基础工程课程设计,山东理工大学

(完满word版)基础工程课程设计,山东理工大学(完满word版)基础工程课程设计,山东理工大学(完满word版)基础工程课程设计,山东理工大学一．工程大要和设计任务1.工程大要该装置车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m，柱距6m，车间内有2对30吨中级工作制桥式吊车。建筑平面图见图2-1。规定室内地面标高为±0.00，相当于黄海高程455.00m，室外处面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为9.80m。各柱在基础顶面处的截面形状为矩形，尺寸为：边柱Z1：长宽=1000400mm；角柱Z2：长宽=1000400mm；抗风柱Z3：长宽=700400mm；基础梁的横截面尺寸如图2-2，梁与柱之间的净距为20mm，置于柱子外侧的基础上。2500032520025图2-2基础梁的横截面尺寸（mm）2.设计任务1本设计对象为某机械厂的装置车间。厂房基础顶面以上部分的建筑和结构设计工作已经完成。本课程设计的任务是完成柱下基础与地基的设计与验算。要求同学选择（或由任课教师分配）一个基础，按给定的条件完成相关的设计和计算工作，详尽要求以下：1．设计计算：（1）综合解析设计资料，对三种常用的房屋基础种类（刚性基础、钢筋混凝土扩展基础和桩基础）的技术合理性进行比较（限于课时，本次课程设计不考虑造价因素），选择较为合理的基础方案。确定所选柱下基础的种类，平面尺寸及埋深；（2）完成该基础（包括地基）的计算；2．图纸：（1）基础总平面部署图（假设所有基础均与自己设计的基础相同）；（2）基础结构图（应包括图纸说明和工程数量表）。3．将上述成就整理成设计计算说明书。设计计算说明书应制做成Word文档。整个说明书应满足计算过程完整、计算步骤清楚、文字简短、符号规范和版面雅观的要求，图纸应用CAD制作而且应该表达正确、布局合理和尺寸齐全。说明书用A4纸张打印和图纸(A3)一起装订成册，交设计指导老师评阅。二．地勘资料XX工程地质勘探报告2拟建工程为XX机械厂的装置车间，建筑场所位于该机械厂厂区内，厂房平面尺寸为42m24m,采用钢筋混凝土排架结构，结构的设计跨度为24m，柱距为6m。勘探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。场所处地面平坦。拟建车间的西南角有一古河流，现已淤填。据钻探揭示，各地层的情况以下：第①层：人工填土。分布于场所表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。厚约0.5~1.2m，结构松懈，土质不均，平均天然重度为17.1kN/m3。第②层：粉质粘土。呈棕红色。除1#孔外各孔均有，厚度9.5~10.1m。硬塑~可塑，土质较平均。第③层：粉土。呈褐黄色。仅在1#孔可见到，厚约3.3m，流塑。第④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⑤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⑥层：粘土。呈黄黑色，各孔均可见到，没有钻透，据检查厚度在10m以上。土质平均，可塑~硬塑。场区地下水属潜水，初见水位在2.5~3.1m深处，牢固水位在2.9~3.9m3深处。地下水补给本源为大气降水，水位随季节变化，无损害性。依照钻探及室内土工实验的情况解析，第①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②层粉质粘土或第⑥层粘性土中。其地基承载力标准值分别为：第②层：fk=180kPa第⑥层：fk=220kPa建议：受古河流影响的几个柱基采用桩基础；其余基础可采用柱下现浇独立基础。钻探点部署见图2-3，地质剖面见图2-4~图2-6，土工试验成就见表2-1，地质柱状图略。三．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）的荷载设计值以下（按任课教师要求取其中一组计算）：（见附表1）上述荷载中：（1）带下标k者用于标准组合，否者为基本组合。（2）剪力H的方向与本处的边墙垂直，且以指向车间内部为正。（3）弯矩M以使柱的外侧受拉为正。四．设计方案4扩展基础设计步骤（1）按承载力要求初步拟订基础的平面尺寸（2）进行地基验算，包括：1）地基强度验算（包括持力层强度和柔弱下卧层强度）2）基底独爱距验算3）本次设计不进行沉降及牢固性验算（3）拟订基础高度，并按抗冲切破坏要求进行验算。（4）计算截面弯矩，并配置钢筋。桩基础设计步骤（1）选定桩基种类依照荷载及地层情况，建议采用预制桩基础。（2）拟订桩长与桩径。（3）确定单桩承载力。（4）估计桩的根数。（5）确定承台尺寸及桩的部署方式。（6）验算桩基础的承载力。（7）进行承台的抗冲切和斜截面抗剪计算，验算承台厚度可否吻合要求。（8）计算承台截面的弯矩，配置承台的抗弯钢筋。5五．技术设计的过程边柱Z1的设计，5号柱，采用扩展基础按承载力要求初步确定基础的平面尺寸1）.地基承载力修正e=0.629Il=0.218假设d=2查表2—15深度修正系数η=1.6=180+1.6×（17.1×1+20.1×1）÷2×（2-0.5）=224.64Kpa按中心荷载初估基底面积=1191/(224.64-20*2)=6.45m^2考虑独爱作用，降基底面积扩大1.2倍A1=7.74m^2，采用3m*2.6m基础（2）验算基底压力基础及回填土自重=20*2*3*2.6=312KN基础的总垂直荷载=1191+312+30*6=1683KN基底的总力矩总荷载的独爱=257.9/1683=0.15m<a/6=0.5m基底边缘最大应力=1683/(3*2.6)+257.9*6/(3^2*2.6)=281.69Kpa>1.2Fa不吻合要求3）修正基础尺寸，验算基底压力基底面积采用3.2m*3m基础及回填土自重=20*2*3.2*3=384KN基础的总荷载=1191+384+180=1755KN荷载独爱=257.9/1755=0.15m<a/6=0.53m基底边缘的最大应力=1755/3.2*3+257.9*6/(3.2^2*3)=233.18Kpa满足承载力要求。综上：基础资料采用c30混凝土，基底面积3.2m*3m，基础埋深为2m进行地基验算1）持力层强度验算基地压力P=Fk+Gk+Pk/A=1191+384+180/3.2*3=182.81KN/持力层承载力=180+1.6*18.6*(2-0.5)=224.764kpa>P=182.81kp故持力层满足承载力要求（2）柔弱下卧层承载力柔弱下卧层在第6层中，fk=220kp不需要进行验算3．拟订基础高度并按冲切破坏要求进行验算1）基本组合F=1607.85knM=359.1kn.mH=72.9kn2）基础底面静压力计算=359.1+72.9*2-40.5*6*0.645/(1607.85+40.5*6)=0.2m<a/6=0.53mPemax=G+F/A+M/W=243+1607.85/(3.2*3)+348.115*6/(3.2*3.2*3)=260.8kpaPemin=G+F/A-M/W=243+1607.85/(3.2*3)-348.115*6/(3.2*3.2*3)=124.8Kpa(3)基础冲切验算ho=800-50=750mm=0.75m=(3.2/2-1/2-0/75)*3-(3/2-0.4/2-0.75)^2=0.7475m^2=260.8*0.7475=195.6KN8抗剪承载力【v】=0.7*1*1430*(0.4+0.75)*0.75=863.36knFl<【v】满足承载力要求柱边弯矩计算并配筋=1+1/2*(3.2-1)=2.1mPe1=(Pemax-Pemin)*a`+Pemin*a/a=(260.8-124.8)*2.1+124.8*3.2/3.2=214.05Kpa=(3.2-1)^2/48*{(260.8+214.05)*6.4+（）=192.8/24*(3-0.4)^2*7采用钢筋HRB335Fy=300N/mm^2A1=M1/0.9Fyho=320.36*10^6/0.9*300*750=1582mm^2采用22根直径为10mm的钢筋s=137mm实质面积A=1727mm^2平行于X轴部署A2=M2/0.9Fyho=401.86*10^6/0.9*300*750=1984mm^2采用26根直径为10mm的钢筋s=123mm实质面积A=2041mm^2平行于Y轴部署9抗风柱Z3的设计，20号柱，采用扩展基础按承载力要求初步确定基础的平面尺寸101）.地基承载力修正e=0.689Il=0.25假设d=2查表2—15深度修正系数η=1.6=180+1.6×（17.1×1+20.1×1）÷2×（2-0.5）=224.64Kpa按中心荷载初估基底面积=650/(224.64-20*2)=3.57m^2考虑独爱作用，降基底面积扩大1.3倍A1=4.57m^2，采用3m*2m基础（2）验算基底压力基础及回填土自重=20*2*3*2=240KN基础的总垂直荷载=650+240+30*12.5=1265KN基底的总力矩总荷载的独爱=75.625/1265=0.1m<a/6=0.5m基底边缘最大应力=1265/(3*2)+75.625*6/(3^2*2)=236.04Kpa<1.2Fa吻合要求综上：基础资料采用c30混凝土，基底面积3m*3m，基础埋深为2m进行地基验算11（3）持力层强度验算基地压力P=Fk+Gk+Pk/A=650+240+375/2*3=210.8KN持力层承载力=180+1.6*18.6*(2-0.5)=224.64kpa>P=182.81kp故持力层满足承载力要求（4）柔弱下卧层承载力柔弱下卧层在第6层中，fk=220kp不需要进行验算3．拟订基础高度并按冲切破坏要求进行验算1）基本组合F=877.5knM=86.4kn.mH=31.05kn2）基础底面静压力计算=86.4+31.05*2-40.5*12.5*0.495/(877.5+40.5*12.5)=0.1m<a/6=0.5mPemax=G+F/A+M/W=877.5+40.5*12.5/(2*3)+102.1*6/(3*2*3)=264.6kpaPemin=G+F/A-M/W=877.5+40.5*12.5/(2*3)-102.1*6/(3*2*3)=196.6Kpa(4)基础冲切验算ho=800-50=750mm=0.75m12=(3/2-1/2-0/75)*2-(3/2-0.4/2-0.75)^2=0.75m^2=264.6*0.75=198.47KN抗剪承载力【v】=0/7*1*1430*(0.4+0.75)*0.75=788.29knFl<【v】满足承载力要求柱边弯矩计算并配筋=0.7+1/2*(3-0.7)=1.85mPe1=(Pemax-Pemin)*a`+Pemin*a/a=(264.6-196.6)*1.85+196.6*3/3=238.5Kpa=(3-0.7)^2/48*{(264.6+238.5)*4.4+（）=230.61/24*(3-0.4)^2*采用钢筋HRB335Fy=300N/mm^2A1=M1/0.9Fyho=249.75*10^6/0.9*300*750=1233.33mm^2A2=M2/0.9Fyho=122.58*10^6/0.9*300*750=605mm^2采用16根直径为10mm的钢筋s=125mm实质面积A=mm^2平行13于X轴部署采用根16直径为10mm的钢筋s=188mm实质面积A=1256mm^2平行于Y轴部署14角柱Z2的设计，1号柱，采用扩展基础6.按承载力要求初步确定基础的平面尺寸（1）.地基承载力修正e=0.681Il=0.25假设d=1.6m查表2—15深度修正系数η=1.6=180+1.6×（17.1×1+20.1×0.6）÷1.6×（）=212.36Kpa按中心荷载初估基底面积=904/(212.36-20*2)=5.07m^2考虑独爱作用，降基底面积扩大1.3倍A1=6.513m^2，采用3.4m*2.2m基础15（2）验算基底压力基础及回填土自重=20*1.6*3.4*2.2=239.36KN基础的总垂直荷载=904+239.36+30*3=1233.36KN基底的总力矩总荷载的独爱=353.75/1233.36=0.3m<a/6=0.57m基底边缘最大应力=1233.36/(3.4*2.2)+353.75*6/(3.4^2*2.2)=248.34Kpa<1.2Fa吻合要求综上：基础资料采用c30混凝土，基底面积3.4m*2.2m，基础埋深为1.6m进行地基验算5）持力层强度验算基地压力P=Fk+Gk+Pk/A=904+239.36+90/2.2*3.4=164.89KN持力层承载力=180+1.6*18.2*(1.6-0.5)=212kpa>P=182.81kp故持力层满足承载力要求（6）柔弱下卧层承载力柔弱下卧层在第6层中，fk=220kp不需要进行验算163．拟订基础高度并按冲切破坏要求进行验算1）基本组合F=1220.4knM=463.05kn.mH=58.05kn2）基础底面静压力计算=463.05+58.05*1.6-40.5*3*0.645/(1220.4+40.5*3)=0.36m<a/6=0.57mPemax=G+F/A+M/W=1220.4+40.5*3/(2.2*3.4)+477.56*6/(3.4*2.2*3.4)=292.06kpaPemin=G+F/A-M/W=1220.4+40.5*3/(2.2*3.4)-477.56*6/(3.4*2.2*3.4)=66.7Kpa(5)基础冲切验算ho=800-50=750mm=0.75m=(3.4/2-1/2-0/75)*2-(2.2/2-0.4/2-0.75)^2=0.97m^2=292.06*0.97=283.3KN抗剪承载力【v】=0.7*1*1430*(0.4+0.75)*0.75=863.36knFl<【v】满足承载力要求柱边弯矩计算并配筋17=1+1/2*(3.4-1)=2.2mPe1=(Pemax-Pemin)*a`+Pemin*a/a=(292.06-66.74)*2.2+66.74*3.4/3.4=212.54Kpa=(3.4-1)^2/48*{(292.06+212.54)*4.8+（）=179.4/24*(2.2-0.4)^2采用钢筋HRB335Fy=300N/mm^2A1=M1/0.9Fyho=311.06*10^6/0.9*300*750=1538.96mm^2采用20根直径为10mm的钢筋s=110mm实质面积A=1520mm^2平行于X轴部署A2=M2/0.9Fyho=188.91*10^6/0.9*300*750=932,89mm^2采用18根直径为10mm的钢筋s=189mm实质面积A=1413mm^2平行于Y轴布置1819角柱Z2的设计，18号柱，采用桩基础1、初步选择持力层，确定桩型和尺寸依照荷载及地层情况，以第6层粘土为桩端持力层。采用截面为300mm×300mm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。2、确定单桩承载力特色值Ra=qpaAp+up∑qsiahiAp=0.3×0.3=0.09m2up=0.3×4=1.2m依照：粘土Il=0.242，查表4-3qpk=1150kpa依照：粉土e=0.854，查表4-2qs1a=24kpa淤泥qs2a=7kpa粉质粘土Il=0.861qs3a=13kpa粘土Il=0.242qs4a=29kpaRa=qpaAp+up∑qsiahi=1150×0.09+1.2×（24×2,8+7×8+13×3.6+29×1.6）=363.18KN3、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k×××,G=20331.7=136KN基础梁自重G1=30×3=90KNn≥Fk+Gk/Ra=(904+136+90)/363.18=3.720取4根桩，承台面积尺寸为2.m×1.6m。4、群桩基础中单桩承载力验算依照设计的承台尺寸，计算Gk=20×2×1.6×1.7=256.88KNM=343+43×1.7-90×0.645=358.05单桩的平均竖向力计算QK≥Fk+Gk/n=(904+108.8+90)/4=275.7KN＜Ra=363.18KN吻合要求计算单桩独爱荷载下最大竖向力为QK，max≥Fk+Gk/n+MYxi/∑xj2=(904+43*1.7+90)/4+358.05×1/4=403.575KN＜1.2Ra=780.636KN吻合要求由于水平力Hk=43KN较小，可不验算单桩水平承载力。5、抗弯计算与配筋设计基本组合G1=1.35×90=121.5KN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，抗拉强度为ft=1.1N/mm2，钢筋采用HRB335级，fy=300N/mm2。各桩平均竖向力N=F/n=（1220.4+121.5）/4=335.475KN最大竖向力Nmax=Fk/n+MYxi/∑xj2=335.475+（463.05+58.05××0.645）×1/4=508.04KN对于Ι—Ι断面：My=∑Nixi=2×508.04×0.2=203.216KN·mAs1=My/0.9fyh0=203.216×106/(0.9×300×950)=885.4mm2采用15根直径10mm钢筋，As=1177.5mm2，平行于x轴部署，间距200mm。21对于Ⅱ—Ⅱ断面：Mx=∑Nixi=2×335.475×0.3=201.285KN·mAs1=Mx/0.9fyh0=201.285×106/(0.9×300×950)=877.06mm2采用15根直径10mm钢筋，As=1177.5mm2，平行于y轴部署，间距200mm。6、承台抗冲切验算（1）柱的向下冲切验算Fl≤2（β0x（bc+a0y）+β0y（ac+a0x））βhpfth0式中：a0x=0.5mλ0x=a0x/h0=0.2β0x=0.84/(λ0x+1)=2.1a0y=0.15λ0y=a0y/h0=0.2β0y=0.84/(λ0y+1)=2.1bc=0.4mac=1m则2（β0x（bc+a0y）+β0y（ac+a0x））βhpfth0=2（2.1（0.4+0.15）+2.11+0.05））×0.992×1430×0.85=8102.81KNFl=F=1331.1+121.5=1341.9KN吻合要求（2）角桩的冲切验算Nl≤（β1x（c2+a1y/2）+β1y（c1+a1x/2））βhpfth0式中：a1x=0.5mλ1x=a1x/h0=0.2β1x=0.56/(λ1x+1)=1.4a1y=0.15mλ1y=0.2β1y=0.56/(λ1y+1)=1.4则（β（c+a1y/2）β（c1+a1x/2））βhpfth0（（）1x2+1y=1.40.45+0.15/2+1.4（0.45+0.05/2））×0.9982×1430×0.85=1688.09Nl=Nmax=508.046吻合要求7、承台抗剪验算V≤βhSβftbh022对于Ι—Ι截面：ax=0.5mλx=ax/h0=0.3β=1.75/(λ+1)=1.35S=（800/h0）1/4=(800/950)1/4=0.958b=1.6V=2×Nmax=2×463.35=926.7knhSβftbh0=0.958×1.35×1430×1.6*0.85=2586.1KN合要求对于Ⅱ—Ⅱ截面：ay=0.15mλy=ay/h0=0.3β=1.75/(λ+1)=1.35βhS=（800/h0）1/4=(800/950)1/4=0.958a=2mV=2×N=2×335.475=670.95KNhSβftbh0=0.958×1.35×1430×0.85×2=3232.6KN吻合要求8、桩配筋E=3×104N/mm2=3×107KN/m2m=10MN/m4=104KN/m4b0=1.5b+0.5=1.5×0.3+0.5=0.95mI=bh3/12=(mb0/EI)1/5=0.86M0=120.84KN,MH0=58.05/4=14.51KNCI=α×M0/H0=0.86×120.84/14.51=7.16CII=1.035Mmax=1.035×120.84=125.07KN·mAs=Mmax/(0.9fyh0)=125.1/(0.9×300×250)=1852mm2采用8直径18钢筋，As=2036mm2。=2036/(300×300)=2.26%＞0.65%。边柱Z1的设计，17号柱，采用桩基础1、初步选择持力层，确定桩型和尺寸23依照荷载及地层情况，以第6层粘土为桩端持力层。采用截面为300mm×300mm的预制钢筋混凝土方桩。桩长16m，承台埋深1.7m。2、确定单桩承载力特色值apap+up∑qsiaiR=qAhAp=0.3×0.3=0.09m2up=0.3×4=1.2m依照：粘土Il=0.242，查表4-3qpk=1150kpa依照：粉土e=0.854，查表4-2qs1a=24kpa淤泥qs2a=7kpa粉质粘土Il=0.861qs3a=13kpa粘土Il=0.242qs4a=29kpaRa=qpaAp+up∑qsiahi=1150×0.09+1.2×（24×2.8+7×8+13×3.6+29×1.6）=363.18KN3、初步确定桩数及承台尺寸先假设承台尺寸为2m×2m，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×××,221.7=136KN基础梁自重G1=30×6=180KNn≥Fk+Gk/Ra=(1191+136+180)/363.18=4.15取4根桩，承台面积尺寸为2.6m×1.6m。4、群桩基础中单桩承载力验算依照设计的承台尺寸，计算Gk=20×1.6×2.6×1.7=141.44KN24M=266+54×1.7-180×0.645=241.7单桩的平均竖向力计算QK≥Fk+Gk/n=(1191+141.44+180)/5=302.5KN＜Ra=312KN吻合要求计算单桩独爱荷载下最大竖向力为QK，max≥Fk+Gk/n+MYxi/∑xj2=（1191+141.44+180)/5+241.7×1/4=362.9KN＜1.2Ra吻合要求由于水平力Hk=54KN较小，可不验算单桩水平承载力。5、抗弯计算与配筋设计基本组合G1=1.35×180=243KN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=0.85m混凝土强度等级为C30，抗拉强度为ft=1.43N/mm2，钢筋采用HRB335级，fy=300N/mm2。各桩平均竖向力N=F/n=（1607.85+243）/5=370.17KN最大竖向力Nmax=Fk/n+MYxi/∑xj2=370.17+（359.1+72.9×1.7-2430.645）×1/4=451.74KN对于Ι—Ι断面：My=∑Nixi=2×451.74×0.7=632.436KN·mAs1=My/0.9fyh0=632.436×106/(0.9×300×850)=2755mm2采用14根直径16mm钢筋，As=2815mm2，平行于x轴部署，间距114mm。对于Ⅱ—Ⅱ断面：Mx=∑Nixi=2×370.17×0.3=222.102KN·mAs1=Mx/0.9fyh0=222.102×106/(0.9×300×850)=967.76mm2采用14根直径10mm钢筋，As=1099mm2，平行于y轴部署，间25距186mm。6、承台抗冲切验算（1）柱的向下冲切验算Fl≤2（β0x（bc+a0y）+β0y（ac+a0x））βhpf