基础工程课程设计计算书

基础工程课程设计计算书一、课程设计目的本次基础工程课程设计旨在通过实际工程案例，让学生综合运用所学的基础工程知识，进行基础类型的选择、地基承载力的计算、基础尺寸的确定以及基础内力的分析等，培养学生解决实际工程问题的能力，加深对基础工程基本概念和设计方法的理解。

二、工程概况某六层办公楼，总建筑面积为8000平方米，建筑高度为22米。场地位于城市郊区，地形平坦。工程地质条件如下：第一层：杂填土，厚度约1.5米，重度γ=18kN/m³，地基承载力特征值fak=80kPa。第二层：粉质黏土，厚度约4.0米，重度γ=19kN/m³，孔隙比e=0.8，液性指数IL=0.6，地基承载力特征值fak=180kPa。第三层：粉土，厚度约6.0米，重度γ=20kN/m³，孔隙比e=0.7，地基承载力特征值fak=220kPa。第四层：中砂，厚度约8.0米，重度γ=21kN/m³，地基承载力特征值fak=350kPa。

地下水位在地面以下3.0米处。

三、基础类型选择根据上部结构的形式（框架结构）、荷载大小以及工程地质条件，初步选择柱下钢筋混凝土独立基础。这种基础形式传力明确，施工方便，能较好地适应柱荷载的变化和地基土的不均匀性。

四、地基承载力计算1.持力层承载力计算对于粉质黏土层，采用修正后的地基承载力特征值fa。基础宽度b≤3m时，不考虑宽度修正；基础埋深d＞0.5m时，需进行深度修正。基础埋深d=1.5+0.5=2.0m。由《建筑地基基础设计规范》（GB500072011）查得，粉质黏土的ηb=0.3，ηd=1.6。修正后的地基承载力特征值fa为：fa=fak+ηbγ(b3)+ηdγm(d0.5)其中，γm为基础底面以上土的加权平均重度，γm=(18×1.5+19×0.5)/2=18.5kN/m³。fa=180+0×18×(b3)+1.6×18.5×(20.5)=180+1.6×18.5×1.5=180+44.4=224.4kPa2.软弱下卧层承载力验算当基础底面以下存在软弱下卧层时，需验算软弱下卧层的承载力。对于本工程，粉土层为软弱下卧层。计算软弱下卧层顶面处的附加压力pz和自重压力pcz之和不超过软弱下卧层地基承载力特征值faz。基础底面处的平均压力值p：设柱荷载标准组合值Fk=1200kN，基础及其上土的自重标准值Gk=γGAd，取γG=20kN/m³，基础底面积A=3.0m×3.0m=9m²。p=(Fk+Gk)/A=(1200+20×9)/9=153.3kPa计算软弱下卧层顶面处的附加压力pz：采用角点法计算。基础底面尺寸为3m×3m，软弱下卧层顶面距基础底面的距离z=4m，基础底面长度l=3m，宽度b=3m。由规范查得，地基压力扩散角θ=23°。则pz=l0b0(ppcz)/(l0+2ztanθ)(b0+2ztanθ)其中，l0=l+2ztanθ=3+2×4×tan23°≈6.4m，b0=b+2ztanθ=3+2×4×tan23°≈6.4m，pcz=18×1.5+19×0.5+20×4=106kPa。pz=3×3×(153.3106)/(6.4×6.4)≈10.2kPa软弱下卧层顶面处的自重压力pcz=106kPa。软弱下卧层地基承载力特征值faz：查规范得，粉土的ηb=0.1，ηd=1.0，γm=(18×1.5+19×0.5+20×4)/6=19.3kN/m³。faz=fak+ηbγ(b3)+ηdγm(d+z0.5)=220+0×20×(b3)+1.0×19.3×(2+40.5)=220+1.0×19.3×5.5=220+106.15=326.15kPa因为pz+pcz=10.2+106=116.2kPa＜faz=326.15kPa，所以软弱下卧层承载力满足要求。

五、基础尺寸确定1.初步估算基础底面尺寸根据地基承载力计算公式p≤fa，可得：A≥(Fk+Gk)/fa取Gk=γGAd，γG=20kN/m³，假设基础埋深d=2m。A≥1200/(224.420×2)A≥6.3m²初步选取基础底面尺寸为3m×3m。2.调整基础尺寸计算基础底面实际压力p：p=(Fk+Gk)/A=(1200+20×3×3×2)/9=173.3kPa由于p＜fa=224.4kPa，基础底面尺寸满足要求，无需调整。

六、基础内力计算1.计算基底反力采用刚性基础的简化计算方法，假设基底反力呈线性分布。对于轴心受压基础，基底平均反力p=(Fk+Gk)/A=173.3kPa。2.计算基础弯矩以柱边为计算截面，设柱截面尺寸为0.6m×0.6m。对于x方向弯矩Mx：取基础长度方向为x方向，计算截面至基底边缘的距离a1=1.2m。Mx=1/12×p×b×l²1/12×p×(b0.6)×(l0.6)²=1/12×173.3×3×3²1/12×173.3×(30.6)×(30.6)²≈156kN·m对于y方向弯矩My：取基础宽度方向为y方向，计算截面至基底边缘的距离a2=1.2m。My=1/12×p×l×b²1/12×p×(l0.6)×(b0.6)²=1/12×173.3×3×3²1/12×173.3×(30.6)×(30.6)²≈156kN·m3.计算基础配筋根据受弯构件正截面承载力计算公式进行配筋计算。对于x方向：已知弯矩Mx=156kN·m，混凝土强度等级采用C20，fc=9.6MPa，钢筋采用HRB400，fy=360MPa。由单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算公式M≤α1fcbx(h0x/2)，可得：156×10^6≤1.0×9.6×10^3×3000×x(550x/2)通过求解上述方程，可得到受压区高度x。假设x=100mm，则：1.0×9.6×10^3×3000×100×(550100/2)=1.512×10^9N·mm=1512kN·m＞156kN·m说明假设成立。再根据As=α1fcbx/fy，可得：As=1.0×9.6×10^3×3000×100/360=8000mm²对于y方向，配筋计算方法与x方向相同，可得Asy=8000mm²。

实际配筋时，还需考虑最小配筋率等构造要求。对于HRB400钢筋，最小配筋率ρmin=0.2%。基础底面面积A=3×3=9m²，每方向所需最小配筋面积Asmin=ρminbh=0.002×3000×550=3300mm²＜8000mm²，满足要求。

最终基础每方向配置16根直径为25mm的HRB400钢筋，As=7854mm²，满足计算要求。

七、结论通过本次基础工程课程设计，完成了某六层办公楼柱下钢筋混凝土独立基础的设计计算。经过地基承载力计算、基础尺寸确定和基础内力分析等步骤