基础工程桩基础课程设计计算书

基础工程桩基础课程设计计算书一、课程设计目的本次课程设计旨在通过对桩基础的设计计算，使学生掌握桩基础的设计原理、方法和步骤，熟悉桩基础的受力分析、承载力计算以及沉降计算等内容，培养学生运用所学知识解决实际工程问题的能力，提高学生的工程设计素养。

二、工程概况某多层工业厂房，采用桩基础。该厂房为钢筋混凝土框架结构，地上4层，地下1层，建筑高度20m，柱网尺寸为6m×8m。基础底面尺寸为40m×20m，作用在基础顶面的竖向荷载标准值Fk=120000kN，水平荷载标准值Hk=2000kN，基础埋深d=2m，地基土为粉质黏土，重度γ=18kN/m³，黏聚力c=20kPa，内摩擦角φ=18°，地下水位在地面下3m处。

三、桩型选择根据工程地质条件和上部结构荷载特点，选择钢筋混凝土预制桩作为基础桩型。预制桩具有施工速度快、质量易于控制等优点，适合本工程的要求。桩的截面尺寸为400mm×400mm，桩长l=20m，桩端进入持力层（密实砂层）不小于2m。

四、桩基础设计计算

（一）单桩竖向承载力特征值计算1.桩侧阻力计算根据《建筑桩基技术规范》（JGJ942008），桩侧阻力可按经验公式计算。对于粉质黏土，桩侧阻力特征值qsia可根据土的性质和桩的入土深度查表确定。桩周第i层土的侧阻力特征值qsia及桩侧阻力总和Qs：桩顶至地下水位以上部分：第一层粉质黏土：厚度h1=1m，qsia1=40kPa，侧阻力Qs1=qsia1×u×h1=40×0.4×4×1=64kN（u为桩身周长，u=4×0.4=1.6m）地下水位以下部分：第二层粉质黏土：厚度h2=2m，qsia2=50kPa，侧阻力Qs2=qsia2×u×h2=50×1.6×2=160kN第三层密实砂层：厚度h3=17m，qsia3=100kPa，侧阻力Qs3=qsia3×u×h3=100×1.6×17=2720kN桩侧阻力总和Qs=Qs1+Qs2+Qs3=64+160+2720=2944kN2.桩端阻力计算桩端阻力特征值qpa可根据持力层土的性质查表确定。对于密实砂层，qpa=3000kPa。桩端阻力Qp=qpa×Ap=3000×0.4×0.4=480kN（Ap为桩端面积，Ap=0.4×0.4=0.16m²）3.单桩竖向承载力特征值Ra根据规范，单桩竖向承载力特征值Ra=Qs+Qp=2944+480=1712kN

（二）桩基础平面布置根据上部结构柱网尺寸和荷载分布情况，采用柱下独立桩基。桩基础平面布置如下：沿厂房横向和纵向柱列，每隔6m布置一根桩，共布置桩数n=40×20÷(6×8)=16.67，取17根桩。桩的排列方式为行列式布置。

（三）群桩竖向承载力计算1.不考虑群桩效应时的群桩竖向承载力Nk=Fk+Gk=120000+20×40×18×2=120000+28800=148800kN（Gk为基础自重和基础上土重，Gk=γGAd，γG取20kN/m³，A为基础底面积，A=40×20=800m²）单桩承担的竖向力Nk1=Nk/n=148800/17=8753kN由于Nk1<Ra，单桩承载力满足要求。2.考虑群桩效应时的群桩竖向承载力根据规范，群桩效应系数η可根据桩距s和桩径d的比值s/d以及桩数n查表确定。本工程s/d=6/0.4=15，n=17，查得η=0.85。群桩竖向承载力特征值R=ηnRa=0.85×17×1712=24913kN由于R>Nk，群桩竖向承载力满足要求。

（四）群桩基础沉降计算1.计算参数确定桩长l=20m，桩径d=0.4m，桩距s=6m。基础底面尺寸为40m×20m，基底平均压力pk=(Fk+Gk)/A=148800/800=186kPa。地基土压缩模量Es可根据各土层的性质分层确定。第一层粉质黏土：厚度h1=1m，Es1=5MPa。第二层粉质黏土：厚度h2=2m，Es2=6MPa。第三层密实砂层：厚度h3=17m，Es3=30MPa。2.沉降计算采用《建筑地基基础设计规范》（GB500072011）中的分层总和法计算群桩基础沉降。计算基础底面附加压力p0：p0=pkpcz=18618×2=150kPa（pcz为基础底面处土的自重压力）将基础底面以下地基土分为三层，计算各分层的沉降量si：第一层粉质黏土：该层中点深度zi=0.5m，平均附加应力系数αi=0.99。si1=(p0αi/Es1)hi=(150×0.99/5)×1=29.7mm第二层粉质黏土：该层中点深度zi=2.5m，平均附加应力系数αi=0.92。si2=(p0αi/Es2)hi=(150×0.92/6)×2=46mm第三层密实砂层：该层中点深度zi=11.5m，平均附加应力系数αi=0.58。si3=(p0αi/Es3)hi=(150×0.58/30)×17=49.3mm群桩基础沉降量s：s=si1+si2+si3=29.7+46+49.3=125mm根据规范要求，本工程群桩基础沉降量s满足允许沉降值要求。

（五）桩身承载力计算1.桩身混凝土强度计算桩身混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值fc=14.3N/mm²。桩身轴心受压承载力设计值N=ψcfcAp（ψc为基桩成桩工艺系数，对于预制桩，ψc=0.85）N=0.85×14.3×0.4×0.4×10³=1934.4kN由于N>Nk1，桩身混凝土强度满足要求。2.桩身配筋计算根据桩身内力计算，在桩身最大弯矩处进行配筋计算。桩身最大弯矩设计值Mmax可根据桩顶竖向力Nk1和水平力Hk以及桩的入土深度等因素计算。本工程桩身最大弯矩设计值Mmax=100kN·m采用对称配筋，根据《混凝土结构设计规范》（GB500102010），计算所需纵筋面积As：As=Mmax/(0.9fyh0)（fy为纵筋抗拉强度设计值，取360N/mm²；h0为桩身有效高度，h0=0.40.05=0.35m）As=100×10⁶/(0.9×360×0.35×10³)=872mm²选用6根直径16mm的HRB400钢筋，As=1206mm²，满足配筋要求。

（六）桩基础水平承载力计算1.桩身水平变形系数α计算桩身水平变形系数α=√(m0b0/EI)（m0为地基土水平抗力系数的比例系数，根据规范查表确定；b0为桩身计算宽度；EI为桩身抗弯刚度）本工程m0=10MN/m⁴，b0=0.9×(0.4+1)=1.26m，EI=0.26×10¹⁰N·mm²α=√(10×1.26/0.26×10¹⁰)=0.07m⁻¹2.单桩水平承载力特征值Rh根据规范，单桩水平承载力特征值Rh可按公式计算：Rh=0.75α³EI/(νxγm)（νx为桩顶水平位移系数；γm为桩身截面模量塑性系数）本工程νx=2.44，γm=1.75Rh=0.75×0.07³×0.26×10¹⁰/(2.44×1.75)=122kN3.群桩基础水平承载力计算群桩基础中各桩的水平力由承台分配。群桩基础水平承载力特征值RH=ηh∑Rh（ηh为群桩效应综合系数）本工程ηh=0.8RH=0.8×17×122=1659.2kN由于RH>Hk，群桩基础水平承载力满足要求。

五、结论通过本次课程设计，完成了某多层工业厂房桩基础的设计计算。根据工程地质条件和上部结构荷载特点，选择了钢筋混凝土预制桩作为基础桩型。经过单桩竖向承载力特征值计算、桩基础平面布置、群桩竖向承载力计算、群桩基础沉降计算、桩身承载力计算以及桩基础水平承载力计算等一系列步骤，得出以下结论：1.单桩竖向承载力特征值Ra=1712kN，群桩竖向承载力特征值R=24913kN，群桩竖向承载力满足要求。2.群桩基础沉降量s=125mm，满足允许沉降值