预制桩基础课程设计

1、基础工程课程设计1.设计题目本次课程实际题目：框架结构桩基础设计2.设计荷载15号B轴（ 1） 柱底荷载效应标准组合值如下。B 轴荷载： Fk=2280kNMk=223kN.MVk=158kN(3) 柱底荷载效应基本组合值如下。B 轴荷载： F=3560kNM=228kN.MV=175kN3.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如下： 号土层：素填土，厚度1.5m，稍湿，松散，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fa

2、k=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）.岩土设计技术参数表 1地基岩土物理力学参数标准灌入孔隙比含水量液性指数压缩模量土层编号土的名称锤击数EW（%）IlN（次）Es素填土-5.0淤泥质土1.0462.41.08-3.8粉砂0.8127.6-147.5粉质粘土0.7931.20.74-9.2粉砂层0.58-3116.8表 2桩的极限侧阻力标准值 qsk土层编号土的名称桩的侧阻力 qsk桩的端阻力 qpk素填土22-淤泥质土28-1粉砂45-粉质粘土60900粉

3、砂层7527004）.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3.5m5）.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400×400 ，横向承重，柱网布置如图 A 所示。预制桩基设计根据荷载和地质条件，以第四号粉质粘土为桩端持力层。采用截面为400mmX400mm的预制钢筋混凝土方桩。桩端进入持力层为2.1m ，桩长 12m 承台埋深为1.5m 。21） .单桩承载力计单桩竖向极限承载力标

4、准值按下式计算：Quk = Q sk+ Q pk = u p qsikli+ A pqpk由于Qsk= 4×0.4×（1.5×22+3.3 ×28+6.6 ×45+2.1 ×60）=824.64kNQpk=0 .4×0.4×900=144kN则 Quk= 791.04+144=968.64kN 2）.桩基竖向承载力特征值承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑成太土效应取c=0 ，则有R= Ra = Q uk = 968.64/2=484.32kNK根据上部荷载初步估计粧数为n= Fk = 2280

5、/484.32=4.7 R a3取设计桩数为 6 根。3）.桩基竖向承载力验算根据建筑桩基技术规范 ，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。由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7 度，且场地内无可液化砂土，因此不进行地震效应的承载力验算。根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台，取承台变长为 2.0m×2.0m，矩形布桩，桩中心距取 3.0d，则 s=3×400=1200mm ，取 s=1200mm ，桩心距承台边缘为400mm 。如图 2 所示 :承台及其上土壤的总重为Gk =3.0×3.0×1.5×20=270kN计算时取

6、荷载的标准组合，则FkGkQk= (2280+270)/6=425 R（=484.32KN ）符合要求My maxQkmax = Q k+= 425+(223+153 ×1.5) ×1.1/(6 ×1.1× y 21.1)=425+70=495KN4因此Qkmax = 499.67满足设计要求 ,故初步设计是合理的。4） .承台设计F=3560KNM=228KN.mV=175KN对承台进一步设计，取承台厚0.9m 下设厚度 100mm ，强度等级 C25 的混凝土垫层，保护层为50mm ，则 h=0 。85m ，混凝土强度等级为C30 混凝土的抗拉强度为

7、 ft=1.43N/mm 2 ，钢筋延用 HRB335，fy=300N/mm 2 。如图所示：3承台内力计算：承台的内力计算采用荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为FM y y i= 3560/6+(371+233×1.6)×0.6/4 ×0.6×0.6=Qmax = +y i 2n5Qmin = F - M y y i = 3560/6-182.5=395-182.5=212.5kNnyi 2N= F = 1580/4=395kNn5） .承台厚度及受冲切承载力验算为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度，初步设计厚度0.6m，承台底保护层厚度8

8、0mm ，则 h0=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。（ 1） .柱的向下冲切验算承台受桩冲切的承载力应满足下式：Fl20x （bc+ aoy）+ oy （ac+a ox）hp ?t h0式中 ：aox = 0.2oy= a oy / h0 =0.380x= 0.84/(0.2 + ox)=1.45aoy = 0.2 = aox/ h=0.38 = 0.84/(0.2+ )=1.45b= a =0.4m = 1.0ox00yoxcchp20x（bc+ aoy ） + oy （bc+ aox）hp ?t h0=2 ×1.45×

9、;（0.4+0.2）+1.45×（0.4+0.2）×1×1270×0.52=2298.19kN Fl（ =1580kN ）故厚度为 0.6m 的承台能够满足柱对承台的冲切要求。（ 2） .角桩的冲切验算承台受角桩的承载力应满足下式：N/ 1x（c2 + a1y ）+ 1y（c1 + a1x ）hp?t h022由于 Nl=Nmax=577.5kN ，从角桩内边缘至承台边缘距离为c =c=0.6ma =0.2ma =0.2m1x=0.2/0.52=0.38121x1ya1xh 061ya1y= 0.381x=0.561y=0.56= 0.97=h0= 0.

10、56/(0.38+0.2)=0.97 0.21x0.21y抗冲切力 =1x2a1y）+1y1a1xhp?th0=896.82kNN,max（=577.5kN ）（c +2（c +2）故厚度为 0.6m 的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。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的斜截面处，剪切力V 必须不大于抗剪切力，即满足 :Vhs?t bh0 ,对于 I-I 截面：1x= 0.2mxa1x= 0.2/0.52=0.38 =1.75/ +1=1.27A=h 0 =(800/h )1/4b=2.0m V=2 ×577.5=1155kN=1.11hs0抗剪切力 =

11、1.11×1.27×1270×2.0×0.52=1861.93kN>1155kN故满足抗剪切要求。对于 II-II 截面：a1y=0.2my=0.2/0.52=0.38=1.75/ +1=1.27 =(800/ h0)1/4V=2 ×395=790kN=1.11 b=2.0mhs抗剪切力 =1.11×1.27×1270×2.0×0.52=1861.93kN>790kN故满足抗剪切要求。7） .承台受弯承载力计算承台计算截面弯矩如下 :对于 I-I 截面，取基桩净反力最大值N/max=577.5

12、 进行计算，则xi=600-200=400mm=0.4mM y=x×577.5×0.4=462kN.mNi i=27M y62Asl= 462×10 /(0.9×300×520)=3291mm0.9 yh0因此，承台 x 轴方向选用二级钢筋 18145，钢筋数为n=2000/145+1=14取， 1418145 实际钢筋 As=3562mm 2，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xi=600-200=400mm=0.4m则Mx= Niyi=2 ×395×0.4=316kN.mA =

13、M x=316 ×106/(0.9×300×520)=2251mm 2s0.9 yh 0因此，承台 y 轴方向选用12 二级直径 16180，钢筋根数为 n=2000/180+1=12，取 12 根二级直径 16180，实际钢筋 As=2412mm 2，满足要求。8） .承台构造设计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，根据构造要求，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，箍筋采用一级钢筋直径为8 间距为 200.承台底做 100mm 厚 C10 混凝土垫层，垫层挑

14、出承台边缘100mm 。9).桩身结构设计预制桩的桩身混凝土强度等级选用C30，钢筋选用 HRB335 级。根据建筑桩基技术规范 ，桩顶轴向压力应符合下列规定：Nmax? ac c psNmax = FG + M y y i =(1580+128)/4+(198+150 ×1.6) ×0.2/4 ×ny i 20.22=427+547.5=974.5KN计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数=1；对于预制8桩，基桩施工工艺系数 c=0.85；C30 级混凝土，?c=14.3N/mm2 ，则c?cA=1 ×0.85×14.3&#

15、215;106×0.42=1944.8kN Nmax（ =974.5kN ）故桩身轴向承载力满足要求。10).桩身构造设计了桩身按构造要求配筋，选用8 根直径为 14 的 HRB335 级钢筋通长配筋；箍筋选用直径为6 的 HPB300 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 。采用打入法沉桩，桩顶设置三层直径为 6，间距为 50mm 的钢筋网，桩尖所有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).吊装验算由于桩的长度不大，桩身吊装时采用二点起吊，吊点位

16、置如图4 所示。起吊点距桩两端距离为9a=0.207L=0.207 ×11=2.277m则吊起时桩身最大弯矩为222Ml=0.0214kql =0.0214×1.2×（0.4×25）×11 =12.43kN.m桩身配筋验算；混凝土采用 C30 级，钢筋采用 HRB335 级，则?c=14.3N/mm2 ，?y=300N/mm2 ，由于 b=400mm ，h0=400-40=360mm ，每边配 3 根直径为 14的二级钢筋 ,As=461N/mm2 ，则X=f yAS/ 1?cb= (300×461)/(1.0 ×14.3&

17、#215;400)=24.18mmMu= 1?cbx（h0- x ）2=1.0 ×14.3×400×24.18×(360- 24.18 )26=48.12 ×10 N.mm所以 M uMl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 轴线下的桩基础的方法和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=1765kNMk=169kNVk=130kN根据 B 轴下荷载初步估算 B 轴柱下根数，n= Fk =1765/467.52=3.8

18、取 n=4R10则 B轴下设计桩数为4 根。C 轴柱下荷载标准组合值为Fk=1564kNMk=197kNVk=112kN根据 C轴下荷载初步估算 C轴柱下根数，n= Fk =1564/467.52=3.3取 n=4R则轴 C下设计桩数为4 根。2).承台平面尺寸确定根据估算的桩数和承台构造要求， 设计 B轴线承台平面尺寸为2.8m×2.8m，庄中心距取 2000mm ，桩心与承台边缘距离400mm 。根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台，设计 C 轴线承台变长为3.2m×3.2m，矩形布桩，桩中心距取2400，桩心距承台边缘为400mm 。如图 5所示：6.设计图纸根据以上计算，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11图，见附录 1 所示。7.参考文献(1)建筑结构荷载规范 (GB 50009-2001) ，中国建筑工业出版社，2