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1、基础工程课程设计某工业厂房1号柱柱下基础课程设计2009年12月目 录1设计资料1 1.1场地概况1 1.2.设计资料2 2设计计算内容5 2.1.设计荷载 52.2.无筋扩展基础设计 5 2.2.1.确定基础埋深以及持力层的承载力62.2.2.确定基底尺寸6 2.3.3.承载力以及偏心距计算6 2.2.4.地基变形验算72.2.5.确定基础高度以及构造尺寸72.3.扩展基础设计计算8 2.3.1.确定基础埋深以及持力层的承载力82.3.2.确定基底尺寸82.3.3.承载力以及偏心距计算82.3.4.地基变形验算92.3.5.荷载计算9 2.3.6.确定基础高度92.3.7.内力计算112.3
2、.8.抗弯钢筋的配置11 2.3.9.施工简述122.4. 桩基础初步设计13 2.4.1.确定桩端持力层和承台埋深 132.4.2.确定单桩竖向极限承载力标准值Quk 132.4.3.初步估计桩的数目 14 2.4.4.进行桩位布置和确定承台的尺寸142.4.5.计算考虑群桩效应下的基桩竖向承载力设计值R 并验算152.4.6.求算桩顶荷载152.4.7. 水平承载力验算 162.4.8. 承台抗冲切验算16 2.4.9. 承台斜截面受剪切承载力验算17 2.4.10.局部受压验算172.4.11.桩基变形及沉降验算173. 设计分析和总结 184. 主要施工机具 195参考资料 19某单层
3、厂房柱下基础设计1 设计资料1.1 工程概况某装配车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m，柱距6m，车间内有2对30吨中级工作制桥式吊车。规定室内地面标高为0.00，相当于黄海高程455.00m，室外地面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为9.80m。柱子编号为（1）（20），同学们应根据指导教师的要求完成相关编号的柱下基础的设计。根据布置的位置和功能来分，柱子的类别主要有边柱Z1、角柱Z2及抗风柱Z3三类。各柱在基础顶面处的截面形状为矩形，尺寸为：边柱Z1： 长宽=1000400mm；角柱Z2： 长宽=1000400mm；抗风柱Z3： 长宽=700400mm；梁
4、与柱之间的净距为20mm，置于柱子外侧的基础顶面（浅基础）或承台（桩基础）上。具体基本尺寸如图1， 2示。图1 装配车间平面图（mm）图2 基础梁的横截面尺寸示意图(mm)本人承担的设计任务为编号(1)号柱的基础设计。柱子的类别为边柱Z2类,设计荷载具体值见1.4。需要完成的具体任务如下：1设计计算：（1）综合分析设计资料，对三种常用的房屋基础类型（无筋扩展基础、钢筋混凝土扩展基础和桩基础）的技术合理性进行比较，确定所选柱下基础的类型，平面尺寸及埋深；（2）完成该基础（包括地基）的计算，要求分别采用扩展基础和桩基础共两种方案完成设计计算；（3）初步决定修筑基础的施工方案。2图纸：（1）基础总平
5、面布置图（假定所有基础均与自己设计的基础相同）；（2）基础结构图（应包含图纸说明和工程数量表），包括平面图、立面图及剖面图（三者均需给出），同时在剖面图中，必须给出基础底面的位置（表示出埋深）。3将上述成果整理成设计计算说明书。设计计算说明书应制作成Word文档。整个说明书应满足计算过程完整、计算步骤清楚、文字简明、符号规范和版面美观的要求，图纸应用CAD制作而且应该表达正确，布局合理，比例合适和尺寸齐全。1.2 设计资料据钻探揭露，各地层的情况如下：第层：人工填土。分布于场地表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。厚约0.51.2m，结构疏松，土质不均，平均天然重度为17.1k
6、N/m3。第层：粉质粘土。呈棕红色。除1#孔外各孔均有，厚度9.510.1m。硬塑可塑，土质较均匀。第层：粘土。呈黄黑色，各孔均可见到，没有钻透，据调查厚度在10m以上。土质均匀，可塑硬塑。场区地下水属潜水，初见水位在2.53.1m深处，稳定水位在2.93.9m深处。地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。根据钻探及室内土工实验的情况分析，第层杂填土不宜用作建筑物地基。建议把基础埋置在强度较高的第层粉质粘土或第层粘性土中。其地基承载力标准值分别为：第层：fk=200kPa第层：fk=220kPa(8)号柱钻探点以及剖面图资料如图1-3、1-4以及距(8)号柱周围的土体的土工试验结果
7、如表1-1。图3 勘查点位置示意图图4 2#3#4#勘查结果示意图图5 2#3#4#勘查结果示意图表2-1 某机械厂装配车间土工试验结果汇总表（2#）试样编号取样深度/m土的分类名称天然含水量/%天然重度/kN/m3比重天然孔隙比液限/%塑限/%塑性指数液性指数压缩系数/MPa-1内摩擦角粘聚力/kPa2孔-12.603.00粉质粘土24.420.12.70.68133.8121.3112.50.250.1925156.22-28.008.40粉质粘土25.3520.32.710.68731.572110.570.4120.2216558.64-311.0011.40粘土25.5120.42.
8、720.66937.7120.1117.60.250.1718418.84-415.0015.40粘土26.5919.92.70.71843.122.1920.910.210.2316129.262设计计算内容:2.1.设计荷载基础梁上的荷重（包括基础梁自重）按30kN/m计算。各柱底位于室内地面以下0.5m处，各柱在地面处的截面内力取值如下：角柱Z2：（横向计算）荷载组合编号： L21 L22 Mk=350Knm M=500kNmFk=1200kN F=1500kNHk=75kN H=90kN2.2.无筋扩展基础设计：基础荷载标准值：Mk=350kN-m, Fk=1200kN，Hk=75kN
9、 图6 无筋扩展基础受力图（单位：mm）2.2.1.确定基础埋深以及持力层的承载力。考虑到无筋扩展基础的高度通常较大，且有报告地质勘探报告第二土层粉质黏土层地基承载力较高，宜作为持力层。况且场区地下水属潜水，初见水位在2.53.1m深处，稳定水位在2.93.9m深处，基础埋深初拟为（室外地面）。考虑2#钻孔的数据因粉质黏性土e=0.6810.85,IL=0.250.85,查表得：,2.2.2.确定基底尺寸。先按中心荷载计算，则将基底面积扩大为，基底尺寸拟为。此外，由于基底最小尺寸为3.0m，故前面计算得到的不需要进行宽度修正。2.2.3. 承载力以及偏心距计算。竖向力：弯矩： 满足要求。满足要
10、求。由于第层：，厚度达到9.6m,而且第层：，故可以不用对下卧层进行承载力验算。2.2.4.地基变形验算： 由于该建筑属一般工业建筑，在地基基础设计等级中属于丙级。由地基规范知，该地基在可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围。而且其地基承载力特征值大于130kPa,所以可不进行地基变形验算。2.2.5.确定基础高度以及构造尺寸。若用C15混凝土，为满足基础构造要求，因此：在基础的b方向：在l方向： 故可取所以基础尺寸达3.63.01.7，由于基础埋深为2.2m可知，基础顶面在地面以下0.5m,故埋深满足要求。按构造要求做成4层台阶，具体尺寸如图7所示。 图图7 无筋扩展基础尺寸（单位：m
11、m）2.3.扩展基础设计计算：基础荷载标准值：Mk=350kN-m, Fk=1200kN，Hk=75kN2.3.1.确定基础埋深以及持力层的承载力。考虑到扩展基础的高度通常较大，且有报告地质勘探报告第二土层粉质黏土层地基承载力较高，宜作为持力层。基础埋深拟为（室外地面）。考虑2#钻孔的数据因粉质黏性土e=0.6810.85,IL=0.250.85,查表得：，,2.3.2.确定基底尺寸。先按中心荷载计算，则将基底面积扩大为，基底尺寸拟为。此外，由于基底最小尺寸为3m，故前面计算得到的不需要进行宽度修正。2.3.3. 承载力以及偏心距计算竖向力： 弯矩： 满足要求。满足要求。由于第层：，厚度达到9
12、.6m,而且第层：，故可不用对下卧层进行承载力验算。2.3.4.地基变形验算： 有该建筑属一般工业建筑，在地基基础设计等级中属于丙级。、由地基规范知，该地基在可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围。而且其地基承载力特征值大于130kPa,所以可不进行地基变形验算。故扩展基础底面积拟取3.6m3.0m，2.3.5.荷载计算：竖向力：弯矩： 2.3.6.确定基础高度。初步拟定基础高度700mm，按规范要求，铺设垫层保护层厚度不于40mm，因此假设钢筋重心到混凝土外表面的距离为50mm，则混凝土有效高度h0=700-50=650mm，抗冲切破坏验算公式：首先计算。 故 图8 扩展基础尺寸图（单
13、位：mm）近似取（保守偏大）冲切力设计值：式中，故，基础混凝土采用C30，其， 故h0=650mm能够满足抗冲切破坏要求2.3.7.内力计算。台阶宽高比：2.5 显然最危险控制截面在柱边处（图中II和I） 2.3.8.抗弯钢筋的配置。采用,其。沿长边方向，由，宽度,按梁进行配筋，可得，选用。实际上，大于原先假定的650mm，上述配筋显然是可以的。沿短边方向的钢筋通常置于长边钢筋之上，并假设采用钢筋，故，再由，宽度，可得。选用。 基础的施工图见图9。 图9 扩展基础施工图(单位：mm)2.3.9.施工简述：1) 建筑定位：根据房屋建筑的布置由建筑总平面图确定。宜先确定主轴线然后逐步进行细部定位。
14、2) 基础放线：在不受施工影响的地方设置基线和水准点，布置测量控制网。根据轴线，放出基槽开挖的边线。考虑到上步填土层，故采用适当放坡，根据现场开挖实际调整，但不宜过大。3) 土方开挖：由于设计地面高于实际地面，故开挖的土方宜在周围堆积保留，由于基坑小而数量多且基坑较浅，故宜分组人工开挖，但注意在雨后施工进行必要排水。或保留300mm以上的土层。4) 基槽验收：开挖完成后由勘察、设计、施工人员共同进行。检查槽平面位置、断面尺寸、底部高程等是否符合要求。特别注意是否有古河道、古墓穴等地基土异常情况，并做好记录。符合设计要求的进入下一步施工。若不符合要求的进行修补，或者重新调整设计。5) 基础施工：
15、验槽完成后应及时施做垫层，防止水对基地土扰动和浸泡，然后再垫层上定出基础的外边线。然后支侧模板，放置钢筋，最后浇注混凝土，浇注前进行隐蔽工程验收。6) 基槽回填：基础施工完成后，应及时进行回填。回填应时与地下管线的埋设等工作统筹安排。最后进行压实。就此开始上部主体结构的的施工。2.4桩基础初步设计 桩基础具有承载能力高、稳定性好、沉降稳定快和沉降变形小，抗震能力强等优点。当设计荷载较大时，桩基础相对较经济。 从本设计的地勘资料中了解到，基础处于粉质黏土和黏土之上，距离坚硬的岩石层的距离较大，不宜设置成端承桩，宜设置成摩擦型端承桩。2.4.1确定桩端持力层和承台埋深 根据地勘资料，初步拟定承台埋
16、深为1.4m，并初步选定采用钢筋混凝土预制方桩，桩的截面尺寸选定为。 人工填土性质较差，为高压缩性土层。 粉质黏性土天然孔隙比。故此层土处于半硬或坚硬状态，可以作为持力层。初步拟定桩在承台以下的长度为6m，深入粉质黏性土。2.4.2确定单桩竖向极限承载力标准值 采用公式（5-21）：。式中： 粉质黏土：，查表5-6可知：。深度修正：。由于，由线性内插可得到：。2.4.3初步估算桩的数目由于桩的布置和桩数还未知，先不考虑承台效应和群桩效应计算单桩承载力从表5-19查的，故得： 确定桩数时，由于承台尺寸没有确定，可先根据单桩承载能力设计值和上部结构物荷载初步估算确定。中心荷载时，考虑到上部荷载特点
17、，同时为了便于布置，取4根。2.4.4进行桩位布置和确定承台的尺寸桩在平面上采用行列式布置，桩的最小中心距。取x方向中心距为1.4m，y方向中心距为1.05m。取承台边缘至边桩的中心距离为，承台至边桩的外缘的距离为，满足相关的规定。桩的布置与承台的尺寸如图10示。图10 桩基础基本尺寸2.4.5计算考虑群桩效应下的基桩竖向承载力设计值R并验算根据式（5-67）可知： 式中：。（1） 求系数、。这两个系数可根据、由表5-20查得，即：由，桩周围黏性土，用内插法查得：（2） 求系数。按式5-70计算。承台底地基土净面积：承台内区净面积：承台外区净面积：可根据、由表5-21查得。（3） 求R。由于承
18、台埋深1.25m，不考虑地基承载力的承台宽度的修正，则有：（4） 验算考虑承台土重荷群桩效应下的桩数。承台及其土重 所以设置4根可以满足承载力的要求。2.4.6求算桩顶荷载竖向力；取承台的高度为700mm。则承台所受弯矩为（绕y轴）为由于埋深h=1.4m,可见上述计算方法适用。2.4.7水平承载力的检算基础承受的水平力为H=125kN，水平力与竖向力的合力与铅垂方向的夹角故，可以不进行水平承载力的验算。2.4.8承台抗冲切验算设计承台厚度取为700m，冲切破坏锥体的有效高度为,则：满足中等直径桩伸入承台的尺寸（50mm）的要求，同时满足承台底面的最小混凝土保护层的厚度（70mm）的要求。（1）
19、 柱对承台的抗冲切验算。验算公式为：式中：由于在x方向，在y方向。采用两者的平均值，即取则有：承台混凝土选用C30，抗拉强度设计值为，则有： 满足要求。（2） 角柱对承台的抗冲切验算。应当验算受桩顶荷载最大的角柱对承台的冲切。此时，故得：取0.2，取0.2.由图2-5可知，承台受角柱的冲切承载力为：满足角柱抗冲切的要求。2.4.9承台斜截面受剪切承载力验算由图2-5可知，最危险的截面为A-A截面，因为在该截面的左侧两根桩承受的荷载最大，都为。从图中可知，有效高度为，则：，取通过面积等效可以计算得到计算宽度为1.5m,C30混凝土,则承台A-A斜截面受剪承载力为：满足承载力的要求。2.4.10
20、局部受压计算对于柱下桩基承台，当混凝土强度等级低于柱的强度等级时，应按现行混凝土结构设计规范验算承台的局部受压承载力。本设计中，承台的混凝土等级为C30，柱的混凝土等级认为与承台的相同，不进行此项验算。由于本设计采用预制混凝土方形桩，施工的方法为打击沉桩，根据规范的要求，预制桩的混凝土强度等级不低于C30,故应当检算桩与承台之间的局部受压强度。满足强度要求。 2.4.11桩基变形及沉降验算由于该建筑属于一般工业建筑，在地基基础设计等级中属于丙级，同时设吊车工作级别为A5，由建筑地基基础设计规范知，可不进行地基变形验算。群桩基础的变形验算略（对于此丙级桩基，一般都能满足要求）。 3.设计分析和总
21、结： 指标基础类型基础埋深(m)底面积(mm)基础高度(m)钢筋用量(mm2)开挖量造价施工复杂程度浅基础无筋扩展基础2.23.63.01.70较大便宜简易扩展基础1.83.63.00.76842小中等一般桩基础承台1.02.42.40.64850较小昂贵复杂桩4.00.30.33.0（桩长）0（1）本设计先后分别进行了无筋扩展基础、扩展基础和桩基础的设计，从此次设计中我学到了很多专业知识，收获很大。 （2）扩展基础额设计并没有对相应的无筋扩展基础的底面面积等有改变，只是减少了基础的埋深，通过加入钢筋的使用，使得混凝土的用量减少了。 （3）本设计的地基，除了最接近地面的填土层，下卧层是是土质较
22、好的粉质黏土层，适合直接承受上部荷载受力。(4) 浅基础（无筋扩展基础和扩展基础）和深基础（桩基础）各有自己的特点和优先使用条件。从本设计的地基条件来看，结合造价、施工等条件，应该优先考虑采用浅基础，然而，根据（2）中所述，使用扩展基础比无筋扩展基础更有优势。（5）三个设计基础的埋深大小关系：桩基础（1.0m）扩展基础(1.8m)无筋扩展基础(2.2m)。(6)无筋扩展基础比钢筋混凝土扩展基础，虽然施工简单，造价便宜，不需钢筋，但是由于基础埋深较深，基础高度较高，开挖量较大，所用材料较多，花费人工较多，而且由于无筋扩展基础本身材料的特点，决定了它所能承受的荷载有限。而钢筋混凝土扩展基础使用了钢
23、筋混凝土材料，在荷载作用下能充分发挥其材料的特性，强度有保证，能和上部结构形成较好的整体性，而且埋深较浅，因此，若两者比较，选择钢筋混凝土扩展基础方案。钢筋混凝土扩展基础与桩基础比较，桩基础所用钢筋量较大，造价昂贵，且施工较复杂。但是，桩基础具有承载能力高，稳定性好，沉降稳定快和沉降变形小，抗震能力强，能适宜各种复杂地区，与上部结构有较好的整体性。4主要施工机具本设计的施工机具为混凝土搅拌机、混凝土振冲机、钻孔机、打桩机、装载机。桩基础施工时，锤击法主要用到的打桩设备有桩锤、桩架和动力装置，静力压桩法要用到静力压桩机，振动法应用振动锤；具距离不大时运输可用起重机调运或在桩下垫以滚筒，用卷扬机拖拉，距离较大时，可采用轻便轨道小平台车运输；起吊时需要起重机。5参考资料1吴兴序.基础工程M.成都：西南交通大学出版社，2007-9：1-123.2西南交通大学岩土工程教研室.基础工程课程设计指导书M. 成都：西南交通大学出版社，2007-10：1-14.3GB50007-2002.建筑地基基础设计规范S.4GB50010-2002.混凝土结构设计规范S.5李乔.混凝土结构设计原理M.北京：中国铁道出版社，2002
