土力学与地基基础设计实例

1、土力学与地基基础课程设计第一部分 墙下条形基础课程设计一、墙下条形基础课程设计任务书（一）设计题目某教学楼采用毛石条形基础，教学楼建筑平面如图4-1所示，试设计该基础。图4-1平面图（二）设计资料工程地质条件如图4-2所示。杂填土 粉质粘土 图4-2工程地质剖面图淤泥质土 室外设计地面-0.6m，室外设计地面标高同天然地面标高。由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙F1K=558.57kN，山墙F2K=168.61kN，内横墙F3K=162.68kN，内纵墙F4K=1533.15kN。基础采用M5水泥砂浆砌毛石，标准冻深为1.2m。（三）设计内容荷载计算 （包括选计算单元、确定其宽度）。

2、 确定基础埋置深度。 确定地基承载力特征值。 确定基础的宽度和剖面尺寸。 软弱下卧层强度验算。 （四）设计要求计算书要求 书写工整、数字准确、图文并茂。制图要求 所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。设计时间五天。二、墙下条形基础课程设计指导书（一）荷载计算 1.选定计算单元 对有门窗洞口的墙体，取洞口间墙体为计算单元；对无门窗洞口的墙体，则可取1m为计算单元（在计算书上应表示出来）。2.荷载计算 计算每个计算单元上的竖向力值（已知竖向力值除以计算单元宽度）。 （二）确定基础埋置深度d GB50007-2002

3、规定dmin=Zd-hmax或经验确定dmin=Z0+（100200）mm。式中 Zd设计冻深，Zd= Z0·zs·zw·ze； Z0标准冻深； zs土的类别对冻深的影响系数，按规范中表； zw 土的冻胀性对冻深的影响系数，按规范中表2； ze 环境对冻深的影响系数，按规范中表3； （三）确定地基承载力特征值fa 式中 fa修正后的地基承载力特征值（kPa）； fak地基承载力特征值（已知）(kPa)； b、b基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（已知）； 基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度(kN/m3)； m基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重

4、度(kN/m3)； b基础底面宽度（m），当小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；d基础埋置深度（m）。（四）确定基础的宽度、高度 bH0式中 Fk相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值（kN）。当为柱下独立基础时，轴向力算至基础顶面，当为墙下条形基础时，取1m长度内的轴向力（kN/m）算至室内地面标高处； 基础及基础上的土重的平均重度，取=20 kN/m3；当有地下水时， 取=20-9.8=10.2 kN/m3； h计算基础自重及基础上的土自重GK时的平均高度（m）。 b 2基础台阶宽度(m)； H0基础高度(m)。 （五）软弱下卧层强度验算 如果在地基土持力层以下的压缩

5、层范围内存在软弱下卧层，则需按下式验算下卧层顶面的地基强度，即 式中 pz相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值（kPa）； pcz软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值（kPa）； faz软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。三、参考文献1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）. 北京：中国建筑工业出版社，20022.孙维东主编. 土力学与地基基础. 北京：机械工业出版社，20033.中华人民共和国国家标准. 砌体结构设计规范（GB50003-2001）. 北京：中国建筑工业出版社，20024.沈克仁主编. 地基与基础.

6、中国建筑工业出版社，1993四、设计实例1.设计题目 某四层教学楼，平面布置图如图4-1所示。梁L-1截面尺寸为200mm×500mm，伸入墙内240 mm，梁间距为3.3 m，外墙及山墙的厚度为370 mm，双面粉刷，本教学楼的基础采用毛石条形基础，标准冻深为1.2m。由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙F1K=558.57kN，山墙F2K=168.61kN，内横墙F3K=162.68kN，内纵墙F4K=1533.15kN。2.工程地质情况 该地区地形平坦，经地质勘察工程地质情况如图4-2所示，地下水位在天然地表下8.5m，水质良好，无侵蚀性。3.基础设计荷载计算1）选定计

7、算单元 取房屋中有代表性的一段作为计算单元。如图4-3所示。外纵墙：取两窗中心间的墙体。内纵墙：取轴线之间两门中心间的墙体。山墙、横墙：分别取1 m宽墙体。图4-3 墙的计算单元2） 荷载计算外纵墙：取两窗中心线间的距离3.3 m为计算单元宽度 则山墙：取1 m为计算单元宽度 则内横墙：取1 m为计算单元宽度 则内纵墙：取两门中心线间的距离8.26m为计算单元宽度则确定基础的埋置深度dd=Z0+200 =（1200 +200）mm=1400 mm确定地基承载特征值fa 假设b3m，因d=1.4m0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正 确定基础的宽度、高度 1）基础宽度外纵墙：b1山墙：b

8、2 内横墙：b3内纵墙：b4故取b=1.2m3m ，符合假设条件。2）基础高度基础采用毛石，M5水泥砂浆砌筑。内横墙和内纵墙基础采用三层毛石，则每层台阶的宽度为 （符合构造要求）查GB50007-2002允许台阶宽高比b2/H0=1/1.5，则每层台阶的高度为 H0综合构造要求，取H0=0. 4m。最上一层台阶顶面距室外设计地坪为 （1. 4-0. 4×3）m = 0.2m0.1m故符合构造要求。（如图4-4所示）外纵墙和山墙基础仍采用三层毛石，每层台阶高0. 4m ，则每层台阶的允许宽度为b又因单侧三层台阶的总宽度为（1.2-0.37）m /2=0.415 m故取三层台阶的宽度分别

9、为0.115 m、0.15 m、0.15 m，均小于0.2m（符合构造要求）最上一层台阶顶面距室外设计地坪为（1.4-0.4×3）m = 0.2m0.1m符合构造要求。（如图4-5所示）图4-5外墙基础详图图4-4内墙基础详图软弱下卧层强度验算 1）基底处附加压力取内纵墙的竖向压力计算 2）下卧层顶面处附加压力 因Z/b=4.1/1.2=3.40.5，Es1/Es2=10/2=5故由GB50007-2002中表5.2.7查得=25°则3） 下卧层顶面处自重压力4）下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值5）验算下卧层的强度=177.1kN/m2符合要求。 第二部分 柱下钢筋混凝

10、土独立基础设计一、柱下钢筋混凝土独立基础设计任务书（一）设计题目某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，试设计该基础。（二）设计资料工程地质条件 该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：持力层为粘性土，土的天然重度为18 kN/m3，地基承载力特征值fak=230kN/m2，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m（根据地区而定）。 给定参数 柱截面尺寸为350mm×500mm，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。 材料选用混凝土：采用C20（可

11、以调整）（ft=1.1N/mm2）钢筋：采用HPB235（可以调整）（fy=210 N/mm2）（三） 设计内容确定基础埋置深度 确定地基承载力特征值 确定基础的底面尺寸 确定基础的高度 基础底板配筋计算 （四）设计要求计算书要求 书写工整、数字准确、图文并茂。制图要求 所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。设计时间五天。二、柱下钢筋混凝土独立基础课程设计指导书（一） 确定基础埋置深度d 同前所述 （二）确定地基承载特征值fa 同前所述 （三）确定基础的底面面积 A式中各符号意义同前所述（四）持力层强度验算 1

12、.2fafa式中 pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值(kPa)； pkmax相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值(kPa)； pkmin 相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值(kPa)； Fk相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值kN)； Gk基础自重和基础上的土重(kN)； A基础底面面积(m2)； e0偏心距(m)； fa修正后的地基承载力特征值(kPa)； l矩形基础的长度(m)。 （五）确定基础的高度 Fl0.7式中 Fl相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值(kN)； hp受冲切承载力截面高度影响系数，

13、当h不大于800mm时，hp取1.0；当大于等于2000mm时，hp取0.9，其间按线性内插法取用； ft混凝土轴心抗拉强度设计值(kPa)； am冲切破坏锥体最不利一侧计算长度(m)；h0基础冲切破坏锥体的有效高度(m)。（六）底板配筋计算 ； ； 式中 AsI、AsII 分别为平行于l、b方向的受力钢筋面积(m2)； MI 、MII分别为任意截面I-I 、II-II处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值(kN·m)； l、b分别为基础底面的长边和短边(m)； fy钢筋抗拉强度设计值(N/mm2)； pjmax、pjmin 相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地基净反力

14、设计值（kPa）； pjI、pjII 任意截面I-I 、II-II处相应于荷载效应基本组合时的基础底面地基净反力设计值（kPa）； az、bz分别为平行于基础长边和短边的柱边长(m)；三、参考文献1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）. 北京：中国建筑工业出版社，20022.孙维东主编. 土力学与地基基础. 北京：机械工业出版社，20033.中华人民共和国国家标准. 砌体结构设计规范（GB50003-2001）. 北京：中国建筑工业出版社，20024.沈克仁主编. 地基与基础. 中国建筑工业出版社，1993四、设计实例 1.设计题目 某教学楼为四层钢筋混

15、凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来的轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。柱永久荷载效应起控制作用，柱截面尺寸为350mm×500mm，试设计该基础。 图4-7柱网布置图2.工程地质情况 该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：持力层为粘性土（b=0、d=1.0），土的天然重度为18 kN/m3，fak =230kN/m2，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m（根据地区而定）。 3.基础设计确定基础的埋置深度dd=Z0+200 =（1000 +200）mm=

16、1200 mm 根据GB50007-2002规定，将该独立基础设计成阶梯形，取基础高度为650 mm，基础分二级，室内外高差300mm，如图4-8所示。图4-8基础高度和底板配筋示意确定地基承载特征值fa 假设b3m,因d=1.2m0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正, 确定基础的底面面积 A考虑偏心荷载影响，基础底面积初步扩大12%，于是 取矩形基础长短边之比l/b=1.5，即l=1.5b 取b=1.6 m则l=1.5b=2.4 m A= l×b=2.4×1.6 m=3.84 m2持力层强度验算作用在基底形心的竖向力值、力矩值分别为 符合要求。 1.2fa=1.2×242.6kN/m2=291.12kN/m2 fa=242.6kN/m2故持力层强度满足要求。基础高度验算现选用混凝土强度等级C20，HPB235钢筋，查得混凝土ft=1.1N/mm2=1100 kN/m2，钢筋fy=210 N/mm2。地基净反力由图4-8可知，h=650mm，h0=610mm；下阶h1=350mm，h01=310mm；az1=1200mm，bz1=800mm。1) 柱边截面 bz+2 h0=(0.35+2×0.61)m=1.57mb=1.6m F1=171.2kN符合要求。2) 变阶处截面 bz1+2 h01=