《土力学与地基基础》课程设计

《土力学与地基基础》课程设计

1.《土力学与地基基础》课程设计任务书

题目：柱下钢筋混凝土独立基础

1.1 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

f=130kPa；

ak

f=180kPa；

③粘土：厚1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值

ak

f=240kPa

④全风化砂质泥岩：厚2.7m,承载力特征值

ak

f=300kPa

⑤强风化砂质泥岩：厚3.0m,承载力特征值

ak

f=620kPa

⑥中风化砂质泥岩：厚4.0m,承载力特征值

ak

3、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，室外地坪标高同自然地面，室内外高差

450mm。柱网布置见下图：

上部结构作用在柱底的荷载标准值见表2

上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合设计值见表3：

5、材料：混凝土等级Ｃ25~C30，钢筋Ⅰ、Ⅱ级。

1.2 设计要求：

每班分为3个组。

第1组共十八人，基础持力层选用③土层，设计A轴柱下独立基础；

第2组共十八人，基础持力层选用④土层，设计B轴柱下独立基础；

第3组共十八人，基础持力层选用③土层，设计C轴柱下独立基础；

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。

1.3 设计内容

１、设计柱下独立基础

包括确定基础埋深、基础底面尺寸，对基础进行结构的内力分析、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。

２、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。

1.4 地基基础设计成果

1 地基基础设计计算书

（1）设计计算书封面

封面上应写明设计题目、学生姓名、专业、年级、指导教师姓名、完成日期（2）目录及正文格式

（格式另见附属文件）。

2 设计图纸

设计要求：绘制比例为1：100或1：200 A3图纸打印稿

2 柱下钢筋混凝土独立基础的设计.

2.1 设计要求、柱号及相关参数的选择

①根据课程设计任务书的设计要求，选择B轴线下的⑤号柱，基础持力层选择④土层，即全风化砂质泥岩。

②柱底荷载效应基本组合设计值的选择。其中按要求选择F=2435KN。M=284KN·M，V=124KN.

2.2 基础材料和类型的选择。

①选择混凝土等级为C30，钢筋为 级钢筋，基础类型为柱下的钢筋混凝土独立基础：锥形基础。

2.3 确定基础的埋置深度。

①持力层为全风化砂质泥岩层，厚2.7m, ak f=240KPA。

②确定基础的埋置深度：埋置深度是由室内地面标高算起。

③由于按照以下四个方面的要求：⑴与建筑物有关的条件，⑵工程的地质条件，⑶水文地质条件，⑷地基的冻融条件，⑸场地的环境条件。综合考虑埋置深度d=4m.

④基础的基本简图如下：

2.4 地基承载力验算。

① 确定地基承载力。

② 首先对基础进行深度进行修正。则 ()5.0-+=d r f f m d ak a η

因为持力层为全风化的砂质泥岩，故 0.3=η。 ()()()4

35

.010215.1104.192.010*******.018?-+?-+?-+?+?=

m r

=14.3KN/3m

故 ()5.043.140.3240-??+=a f =390.2KPa ()w

w G a h r d r f F

A +-=4.1~1.1

=()

05

.2104202.3902435

4.1~1.1?+?-

()36.74.1~1.1?= =2)3.10~1.8(m 可取 b=3. m L 5.3=.

因为m b 3= 故可不对a f 进行宽度的修正。

2.5 确定基础底面尺寸。

① 计算基底压力。

w w G k h r d r l b F

p -+?=

05.2104205

.332435

?-?+?=

kpa 40.291=

W

MK

p p k k k ±

=min

max 6

5.334

12428440.2912

?

?+±= =

KP 10

.16470.418

② 验算持力层承载力。

KPa f KPa p a k 20.39040.291=<=

.24.4682.170.418max KPa f KPa p a k =<= 尺寸。太多，可重新调整基底小于a k f p .21max

③ 重新调整截面尺寸。

w w G k

a h r d r L

b F p -+?=

KPa 12.312=

W

MK p p k k k ±=min

max

6

3

.334

12428412.3132

??+±= =KPa 46

.46578.160

④ 重新验算持力层承载力。

KPa f KPa p a k 20.39012.313=<= KPa f KPa p a k 24.4682.146.465max =<= 故 可确定基地的尺寸为 m b 3= m L 2.3=

2.6 软弱下卧层验算。

因为基础底面以下为风化或半风化砂质泥岩，12

1

不进行软弱下卧层的验算。

2.7 地基的变形验算。

由于KPa KPa f ak 300240200<≤≤， 建筑物层数7≤， 且为丙级建筑，所以可以不做地基的变形验算。

2.8 基础高度的确定。

07.0h b f F m t hp L ?≤ 2A P F j L =

L A 便是图中阴影部分面积。

2

002

222???

?????? ??+--?????????? ??+-=h b b b h a L A c L

如果02h b b c +<时 L A 便是一个矩形.

b h a L A L ????

?????? ??+-=022

W

M L b F p j ∑+?=

()2/b t m b b b += 02h b b c b += c t b b = 0h b b c m += 综上所述： c bt b c h t ++-=

202

1

()max 2

7.01)(2j t

hp

P f bt b at L b c +---=

① 基础底部净反力的计算。

2

max

min 6L

b M L b F p j j ??±?= ()2

22.33412428462.332435??+?±?= KPa

99

.40531.101= L b F

p j ?=

2.332435?=

KPa 65.253= ② 系数计算。

()()max

2

7.012j t

hp t t P f b b a L b c ?

?+---?=

()()99

.4051430

17.015.035.02.3322

?

?+---??=

817.2=

③ )(21

20c t b b h t t ++-=

()

817.25.05.02

1

2++-=

mm 6303=

④ 基础底板厚度。

mm h h 6703406303400=+=+=

⑤ 为了便于施工及其其他要求， 取mm h 700=。则实际有效高度 mm h 660407000=-=

2.9 基础底板的配筋计算。

① 由公式可知， I-I 截面

()()()[]

()2max max 2481

c j j c j j I a L b p p b b P P M -?-+?+= ()()()[]()2

5.02.3365.25399.4055.03265.25399.40548

1-??-++??+=

m KN .60.720=

9.0h f M A y S ??=

I

I

660

3009.01060.7206

???=

28.4043mm =

则基础底板每米的板的钢筋面积：

3I =S S A

A

29.1347mm =

选用Φ16@140的∏级钢筋，则实配钢筋的截面面积为14362mm ② ∏-∏截面中

()()c c j a L b b P M +-=∏22412

()()5.02.325.0365.25324

12

+??-??=

m KN .8.455=

9.0h f M A y S ??=

∏

∏

660

3009.0108.4556

???=

27.2557mm = 则每米板中所含有的钢筋。

2.3∏=S S A

A

23.799mm =

则选用Φ12@140的∏级钢筋，则实际配钢筋的截面面积为8082mm

2.10 基础的基本构造要求。

① 锥形基础的边缘高度不宜小于200mm ，且不小于4

h

，且其坡 度 3:1≤i 。

② 从柱向四周扩散各50mm 。

③ 边缘向里扩展小于等于a ()是边缘厚度a 。

C素混凝土，厚度100mm，从基础边缘各伸出100mm。

④ 基底垫层采用10

⑤ 基础底板的受力钢筋直径不小于10mm.间距不大于200mm。也不小于100mm。底板钢筋的保护层厚度为40mm。

综上所述：基本尺寸选择如图：

2.11 ： 基础的平面布置图

2.12 基础的大样图：

3 对另外两个轴线上的基础尺寸的确定。

3.1 选择轴线标号及相关参数:选择

A 轴线的⑤号基础,其中 。

3.2 按照设计要求，选择持力层为③土层，即粘土，其中：

KPa f ak 180= 其厚度为

1.5m

3.2.1 确定基础的埋深。

① 其上有两层土，其厚度分别为0.5m 1.2m 所以厚度为

② 综上所述 即五个要求的考虑， 取m d 5.2= 则其简图如下：

3.2.2 基础承载力的确定。

① 先仅对其进行深度上的修正。 ()5.0-+=d r f f m d ak a η

持力层为钢化的砂质泥岩， 则6.1=d η

KN

V 125=m

KN M .334=KN

F 1584=m

h 15.245.02.15.0=++

=

()()2

35

.0104.192.010*********.0?-+?-+?+?=

m r

396.16m

KN =

()5.0-+=d r f f m d ak a

()5.05.296.166.1180-??+= KPa 27.234=

3.2.3 确定基础的截面尺寸。

()w

w G a h r d r f F

A +-=4.1~1.1

()

55

.0105.22027.2341584

4.1~1.1?+?-=

()35.84.1~1.1?= 2)7.11~2.9(m =

故 取m b 3= L=3.8m 因为m b 3=，故可不进行宽度的修正。

3.2.4 验算地基承载力。

w w G k h r d r L b F

p -+?=

55.0105.2208

.331584

?-?+?=

KPa 45.183=

2

max 6l b Mk p p k k ?+

=∑

()2

8.335.2125125.01584334645.183??+?+?+

=

KPa 45.300=

KPa f KPa P a K 27.23445.183=<=

KPa f KPa p a k 12.2812.142.300max =<= ，因为太多，a k f p 2.1max < 调整故可重新调整截面尺寸， 取m b 3= m L 4=。

w w G k h r d r L

b F

p -+?=

KPa 0.176= 2

max 6l

b Mk p p k k ?+

=∑

()2

4

35.2125125.0158433460.176??+?+?+

= KPa 06.281=

KPa f KPa p a k 3.2340.176=<= KPa f KPa p a k 1.2812.106.281max =<=

故 满足要求。 取m b 3= m L 4=。

3.3 C 轴线④号基础尺寸的确定： 其柱底荷载取值为KPa F 1782= KPa M

386= KPa V 108=，按设计

要求选择③土层为持力层，即粘土为持力层，KPa f ak 180=。

3.3.1 确定基础的埋深。

① 由室内地面标高算起及考虑到室内外高差为0.45m.范围内为杂

填土。

② 其上有两个土层分别厚度为0.5m 1.2m

③ 按满足基础埋深的五个条件，最终取m d 5.2=。 则 其计算简图如下：

m

h 15.245.02.15.0=++

=

3.3.2 地基承载力的计算。

()5.0-+=d r f f m d ak a η 因为持力层为粘土层 故 6.1=η

()()5

.235

.0104.192.010*********.0?-+?-+?+?=

m r

396.16m

KN =

故 ()5.0-+=d r f f m d ak a η

()5.05.296.166.1180-??+= KPa 3.234=

3.3.3 确定基础的截面尺寸。 ()w

w G a k

h r d r f F A +-=4.1~1.1

()

55

.0105.22027.2341782

4.1~1.1?+?-=

()4.94.1~1.1?= 2)1.13~3.10(m =

故 取m b 3= m L 3.4=。因为m b 3=，故不对a f 进行宽度上的修正。

3.3.4进行承载力的验算：

w w G k h r d r L

b F

p -+?=

KPa 6.182=

2

max 6l b Mk

p p k k ?+=∑

()2

3

.435.2108386125.0178266.182??++??+= KPa 7.277=

KPa f KPa p a k 3.2346.182=<=

KPa f KPa p a k 1.2812.17.277max =?<= 满足要求： 故 m b 3= m L 3.4=