土力学与地基基础设计

《土力学与地基基础》课程设计第一部分墙下条形基础课程设计（二）设计资料⑴工程地质条件如图4-2所示。杂填土3KN/m16=γ粉质粘土3KN/m18=γ3.0baMP10=sE6.1d2KN/m196=kf淤泥质土a2MP=sE2KN/m88=kf⑵室外设计地面-0.6m，室外设计地面标高同天然地面标高。⑶由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙∑F1K=558.57kN，山墙∑F2K=168.61kN，内横墙∑F3K=162.68kN，内纵墙∑F4K=1533.15kN。⑷基础采用M5水泥砂浆砌毛石，标准冻深为1.2m。一、墙下条形基础课程设计任务书（一）设计题目某教学楼采用毛石条形基础，教学楼建筑平面如图4-1所示，试设计该基础。图4-2工程地质剖面图（三）设计内容⑴荷载计算（包括选计算单元、确定其宽度）。⑵确定基础埋置深度。⑶确定地基承载力特征值。⑷确定基础的宽度和剖面尺寸。⑸软弱下卧层强度验算。（四）设计要求⑴计算书要求书写工整、数字准确、图文并茂。⑵制图要求所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。⑶设计时间五天。图4-1平面图二、墙下条形基础课程设计指导书（一）荷载计算1.选定计算单元对有门窗洞口的墙体，取洞口间墙体为计算单元；对无门窗洞口的墙体，则可取1m为计算单元（在计算书上应表示出来）。2.荷载计算计算每个计算单元上的竖向力值（已知竖向力值除以计算单元宽度）。（二）确定基础埋置深度dGB50007-2002规定dmin=Zd-hmax或经验确定dmin=Z0+（100~200）mm。式中Zd——设计冻深，Zd=Z0·ψzs·ψzw·ψze；Z0——标准冻深；ψzs——土的类别对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-1；ψzw——土的冻胀性对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-2；ψze——环境对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-3；（三）确定地基承载力特征值fa)5.0()3(mdbakadbff式中fa——修正后的地基承载力特征值（kPa）；fak——地基承载力特征值（已知）(kPa)；ηb、ηb——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（已知）；γ——基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度(kN/m3)；γm——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度(kN/m3)；b——基础底面宽度（m），当小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；d——基础埋置深度（m）。（四）确定基础的宽度、高度b≥hfFakH0≥0220/tan2Hbbbb式中Fk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值（kN）。当为柱下独立基础时，轴向力算至基础顶面，当为墙下条形基础时，取1m长度内的轴向力（kN/m）算至室内地面标高处；γ——基础及基础上的土重的平均重度，取γ=20kN/m3；当有地下水时，取γ＇=20-9.8=10.2kN/m3；h——计算基础自重及基础上的土自重GK时的平均高度（m）。b2——基础台阶宽度(m)；H0——基础高度(m)。（五）软弱下卧层强度验算如果在地基土持力层以下的压缩层范围内存在软弱下卧层，则需按下式验算下卧层顶面的地基强度，即czzpp≤azf式中pz——相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值（kPa）；pcz——软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值（kPa）；faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。三、参考文献1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）.北京：中国建筑工业出版社，20022.孙维东主编.土力学与地基基础.北京：机械工业出版社，20033.中华人民共和国国家标准.砌体结构设计规范（GB50003-2001）.北京：中国建筑工业出版社，20024.沈克仁主编.地基与基础.中国建筑工业出版社，1993四、设计实例1.设计题目某四层教学楼，平面布置图如图4-1所示。梁L-1截面尺寸为200mm×500mm，伸入墙内240mm，梁间距为3.3m，外墙及山墙的厚度为370mm，双面粉刷，本教学楼的基础采用毛石条形基础，标准冻深为1.2m。由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙∑F1K=558.57kN，山墙∑F2K=168.61kN，内横墙∑F3K=162.68kN，内纵墙∑F4K=1533.15kN。2.工程地质情况该地区地形平坦，经地质勘察工程地质情况如图4-2所示，地下水位在天然地表下8.5m，水质良好，无侵蚀性。3.基础设计⑴荷载计算1）选定计算单元取房屋中有代表性的一段作为计算单元。如图4-3所示。外纵墙：取两窗中心间的墙体。内纵墙：取①—②轴线之间两门中心间的墙体。山墙、横墙：分别取1m宽墙体。2）荷载计算外纵墙：取两窗中心线间的距离3.3m为计算单元宽度则m/kN26.169kN/m3.357.5583.31k1kFF山墙：取1m为计算单元宽度则m/kN61.168m/kN161.16812k2kFF内横墙：取1m为计算单元宽度则m/kN68.162m/kN168.16213k3kFF内纵墙：取两门中心线间的距离8.26m为计算单元宽度图4-3墙的计算单元则m/kN61.185m/kN.26815.1533.2684k4kFF⑵确定基础的埋置深度dd=Z0+200=（1200+200）mm=1400mm⑶确定地基承载特征值fa假设b＜3m，因d=1.4m＞0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正33mm/kN29.17m/kN0.90.59.0185.016⑷确定基础的宽度、高度1）基础宽度外纵墙：b1≥m877.0m4.12089.22026.169a1khfF山墙：b2≥m874.0m4.12089.22061.168a2khfF内横墙：b3≥m843.0m4.12089.22068.162a3khfF内纵墙：b4≥m962.0m4.12089.22061.185a4khfF故取b=1.2m＜3m，符合假设条件。2）基础高度基础采用毛石，M5水泥砂浆砌筑。内横墙和内纵墙基础采用三层毛石，则每层台阶的宽度为0.16mm31224.022.12b（符合构造要求）查GB50007-2002允许台阶宽高比［b2/H0=1/1.5］，则每层台阶的高度为H0≥m24.0m5.1/116.0/022Hbb综合构造要求，取H0=0.4m。最上一层台阶顶面距室外设计地坪为（1.4-0.4×3）m=0.2m＞0.1m故符合构造要求。（如图4-4所示）外纵墙和山墙基础仍采用三层毛石，每层台阶高0.4m，则每层台阶的允许宽度为b≤0.267mm4.05.1/1/002HHb又因单侧三层台阶的总宽度为（1.2-0.37）m/2=0.415m故取三层台阶的宽度分别为0.115m、0.15m、0.15m，均小于0.2m（符合构造要求）最上一层台阶顶面距室外设计地坪为（1.4-0.4×3）m=0.2m＞0.1m符合构造要求。（如图4-5所示）22mdakam/kN89.220m/kN5.04.129.176.1196)5.0(dff⑸软弱下卧层强度验算1）基底处附加压力取内纵墙的竖向压力计算22mkkck0158.47kN/mm/kN)4.129.1712.14.112.12061.185(dAGFppp2）下卧层顶面处附加压力因Z/b=4.1/1.2=3.4＞0.5，Es1/Es2=10/2=5故由GB50007-2002中表5.2.7查得θ=25°则220zm/kN85.37m/kNtan254.121.2158.472.1tan2zbbpp3）下卧层顶面处自重压力22cz98kN/m5)kN/m185.016(p4）下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值33mm/kN82.17m/kN50.55185.01622mdakazkN/m1.177m/kN5.055.082.170.1885.0zdff5）验算下卧层的强度22kN/m85.135kN/m)9885.37(czzpp＜azf=177.1kN/m2符合要求。图4-4内墙基础详图图4-5外墙基础详图第二部分柱下钢筋混凝土独立基础设计一、柱下钢筋混凝土独立基础设计任务书（一）设计题目某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，试设计该基础。（二）设计资料⑴工程地质条件该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：持力层为粘性土，土的天然重度为18kN/m3，地基承载力特征值fak=230kN/m2，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m（根据地区而定）。⑵给定参数柱截面尺寸为350mm×500mm，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。⑶材料选用混凝土：采用C20（可以调整）（ft=1.1N/mm2）钢筋：采用HPB235（可以调整）（fy=210N/mm2）（三）设计内容⑴确定基础埋置深度⑵确定地基承载力特征值⑶确定基础的底面尺寸⑷确定基础的高度⑸基础底板配筋计算（四）设计要求⑴计算书要求书写工整、数字准确、图文并茂。⑵制图要求所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。⑶设计时间五天。二、柱下钢筋混凝土独立基础课程设计指导书（一）确定基础埋置深度d同前所述（二）确定地基承载特征值fa同前所述)5.0()3(dbffmdbaka（三）确定基础的底面面积A≥hfFak式中各符号意义同前所述（四）持力层强度验算leAGFp0kkkmaxkmin61≤1.2fa2kminkmaxkppp≤fa式中pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值(kPa)；pkmax——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值(kPa)；pkmin——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值(kPa)；Fk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值kN)；Gk——基础自重和基础上的土重(kN)；A——基础底面面积(m2)；e0——偏心距(m)；fa——修正后的地基承载力特征值(kPa)；l——矩形基础的长度(m)。（五）确定基础的高度Fl≤0.70mthphaf式中Fl——相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值(kN)；βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取1.0；当大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用；ft——混凝土轴心抗拉强度设计值(kPa)；am——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度(m)；h0——基础冲切破坏锥体的有效高度(m)。（六）底板配筋计算y0s9.0fhMA；jIjmaxz2zI2481ppbbalMy0s9.0fhMA；jminmaxz2zII2481ppalbbMj式中AsI、AsII——分别为平行于l、b方向的受力钢筋面积(m2)；MI、MII——分别为任意截面I-I、II-II处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值(kN·m)；l、b——分别为基础底面的长边和短边(m)；fy——钢筋抗拉强度设计值(N/mm2)；pjmax、pjmin——相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地基净反力设计值（kPa）；pjI、pjII——任意截面I-I、II-II处相应于荷载效应基本组合时的基础