独立基础课程设计

2章柱下独立根底课程设计2 .1设计题目柱下独立根底设计设计资料地形：拟建建筑场地平坦工程地质资料：自上而下依次为：0.5m，含局部建筑垃圾；1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130kN/m2；1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值fak=180kN/m2；④全风化砂质泥岩：厚2.7m,承载力特征值fak=240kN/m2；⑤强风化砂质泥岩：厚3.0m,承载力特征值fak=300kN/m2；⑥中风化砂质泥岩：厚4.0m,承载力特征值fak=620kN/m2；2.1地基岩土物理力学参数表自然地基土地层代土名〔γ〕孔隙比〔e〕分散力〔c〕内摩擦角〔Φ〕压缩系数(a1-2)压缩模量〔Es〕抗压强度〔frk〕承载力特征值〔fak〕号kN/m³kPa度MPa1MPaMPakPa①杂填土18②粉质粘土200.6534130.2010.0130③粘土19.40.5825230.228.2180全风化砂质④泥岩2122300.8240强风化砂质⑤泥岩2220253.0300⑥中风化砂质泥岩2415404.0620水文资料为：地下水对混凝土无侵蚀性。地下水位深度：位于地表下1.5m。上部构造资料：500×500mm，室外地坪标高同自然地面，450mm2.1。1图2.1 柱网平面图上部构造作用在柱底的荷载效应标准组合值见表2.2；上部构造作用在柱底的荷载效应根本组合值见表2.3；2.2柱底荷载效应标准组合值题号 Fk(kN) Mk(kN•m) Vk(kN)A轴 B轴 C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴1 975 1548 1187 140 100 198 46 48 442 1032 1615 1252 164 125 221 55 60 523 1090 1730 1312 190 150 242 62 66 574 1150 1815 1370 210 175 271 71 73 675 1218 1873 1433 235 193 297 80 83 746 1282 1883 1496 257 218 325 86 90 837 1339 1970 1560 284 242 355 96 95 898 1402 2057 1618 231 266 377 102 104 989 1534 2140 1677 335 288 402 109 113 10610 1598 2205 1727 365 309 428 120 117 1142.3柱底荷载效应根本组合值题号 F(kN) M(kN•m) V(kN)A轴B轴 C轴 A轴B轴C轴A轴B轴C轴1 1268 2023 1544 183 130 258 60 62 582 1342 2100 1627 214 163 288 72 78 673 1418 2250 1706 248 195 315 81 86 744 1496 2360 1782 274 228 353 93 95 885 1584 2435 1863 306 251 386 104 108 966 1667 2448 1945 334 284 423 112 117 1087 1741 2562 2028 369 315 462 125 124 11628182326742104391346491133136128919952783218142537552314214713810207828662245455402557156153149材料：混凝土等级Ｃ20～C30，钢筋HPB235、HPRB335级。设计分组依据以上所给资料及学生人数，可划分为假设干个组。110人，根底持力层选用③土层，设计A轴柱下独立根底；210人，根底持力层选用④土层，设计B轴柱下独立根底；310人，根底持力层选用③土层，设计C轴柱下独立根底；设计要求每人依据所在组号和题号，完成各自要求的轴线根底设计。对另外两根轴线的根底，只要求依据所给荷载确定根底底面尺寸，以便画出整体根底平面图。设计内容设计柱下独立根底，包括确定根底埋深、根底底面尺寸，对根底进展构造内力分析、强度计算，确定根底高度、进展配筋计算并满足构造设计要求，编写设计计算书。绘制根底施工图，包括根底平面布置图、根底大样图，并提出必要的技术说明。设计成果设计计算书确定地基持力层和根底埋置深度；确定根底底面尺寸，验算地基承载力；对根底进展抗冲切承载力验算，确定根底高度；对根底进展正截面受弯承载力验算，给根底底板配筋；设计图纸根底平面布置图独立根底大样图设计说明要求分析过程具体，计算步骤完整，设计说明书的编写应具有条理性，图纸干净清楚。参考资料《土力学与根底工程〔第2版2023〔第2版2023。《混凝土构造〔上〔第2版2023《建筑构造荷载标准〔GB50009-20232023。《建筑地基根底设计标准〔GB50007-20232023。《混凝土构造设计标准〔GB50010-20232023。2.2地基根底设计是土木工程构造设计的重要组成局部，必需依据上部构造条件〔建筑物的用途和安全等级、建筑布置、上部构造类型等〕和工程地质条件〔建筑场地、地基岩土和气候条件等，结〔细心设计，以确保建筑物和构筑物的安全和正常使用。3独立根底的设计内容与步骤初步设计根底的构造型式、材料与平面布置；确定根底的埋置深度d；计算地基承载力特征值fak

，并经深度和宽度修正，确定修正后的地基承载力特征值f ；a依据作用在根底顶面荷载F和深宽修正后的地基承载力特征值，计算根底的底面积；计算根底高度并确定剖面外形；假设地基持力层下部存在脆弱土层时，则需验算脆弱下卧层的承载力；地基根底设计等级为甲、乙级建筑物和局部丙级建筑物应计算地基的变形；验算建筑物或构筑物的稳定性〔如有必要时；根内幕部构造和构造设计；绘制根底施工图。假设步骤〔1〕～〔7〕中有不满足要求的状况时，可对根底设计进展调整，照实行加大根底埋置深度d或加大根底宽度b等措施，直到全部满足要求为止。地基根底设计根本规定地基根底设计等级依据地基简洁程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常2.42.4地基根底设计等级

建筑和地基类型10大面积的多层地下建筑物〔如地下车库、商场、运动场等〕对地基变形有特别要求的建筑物甲级简洁地质条件下的坡上建筑物〔包括高边坡〕地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程乙级 除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物场地和地基条件简洁、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；丙级次要的轻型建筑物地基计算的规定依据建筑物地基根底设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部构造的影响程度，地基根底设计应符合以下规定：全部建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定。设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计。表2.5所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有以下状况之一时，仍应作变形验算：①地基承载力特征值小于l30kPa，且体型简洁的建筑：不均匀沉降时；③脆弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；4④相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；⑤地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。对常常受水平荷载作用的高层建筑、高耸构造和挡土墙等，以及建筑在斜坡上或边坡四周的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性。基坑工程应进展稳定性验算。当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进展抗浮验算。2.5可不作地基变形计算的设计等级为丙级建筑物范圈地基主要受力层的

f

60fak 80fak 100fak 130fak 160fak

200fakak 80状况

100

130

160

200

300各土层坡度/%≤5≤5≤10≤10≤10≤10砌体承重构造、框架构造〔层数〕≤5≤5≤5≤6≤6≤7单 重量/t单层排 跨 厂房跨度/m

5～10

10～15

15～20

20～30

30～50

50～100架建筑类型结构

多 定起重量/t跨

≤12 ≤18 ≤24 ≤30 ≤30 ≤303～55～1010～1515～2020～3030～753～55～1010～1515～2020～3030～75厂房跨度/m≤12≤18≤24≤30≤30≤30高度/m3水塔3m

≤30≤15≤50

≤40≤2050～100

≤50≤30100～200

200～300

≤75≤30

300～500

≤100≤30500～1000注：①地基主要受力层系指条形根底底面下深度为3b(b为根底底面宽度，独立根底下为1.5，且厚度均不小于5m的范围〔二层以下一般的民用建筑除外；②地基主要受力层中如有承载力特征值f 130kPa的土层时，表中砌体承重构造的设计，ak应符合《建筑地基根底设计标准〔GB500072023〕7成与其相当的民用建筑层数；④表中吊车额定起重量、烟囱高度和水塔容积的数值系指最大值。荷载效应最不利组合与相应的抗力限值在地基根底设计时，荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按以下规定承受：按地基承载力确定根底底面积及埋置深度时，传至根底底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应承受地基承载力特征值。计算地基变形时，传至根底底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应限值应为地基变形允许值。计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载力气极限状态下荷1.0在确定根底高度、配筋和验算材料强度时，上部构造传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载力极限状态下荷载效应的根本组合，承受相应的分项系数。5地基承载力特征值确实定确定地基承载力特征值的方法主要有以下几种：按载荷试验确定依据地基土的抗剪强度指标，按理论公式确定应用地区建筑阅历，实行工程地质类比法确定3m0.5m的地基承载力特征值，尚应按下式修正：f fa ak

(b3)b d

(d0.5)m式中：f ——修正后的地基承载力特征值kPa；af ——地基承载力特征值kP；ak、——根底宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表2.6；b d——基底以下土的重度，地下水位以下取浮重度”〔kN/m；——基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度〔kN/m；mB——根底底面宽度(m3m3m6m6md——根底埋置深度(m)；当埋深小于0.5m0.5m方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部构造施工后完成时，应从自然地面标高算起。对于地下室，如承受箱形根底或筏基时，根底埋置深度自室外地面标高算起；当承受独立根底或条形根底时．应从室内地面标高算起。土的类别人工填土

2.6承载力修正系数

b d0 1.0eIL0.85含水比 0.8W

0 1.0红粘土

含水比 0.8W0.95、粘粒含量c

10的粉土最大干密度大于2.1t/m³的级配砂石粘粒含量c粉土 粘粒含量c

10的粉土10的粉土01.201.20.151.401.502.00.31.50.52.0e或I 均小于0.85的粘性土L〔不包括很湿与饱和时的稍密状态〕中砂、粗砂、砾砂和碎石土

0.32.03.0

1.63.04.4注：①强风化和全风化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值，其他状态下的岩石不修正；②地基承载力特征值按建筑地基标准附录深层平板载荷试验确定时 取0。d柱下独立根底设计根底底面尺寸确实定：确定根底底面尺寸时，首先应满足地基承载力要求，包括持力层土的承载力计算和脆弱下卧层的验算；其次，对局部建〔构〕筑物，仍需考虑地基变形的影响，验算建〔构〕筑物的变形特征值，并对根底底面尺寸作必要的调整。《建筑地基根底设计标准》GB50007-2023依据“全部建筑物的地基计算均应满足承载力”的根本原则，按持力层的承载力特征值计算所需的根底底面尺寸。要求符合下式要求：p fk ap 1.2fkmax a式中：p——相应于荷载效应标准组合时，根底底面处的平均压力值kP；kp ——相应于荷载效应标准组合时，根底底面边缘的最大压力值kP；kmaxf——修正后的地基承载力特征值kP。a轴心荷载作用下的根底：： F

F

Ad F由 p k k k G k dfk A A A G aF得：A kf da G式中：p——相应于荷载效应标准组合时，上部构造传至根底顶面处的竖向力值kP；k ——根底及回填土的平均重度，一般取20kN/m310kN/m3；Gd——根底平均埋深〔m；A——基底面积〔m2；按上式计算出Ab或lAlb，一般取l/b1.0~2.0。必需指出，在按上式计算A时，需要先确定修正后的地基承载力特征值fa

f值a又与根底底面尺寸AAfa

计算时，可先对地基承载力只进展深度修正，计算fa

Alb,考虑是否需7要进展宽度修正，使得A、fa

间相互协调全都。偏心荷载作用下的根底：偏心荷载作用下的基底压力计算公式：FFp kGkFF

Mk

kGk

6e(1 k)kmin

A W lb l当偏心矩ek

l/6时，根底边缘的最大压力按下式计算：2(Fp

G)kkmax

3ba式中 M ——相应于荷载效应标准组合时，上部构造传至根底顶面处的力矩值k；kW——根底底面的抵抗矩〔m3；e——ek

M /(Fk

G)〔m；kl ——m)；b——m)；(l/2)e 。k偏心荷载作用下，按以下步骤确定根底底面尺寸：①先不考虑偏心，按轴心荷载条件初步估算所需的根底底面积；②依据偏心距的大小，将根底底面积增大〔10～30〕﹪，并以适当比例选定根底长度和宽度，即取根底宽度b~1.3)

n(fa

Fk d)kGnnl/b，对矩形截面，一般取n1.2~2.0；③由调整后的根底底面尺寸计算基底最大压力p 和最小压力p ，并使其满足p fkmax kmin k a和p 1.2f 的要求。如不满足要求，或压力过小，地基承载力未能充分发挥，应调整根底尺kmax a寸，直至最终确定适宜的根底底面尺寸。通常，基底的最小压力不宜消灭负值，即要求偏心距ek

l/6，但对于低压缩性土及短暂作用的荷载，可适当放宽至ek

l/4。脆弱下卧层的验算当地基压缩层范围内存在有脆弱下卧层时，应按下式验算脆弱下卧层承载力：p p fz cz az式中 p——脆弱下卧层顶面处的附加压力设计值kP；zp ——脆弱下卧层顶面处土的自重压力标准值kPa；cz8f ——脆弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力设计值kPa。az2.2脆弱下卧层承载力验算图当上层土与下卧土层的压缩模量比值大于或等于3时，对条形根底和矩形根底，上式中的p值z可按式简化计算：lb(pp

d)mz (l2ztan)(b2ztan)式中：b——矩形根底和条形根底底边的宽度(m)；l——矩形根底底边的长度(m)； ——基埋深范围内土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度kN/m；mz——根底底面至脆弱下卧层顶面的距离(m)；——2.5表2.7 地基压力集中角E /Es1 s2

0.25

z/b

0.5036°23°536°23°510°25°1020°30°EE为下层土压缩模量；z/b0.25时取0z/b0.50时值不变。选择根底底面尺寸后，必要时还要对地基的变形或稳定性进展验算。地基变形验算：〔GB50007—2023〕按不同建筑物的地基变形特征，要求：建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值，即：9式中s——地基变形计算值，为地基广义变形值，可分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜等；s——地基变形允许值，它是依据建筑物的构造特点，使用条件和地基土的类别而确定的,其值请参见《建筑地基根底设计标准〔GB50007—2023〕5.3.4。对于因建筑地基不均匀、荷载差异大及体形简洁等因素引起的地基变形，在砌体承重构造中应由局部倾斜把握；在框架构造和单层排架构造中应由相邻柱基的沉降差把握；在多层、高层建筑和高耸构造中应由倾斜值把握。一般建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可认为其最终沉降量已根本完成，对于低压缩性粘性土可认为已完成最终沉陷量的50％～80%20％～50%，对于高压缩粘性土可认为已完成5％～20％。依据预估的沉降量，可预留建筑物有关局部之间的净空，考虑连接方法和施工挨次等。根底高度确实定：2.3中心受压柱根底底板厚度确实定根底高度由柱边抗冲切破坏的要求确定，设计时先假设一个根底高度h，然后再验算抗冲切力气。中心荷载作用下：F 0.7l hp

fa ht m 0a (am t

a)/2b10F pAl n l式中 ——受冲切承载力截面高度影响系数当h800mm时， 取1.0；当h1200mm时，hp hp 0.9；其间按线性内插法取用；hpf——混凝土轴心抗拉强度设计值〔N/mm2；th——根底冲切破坏锥体的有效高度〔m；0a ——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度〔m；ma——t取柱宽；当计算根底变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽；a——b面落在根底底面以内〔图2.3b〕，计算柱与根底交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍根底有效高度；当计算根底变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽加两倍该处的根底有效高度。当冲切破坏锥体的底面在l方向落在根底底面以外，即a2h b时0〔图2.3c), a b；bp ——扣除根底自重及其上土重后相应于荷载效应根本组合时的地基土单位面积净反力；nA——冲切验算时取用的局部基底面积〔图2.3c中的阴影面积；ll a b b 2A chb chl 2

0 2 2 0F——Al

上的地基土净反力设计值。偏心荷载作用下：与中心荷载作用下根底底板厚度计算根本一样，只需将公式Fl

pA中的n lp 用根底边缘处最大地基土单位面积净反力p 代替即可；n n,max式中： ——净偏心距，11根底底板配筋由于单独根底底板在地基净反力作用下，在两个方向均发生弯曲，所以两个方向都要配受力钢筋。钢筋面积按两个方向的最大弯矩分别计算。中心荷载作用下:

2.4中心受压柱根底底板配筋计算〔a〕椎形根底；〔b〕阶梯形根底2.4中各种状况的最大弯矩计算公式：柱边I-I截面：柱边〔：阶梯高度变化处〔Ⅲ—Ⅲ截面：阶梯高度变化处IV-IV截面：依据以上所算截面弯矩及对应的根底有效高度h0〔GB50010—2023〕正截面受弯构件承载力计算公式，可以求出每边所需钢筋面积，或按下式简化计算：MsA 0.9fhsy 0偏心荷载作用下：12图2.5偏心受压柱根底底板厚度计算 图2.6偏心受压根底底板配筋计偏心受压根底底板配筋计算时只需将中心受压计算公式中的p 换成偏心受压时柱〔或变阶n1 1面处〕基底设计反力p2.5、2.。

n,I

n,II

〕与的平均值2

(pn,max

pn,II

)〔或p2

n,max

pn,I

)〕即可〔图现浇柱下独立根底构造要求200mm，阶梯形根底每个台阶高度一般为300～500mm。70mm，垫层混凝土强度等级应为C10100mmC10100mm。钢筋：底板受力钢筋直径不小于10mm，间距不大于200mm，也不宜小于100mm；当根底的边长大2.5m10%，并宜均匀穿插布置。底板钢筋的保护层：当有垫层时不小于40mm，无垫层时不小于70mm。混凝土：混凝土强度等级不应低于C20。2.7扩展根底构造的一般要求〔a〕〔b〕〔c〕钢筋配置根底插筋：现浇柱根底中应留出插筋，插筋在柱内的纵向钢筋连接以优先承受焊接或机械连接的接头，插筋在根底内应符合以下要求：13插筋的数量、直径、以及钢筋种类应与柱内的纵向受力钢筋一样。插筋锚入根底的长度等应满足有关标准要求。根底中插筋至少需分别在根底顶面下100mm和插筋下端设置箍筋，且间距不大于800mm，根底中箍筋直径与柱中同〔图2.8。2.8现浇钢筋混凝土柱与根底连接2.3独立根底课程设计实例9A轴荷载作为实例，说明独立根底的设计方法。设计资料9号题A轴柱底荷载：Fk

1534kN，Mk

335kNm，Vk

109kN；F1995kNM425kNm，V142kN。fak地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。独立根底设计

180kPa500×500mm，室外选择根底材料：C25混凝土，HPB2350.8m。根底埋深选择：依据任务书要求和工程地质资料，0.5m,含局部建筑垃圾；1.2m,fak

130kPa1.5m,fak

180kPa2.7m,承载力特征值fak地下水对混凝土无侵蚀性，地下水位于地表下1.5m。

240kPa取根底底面高时最好取至持力层下0.5m，本设计取第三层土为持力层，所以考虑取室外地坪到根底底面为0.51.20.52.2m。由此得根底剖面示意图如下：142.9f3.求地基承载力特征值a0.58I 0.78 0.3 0.58依据粘土 ， L ，查表2.6得 b ，d基底以上土的加权平均重度180.5201(2010)0.29.40.5r m 2.2

16.23kN/m3持力层承载力特征值

fa〔先不考虑对根底宽度修正〕f fa

d

(d0.5)1801.616.23(2.20.5)224.15kPa〔上式d按室外地面算起〕初步选择基底尺寸Fk

1534kN，Mk

335kNm，Vk

109kN计算根底和回填土重

G dk时的根底埋深

12.22.652.425m2A 0根底底面积：

Fkf ka

1534 d 224.150.7101.72520 8.40m 由于偏心不大，根底底面积按20％增大，即：A1.2A0

1.28.4010.08m2Alb3.62.810.08m2，且b2.8m3m不需要再对修正。验算持力层地基承载力回填土和根底重：

fa进展G k G

dA(0.7101.72520)10.08418.32kN15偏心距： e

3351090.80.216ml0.6m，k F Gk k

1534418.32 6Pkmin

0，满足。FG

1534418.32 基底最大压力：P kmax

k 1A

kl

10.08

1

3.6 263.4KPa

1.2fa

(268.97kP)a所以，最终确定根底底面面积长3.6m，宽2.8m。计算基底净反力F1995kNM425kNm，V142kN。M 4251420.8净偏心距

n,0

0.27mN 1995根底边缘处的最大和最小净反力pn,max

F 16e( n,0)

1995

60.27)n,min

lb l 3.62.8 3.6286.98kPa108.85kPa根底高度(承受阶梯形根底)柱边根底截面抗冲切验算〔见图2.10〕2.10冲切验算简图〔a〕〔b〕变阶处冲切l3.6m，b2.8m，at

b 0.5m，ac

0.5m。初步选定根底高度h800mm，分两个台阶，每阶高度均为400mm的。h 800(4010)750mm〔有垫层。0a a2h 0.520.752mb2.8m，取a 2mb t 0 b16a atabm 2

50020232

1250mm因偏心受压，p 取p 286.98kPan n,max冲切力：l a

b

2FP

ch

chl 2 0

2

0286.983.60.50.752.82.80.50.7522 2

2 2 596.92kN抗冲切力：

0.7hp

faht m

0.71.01.271031.250.75833.44kN596.92kN，满足变阶处抗冲切验算a bt 1

1.5m，a1

1.9m，h01

40050350mma a 2h 1.520.352.2mb2.8m，取a 2.2mb t 01 ba atabm 2

1.52.22

1.85ml a

b

2FP

1h l 2 01 2 2 01286.983.61.90.352.82.81.50.352= 2

2 2抗冲切力：

375.9kN

0.7hp

faht m

0.71.01.271031.850.35275.6kN375.9kN，满足配筋计算〔2.6〕选用的HPB235级钢筋，fy

210N/mm2〔1〕根底长边方向І-І截面〔柱边〕

la Pn,

P nmin

c P2l n,max

Pn,min1723.6210.28kPa悬臂局部净反力平均值：P 1286.98210.29248.64KP2 n,max n, 2 a1P P,max ,I

2 弯矩：M Ⅰ

24 1

n la2

2bbc 248.64(3.60.5)2(22.80.5)24607.3kNmMA M

607.3106 4284.3mm2s,I

0.9fhy 0

0.9210750Ⅲ-Ⅲ截面〔变阶处〕la nP,Ⅲn

P