基础工程课程设计(柱下独立基础)

基础工程课程设计(1)柱下独立基础设计姓名：学号：班级：指导教师：设计条件：1、某框架结构建筑物设计安全等级为乙级，柱网尺寸为6.5m×6.5m，柱截面尺寸为400mm×400mm。经过上部结构验算，作用于基础顶面的荷载效应准永久组合及标准组合分别为F=2520kN；Fk=2800kN，Mk=80kN.m(逆时针)，Hk=50kN(←)，荷载效应基本组合由永久荷载控制。2、天然土层分布①0～0.8m，填土，=17kN/m3；②0.8～2.0m，粉质粘土，=18kN/m3，IL=0.82，Es=3.3MPa，fak=185kPa；③2.0～6.0m，粉土(粘粒含量为8%)，=19kN/m3，Es=5.5MPa，fak=300kPa；地下水位在地面下6.0m处。④6.0～10.0m，粘土，sat=19kN/m3，0e=0.83，LI=0.81，Es=6.0MPa，fak=280kPa；⑤10.0～12.0m为淤泥质粘土，饱和容重sat=17.4kN/m3，fak=146kPa，压缩模量sE=1.5MPa。⑥12.0m以下为密实粘性土，sat=20kN/m3，0e=0.65，LI=0.5，Es=30MPa，fak=430kPa。要求：设计该柱下基础（提示：按照讲述的基础设计步骤进行，注意需要验算地基变形！）一．选择基础类型及材料选择柱下独立基础，基础采用C20混凝土，HPB235级钢筋，预估基础高度0.95m。二．选择持力层（确定基础埋深）选择③号土层为持力层，基础进入持力层0.5m。基础埋深为2+0.5=2.5m。三．确定地基承载力特征值𝐟𝐚’ρｃ=8%，查表2-15得,ηb=0.5,ηd=2.0。基底以上土的加权平均重度为：γm=17×0.8+18×1.2+19×0.52.5=17.88kN/m3持力层承载力特征值为：fa’=fak+ηdγm(d−0.5)=300+2×17.88×(2.5−0.5)=371.52kPa四．确定基础底面尺寸取柱底荷载标准值：Fk=2800kN，Mk=80kN.m，Hk=50kN。基础底面积为：A0=Fkfa−γGd=2800371.52−2.5×20=8.71m2由于偏心不大，基础底面积按20%扩大，即：A=1.2A0=10.452m2初步选定基础底面积A=lb=4×3=12m2，不需要对fa进行修正。五．地基验算1.持力层地基承载力验算Pk̅=Fk+Gbl=2800+2.5×20×4×34×3=283.3kPafa=371.52kPa符合要求。偏心距：ek=MkFk+Gk=802800+2.5×20×12=0.02l6=0.67符合要求。基底最大压力：Pkmax=Fk+GkA(1+6ekl)=2800+2.5×20×1212×(1+6×0.024)=291.83kPa1.2fa=445.82kPa符合要求。2.抗冲切承载力验算（1）基底净反力：Pjmax=1.35FkA+1.35(Mk+Hk∙h)w=1.35×280012+1.35×(80+50×0.95)16×42×3=336.52kPaPjmin=293.48kPa（2）判断冲切椎体是否在基础底面以内：基础有效高度：h0=h−0.045=0.95−0.045≈0.91m（有垫层）bc+2h0=0.7+2×0.91=2.52m𝑏=3𝑚在基础底面以内。（3）计算参数Al=(l2−ac2)∙b=(2−0.82)×3=4.8m2Fl=Pjmax∙Al=336.52×4.8=1615.296kNβhs=(800/910)14=0.968Am=bh0−0.5(b−bc)∙h1=3×0.91−0.5×(3−0.7)×0.45=2.213m20.7βhsftAm=0.7×0.968×1100×2.213=1649.48kNFl=1615.196kN符合要求。3.软弱下卧层验算⑤号土层为软土，需进行验算。fak=146kPa查表2-15得，ηd=1.0。faz=fak+ηdγm(d+z−0.5)=146+1×17×0.8+18×1.2+19×4+19×410×(10−0.5)=323.84kPa由于zb0.5，故应力扩散角θ=24°.Pz=(Pk−Pc)bl(b+2z∙tanθ)(l+2z∙tanθ)=22.15kPaPcz=17×0.8+18×1.2+19×4+19×4=187.2kPa∴Pz+Pcz=22.15+187.2=209.35kPafaz=323.84kPa符合要求4.地基沉降计算P0=P−γmh=Fk+GkA−γmh=283.33−17.88×2.5=238.63kPalb=43≈1.3第一层土：z0=0z1=3.5zb=3.53=1.17α0̅̅̅=1α1̅̅̅=0.67第二层土：z1=3.5z2=7.5zb=7.53=2.5α1̅̅̅=0.67α2̅̅̅=0.41第三层土：z2=7.5z3=9.5zb=9.53=3.17α2̅̅̅=0.41α3̅̅̅=0.34zn=b(2.5−0.4lnb)=3×(2.5−0.4×ln3)=6.18m故计算时取至基底下第二层土。s0=∑p0Esi(αi̅zi−αi−1̅̅̅̅̅̅zi−1)ni=1=238.63×[0.67×3.5−1×05.5+0.41×7.5−0.67×3.56]=130.78mm查表2-20可得：∆z=0.6mz1′=7.5−0.6=6.9mzb=6.93=2.3α1̅̅̅′=0.44∆sn=238.63×0.41×7.5−0.44×6.96=1.55mm0.025s0=3.27mm故取地基以下两层满足规范要求。查表2-18可得：Ψs=0.85s=Ψss0=0.85×130.87=111.24mm0.03𝐿=195𝑚𝑚满足要求。六．配筋计算基底净反力：Pjmax=336.52kPaPjmin=293.48kPaa1=a−ac2=4−0.82=1.6Pj1=Pjmax−a1l∙(Pjmax−Pjmin)=336.52−1.64×(336.52−293.48)=319.304kPaM1=124∙(Pjmax+Pj1)2∙(2b+bc)∙(l−ac)2=124×336.52+319.3042×(6+0.7)×(4−0.8)2=937.39kN∙mM2=124∙pj̅∙(2l+ac)∙(b−bc)2=124×336.52+293.482×(8+0.8)×(3−0.7)2=610.995kN∙mAs1=M10.9fyh0=937.39×1060.9×210×910=5450mm2取18根直径20mm钢筋As2=M20.9fyh0=610.995×1060.9×210×910=3553mm2取18根直径16mm钢筋布筋如下图：