2三桩三角形承台受弯计算图 52020.9h f A y s (19式中 M 1、M 2 分别为由承台形心到承台两腰和底边的距离范围内板带的弯矩设计值;s长向桩距;短向桩距与长向桩距之比,当小于0.5时,应按变截面的二桩承台设计; c 1、c 2分别为垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。 (2、桩基承台受冲切计算 a 、柱对承台的冲切矩形承台受柱冲切承载力可按下列公式计算(图30(2h f a h a b F t hp ox c oy oy c ox l + (20=i l N F F (212.0/(84.0+=ox ox (22 2.0/(84.0+=oy oy (23 o

12、/h a ox ox =(24 o /h a oy oy =(25式中 F l 扣除承台及其上填土自重,作用在冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值,冲切破坏锥体应采用自柱边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线构成的锥体,锥体与承台底面的夹角不小于45°(图3; h 0冲切破坏锥体的有效高度;hp 受冲切承载力截面高度影响系数,当h 0.8m 时,hp =1.0;当h 2.0m 时,hp =0.9,其间按线性内插法取用; ox 、oy 冲切系数;ox 、oy 冲垮比,ox a 、oy a 为柱边或承台变阶处至桩边的水平距离,当ox a (oy a <0.20h 时,ox

13、a (oy a =0.20h ;当ox a (oy a >0h 时,ox a (oy a =0h ;F柱根部轴力设计值;图 3 柱对承台冲切计算示意图6N i 冲切破坏锥体范围内各桩的净反力设计值之和;三桩三角形承台(图4可按下式计算:02121(2(h f a b a a b F t hp x x oy oy y y y ox l + (26 式中 x a 、1y a 、2y a 冲跨,冲切破坏锥体侧面顶边与底边间的水平距离;ox 、oy1、oy2冲切系数,按(22、(23式计算。 注:如冲切破坏锥体超出承台边界,计算方法不变。图4 三桩三角形承台的柱下冲切破坏锥体b、角桩对承台的冲切

14、多桩矩形承台受角桩的冲切承载力按下列公式计算(图501111212(2(h f a c a c N t hp xy y x l + (27 2.056.011+=x x (282.056.011+=y y (29o 11/h a x x = (307o 11/h a y y =(31式中 N l 扣除承台和其上填土自重后的角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的竖向力设计值;1x 、1y 角桩冲切系数;1x 、1y 角桩冲垮比;其值满足0.21.0; c 1、c 2从角桩内边缘至承台外边缘的距离;x a 1、y a 1从承台底角桩内边缘引45°冲切线与承台顶面或承台变阶处相交点至角桩内边缘

15、的水平距离;h 0承台外边缘的有效高度;三桩三角形承台受角桩的冲切承载力按下列公式计算(图6底部角桩01111112tan2(h f a c N t hp l +(322.056.01111+= (33o 1111/h a =(34图5 矩形承台角桩冲切计算图8顶部角桩02122122tan2(h f a c N t hp l + (352.056.01212+= (36o 1212/h a = (37式中 11、12角桩冲跨比;11a 、12a 从承台底角桩内边缘向相邻承台边引45°冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离;当柱位于该45°线以内时则取柱边与桩内边缘连

16、线为冲切锥体的锥线。其它符号如图6所示。对圆柱及圆桩,计算时可将圆形截面换算成正方形截面。 (3、桩基础独立承台受剪计算柱下桩基础独立承台应分别对柱边和桩边、变阶处和桩边联线形成的斜截面进行受剪计算(图7。当柱边外有多排桩形成多个剪切斜截面时,尚应对每个斜截面进行验算。斜截面受剪承载力可按下列公式计算:00h b f V t hS (38 4/108.0(h hs = (39 0.175.1+=(40o /h a x x = (41 o /h a y y = (42式中 V 扣除承台及其上填土自重后相应于荷载效应基本组合时斜截面的最大剪力设计值;b 0承台计算宽度;图6三角形承台角桩冲切计算图

17、 9h 0承台有效高 度;剪切系数; hs 受剪切承载力截面高度影响系数;当h 0小于0.8m 时,h 0取0.8m ;当h 0大于2.0m 时,h 0取2.0mx 、y 计算截面的剪跨比;x a 、y a 为柱边或承台变阶处至x 、y 方向计算一排桩的桩边的水平距离,当x (y <0.3时,取x (y =0.3;当x (y >3时,取x (y =3;f t 混凝土轴心抗拉强度设计值。 三角形承台抗剪验算参照(38式进行。附:阶梯形承台及锥形承台斜截面受剪的截面宽度计算a 阶梯形承台受剪截面宽度计算如图8所示阶梯形承台,计算变阶处A 1-A 1、B 1-B 1的斜截面受剪承载力时,

18、其截面有效高度均为01h ,截面计算宽度与无阶梯矩形承台取值一样,分别为1y b 和1x b 。计算柱边截面A 2-A 2、B 2-B 2的斜截面受剪承载力时,其截面有效高度均为0201h h +,截面计算宽度分别按下列公式计算对A 2-A 202010220110h h h b h b b y y y +=(43对B 2-B 202010220110h h h b h b b x x x +=(44图 7 承台斜截面受剪计算图10各符号意义见规范。b 锥形承台受剪截面宽度计算 对于如图9所示锥形承台,应对A -A 、B -B 两个截面进行受剪承载力计算,其截面有效高度均为0h ,截面计算宽度

19、分别按下列公式计算 对A -A1120101(5.01y y y y b b b h h b = (45 对B -B1120101(5.01x x x x b b b h hb = (46各符号意义见规范。(4、局部受压验算当承台的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时,应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。图8 阶梯形承台受剪截面宽度计算图图 9 锥形承台受剪截面宽度计算图11承台局部受压承载力应按下式计算:l c l A f F 95.00 (47lbA A = (48 式中 F l 局部荷载设计值; 局部受压时的强度提高系数; A l 混凝土局部受压面积;A b 局部受压时的计算底面积,按下式计算:承台在柱下局