柱下独立基础设计计算书

二〇一四年十二月三十一日柱下独立基础课程设计班级：12土木工程（2）班姓名：丘俊宏学号：1208080703230柱下独立基础设计计算书一、设计资料B轴柱下独立基础，10号荷载：柱底荷载效应标准组合值：kF=2205kN，kM=309kN·m，kV=117kN。柱底荷载效应基本组合值：F=2866kN，M=402kN·m，V=153kN。持力层选用③号土层，承载力特征值akf=180kPa，框架柱截面尺寸为500mm×500mm，室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。二、独立基础设计1、选择基础材料基础采用C25混凝土，HRB335级钢筋，预估基础高度0.8m。2、选择基础埋置深度根据柱下独立基础课程设计任务书要求和工程地质资料选取。①号土层：杂填土，层厚约0.5m，含部分建筑垃圾。②号土层：粉质黏土，层厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值akf=130kPa。③号土层：黏土，层厚1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值akf=180kPa。④号土层：细砂，层厚2.7m，中密，承载力特征值akf=240kPa。⑤号土层：强风化砂质泥岩，厚度未揭露，承载力特征值akf=340kPa。拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性，地下水位于地表下1.5m。取基础底面高时最好取至持力层下0.5m，本设计取③号土层为持力层，所以考虑取室外地坪到基础底面为0.5+1.2+0.5=2.2m.由此得基础剖面示意图，如图一所示。图一基础剖面示意图kF=2205kNkM=309kN·mkV=117kNkFkVkM柱3、求地基承载力特征值af根据黏土e=0.58，LI=0.78，查表得b=0.3，d=1.6。基底以上土的加权平均重度为：m=[18×0.5+20×1+（20—10）×0.2+（19.4—10）×0.5]/2.2=16.23kN/m³持力层承载力特征值af（先不考虑对基础宽度修正）为：af=akf+dm（d—0.5）=180+1.6×16.23×（2.2—0.5）=224.15kPa上式d按室外地面算起。4、初步选择基地尺寸取柱底荷载标准值：kF=2205kN，kM=309kN·m，kV=117kN。计算基础和回填土重kG时的基础埋置深度为：d=1/2×（2.2+2.65）=2.425m基础底面积为：0A=kF/（af—Gd）=2205/（224.15—0.7×10—1.725×20）=12.07㎡由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即A=1.20A=1.2×12.07=14.48㎡初步选定基础底面面积A=lb=4×4=16㎡因基底宽度超过3m，地基承载力特征值还需重新进行宽深修正。地基承载力特征值宽深修正af=224.15+b（b—3）=224.15+0.3×19.4×（4—3）=229.97kPa基础底面面积为：0A=kF/（af—Gd）=2205/（229.97—0.7×10—1.725×20）=11.70㎡A=1.20A=1.2×11.70=14.04㎡实际采取基底面积为4×4=16㎡14.04㎡5、验算持力层地基承载力基础和回填土重为：kG=GdA=（0.7×10+1.725×20）×16=664kN基底抵抗矩为：W=l·2b/6=4×24/6=10.67m³基底边缘最大与最小应力为：maxminpkk=[（kF+kG）/A]±(kM/W)=[（2205+664）/（4×4）]±[(309+117×0.8)/10.67]217.05141.57kPa验算基础底面应力①（maxkp+minkp）/2=（217.05+141.57）/2=179.31kPaaf=229.97kPa,安全。②maxkp=217.05kPa1.2af=1.2×229.97=275.96kPa，安全。所以，最后确定基础底面面积长4m，宽4m。6、计算基底净反力取柱底荷载效应基本组合设计值：F=2866kN，M=402kN·m，V=153kN。基础边缘处的最大和最小净反力为：maxminssp=F/A±M/W=[2866/（4×4）]±[(402+153×0.8)/10.67]228.28129.98kPakPa7、基础高度（采用阶梯形基础）图二冲切验算简图（a）柱下冲切（b）变阶处冲切初步选定基础高度h=800mm，分两个台阶，每阶高度均为400mm，有垫层则有：0h=h—45=755mm因为bb=tb+20h=0.5+2×0.755=2.01mb=4m所以进行受冲切承载力验算（见图二）。①柱边基础截面抗冲切验算l=4m，b=2.8m，bb=2.1m，tb=0.5m，可得：mb=（bb+tb）/2=（500+2010）/2=1255mm因偏心受压，sp取maxsp=228.28kPa，tf=1.27N/2mm=1270kPa，hp=1。根据公式得：C=2210.7tthpsbbfp=2240.5127010.71228.28=3.220h=755mm12（2ttbbC）=12×(0.5+20.53.22)=681.40mm满足要求。②变阶处抗冲切验算由于有tb=2.25m，0h=400—45=355mm所以bb=tb+20h=2.25+2×0.355=2.96mb=4m取bb=2.96m。因此，可得mb=（bb+tb）/2=（2.25+2.96）/2=2.61m因偏心受压，sp取maxsp=228.28kPa，tf=1.27N/2mm=1270kPa，hp=1。根据公式得：C=2210.7tthpsbbfp=2242.25127010.71228.28=2.240h=355mm12（2ttbbC）=12×(2.25+22.252.24)=226.16mm满足要求。8、配筋计算①基础台阶宽高比为875/400=2.192.5。②偏心距为：e=M/N=（402+153×0.8）/2866=0.18l/6=4/6=0.67③柱与基础交界处的弯矩，由公式得2''1maxmin12=248GMlabbppA=148×240.5×240.5×2664228.28129.9816=597.11kN·m=597.11×610N·mm1sA=100.9yMhf=6100.9597.11755300=2929.162mm④变阶处的弯矩，由公式得：2''2maxmin12=248GMlabbppA=148×242.25×242.25×2664228.28129.9816=180.01kN·m=180.01×610N·mm2sA=200.9yMhf=6100.9180.01355300=1878.042mm比较1sA和2sA，应按1sA配筋，实际配2612@160，则钢筋根数为n=4000160+1=26sA=113.1×26=2940.62mm⑤因为该基础为正方形基础，所以两向配筋均按2612@160配筋。9、基础配筋大样图基础配筋大样图二所示。10、确定A、C两轴柱子基础底面尺寸由柱下独立基础课程设计任务书得：10号荷载A、C两柱子基底荷载分别如下：A轴：kF=1598kN，kM=365kN·m，kV=120kN。C轴：kF=1727kN，kM=428kN·m，kV=114kN。由前面计算得持力层承载力特征值（未进行宽度修正前）af=224.15kPa，计算基础和回填土重kG时的基础埋置深度d=2.425m，①A轴基础底面积为：0A=kF/（af—Gd）=1598/（224.15—0.7×10—1.725×20）=8.75㎡基础底面积按20%增大，即A=1.20A=1.2×8.75=10.5㎡初步选定基础底面面积A=lb=3.5×3=10.5㎡，且b=3m，不需要再对af进行修正。②C轴基础底面积为：0A=kF/（af—Gd）=1727/（224.15—0.7×10—1.725×20）=9.46㎡基础底面积按20%增大，即A=1.20A=1.2×9.46=11.35㎡初步选定基础底面面积A=lb=4×3=12㎡11.35，且b=3m，不需要再对af进行修正。11、A、C两轴持力层地基承载力验算①A轴承载力验算：基础和回填土重为：kG=GdA=（0.7×10+1.725×20）×10.5=435.75kN基底抵抗矩为：W=l·2b/6=3×23.5/6=6.13m³基底边缘最大与最小应力为：maxminpkk=[（kF+kG）/A]±(kM/W)=[（1598+435.75）/（3.5×3）]±[(365+120×0.8)/6.13]268.89118.49kPa验算基础底面应力①（maxkp+minkp）/2=（217.05+141.57）/2=193.69kPaaf=224.15kPa,安全。②maxkp=268.98kPa=1.2af=1.2×224.15=268.98kPa，安全。所以，最后确定基础底面面积长3.5m，宽3m。①C轴承载力验算：基础和回填土重为：kG=GdA=（0.7×10+1.725×20）×12=498kN基底抵抗矩为：W=l·2b/6=3×24/6=8m³基底边缘最大与最小应力为：maxminpkk=[（kF+kG）/A]±(kM/W)=[（1727+498）/（4×3）]±[(428+114×0.8)/8]250.32120.52kPa验算基础底面应力①（maxkp+minkp）/2=（250.32+120.52）/2=185.42kPaaf=224.15kPa,安全。②maxkp=250.32kPa1.2af=1.2×224.15=268.98kPa，安全。所以，最后确定基础底面面积长4m，宽3m。11、设计图纸根据以上计算，可以绘制出基础平面布置图和B轴柱子基础大样图（见图三）。设计说明：1、±0.000相当于绝对标高见建筑图。2、本工程持力层选用③号土层，地基承载力特征值akf=180kPa。3、基坑开挖后需通知甲方及勘察单位验槽，符合要求后方可施工垫层。4、材料：混凝土C25，钢筋：HRB335。5、保护层：45mm。6、垫层做法：混凝土C15，厚100mm，出基础边100mm。图三基础施工图