土力学与地基基础课程设计计算书

土力学与地基基础课程设计计算书一、柱下独立基础设计1.边柱设计（400mm×500mm）（1）初步确定基础埋深H=1.6m已知设计组合值：M=130.0KN∙m,N=890.0KN,V=25.0KN，按《建筑地基规范》得，由荷载标准值计算荷载设计值取荷载综合分项系数1.35。则标准值为：Mk=96.30KN∙m,Nk=659.26KN,Vk=18.52KN设计参数及相关数据见下图基础放置在粉土上，fak=160KPa,粘粒含量ρc≥10%，查表得ηb=0.3，ηd=1.5，先假设基底宽度不大于3m，则粉土修正后的地基承载力特征值：fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=160.0+1.5×(1.1×17+0.5×16.5)×(1.6-0.5)/1.6=187.786KPa1.1fak=176kpa初步设计基底尺寸：A0=Fk/(fa-γGd)=659.26/(187.786-20×1.6)=4.23m2由于偏心不大，按20%增大即A=1.2A0=5.076m2初步选择基础底面积A=L×b=2.9×1.8=5.22m2(≈5.076m2)b=1.8m3.0m，不再对fa进行修正2、持力层承载力验算Gk=rG×d×A=20×1.6×5.22=167.04KNek=Mk/(Fk+Gk)=(96.30+18.52×0.6)/(659.26+167.04)=0.130mPk=(Fk+Gk)/A=(659.26+167.04)/5.22=158.30KPafa=187.786，满足Pk,max=Pk(1+6ek/L)=158.30×(1+6×0.130/2.9)=160.26KPa1.2fa=225.34KPa,满足Pk,min=Pk(1-6ek/l)=158.30×(1-6×0.130/2.9)=92.33KPa0,满足柱下独立基础内力分析计算：（1）计算基底净反力偏心矩：en,0=M/F=(130+25×0.6)/890=0.163m基础边缘处的最大和最小净反力Pn,max=F(1+6en,0/L)/Lb=(890/5.22)×(1+6×0.163/2.9)=227.99KPaPn,min=F(1-6en,0/L)/Lb=（890/5.22×(1-6×0.163/2.9)=112.99KPa（2）基础高度（采用阶梯形基础），计算图如下：(a)柱边基础截面抗冲切验算L=2.9m,b=1.8m,at=ac=0.4m,bc=0.5m基础高度h=600mm，从下至上分350mm,250mm两个台阶，h0=550mm（有垫层）at+2h0=0.4+2×0.55=1.50mb=1.80m取ab=1.50mam=(at+ab)/2=(400+1500)/2=950mm因偏心受压，P0取Pn,max冲切力：Fl=Pn,max[(L/2-ac/2-h0)b-(b/2-bc/2-h0)2]=227.99×[(2.9/2-0.5/2-0.55)×1.8-(1.8/2-0.4/2-0.55)2]=261.62KN抗冲切力：混凝土用C25级。0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.27×103×0.95×0.55=464.50KN261.62KN，可以（b）变阶处抗冲切验算at=bl=0.9m,a1=1.45m,h01=350-50=300mmat+2h01=0.9+2×0.3=1.50m1.80m取ab=1.50mam=(at+ab)/2=(0.9+1.5)/2=1.20m冲切力：Fl=Pn,max[(L/2-a1/2-h01)b-(b/2-b1/2-h01)2]=227.99×[(2.9/2-1.45/2-0.3)×1.8-(1.8/2-0.9/2-0.3)2]=169.28KN抗冲切力：0.7βhpftamh01=0.7×1.0×1.27×103×1.2×0.3=320.04KN169.28KN，可以（3）配筋计算选用HPB235级钢筋，fy=210N/mm2（a）基础长边方向1-1截面（柱边）柱边净反力：Pn,1=Pn,min+(L+ac)(Pn,max-Pn,min)/2L=112.99+(2.9+0.5)×(227.99-112.99)/(2×2.9)=180.40KPa悬臂部分净反力平均值：1/2（Pn,max+Pn,1）=1/2（227.99+180.40）=204.20KPa弯矩：M1=(1/24)×1/2（Pn,max+Pn,1）（L-ac）2(2b+bc)=(1/24)×204.20×(2.9-0.5)2×(2×1.8+0.4)=196.03KN∙mAS,1=M1/0.9fyh0=196.03×106/(0.9×210×550)=1885mm23-3截面（变阶处）净反力：Pn,3=Pn,min+(L+a1)(Pn,max-Pn,min)/2L=112.99+(2.9+1.45)×(227.99-112.99)/(2×2.9)=199.24KPa弯矩：M3=(1/24)×1/2（Pn,max+Pn,3）（L-L1）2(2b+b1)=(1/24)×213.62×(2.9-1.45)2×(2×1.8+0.9)=84.21KN∙mAS,3=M3/0.9fyh01=84.21×106/(0.9×210×300)=1485mm2比较AS,1和AS,3，应按AS,1配筋，实际配9Φ16，AS=1890mm2（b）基础短边方向因该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取Pn=1/2(Pn,max+Pn,min)计算Pn=1/2（227.99+112.99）=170.49KPaM2=Pn/24（b-bc）2(2L+ac)=170.49/24×(1.8-0.4)2×(2×2.9+0.5)=87.72KN∙mAS,2=M2/0.9fyh01=87.72×106/(0.9×210×550)=844mm2M4=Pn/24（b-b1）2(2L+a1)=170.49/24×(1.8-0.9)2×(2×2.9+1.45)=41.72KN∙mAS,4=M4/0.9fyh01=41.72×106/(0.9×210×300)=736mm2因此按AS,2配筋，实配13Ф10，AS=1020.5mm2844mm2其配筋和大样图见详图1--12.内柱设计（400mm×400mm）(1)初步确定基础埋深H=1.6m已知设计组合值：M=70.0KN∙m,N=1800.0KN,V=18.0KN，按《建筑地基规范》得，由荷载标准值计算荷载设计值取荷载综合分项系数1.35。则标准值为：Mk=51.85KN∙m,Nk=1333.3KN,Vk=13.3KN设计参数及相关数据见下图基础放置在粉土上，fak=160KPa,粘粒含量ρc≥10%，查表得ηb=0.3，ηd=1.5，先假设基底宽度不大于3m，则粉土修正后的地基承载力特征值：fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=160.0+1.5×(1.1×17+0.5×16.5)×(1.6-0.5)/1.6=187.786KPa1.1fak=176kpa初步设计基底尺寸：A0=Fk/(fa-γGd)=1333.3/(187.786-20×1.6)=8.56m2由于偏心不大，按20%增大即A=1.2A0=10.27m2初步选择基础底面积A=L×b=4×2.6=10.4m2(≈10.27m2)b=2.6m3.0m，不再对fa进行修正2、持力层承载力验算Gk=rG×d×A=20×1.6×10.4=332.8KNek=Mk/(Fk+Gk)=(51.85+13.3×0.6)/(1333.3+332.8)=0.036mPk=(Fk+Gk)/A=(1333.3+332.8)/10.4=160.20KPafa=187.786，满足Pk,max=Pk(1+6ek/L)=160.20×(1+6×0.036/4)=168.85KPa1.2fa=225.34KPa,满足Pk,min=Pk(1-6ek/l)=160.20×(1-6×0.036/4)=151.55KPa0,满足柱下独立基础内力分析计算：（4）计算基底净反力偏心矩：en,0=M/F=(70+18×0.6)/1800=0.045m基础边缘处的最大和最小净反力Pn,max=F(1+6en,0/L)/Lb=1800/10.4×(1+6×0.036/4)=182.42KPaPn,min=F(1-6en,0/L)/Lb=1800/10.4×(1-6×0.036/4)=163.73KPa（5）基础高度（采用阶梯形基础），计算图如下：(b)柱边基础截面抗冲切验算L=4m,b=2.6m,at=ac=0.4m,bc=0.4m基础高度h=600mm，从下至上分350mm,250mm两个台阶，h0=550mm（有垫层）at+2h0=0.4+2×0.55=1.50mb=1.80m取ab=1.50mam=(at+ab)/2=(400+1500)/2=950mm因偏心受压，P0取Pn,max冲切力：Fl=Pn,max[(L/2-ac/2-h0)b-(b/2-bc/2-h0)2]=182.42×[(4/2-0.4/2-0.55)×2.6-(2.6/2-0.4/2-0.55)2]=537.68KN抗冲切力：混凝土用C35级。0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.57×103×0.95×0.55=574.23KN537.68KN，可以（b）变阶处抗冲切验算at=bl=1.3m,a1=2m,h01=350-50=300mmat+2h01=1.3+2×0.3=1.90m2.60m取ab=1.90mam=(at+ab)/2=(1.3+1.9)/2=1.60m冲切力：Fl=Pn,max[(L/2-a1/2-h01)b-(b/2-b1/2-h01)2]=182.42×[(4/2-2/2-0.3)×2.6-(2.6/2-1.3/2-0.3)2]=309.66KN抗冲切力：0.7βhpftamh01=0.7×1.0×1.57×103×1.60×0.3=527.52KN309.66KN，可以（6）配筋计算选用HPB235级钢筋，fy=210N/mm2（c）基础长边方向1-1截面（柱边）柱边净反力：Pn,1=Pn,min+(L+ac)(Pn,max-Pn,min)/2L=163.73+(4+0.4)×(182.42-163.73)/(2×4)=174.01KPa悬臂部分净反力平均值：1/2（Pn,max+Pn,1）=1/2（182.42+174.01）=178.21KPa弯矩：M1=(1/24)×1/2（Pn,max+Pn,1）（L-ac）2(2b+bc)=(1/24)×178.21×(4-0.4)2×(2×2.6+0.4)=538.91KN∙mAS,1=M1/0.9fyh0=538.91×106/(0.9×210×550)=5184mm23-3截面（变阶处）净反力：Pn,3=Pn,min+(L+a1)(Pn,max-Pn,min)/2L=163.73+(4+2)×(182.42-163.73)/(2×4)=177.75KPa弯矩：M3=(1/24)×1/2（Pn,max+Pn,3）（L-L1）2(2b+b1)=(1/24)×180.09×(4-2)2×(2×2.6+1.3)=195.10KN∙mAS,3=M3/0.9fyh01=195.10×106/(0.9×210×300)=3441mm2比较AS,1和AS,3，应按AS,1配筋，实际配26Φ16@150，AS=5224mm2（d）基础短边方向因该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取Pn=1/2(Pn,max+Pn,min)计算Pn=1/2（182.42+163.73）=173.08KPaM2=Pn/24（b-bc）2(2L+ac)=173.08/24×(2.6-0.4)2×(2×4+0.4)=293.20KN∙mAS,2=M2/0.9fyh