桩基础课程设计指导书1+1Last

1《桩基础》课程设计任务书一、设计题目某多层建筑桩基础设计二、设计资料1．建筑地点：江门市区。2．桩基受力情况某多层建筑一框架柱截面为400×300mm2，柱底在地面处的荷载设计值为：轴向力F=3100KN；弯矩M=160+i×5kN·m(i为学号)；水平力H=j×30kN（j为班号）。（M、H作用于柱的长边方向且均为从左指向右）。3．工程地质资料经工程勘察，场地土层可分为五层，现自上而下分述如下：（1）人工填土：厚度1～2.5m，未完成自重固结。（2）淤泥质土：厚度10.0～15.3m，呈软塑状。（3）粘土：厚度0.7～2.1m，呈可塑状。（4）粉质粘土：厚度2.0～6.2m，呈硬塑～坚硬状。（5）强风化岩：厚度20m左右，风化强烈，并夹有石英脉。各土层物理力学性质指标见表1。表1各土层物理力学性质指标土层编号土层名称土层厚度（m）含水量（%）重度(kN/m3)孔隙比e塑限(%)液限(%)液性指数IL1人工填土2.1182淤泥质土10.149.017.51.3124.039.53粘土0.832.019.00.86425.343.54粉质粘土5.431.818.90.82627.038.05强风化岩20.0qsik=200kPa;qpk=8000kPa地下水位离地表1.5m，且对混凝土无侵蚀性。三、设计任务及要求1．选用φ300或φ400预应力混凝土管桩进行设计，桩基安全等级取二级（桩身设2计从略）。2．取桩数n≥4根与n=3根情况分别进行设计。（桩数可由桩径与桩长来调节）。3．完成桩基平面布置及荷载、内力分析计算。4．完成承台的各项验算。5．编写设计计算说明书，绘制施工图（应绘出设计方案的平面图及剖面图）。6．要求结构合理，计算准确、全面，施工图设计技术措施可行，图纸表达正确、清晰。7．提交设计计算说明书一份，施工图纸2张（建议用2号绘图纸，1:10～1:30）。8．选作题：若选用φ500沉管灌注桩，其它条件同上，试设计桩基础。四、设计步骤（供参考）1．确定桩型，桩基持力层，承台埋深及高度，桩长。2．初步确定基桩承载力。3．初步确定桩数、桩的平面布置及承台平面尺寸。4．确定基桩承载力设计值及其桩数。5．确定承台尺寸。6．计算桩顶荷载设计值。7．承台抗冲切验算。8．承台抗剪验算9．承台受弯承载力计算及其配筋计算。10．承台局部受压计算。11．绘制施工图。参考文献1．《地基及基础》（第三版），华南理工大学等编，中国建筑工业出版社，19982．《建筑桩基技术规范》JGJ94-943．《建筑地基基础设计规范》GB50007-20024．《混凝土结构设计规范》，GB50010-20025．《预应力混凝土管桩基础技术规程》DBJ/T15-22-98，广东省建委6．《建筑制图》（第三版），华南理工大学等编，高等教育出版社，19927．建筑工程设计施工详细图集《基础工程》，于晓音等编，中国建筑工业出版社，20008．《钢筋混凝土承台设计规程》，CECS88:973《桩基础》课程设计指导书1．设计要求通过本课程设计，使学生基本掌握竖向荷载作用下桩基础的设计步骤和计算方法，并能正确绘制相应的施工图纸及写出施工说明。2．设计方法及步骤2.1一般构造要求（1）、承台最小宽度不应小于500mm，其边缘至边桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分不应小于150mm，对于条形承台梁边缘挑出部分不应小于75mm。（2）、条形承台和柱下独立桩基承台的厚度不应小于300mm。（3）、承台埋深不应小于600mm。（4）、承台混凝土强度不宜小于C20；承台底面钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于70mm；当设素混凝土垫层时，保护层厚度不应小于40mm；垫层厚度宜为100mm，强度宜为C7.5或C10。（5）、矩形承台配筋宜按双向均匀通长布置，钢筋直径不宜小于φ10，间距应满足100～200mm；三桩承台应按三向板带均匀配置，最里面三根钢筋相交围成的三角形应位于柱截面范围以内。（6）、桩顶嵌入承台的长度，对大直径桩不宜小于100mm，对中等直径桩不宜小于50mm；对预应力混凝土管桩宜取100mm（省规）。（7）、混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度不宜小于35倍主筋直径，对于抗拔桩基不应小于40倍主筋直径。对预应力混凝土管桩锚固长度不得小于50倍纵向钢筋直径且不小于500mm；当采用插筋时，插筋数量可取4φ14～4φ22，插入管桩顶填芯混凝土长度不宜少于1.2m，锚入承台长度不宜少于35倍钢筋直径，填芯混凝土强度不得低于C30（省规）。（8）、布桩时宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合。（9）、预制桩的混凝土强度不应低于C30；灌注桩不应低于C20；预应力桩不应低于C40。（10）、有抗震要求的柱下独立桩基承台，纵横方向宜设置连系梁。（11）、其余要求参照有关规范执行。2.2桩基设计与计算42.2.1持力层选择一般应选择压缩性低而承载力高的较硬土层作为持力层。桩端全断面进入持力层的深度，对于粘性土、粉土不宜小于2d（2.5d省规），砂土不宜小于1.5d（2d），碎石类土不宜小于d（1.5d），强风化或全风化岩不宜小于d。2.2.2基桩竖向承载力基桩竖向承载力设计值ppkpssksQQR（1）式中iisiksklqQ（2）ppkpkAqQ（3）以上各量物理意义见规范。对端承桩基和桩数不超过3根的非端承桩基，不考虑群桩效应，其基桩竖向承载力设计值为：ppksskQQR（4）2.2.3确定桩数、桩的平面布置桩数n可按下式确定：RGFn（5）式中F——作用于桩基承台顶面的竖向力设计值；G——桩基承台和承台上土自重设计值(自重荷载分项系数当其效应对结构不利时取1.2；有利时取1.0)，对地下水位以下部分应扣除水的浮力。桩的最小中心距参照规范执行。2.2.4各桩受力验算中心荷载作用下RN0（6）式中5nGFN（7）偏心荷载作用下，除满足（7）式外，尚应满足：RN2.1max0（8）各基桩轴向力为：22iiyiixixxMyyMnGFN（9）上式各量物理意义见规范。2.2.5桩基承台设计计算(1)、桩基承台受弯简化计算a、多桩矩形承台的受弯简化计算如图1示，多桩矩形承台弯矩计算截面取在柱边和承台高度变化处(杯口外侧或台阶边缘)，弯矩设计值及相应配筋计算公式分别为iixyNM(10)000.9hfMAyxsx(11)图1多桩矩形承台受弯计算图6iiyxNM(12)000.9hfMAyysy(13)上式各量物理意义见规范。b、三桩三角形承台的受弯简化计算如图2所示，等边三角形承台由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值M及等腰三角形由承台形心至承台两腰和底边距离范围内板带的弯矩设计值M1、M2及相应配筋的计算公式分别为等边三角形承台)43(3maxcsNM(14)00210.9hfMAAAysss（15）式中M——由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值；Nmax——扣除承台和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应基本组合时的最大单桩竖向力设计值；s——桩距；c——方柱边长，圆柱时c=0.866d（d为圆柱直径）。等腰三角形承台)475.0(312max1csNM(16)01010.9hfMAys(17)图2三桩三角形承台受弯计算图7)475.0(322max2csNM（18）02020.9hfMAys（19）式中M1、M2——分别为由承台形心到承台两腰和底边的距离范围内板带的弯矩设计值；s——长向桩距；α——短向桩距与长向桩距之比，当α小于0.5时，应按变截面的二桩承台设计；c1、c2——分别为垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。(2)、桩基承台受冲切计算a、柱对承台的冲切矩形承台受柱冲切承载力可按下列公式计算（图3）0)]()([2hfahabFthpoxcoyoycoxl(20)ilNFF（21）)2.0/(84.0oxox(22))2.0/(84.0oyoy(23)o/haoxox(24)o/haoyoy(25)式中Fl——扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值，冲切破坏锥体应采用自柱边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线构成的锥体，锥体与承台底面的夹角不小于45°（图3）；h0——冲切破坏锥体的有效高度；hp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h≤0.8m时,hp=1.0;当h≥2.0m时,hp=0.9,其间按线性内插法取用；βox、βoy——冲切系数；λox、λoy——冲垮比，oxa、oya为柱边或承台变阶处至桩边的水平距离，当图3柱对承台冲切计算示意图8oxa(oya)0.20h时,oxa(oya)=0.20h;当oxa(oya)0h时,oxa(oya)=0h;F——柱根部轴力设计值；∑Ni——冲切破坏锥体范围内各桩的净反力设计值之和；三桩三角形承台（图4）可按下式计算：02121)])(()2([hfabaabFthpxxoyoyyyyoxl（26）式中xa、1ya、2ya——冲跨，冲切破坏锥体侧面顶边与底边间的水平距离；βox、βoy1、βoy2——冲切系数，按（22）、(23)式计算。注：如冲切破坏锥体超出承台边界，计算方法不变。图4三桩三角形承台的柱下冲切破坏锥体b、角桩对承台的冲切多桩矩形承台受角桩的冲切承载力按下列公式计算(图5)0111121)]2()2([hfacacNthpxyyxl(27)2.056.011xx(28)2.056.011yy(29)9o11/haxx(30)o11/hayy(31)式中Nl——扣除承台和其上填土自重后的角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的竖向力设计值；β1x、β1y——角桩冲切系数；λ1x、λ1y——角桩冲垮比；其值满足0.2～1.0；c1、c2——从角桩内边缘至承台外边缘的距离；xa1、ya1——从承台底角桩内边缘引45°冲切线与承台顶面或承台变阶处相交点至角桩内边缘的水平距离；h0——承台外边缘的有效高度；三桩三角形承台受角桩的冲切承载力按下列公式计算(图6)底部角桩01111112tan)2(hfacNthpl(32)2.056.01111(33)图5矩形承台角桩冲切计算图10o1111/ha(34)顶部角桩02122122tan)2(hfacNthpl(35)2.056.01212(36)o1212/ha(37)式中λ11、λ12——角桩冲跨比；11a、12a——从承台底角桩内边缘向相邻承台边引45°冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离；当柱位于该45°线以内时则取柱边与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线。其它符号如图6所示。对圆柱及圆桩，计算时可将圆形截面换算成正方形截面。（3）、桩基础独立承台受剪计算柱下桩基础独立承台应分别对柱边和桩边、变阶处和桩边联线形成的斜截面进行受剪计算(图7)。当柱边外有多排桩形成多个剪切斜截面时，尚应对每个斜截面进行验算。斜截面受剪承载力可按下列公式计算:00hbfVthS(38)4/10)8.0(hhs(39)0.175.1(40)o/haxx(41)o/hayy(42)式中V——扣除承台及其上填土自重后相应于荷载效应基本组合时斜截面的最大剪力设计值；b0——承台计算宽度；图6三角形承台角桩冲切计算图11h0——承台有效高度；β——剪切系数；βhs——受剪切承载力截面高度影响系数；当h0小于0.8m时，h0取0.8m；当h0大于2.0m时，h0取2.0mλx、λy——计算截面的剪跨比；xa、ya为柱边或承台变阶处至x、y方向计算一排桩的桩边的水平距离，当λx（λy）＜0.3时，取λx（λy）=0.3；当λx（λy）＞3时，取λx（λy）=3；ft——混凝土轴心抗拉强度设计值。三角形承台抗剪验算参照（38）式