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1、基础工程设计原理课程设计一、设计题目拟建场地位于某市市中心区，场区原有建筑现己拆迁。原定设计方案为四座小 高层建筑（详见：基坑开挖场地及勘探点平面布置图），现建筑方案修改为五层（第 五层为跃式）多层框架建筑，平面布置不变。框架柱间距为67.5m，基础底面设 计埋深为1.4m，框架中柱设计荷载为9001000kN，角、边柱设计荷载为500800kN （见图1），框架柱截面尺寸为400mmX400mmo60006加。E 丁心w图i零层柢梁柱基础布置图基础混凝土材料采用C25，基底设置C7.5、厚度100mm的混凝土垫层；配筋采 用II级普通圆钢筋。设计计算内容：（1）在不考虑地基处理时，某中轴线柱
2、下条形基础（两端为边柱）按地基承载力确 定的基础底宽度是否满足沉降要求？（2）若通过地基处理（地基处理深度从基础底面以下4.5m内），使得地基承载力 设计值达到150kPa，进行如下设计计算：1）根据地基强度确定中轴线柱下条形基础（两端为边柱、角与边柱需考虑 100kN - m的力矩荷载）的基础底面尺寸；2）分别按倒置梁法、弹性地基梁法（可按等截面弹性地基梁）计算柱下条形 基础的内力分布；3）基础配筋、冲切验算；4）完成有关计算部分的计算简图、基础配筋图等。二、地基土的特征及其主要性能指标由设计勘察资料得第一层：杂填土第二层：粘土Y =8kN/m3有上层滞水 mY = 8.kN / m 3、=
3、0.64第二层：淤泥质粉质粘土f = 65kPae = .093 fk=lkPa=8.kN / m 3第四层：粉砂与淤泥质粘土互层y = 7.7kN / m 3有孔隙承压水地基资料如图2-1所示三、承载力特征值和基底宽度的确定已知基础地面设计埋深为d=2.2m粘土的承载力特征值为fk=100kPa粘性土的e = .93 0.85/故可查表得门=,门一 =. bdf = f +n Y(b 3) +n Y (d .5) = + + .x8x (2.2 .5) = 3.6kPa 囱亦b中轴线上沿长度方向取1m为计算单元的线荷载(8 + 6 + 2) x 2F =6_5= 36.7kN / m基底宽度
4、应为 b =k= 3.54m,取 3.6mf -y 疽 30.6 - 2 x 2.213四、地基沉降验算1、计算基础的基底平均附加应力基础及其上回填土的总重G = y Ad = 2xx3.6x 2.2 = 58.4kN, nF + G 36.7 + 58.4基 底 平 均 压 力 P = 29.2kPaA 3.6 x 4基底处的土的自重应力b =y d = 18x2.2 = 39.6kPa平均附加压力 P = P-。=129.2-39.6 = 89.6kPa，近似取 90kPa 5x/bzz/bEsiaz* az(i)a (i) - z(i -1) a (i 一 1)AsEAs：01.80.5
5、2.50.98841.779121.7791264.0483264.0483203.613.50.94123.388321.609241.37943105.427705.41.53.50.87484.723921.335634.344139.771707.223.50.80725.811841.0879227.97509167.7468092.53.50.74646.71760.9057623.29097191.0378010.8314.50.69327.486560.768964.772855195.81072、确定znz=10.8m范围内的计算沉降量ks = 195.81mm，相应于z=9
6、m至z=10.8m 土层 的计算沉降量As： = 4.77mm 0.025 x搭5.81 = 4.9mm，满足要求，故确定计算深度 z =10.8m。3、确定中计算七深度范围内压缩模量的当量值气= AA / (AA / E )lI si1191.78 3.39 -1.77 4.72 - 3.39 5.81 4.72 6.72 - 5.81 7.49 - 6.72 = 2.13MPa +2.53.53.53.53.50 1查表(当 P = 936mm0 0.07 f0.07 x 11.9为了增加刚度基础高度宜为株距的1/41/8,取基础的高度为1000mm基础边缘高度取300mm，基础高度取70
7、0mm, 有效高度h = (1000 - 35)mm = 965mm，满足要求 基础尺寸如图所示.30六、地基处理后的沉降验算1、计算基础的基底平均附加应力(1800 +1600 +1200) X 2Fk =& 5 5 2 = 278.8kN /mx/bzz/bEsi以z*以z (i )a (i) - z (i -1) a (i 1)As1As02.113.50.94121.976521.9765246.8152946.81528804.223.50.80723.390241.4137233.4849780.30025606.333.50.69324.367160.9769223.139051
8、03.43930408.443.50.60645.093760.726617.21004120.649344010.5514.50.53925.66160.567843.246478123.895822012.6614.50.48646.128640.467042.67018126.566003基础及其上回填土的总重G =y Ad = 20x 1 x 3x 2.2 = 142kNF + G 278.8 +132基底平均压力P = 136.9kPaA 3 x 1基底处的土的自重应力b =y d = 18x3 = 54kPa平均附加压力 P = P b C= 136.9-54 = 82.9kPa0
9、，cAA / (AA / E )ii si16.13_,_= 3.5MPa1.98 - 0 5.09 -1.98 6.13 - 5.09+2.53.514.50 1查表(当 P k故属于无限长梁。1)、第一跨跨中弯矩与基底净反力的计算其中 A = e-Xx (cosXx + sinXx)， B = e-为 sin X x，C = e -Xx (cos Xx sin Xx)， D = e-丘 cos X x，PMM1 =贰 C，M2 =项D13作用点 位置bkP0M0xXAxBxCxDxM1M2A15000120010030.1650.825970.289570.246840.53640448.
10、8026.82B150001600030.1650.825970.289570.246840.53640598.390.00C150001800090.1650.245080.22567-0.206260.01941-562.530.00C1500018000150.165-0.014110.05204-0.11819-0.06615-322.320.00B1500016000210.165-0.03959-0.00994-0.01971-0.02965-47.790.00A150001200100270.165-0.01420-0.011240.00828-0.0029615.05-0.15
11、156.282）第二跨跨中弯矩与基底净反力的计算作用点 位置bkP0M0x力AxBxCxDxM1M2A15000120010090.1650.245080.22567-0.206260.01941-375.020.97B150001600030.1650.825970.289570.246840.53640598.390.00C150001800030.1650.825970.289570.246840.53640673.190.00C150001800090.1650.245080.22567-0.206260.01941-562.530.00B1500016000150.165-0.014
12、110.05204-0.11819-0.06615-286.510.00A150001200100210.165-0.03959-0.00994-0.01971-0.02965-35.84-1.4811.18弯矩叠加得M = -184.6 -1.82 = 186.47kN m2）第三跨跨中弯矩作用点 位置bkP0M0x力AxBxCxDxM1M2A150001200100150.165-0.014110.05204-0.11819-0.06615-214.88-3.31B150001600090.1650.245080.22567-0.206260.01941-500.020.00C150001
13、800030.1650.825970.289570.246840.53640673.190.00C150001800030.1650.825970.289570.246840.53640673.190.00B150001600090.1650.245080.22567-0.206260.01941-500.020.00A150001200100150.165-0.014110.05204-0.11819-0.06615-214.88-3.31-90.04弯矩叠加得M = -272.58 -5.6 = 278.18kN m2）A处弯矩作用点 位置bkP0M0x力AxBxCxDxM1M2A1500
14、0120010000.1651.000000.000001.000001.000001818.1850.00B150001600060.1650.514530.31065-0.106770.20388-258.830.00C1500018000180.165-0.041790.00876-0.05931-0.05055-161.750.00C1500018000240.165-0.02694-0.013920.00089-0.013032.430.00B1500016000300.165-0.00522-0.006880.008550.0016720.730.00A15000120010036
15、0.1650.00159-0.000890.003360.002486.120.121477.00弯矩叠加得M = 1233.6 + 50.0 = 1283.6kN m2)B弯矩作用点 位置bkP0M0x力A尤BxCxDxM1M2A15000120010060.1650.514530.31065-0.106770.20388-194.1210.19B150001600000.1651.000000.000001.000001.000002424.240.00C150001800060.1650.514530.31065-0.106770.20388-291.180.00C15000180001
16、20.1650.071740.12667-0.18160-0.05493-495.290.00B1500016000180.165-0.041790.00876-0.05931-0.05055-143.780.00A150001200100240.165-0.02694-0.013920.00089-0.013031.62-0.651311.032)C弯矩作用点 位置bkP0M0x力AxBxCxDxM1M2A150001200100120.1650.071740.12667-0.18160-0.05493-330.19-2.75B150001600060.1650.514530.31065-0
17、.106770.20388-258.830.00C150001800000.1651.000000.000001.000001.000002727.270.00C150001800060.1650.514530.31065-0.106770.20388-291.180.00B1500016000120.1650.071740.12667-0.18160-0.05493-440.250.00A150001200100180.165-0.041790.00876-0.05931-0.05055-107.84-2.531293.70弯矩叠加得M = 1104.37 - 4.93 = 1099.44k
18、N m7)其他跨及支座处的弯矩可由对称性得。弯矩图如图所示九、基础配筋1）纵筋计算：根据倒梁法求得的内力配筋混凝土强度等级为C25，f = 11.9N/mm2c钢筋采用二级钢筋f = 300N / mm 2yM = 1061.0kN mmaX M1061.0 x 106a = 0.032s a fbh 21.0 x 11.9 x 3000 x 9652匚=1 J1 2a = 0.032 。= 0.55，可以。y = 1 0.5。=0.984A 1061X106A = 5028mm 2s fy h0300 X 0.984 x 965选用 17B20, A = 5338mm2MA =，fy h同样
19、的方法算出其他各点所需要的钢筋，详细见表10-1 其中a =一M，&= 1 一 1 _2a，y = 1 0.5&，位置M (kN - m)asgysA (mm2)选用钢 筋A413.60.0120.0125194370.9937402821940一跨跨中517.30.0160.0156833430.9921583282431B10610.0320.0324410410.983779485028二跨跨中3380.0100.0102192410.994890381584C772.20.0230.0235039580.9882480213643三跨跨中482.40.0150.0146174040.9
20、926912982266y S 表 10-1注：支座处底部受拉，应将钢筋布置在底部。构造要求顶部钢筋应按计算配筋全部贯通，底部通长钢筋不小于底部受力钢筋截面总面积的1/3。将的钢筋通长布置，其他钢筋根据构造截断。验算通长钢筋率：，满足要求。2）板底横向钢筋计算根据前面算出的剪力设计值V = 221.1kNmax1 1L -求弯矩设计值 M = Vb = x 221.1 x 3.4 = 375.9kN - m142 2基础每延米的受力钢筋截面面积为：A = s 0.9 f h0375.9 x 1060.9 x 300 x 715=1947mm 215选配受力钢筋B16100, A = 2011m
21、m2s:12:3:45:6789101112131415十、参考资料1、建筑地基基础设计规范GB50007-20022、罗晓辉主编基础工程设计原理华中科技大学出版社2006年3、东南大学、浙江大学、湖南大学、苏州城建环保学院编土力学 中国建筑工业出版社2001年第一版基础工程设计原理P17表2-7承载力修正系数基础工程设计原理P16 (2.5)式基础工程设计原理P21(2.11)式土力学P67(3-5)式土力学P69(3-11)式土力学P84表3-10均布条型荷载下的附加应力系数土力学P94(4-5)式土力学P117(5-4)式土力学P119(5-10)式土力学P119表5-3沉降计算经验系数基础工程设计原理P71表3-4基床系数k的数值法基础工程设计原理P62 (3.18)式基础工程设计原理P64表3-2无限长梁和半长梁的变形、内力计算表基础工程设计原理P55 (3.5)式基础工程设计原理P55 (3.6)式
