基础工程柱下独立基础课程设计

一、课程设计的目的基础工程课程设计是土木工程专业教育的一个重要教学环节，是全面检验和巩固基础工程课程学习效果的一个有效方式。通过本次课程设计使学生能够运用已学过基础工程设计理论和方法进行一般形式的基础的设计，进一步理解基础工程设计的基本原理。设置课程设计的目的是加强学生对本课程及相关课程知识的理解，培养学生综合分析问题的能力和运用基础理论知识解决实际工程问题的能力，为毕业设计打下坚实的基础，也有助于学生毕业后能尽早进入“工程角色”。多年来的教学实践反映了课程设计这一教学环节对学生能力的培养起到了一定的作用。二、课程设计的内容1、设计资料1、地形拟建建筑场地平整2、工程地质条件自上而下土层依次如下：号土层：杂填土，层厚约0.5m，含部分建筑垃圾号土层：粉质黏土，层厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130kPa。号土层：黏土，层厚1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值fak=180kPa。号土层：细砂，层厚2.7m，中密，承载力特征值fak=240kPa。号土层：强风化砂质泥岩，厚度未揭露，承载力特征值fak=300kPa。3、岩土设计技术参数地基岩土物理力学参数如表1.1所示。表1.1地基岩土物理力学参数土层编土的名称重度(kN/m3)孔隙比e液性指数IL黏聚力c(kPa)内摩擦角（°）压缩模量Ｅs（MPa）标准贯入锤击数N承载力特征值fak（kPa）号杂填土18粉质黏土200.650.8434137.56130黏土19.40.580.7825238.211180细砂210.623011.616240强风化砂质泥岩2218223004、水文地质条件（1）拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。（2）地下水位深度：位于地表下1.5m5、上部结构资料拟建建筑物为多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为500mm×500mm。室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱网布置如图1.1所示。图1.1柱网平面图6、上部结构作用上部结-构作用在柱底的荷载效应标准组合值如表1.2所示，上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值如表1.3所示。表1.2柱底荷载效应标准组合值题号FK(KN)MK(KN.M)VK(KN)A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴197515481187140100198464844210321615125216412522155605731150181513702101750271717367412181873143323519329780837451282188314962572183258690836133919701560284242355969589表1.3柱底荷载效应基本组合值题号FK(KN)MK(KN.M)VK(KN)A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴112682012154418313025860625821342210026272141632887278673149623601782274228353939588415842435186330625138610410896516672448194533428442311211710861741256220283693154621251241167、材料混凝土强度等级为C25～C30，钢筋采用HPB300、HRB335级。2、设计分组根据以上所给设计资料及学生人数，将学生划分为6组。分组示意如下：第1组，共8人，基础持力层选用号土层，设计A轴柱下独立基础。第2组，共8人，基础持力层选用号土层，设计A轴柱下独立基础。第3组，共8人，基础持力层选用号土层，设计B轴柱下独立基础。第4组，共7人，基础持力层选用号土层，设计B轴柱下独立基础。第5组，共7人，基础持力层选用号土层，设计C轴柱下独立基础。第6组，共7人，基础持力层选用号土层，设计C轴柱下独立基础。超过42人的，合到第6组。3、设计要求每人根据所在组号和题号，完成指定轴线的柱下独立基础设计。对于另外两根轴线的基础，只要求根据所给荷载确定基础底面尺寸，以便画出基础平面图。要求分析过程详细，计算步骤完整，设计说明书面报告的编写应具有条理性，图纸整洁清晰。4、设计内容（1）设计柱下独立基础，包括确定基础埋置深度、基础底面尺寸，对基础进行结构内力分析、强度计算，确定基础高度，进行配筋计算并满足构造设计要求，地基沉降计算，编写设计计算书。（2）绘制基础施工图，包括基础平面布置图、独立基础大样图，并提出必要的技术说明。5、设计成果1、设计计算书设计计算书包括以下内容：（1）确定地基持力层和基础埋深度。（2）确定基础底面尺寸，验算地基承载力（3）对基础进行抗冲承载力验算，确定基础高度。（4）对基础进行正截面受弯承载力验算，确定基础底板配筋。（5）地基沉降计算2、设计图纸设计图纸包括以下内容：（1）基础平面布置图。（2）独立基础大样图。（3）设计说明。三、课程设计参考资料(1)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2010)，中国建筑工业出版社(2)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011),中国建筑工业出版社(3)《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),中国建筑工业出版社(4)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),中国建筑工业出版社(5《基础工程》（第2版）周景星李广信虞石民王洪瑾编著清华大学出版社一、本组设计资料：③组B轴柱底荷载柱底荷载效应标准组合值FK=1815KNMK=175KN.MVK=73KN柱底荷载效应基本组合值F=2360KNM=228KN.MV=95KN持力层为③土层承载力特征值fak=180kg地下水位深度位于地表下1.5m框架柱截面尺寸500mm*500mm室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm二．基础设计：1选择基础材料基础采用C25混凝土，HPB235级钢筋，预估基础高度0.8m2.选择基础埋置深度根据任务书要求和工程地质资料①号土层：杂填土，层厚约0.5m，含部分建筑垃圾。②号土层：粉质粘土，层厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130kPa。③号土层：粘土，层厚1.5m，稍湿，承载力特征值fak=180kPa。地下水对混凝土无侵蚀性，地下水位于地表下1.5m取基础底面高时最好取至持力层下0.5m,本设计取③土层为持力层，所以考虑取室外地坪到基础底面为0.5+1.2+0.5=2.2m,基础剖向示意图如下：3.求地基承载力特征值fa根据③土层为粘土58.0e，78.0LI，查表2.6得3.0b，6.1d基地以上土的加权平均重度：3/23.162.25.0)104.19(2.0)1020(1205.018mKNrm持力层承载力特征值af（先不考虑对基础宽度修正）)5.02.2(23.166.1180)5.0(dffmdakaaKP15.224（上式d按室外地面算起）4.初步选择基底尺寸取柱底荷载标准值FK=1815KN，MK=175KN·m，VK=73KN计算基础和回填土重kG时的基础埋深：md425.2)65.22.2(21基础底面积为:0A294.920725.1107.015.2241815mdfFGak考虑偏心荷载的影响，基础面积加大范围为（10%-40%）此处按20%增大面积A=1.2A0=1.2×9.94=11.928m2≈12.0m2初步选定基础底面面积A=l×b=4×3=12m2,且b=3m不需要再对af进行修正。5.验算持力层地基承载力基础和回填土重为：12)20725.1107.0(AdGGkKN498偏心距：mlmGFMekkkk6.06100.049818158.073175，0minkP，满足。基底最大压力：41.06112498181561maxleAGFPkkkk)98.268(2.166.221aaaKPfKP安全所以，最后确定基础底面面积长m4，宽m3。6.计算基底净反力取柱底荷载效应基本组合设计值：F=2360KN，M=228KN·m，V=95KN。净偏心距mNMen13.023608.0952280,基础边缘处的最大和最小净反力)413.061(342360)61(0,max,min,lelbFnnnpaakPkP02.23532.1587.基础高度(采用阶梯形基础)柱边基础截面抗冲切验算（见下图）图2冲切验算简图（a）柱下冲切；（b）变阶处冲切l=4m，b=3m，mambacct5.0,5.0。初步选定基础高度mmh800，分两个台阶，每个台阶均为400mm。0h=800-（40+10）=750mm（有垫层），则mbmhaatb3275.025.020，取mab2因此，可得：mmaaabtm1250220005002因偏心受压，np取KPapn02.235max,冲切力：200max,2222hbbbhalPFccnl275.025.023375.025.02402.235KN31.646抗冲切力：75.025.11027.10.17.07.030hafmthpKNKN31.64644.833，满足8.变阶处抗冲切验算mbat5.11，ma9.11，mmh350104040001）（mbmhaatb32.235.025.1201，取mab2.2maaabtm85.122.25.12冲切力：2011011max,2222hbbbhalPFnl=235.025.123335.029.12402.235KN94.455抗冲切力：35.085.11027.10.17.07.0301hafmthpKNKN94.45563.575，满足9.配筋计算选用的HPB235级钢筋，2/210mmNfy（1）（1）基础长边方向，对于Ⅰ-Ⅰ截面（柱边），柱边净反力为kPapplalppnncnIn46.201)32.15802.235(425.0432.158)(2min,max,min,,悬臂部分净反力平均值：aⅠnnKPPP24.21846.20102.2352121,max,弯矩：ccInnⅠbbalPPM222412,max,)5.032()5.04(24.2182412mKN06.724260,01.51087502109.01006.7249.0mmhfMAyⅠIs对于截面Ⅲ-Ⅲ（变阶处），有min,max,1min,2nnnⅢnPPlalPP32.15802.235429.1432.158aKP89.214121,max,22241bbalPPMⅢnnⅢ)5.132()9.14(289.21402.2352412mKN02.3102601,62.46863502109.01002.3109.0mmhfMAyⅢⅢs比较1,SA和ⅢSA,，应按1,SA配筋，实际配160@18则钢筋根数：2075.1911603000n，221.51085090205.254mmmmAs,所以配21根。（2）基础短边方向因为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annnKPPPP67.19632.15802.2352121min.max.对于II-II截面（柱边）mKNalbbpMccnII