992 独立基础课程设计

1第2章柱下独立基础课程设计2.1第一课程设计任务书2.1.1设计题目柱下独立基础设计2.1.2设计资料1.地形：拟建建筑场地平整2.工程地质资料：自上而下依次为：①杂填土：厚约0.5m，含部分建筑垃圾；②粉质粘土：厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130kN/m2；③粘土：厚1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值fak=180kN/m2；④全风化砂质泥岩：厚2.7m,承载力特征值fak=240kN/m2；⑤强风化砂质泥岩：厚3.0m,承载力特征值fak=300kN/m2；⑥中风化砂质泥岩：厚4.0m,承载力特征值fak=620kN/m2；表2.1地基岩土物理力学参数表地层代号土名天然地基土重度（γ）孔隙比（e）液性指数（Es）凝聚力（c）内摩擦角（Φ）压缩系数(a1-2)压缩模量（Es）抗压强度（frk）承载力特征值（fak）kN/m³kPa度1MPaMPaMPakPa①杂填土18②粉质粘土200.650.8434130.2010.0130③粘土19.40.580.7825230.228.2180④全风化砂质泥岩2122300.8240⑤强风化砂质泥岩2220253.0300⑥中风化砂质泥岩2415404.06203.水文资料为：地下水对混凝土无侵蚀性。地下水位深度：位于地表下1.5m。4.上部结构资料：上部结构为多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为500×500mm，室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱网布置见图2.1。2图2.1柱网平面图5.上部结构作用在柱底的荷载效应标准组合值见表2.2；上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值见表2.3；表2.2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197515481187140100198464844210321615125216412522155605231090173013121901502426266574115018151370210175271717367512181873143323519329780837461282188314962572183258690837133919701560284242355969589814022057161823126637710210498915342140167733528840210911310610159822051727365309428120117114表2.3柱底荷载效应基本组合值题号F(kN)M(kN•m)V(kN)A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴112682012154418313025860625821342210016272141632887278673141822501706248195315818674414962360178227422835393958851584243518633062513861041089661667244819453342844231121171087174125622028369315462125124116381823267421043913464911331361289199527832181425375523142147138102078286622454554025571561531496.材料：混凝土等级Ｃ20～C30，钢筋HPB300、HRB335级。2.1.3设计分组根据以上所给资料及学生人数，可划分为若干个组。如：第1组共10人，基础持力层选用③土层，设计A轴柱下独立基础；第2组共10人，基础持力层选用③土层，设计B轴柱下独立基础；第3组共10人，基础持力层选用③土层，设计C轴柱下独立基础；第4组共10人，基础持力层选用④土层，设计A轴柱下独立基础；第5组共10人，基础持力层选用④土层，设计B轴柱下独立基础；2.1.4设计要求每人根据所在组号和题号，完成各自要求的轴线基础设计。对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，以便画出整体基础平面图。2.1.5设计内容设计柱下独立基础，包括确定基础埋深、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，编写设计计算书。绘制基础施工图，包括基础平面布置图、基础大样图，并提出必要的技术说明。2.1.6设计成果1.设计计算书（1）确定地基持力层和基础埋置深度；（2）确定基础底面尺寸，验算地基承载力；（3）对基础进行抗冲切承载力验算，确定基础高度；（4）对基础进行正截面受弯承载力验算，给基础底板配筋；2.设计图纸（1）基础平面布置图（2）独立基础大样图（3）设计说明要求分析过程详细，计算步骤完整，设计说明书的编写应具有条理性，图纸整洁清晰。2.1.7参考资料（1）《土力学与基础工程》（第2版），赵明华主编，武汉理工大学出版社，2003（2）《基础工程》（第2版），周景星主编，清华大学出版社，2007。（3）《混凝土结构（上）》（第2版），吴培明主编，武汉理工大学出版社，2003（4）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），中国建筑工业出版社，2002。（5）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），中国建筑工业出版社，2002。（6）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），中国建筑工业出版社，2002。2.2课程设计指导书地基基础设计是土木工程结构设计的重要组成部分，必须根据上部结构条件（建筑物的用途和安全等级、建筑布置、上部结构类型等）和工程地质条件（建筑场地、地基岩土和气候条件等），结4合考虑其他方面的要求（工期、施工条件、造价和节约资源等），合理选择地基基础方案，因地制宜，精心设计，以确保建筑物和构筑物的安全和正常使用。2.2.1独立基础的设计内容与步骤（1）初步设计基础的结构型式、材料与平面布置；（2）确定基础的埋置深度d；（3）计算地基承载力特征值akf，并经深度和宽度修正，确定修正后的地基承载力特征值af；（4）根据作用在基础顶面荷载F和深宽修正后的地基承载力特征值，计算基础的底面积；（5）计算基础高度并确定剖面形状；（6）若地基持力层下部存在软弱土层时，则需验算软弱下卧层的承载力；（7）地基基础设计等级为甲、乙级建筑物和部分丙级建筑物应计算地基的变形；（8）验算建筑物或构筑物的稳定性（如有必要时）；（9）基础细部结构和构造设计；（10）绘制基础施工图。如果步骤（1）～（7）中有不满足要求的情况时，可对基础设计进行调整，如采取加大基础埋置深度d或加大基础宽度b等措施，直到全部满足要求为止。2.2.2地基基础设计基本规定1.地基基础设计等级根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计分为三个设计等级，设计时应根据具体情况，按表2.4选用。表2.4地基基础设计等级设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑物30层以上的高层建筑体型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）对原有工程影响较大的新建建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物2.地基计算的规定根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：（1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定。（2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计。（3）表2.5所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：①地基承载力特征值小于l30kPa，且体型复杂的建筑：5②在地基基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；③软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；④相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；⑤地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。（4）对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性。（5）基坑工程应进行稳定性验算。（6）当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。表2.5可不作地基变形计算的设计等级为丙级建筑物范圈地基主要受力层的情况地基承载力特征值akf8060akf10080akf130100akf160130akf200160akf300200akf建筑类型各土层坡度/%≤5≤5≤10≤10≤10≤10砌体承重结构、框架结构（层数）≤5≤5≤5≤6≤6≤7单层排架结构单跨吊车额定起重量/t5～1010～1515～2020～3030～5050～100厂房跨度/m≤12≤18≤24≤30≤30≤30多跨吊车额定起重量/t3～55～1010～1515～2020～3030～75厂房跨度/m≤12≤18≤24≤30≤30≤30烟囱高度/m≤30≤40≤50≤75≤100水塔高度/m≤15≤20≤30≤30≤30容积3m≤5050～100100～200200～300300～500500～1000注：①地基主要受力层系指条形基础底面下深度为3b(b为基础底面宽度），独立基础下为1.5b，且厚度均不小于5m的范围（二层以下一般的民用建筑除外）；②地基主要受力层中如有承载力特征值kPafak130的土层时，表中砌体承重结构的设计，应符合《建筑地基基础设计规范》（GB50007一2002）第7章的有关要求；③表中砌体承重结构和框架结构均指民用建筑。对于工业建筑可按厂房高度、荷载情况折合成与其相当的民用建筑层数；④表中吊车额定起重量、烟囱高度和水塔容积的数值系指最大值。3.荷载效应最不利组合与相应的抗力限值在地基基础设计时，荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定采用：(1)按地基承载力确定基础底面积及埋置深度时，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值。(2)计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应限值应为地基变形允许值。(3)计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷6载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0。(4)在确定基础高度、配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。2.2.3地基承载力特征值的确定确定地基承载力特征值的方法主要有以下几种：（1）按载荷试验确定（2）根据地基土的抗剪强度指标，按理论公式确定（3）应用地区建筑经验，采取工程地质类比法确定当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：)5.0()3(dbffmdbaka式中：af——修正后的地基承载力特征值（kPa）；akf——地基承载力特征值（kPa）；b、d——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表2.6；——基底以下土的重度，地下水位以下取浮重度'（3/mkN）；m——基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度（3/mkN）；B——基础底面宽度(m)；当宽度小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；d——基础埋置深度(m)；当埋深小于0.5m时按0.5m取值，一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时．应从室内地面标高算起。表2.6承载力修正系数