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1、HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY基础工程课程设计柱下钢筋混凝土桩基础设计1=1姓名：班级:土木1302学号：华中科技大学土木工程与力学学院2016年6月7日一、设计资料1. 场地工程地质资料：见图1和表1-1.300杂填土-2.600-7.800灰色淤泥质土-18.500灰黄色粘性土灰黑色淤泥质土图1.场地土层分布表1各层土的物理性质及力学指标土层名称含水量 w(%)重度Y (kN/m3)比重 d液限 w (%)塑限 w (%)内聚力 c (kPa)内摩擦角。(度)压缩模量E (MPa)承载力 f (kPa)杂填土16.0sLPS1-2
2、ak灰色淤泥质土38.218.52.7338.218.41053.5460灰黄色粘性土6.719.62.7132.717.718207.0220黑色淤泥质土30.118.92.7342.018.912144.651002. 柱端传至承台顶面处的荷载(设计值)为：轴力F=4000+300(35 -10)=11500 (kN),弯矩 M=200+50(35-10)=1450 (kN-m),剪力 V=80+10(35- 10)=330 (kN)3. 柱底面标高：一0.5 m4. 柱截面：F9000KN 时取 600X540 mm25. 桩基安全等级：二级二、设计任务(时间：1周)1. 桩基础类型的选
3、择：预制桩(单号)，灌注桩(双号2. 基桩的设计和计算3. 承台的设计和计算4. 桩基础的验算5. 桩基础的施工图绘制三、设计步骤1、持力层选择从地面到地下1.3m为杂填土，其承载能力不高，不能作为持力层。地下1.3m到7.8m为灰色淤泥质土，其1广1,查表得承载能力特征值为 60kPa，极限侧阻力极限值q = 25kPa，也不宜作为持力层。地下7.8m到18.5m为灰黄色粘性土，其I =-0.73，查表得，极限侧摩阻 L力qk=100kPa，极限端阻力特征值qpk= 4500kPa承载能力特征值为220kPa，可 以作为持力层。2、桩型选择选用500mmx500mm的预制桩，承台底面标高为-
4、1.8m，承台厚度为 1300mm，桩长选为9m，桩的有效长度为8.9m，3、确定单桩承载力由于330/115000.1，故无需计算水平承载力。按经验参数法确定单桩承载力，灰色淤泥质土层qsik=26kPa；灰色粘性土 层 qsik=100kPa， qpk=3800。单桩竖向极限承载力标准值：Q = Q + Q = u q l + q Auk sk pksik i pk p=0.5 x 4 x (25 x 6 +100 x 2.9) + 3800 x 0.52=1830kN单桩竖向极限承载力特征值：R = Q人/2 = 915 kN4、初步确定桩数因桩基承受弯矩和剪力作用，属偏心受压状态，不考
5、虑承台效应，暂按n Z 中中估算桩数，取中=1.07,中=1.15，则 n = 1.07x1.15x四0 = 15.47,G e RGe915a 取为16.5、桩平面布置由于采用挤土桩，其间距不宜过密，桩的最小中心、间距不小于3.5d取为 1700，先暂按已假设的承台尺寸布置4排，每排4根桩，即桩的纵向中心间距为 1700mm，横向中心间距为1700mm，桩外缘承台挑出部分纵向为200mm，横向为 200mm。以上假设均符合构造要求。6、桩顶作用效应验算先将承台先将承台顶面荷载换算成作用于承台底面的荷载，由于承台厚度h=1300mm及桩顶需嵌入承台0.10m,故承台有效厚度h = 1200mm
6、。取承台面积 为6000mm x 6000mm , 承台厚度为 1300mm , 故承台及其土重 Gk = 6.0 x 6.0 x1.8 x 20 = 1296kN承台底面总弯矩 M 心=M ik + H k x h = 1450 + 33 0 x 1.3 = 1879 kN - m按偏心竖向力作用下的公式计算各桩竖向力：11500 +1296 x 1.351879 x 2.55N1k+= 911.0kN168 x (2.552 + 0.852)11500 +1296 x 1.351879 x 2.55=717.6kN166 x (2.552 + 0.852)各桩顶竖向力：最大值N 1k =
7、911.0kN，最小值N4k = 717.6kN。7. 桩基承载力验算（1）单桩承载力验算16平均竖向力：N = Fk + Gk = 11500 + 1296x35 = 828.1kN R = 915kN k 1616a最大竖向力：N侦=911.0kN 1.2R = 1.2x915 = 1098kN竖向承载力满足要求。（2）桩尖持力层的承载力验算=10.86W / m31.3 x 16.0 +18.5 x1.3 + 8.5 x 5.2 + 9.6 x 2.97.8 + 2.9Gf = 6.0 x 6.0 x (7.8 + 2.9) x 10.86 = 4183.3S-F + G + 6$ 2(
8、a, + b)Z 1 q 询Pa b_ 11500 +1296 x 1.35、1.35 x 4183.3 - 2 x (6.0 + 6.0) x (6 x 12.5 + 2.9 x 50)6.0 x 6.0=378kPap = p + 性=378 + 1879 x 6 = 430.2kPa max W6.0 x 6.02yfa = fak +nbY (b - 3) + 勺 y (d - 0.5)“=22。+ 0.3 x 9.6 x 3.0 +1.6 x10.86 x 10.2=405kPa因 p = 378kPa f = 405kPa , p= 430.2kPa 0.5 , 查表得地基压力扩散
9、角0 = 22。.=265.4 x5.6x5.6= 58.7 kPaz(5.6 + 2 x 7.8 x tan 22。)2软弱下卧层顶面处总应力为b +y (d +1) = 58.7 +10.86x(7.8 + 2.9) = 173.5kPaZ 0下卧层承载力特征值为f =华，其中Y =1.65, qw为按照深度修正的下卧层极Z yqukq限承载力，为:qw = f +门 y (b - 3) +门 y (d +1 + Z - 0.5) uk ak bd m16 x1.3 +18.5 x 1.3 + 8.5 x 5.2 + 9.6 x 10.718.5=100 + 0 +1.0 xx (18.5
10、 - 0.5)=286.6kPa故 f = TL = 286.59 = 173.69kPa 173.5kPaZ y 1.65 q因b z +y mz fz，故软弱下卧层承载力满足要求。 四、单桩结构设计1、单桩内力计算单桩内力的计算包括起吊时的内力计算和使用过程中的抗压计算。先不考虑桩内钢筋的自重对桩进行配筋，然后按照桩内实际配筋量验算桩的承载能力。起吊时采用两点起吊，可以将吊点看成铰支座，桩上的正弯矩为M1 = 2qx2桩上的负弯矩为M2 = 1 q(l - 2x)2 -M1则最优配置即为正负弯矩相等，解得x = 0.2071 = 0.207 x 9m = 1863mm当采用C30的混凝土时
11、，重度约为25kN/ m3,则单位长度的自重载荷为q 25 0.5 0.5 6.25kN /m则桩身最大正弯矩为M1 0.5 6.25 1.8632 10.81kN m最大负弯矩为M2 8 6.25 (9 2 1.863)2 M 1 10.9kN m剪力最大值为V 6.25 1.863 11.64kN2、使用时内力计算桩的大致布置图如下所示图中第一排从左到右编号依次为1,2,3,4使用过程中各桩桩顶何在设计值为M x.X2则N1M x.X2i11500 1296 1.35161879 2.558 (2.552 0.852)745.2kNM x 11500 +1296 x 1.351879 x
12、0.85=800.5kN+ “ ，:=乙x2168 x (2.552 + 0.852)iF + G M x 11500 +1296 x 1.351879 x 0.85=828.1kN+寸 i =+n 乙x 2168 x (2.552 + 0.852)i11500 +1296 x 1.351879 x 2.55+= 910.9kN168 x (2.552 + 0.852)2、配筋计算(1) 纵向受拉钢筋的配筋纵向受拉钢筋依据正截面受弯承载力计算。已知弯矩设计值为M = 1.35M2 = 14.7kN m，混凝土强度等级为C30，钢筋选HPB300，桩的截面 尺寸为500mm X 500mm。由此
13、确定桩的纵向受拉钢筋的配筋计算过程如下：取保护层厚度为25mm, a = 40mm则h = h 一 a = 500mm 一 40mm = 460mm由混凝土强度等级和钢筋等级查表得f = 14.3 N / mm, f = 270N / mm,气=1.0,匕=0.57614.7kN m求截面抵抗矩系数a = 0.0097s a f bh21.0 x14.3N / mm2 x 500mm x (460mm)2E=1 -J1-2a = 0.0097g = 0.576，可以。y = 0.5(1 +匕：1 - 2a ) = 0.995故Mf; h0=119mm2 500mm2 s架立筋可按构造要求每边配
14、为3418，腰筋配为2小18P =竺0 = 8x254.5 = 0.81% 0.8%，满足最小配筋率要求。A500 x 500(2) 箍筋配置由前面剪力图可得剪力设计值V = 1.35 x11.64kN = 5.7 kN由于混凝土等级为C30, p =1.0,则0.25p fbh = 0.25 x 1x 14.3 x 500 x 460 = 822.25kN V又由于 0.7 fbh。= 0.7 x 1.43 x 500 x 460 = 230.23 V因此只需要按照构造要求配筋取双肢箍2小8100，桩尖1m内加密50P = 土 = 一1匚 =0.202% 0.127%，满足最小配筋率要求sv
15、 bs 500 x100按照构造要求取双肢箍246400将边中的四根腰筋联系起来。(3) 承载能力验算因为配置了钢筋造成桩长度方向的重量增加，经计算增加的钢筋重量为q = (7850 - 2500)kg / m3 x 254.5mm2 x 8 x 9.81m+x 50.3mm2 x (500mm - 25mm x 2) x 4 x (7850 - 2500)kg / m3 x 9.850mm=189N/m由于钢筋的增重印象较小故将其忽略。抗压承载力验算桩顶一下5d范围内的桩身螺旋式箍筋间距为50mm，用以下公式进行验算N中 f A + 0.9 f A c c psy s甲c为基桩成桩工艺系数，
16、对于混凝土预制桩取为0.85带入得N = 865.9kN 34992,34992mm 2满足截面2-2由于对称，且截面1是按照最大弯矩来配筋的，因此取截面2的弯矩同样为M2 10714kN m，此时截面有效高度取为h。1260 28 1232mm则配筋为. M10714kN mA s 0.9 f h 0.9 270N /mm 2 1232mm35788mm 2故配为60 28，钢筋面积为60*615=36900，满足。2、承台抗冲切验算(1)柱边冲切柱边冲切可按照下式计算F12 0x(bca0y)0y(hca0x) hp1取混凝土保护层厚度为40mm，则有效高度匕1260mm 则配筋为计算0x
17、hp11500a0xh00x2 (713.872016 1.6,1260746.38)8352.7kNa -0y h00.841.6 0.20y0.8402 0x0.9，、(1300 800)0y2000 800竺1.6 12600.4670.958f 1.43N /mm 2，代入上式得 t2 (b a ) (h a ) f h0x c 0 y 0 y c 0x hp t 02 (0.467 (540 2030) 0.467 (600 2016) 0.958 1.43 1260 8360.8kN F 8352.7kN角桩冲切验算可按下面公式进行验算N % = 801.64kN故，满足条件。(3)承台抗剪承载力计算对于承台抗剪验算可以按照下式计算V V =6413kN 故承台抗剪验算满足。
