基础工程课程设计

1、 基础工程课程设计某单层厂房柱下基础设计 学号：姓名： 盖群 班级： 土木1304班 指导教师: 鲁丽君目录第1章 概述-（1） 1.1设计任务-（1） 1.2地质勘查资料-（2） 1.3设计荷载-（7）第2章 基础方案选择-（8） 2.1底层情况简析-（8） 2.2基础类型选择-（8）第3章 号柱下扩展基础设计-（9） 3.1地基持力层选择以及基础尺寸确定-（9） 3.2地基验算 -（10） 3.3基础立面设计-（12）第4章 18号桩基础设计-（15）4.1初步选择持力层，确定桩型和尺寸-（15） 4.2群桩基础中单桩承载力验算 -（16） 4.3抗弯计算与配筋设

2、计-（17） 4.4承台受冲切承载力验算-（17）第5章 抗风柱Z3的设计（20号柱）-（18） 5.1 按承载力要求初步确定基础的平面尺寸-（18） 5.2 地基验算-（18） 5.3 冲切验算-（18） 5.4 柱边弯矩计算并配筋-（19）参考文献-（20）附录1 3号拓展基础CAD图纸附录2 18号桩基础CAD图纸附录3 20号拓展基础CAD图纸 第1章 概述 1.1设计任务（1）设计题目：某单层厂房柱下基础设计（2）工程名称：某装配车间（3）场地位置：此工程位于此机械厂厂区内。（4）上部结构类型、尺寸：厂房平面尺寸为，采用单层钢筋混凝土排架承重结构，结构的计算跨度为，柱距为。（5）本人

3、承担的课程设计任务：柱子编号为（1）(20)号，本设计对此装配车间的（3）、（18）、（20）号柱下基础进行设计。 1.2设计资料 1.2.1 工程概况 本设计建筑平面图见图1-1。规定室内地面标高为±0.00，相当于黄海高程455.00m，室外地面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为9.80m。（单位：mm） 图1-1 装配车间平面图 （单位：mm）根据布置的位置和功能来分，柱子的类别主要有边柱Z1、角柱Z2及抗风柱Z3三类。各柱在基础顶面处的截面形状为矩形，尺寸为：边柱Z1： 长´宽=1000´400mm；角柱Z2： 长´宽=100

4、0´400mm；抗风柱Z3： 长´宽=700´400mm；基础梁的横截面尺寸如图1-1，梁与柱之间的净距为20mm，置于柱子外侧的基础顶面（浅基础）或承台（桩基础）上。图1-2 基础梁的横截面尺寸示意图（单位：mm）1.2.2 地基勘察资料XX工程地质勘察报告拟建工程为XX机械厂的装配车间，建筑场地位于该机械厂厂区内，厂房平面尺寸为42m´24m,采用钢筋混凝土排架结构，结构的设计跨度为24m，柱距为6m。勘察工作按施工图设计阶段的要求进行。自X年X月X日开始，至X年X月X日结束。共完成钻孔6个，并结合钻孔取原状土样XX个进行了室内土工实验。场地处地面平

5、坦。拟建车间的西南角有一古河道，现已淤填。据钻探揭露，各地层的情况如下：第层：人工填土。分布于场地表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。厚约0.51.2m，结构疏松，土质不均，平均天然重度为17.1kN/m3。第层：粉质粘土。呈棕红色。除1#孔外各孔均有，厚度9.510.1m。硬塑可塑，土质较均匀。第层：粉土。呈褐黄色。仅在1#孔可见到，厚约3.3m，流塑。第层：淤泥。呈黑色，流塑。含大量有机质，有臭味。仅在1#孔见到，厚度约8.0m。第层：粉质粘土。呈灰黄色，仅在1#孔见到，厚约3.6m，夹有粉砂薄层，流塑。第层：粘土。呈黄黑色，各孔均可见到，没有钻透，据调查厚度在10m以上

6、。土质均匀，可塑硬塑。场区地下水属潜水，初见水位在2.53.1m深处，稳定水位在2.93.9m深处。地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。根据钻探及室内土工实验的情况分析，第层杂填土不宜用作建筑物地基。建议把基础埋置在强度较高的第层粉质粘土或第层粘性土中。其地基承载力标准值分别为：第层：fk=180kPa第层：fk=220kPa图1-3 地质钻孔平面布置图勘察工作按施工图设计阶段的要求进行。共完成钻孔6个，并结合钻孔取原状土样进行了室内土工实验。钻探点布置见图1-3。地质剖面见图1-4图1-6，土工试验成果见表1-1，地质柱状图略。图1-4 II地质剖面（m）图1-5 IIII地

7、质剖面（m）图1-6 IIIIII剖面和图例（m） 表2-1 某机械厂装配车间土工试验成果报告试样编号取样深度/m土的分类名称天然含水量/%天然重度/kN/m3比重天然孔隙比液限/%塑限/%塑性指数液性指数压缩系数/MPa-1内摩擦角粘聚力/kPa1孔-13.003.40粉土32.919.52.720.85432.626.46.21.050.3916°15.62-25.005.40淤泥74.1115.62.661.97143.3123.0120.32.641.126°301.20-39.009.40淤泥80.5915.22.682.18447.3126.0121.32.55

8、1.466°01.28-413.0013.40粉质粘土29.0619.42.740.8130.4920.1710.320.8610.3323°395.96-516.6017.00粘土26.120.22.750.71843.1520.6522.50.2420.2719°205.40-621.0021.40粘土27.1219.72.730.78639.0821.7617.320.3090.2515°487.222孔-12.603.00粉质粘土24.420.12.70.68133.8121.3112.50.250.1925°156.22-28.008

9、.40粉质粘土25.3520.32.710.68731.572110.570.4120.2216°558.64-311.0011.40粘土25.5120.42.720.66937.7120.1117.60.250.1718°418.84-415.0015.40粘土26.5919.92.70.71843.122.1920.910.210.2316°129.263孔-15.005.40粉质粘土23.0820.12.710.62933.9620.0413.920.2180.2120°156.224孔-14.104.50粉质粘土22.9419.92.730.68

10、737.4323.9613.47<00.2122°296.045孔-17.507.90粉质粘土26.6420.12.720.74130.819.2711.530.6390.2320°277.26-213.1013.50粘土28.9519.52.730.80548.329.6418.66<00.2316°519.602.2.3设计荷载基础梁上的荷重（包括基础梁自重）为：标准组合时为30kN/m，基本组合时为40.5kN/m。各柱（标高-0.075m处）的荷载设计值如下上述荷载中：（1） 带下标K者用于标准组合，否则为基本组合。（2） 剪力H的方向与本处的

11、边墙垂直。且以指向车间内部为正。（3） 弯矩M以使柱的外侧受拉为正。标准组合 FK GK HK 基本组合 FK MK HKZ1 1160 206 51 1566 278.1 68.85Z2 665 68 11 897.75 91.8 14.85Z3 913 254 42 1232.55 342.9 56.第2章 基础方案选择2.1地基持力层选择此机械厂装配车间没有地下室以及其他地下设备，在对结构基础进行设计计算时，不考虑设备基础要求。号柱下在地下大约1.2m左右，便出现承载力比较好的天然地基土。一般地，当天然地基能满足各项设计要求时，应优先选用天然地基，只有在天然地基不能满足要求时才考虑采用人

12、工地基，这里的第一层土是人工填土，但土质不均匀，结构疏松，而第二层土是粉质粘土，土质均匀，土层厚度较大，且承载力较高，所以将持力层选在第二层土中。2.2基础类型选择 因为设计的工业厂房是单层钢筋混凝土排架结构，上部结构传来的荷载不是很大，同时持力层承载力也较高，而且此建筑非高耸建筑，考虑到工程的经济性，选用现浇钢筋混凝土锥形独立基础。根据上部结构的类型、荷载的大小与性质和地基持力层的承载力、埋置深度等因素选择基础的材料：混凝土采用C30，钢筋采用HPB335级。 第3章 3号柱下扩展基础设计 3.1地基持力层选择以及基础尺寸确定 3.1.1确定基础埋深由于扩展基础高度一般较小，且有地址勘探报告

13、显示第二层粉质粘土地基承载力较高，适合做持力层。基础埋深拟为d=1.8m（室外地面）。对于号柱下基础埋深以及基地面积确定，采用荷载组合，并且考虑基础梁上的荷重（包括基础梁自重）按30kN/m计算，基础梁上荷载计算简图如图3-1所示，则。图3-1 基础梁对号柱下基础施加荷载计算简图参考11地质剖面图，号柱下地层情况及荷载如图3-2所示。 因基底尺寸尚未确定，故先计算深度修正后承载力根据11地质剖面图2#和3#钻进钻出土样综合分析，认为号柱下地基土的液性指数且，查GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范表5.2.4，取，：3.1.2确定基础尺寸先按照中心荷载计算，为满足地基承载力要求。需有

14、将基础面积扩大为，基础尺寸拟为。由于，故前面计算得到的无需再次进行宽度修正。3.2地基验算3.2.1地基承载力验算竖向力 弯矩则有 满足要求。满足要求。因此，基底能够满足承载力要求。软弱下卧层在第6层中，fk=220kp 不需要进行验算3.2.2地基沉降计算参考GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范3.0.1条可得此建筑为丙级建筑，且不符合下列条件任意一条：基础承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；基础及其附近地面上有堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降；软弱地基上的建筑物存在偏心荷载；相邻建筑距离过近，可能发生倾斜；地基内有厚度较大或薄厚不均的填土

15、，其自重固结未完成。 故参考GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范3.0.2条，可不对其进行地基变形验算。3.2.3地基稳定性验算因为此建筑地基不满足下列条件任意一条：经常受水平荷载作用的高层建筑或高耸结构；建于斜坡或坡顶的建（构）筑物；挡土墙。故可不对其进行地基稳定性验算。3.3基础立面设计3.3.1基底净反力计算计算基础高度以及配筋时，采用基础组合。对于号柱下基础，有荷载组合 。基础梁对其施加的荷载以标准值乘系数1.35作为基本组合值： 则竖向总荷载： 总弯矩值： 则有 Pj=201Kpa3.3.2基础高度计算初步拟定基础高度为800mm，按地基规范要求，铺设垫层时，保护层厚度不

16、小于40mm，因此假设钢筋重心到混凝土外表面的距离为50mm，故有效高度。抗冲切破坏验算公式为 首先计算。如图3-3中所示 故 近似地取，得到。式中，故取，基础混凝土采用C30级，则 故h=800mm能够满足抗冲切承载力的要求。3.3.3内力计算台阶高宽比为。令，又有，则应有，则可按照一下公式计算弯矩： 则有 3.3.4基础配筋采用HRB335级钢筋，其。沿长边方向，有,，宽度3m，按梁进行配筋： 沿短边方向，钢筋一般置于长边方向的钢筋之上，并且假设选用HRB335钢筋，宽度3m，按梁进行配筋： 第4章18号柱下桩基础设计4.1、初步选择持力层，确定桩型和尺寸根据荷载及地层情况，以第6层粘土为

17、桩端持力层。采用截面为400mm×400mm的预制钢筋混凝土方桩。桩端进入持力层1.6m，桩长16m，承台埋深1.7m。4.1.1、确定单桩承载力特征值Ra=（qpaAp+upqsiahi）/2Ap=0.4×0.4=0.16m2up=0.4×4=1.6m根据：粘土Il=0.242，查表4-3 qpk=1150kpa根据：粉土e=0.854，查表4-2 qs1a=24kpa 淤泥 qs2a=7kpa 粉质粘土Il=0.861 qs3a=13kpa 粘土Il=0.242 qs4a=29kpaRa=（qpaAp+upqsiahi）/2=（1150×0.16+1

18、.6×（24×2,8+7×8+13×3.6+29×1.6）/2=221.844.1.2、初步确定桩数及承台尺寸先假设承台尺寸为3m×3m，厚度为1m，承台及其上土平均容重为20KN/m3,则承台及其上土自重的标准值为 Gk=20×3×3×1.7=306KN基础梁自重 G1=30×3=90KNnFk+Gk/Ra=(665+306+90)/221.84=4.78取5根桩，承台面积尺寸为3m×3m。4.2、群桩基础中单桩承载力验算按照设计的承台尺寸，计算Gk=20×3×3

19、×1.7=306KN单桩的平均竖向力计算QKFk+Gk/n=(665+306+90)/5 =212.2KNRa=221.84KN 符合要求计算单桩偏心荷载下最大竖向力为QK，maxFk+Gk/n+MYxi/xj2=212.2 +86.7×1.1/4*1.12=231.9KN1.2Ra=226.208KN 符合要求由于水平力Hk=43KN较小，可不验算单桩水平承载力。4.3、抗弯计算与配筋设计基本组合G1=1.35×90=121.5K N承台厚1m，下设厚度为100mm、强度等级为C10的混凝土垫层，保护层为50mm，则h0=0.95m混凝土强度等级为C20，抗拉强

20、度为ft=1.1N/mm2，钢筋选用HRB335级，fy=300N/mm2。各桩平均竖向力N=1.35F/n=1.35（897.75）/5=179.55KN最大竖向力Nmax=Fk/n+MYxi/xj2=179.55 +1.35*19.7=206.145KN对于断面：My=Nixi=2×206.145×0.55=226.76KN·mAs1=My/0.9fyh0=226.76×106/(0.9×300×950)=884.1mm2采用8根直径12mm钢筋，As=905mm2，平行于x轴布置，间距200mm。对于断面：Mx=Nixi=2&#

21、215;179.55×0.9=323.19KN·mAs1=Mx/0.9fyh0=323.19×106/(0.9×300×950)=1260mm2采用10根直径14mm钢筋，As=1540mm2，平行于y轴布置，间距200mm。4.4、承台抗冲切验算4.4.1柱的向下冲切验算 Fl2（0x（bc+a0y）+0y（ac+a0x）hp fth0式中：a0x=0.35m 0x= a0x/h0=0.368 0x=0.84/(0x+0.2)=1.48 a0y=0.7 0y= a0y/h0=0.737 0y=0.84/(0y+0.2)=0.89 bc=0.4

22、m ac=1m 则2（0x（bc+a0y）+0y（ac+a0x）hp fth0=2（1.48（0.4+0.7）+0.89（1+0.35）×0.9×1100×0.95=5322.29KNFl=F-N=897.75-179.55=718.2KN 符合要求4.4.2角桩的冲切验算 Nl（1x（c2+a1y/2）+1y（c1+a1x/2）hp fth0式中：a1x=0.35m 1x= a1x/h0=0.3681x=0.56/(1x+0.2)=0.98 a1y=0.7m1y= 0.737 1y=0.56/(1y+0.2)=0.59 则（1x（c2+a1y/2）+1y（c1+

23、a1x/2）hp fth0=（0.98（0.4+0.7/2）+0.59（0.4+0.35/2）×0.9×1100×0.95=1010.33Nl =Nmax=411.99 符合要求4.4.3承台受剪验算 VhSftbh0对于截面：ax=0.35m x= ax/h0=0.368 =1.75/(+1)=1.28 S=（800/h0）1/4=(800/950) 1/4=0.96 b=3V=2×Nmax=2×206.145=412.29knhSftbh0=0.96×1.28×1100×3*0.95=3852.29KN 符合要

24、求对于截面：ay=0.7m y= ay/h0=0.737 =1.75/(+1)=1.01 hS=（800/h0）1/4=(800/950) 1/4=0.96 a=3mV=2×N=2×179.55=359.1 KNhSftbh0=0.96×1.01×1100×0.95×3=3039.69 KN 符合要求第5章 抗风柱Z3的设计，20号柱5.1按承载力要求初步确定基础的平面尺寸5.1.1地基承载力修正e=0.689 IL=0.25 假设d=2 查表215 深度修正系数=1.6fa=fak+dm(d-0.5)=180+1.6×（1

25、7.1×1+20.1×1）÷2×（2-0.5）=224.64Kpa按中心荷载初估基底面积A1=Fk+Pkfa-d=913+243/(224.64-20*2)=6.26m2考虑偏心作用，降基底面积扩大1.2倍 A1=7.51m2，采用3m*2.5m基础5.1.2验算基底压力基础及回填土自重G=dA=20*2.5*3*2=300KN基础的总垂直荷载Fk+G+Pk=913+300+30*6=1393KN基底的总力矩M=254+42*2-30*6*0.495=248.9KN.M总荷载的偏心e=MFk+G+Pk=248.9/1393=0.18m<b/6=0.

26、42m基底边缘最大应力pmax=Fk+G+PkA+MW=1393/(3*2.5)+248.9*6/(32*2.5)=252.1Kpa<1.2Fa=269.57Kpa符合要求综上：基础材料采用c30混凝土，基底面积3m*2.5m，基础埋深为2m5.2进行地基验算（1） 持力层强度验算 基地压力P=Fk+Gk+Pk/A=185.73KN 持力层承载力fa=fak+dm(d-0.5)=180+1.6*18.6*(2-0.5)=224.64kpa>P=185.73kpa 故持力层满足承载力要求（2） 软弱下卧层承载力 软弱下卧层在第6层中，fk=220kp 不需要进行验算5.3拟定基础高度 并按冲切破坏要求进行验算 （1）基本组合F=1232.55kn M=342.9kn.m H=56.7kn （2）基础底面静压力计算e=MFk+G+Pk=342.9+56.7*2-40.5*6*0.495/(1232.55+40.5*6)=0.23m<b/6=0.42mPkmax=G+F/A+M/W=1