基础工程课程设计

某单层厂房柱下基础设计

（17号柱下基础）

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2016年6月

目录

第1章概述 (1)

1.1 设计任务 (1)

1.2设计资料 (2)

1.2.1 地基勘察资料 (2)

1.2.2 设计荷载 (4)

1.3设计依据 (4)

第2章8号柱下独立基础设计 (5)

2.1基础类型及地基持力层选择 (5)

2.2地基验算 (5)

2.2.1地基承载力验算 (5)

2.3基础立面设计 (7)

2.3.1基础高度计算 (7)

2.3.2基础配筋 (9)

第3章8号柱下桩基础设计 (10)

3.1桩基类型和桩尺寸的选择 (10)

3.2确定桩数和平面位置 (11)

3.2.1确定单桩竖向极限承载力标准值 (11)

3.2.2初步拟定桩数和平面位置 (11)

3.2.3进行桩位布置和确定承台尺寸 (11)

3.2.4考虑承台效应重新估算桩数 (12)

3.3基桩承载力验算 (13)

3.3.1求算桩顶荷载 (13)

3.3.2柱对承台的冲切验算 (14)

3.3.3角柱对承台的冲切验算 (15)

3.3.3承台受剪承载力验算 (16)

3.3.4承台受弯承载力计算 (16)

第4章基础施工 (19)

4.1浅基础施工方案 (19)

4.2桩基础施工方案 (19)

附图一扩展基础平面布置图

附图二扩展基础施工图

附图三桩基础平面布置图

附图四桩基础施工图

第1章 概 述

1.1 设计任务

一、设计题目：某单层厂房柱下基础设计 二、工程名称：??机械厂的装配车间设计

三、场地位置：建筑场地位于该机械厂厂区内，厂房平面尺寸为4224m m ?,规定室内地面标高为±0.00，相当于黄海高程455.00m ，室外地面标高为-0.15m ，柱顶标高为12.50m ，轨顶标高为9.80m 。

四、上部结构的类型尺寸：该装配车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m ，柱距6m ，车间内有2对30吨级工作制桥式吊车。见图1－1。

五、设计任务：1、完成8号柱下浅基础的设计与地基的检算。2、完成8号柱下桩基础设计。8号柱为角柱，截面形状为矩形，尺寸：长×宽=1000×400m m 。

图1-1 某厂房建筑平面图 单位：mm

1.2设计资料

1.2.1 地基勘察资料

勘察工作共完成钻孔6个，并结合钻孔取原状土样X 个进行了室内土工实验。 场地处地面平坦。据钻探揭露，17号柱下各地层的情况如下：

第①层：人工填土。以灰黑色粉土为主，伴有碎砖、炉渣等杂物的填土层。厚度为1m ，结构疏松，土质不均，平均天然重度γ=17.1kN/m 3。

第②层：粉质粘土。厚度为9.90m ，硬塑~可塑，土质较均匀。土质指标：

w =27.85%,γ=19.8kN/m

3

,s G =2.73,e =0.776,L w =30.65%，P w =19.72%,

P I =10.93,L I =0.75,V a =0.28,?=22°3′,c =6.61kPa 。

第③层：粘土。呈黄黑色，没有钻透，据调查厚度在10m 以上。土质均匀，可塑~硬塑。土质指标：w =28.95%,γ=19.5kN/m 3,s G =2.73,e =0.805,L w =48.3%，

P w =29.64%,P I =18.66,L I ＜0,V a =0.23,?=16°51′,c =9.60kPa 。

场区地下水属潜水，初见水位在2.5~3.1m 深处，稳定水位在2.9~3.9m 深处。地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。

根据钻探及室内土工实验的情况分析第①层杂填土不宜用作建筑物地基。建议把基础埋置在强度较高的第②层粉质粘土或第③层粘性土中。其地基承载力标准值分别为：

第②层：f k =200kPa 第③层：f k =220kPa

22.0

432.30

11.0

③

1#1.2

①

②

454.30

②

18.0

436.60

10.8

③

5#

0.9

454.60①

10.7

11.5

443.30

0.6

454.80

6#

图1-3 II —II 地质剖面（m ）

1.2.2 设计荷载

1. 设计柱在地面处的截面内力取值如下：（横向计算）：

荷载组合编号： L11 L12

240kN m 1400kN

40kN K K K

M F H =???

=??=? 350k N m

2100k N

60k N M F H =???

=??=?

纵向是指沿车间的长轴方向，横向是指沿车间的短轴方向。弯矩M 以

柱子的外侧受拉为正，剪力H 以指向车间内部为正。荷载项中带下标K 者表示荷载效应的标准组合，否则为荷载效应的基本组合。 2. 基础梁上的荷重

基础梁上的荷重（包括基础梁自重）按30kN/m 计算，梁的横截面尺寸如图1-4，梁与柱之间的净距为20mm ，置于柱子外侧的基础顶面（浅基础）或承台（桩基础）上。 设计基础为角柱基础，根据车间平面布置图，基础

1.3设计依据

1. 中华人民共和国国家标准．建筑地基基础设计规范，GB 50007—2002

2. 中华人民共和国国家标准．建筑桩基技术规范，JGJ94-94

3. 吴兴序主编. 基础工程．西南交通大学出版社，2007

第2章 17号柱下独立基础设计

2.1基础类型及地基持力层选择

由于所设计的8号柱为角柱，其上的荷载比一般的边柱要大，考虑到所设计

的厂房的基础埋深，设计时采用扩展基础以减小基础埋深。

根据钻探及室内土工实验的情况分析第①层杂填土不宜用作建筑物地基。建议把基础埋置在强度较高的第②层粉质粘土或第③层粘性土中，根据地层情况，第②层土层厚度较深且土质较好，同时地下稳定水位为2.9~3.9m ，故基础持力层取为第②层土，且置于地下水位以上，埋深初拟为1.5m(到室外地面)故将第②层粉质粘土作为持力层。

2.2地基验算

2.2.1地基承载力验算

1. 确定基础尺寸

持力层土承载力先只进行深度修正： 持力层土：e=0.7760.85

粉质粘土查规范表得承载力修正系数：d η=1.6，b η=0.3

稳定水位为2.9~3.9m ，对于基底以上土不考虑地下水的影响，取基础底面以上土的加权平均重m γ，则

3/185

.18

.19)15.1(1.171m kN m =?-+?=

γ；

kPa d f f m d ak a 8.228)5.05.1(186.1200)5.0(=-??+=-+=γη

先按中心荷载计算，有；2195.75

.1208.228180

1400m H

r f F A G a K =?-+=

-=

将基底面积扩大为A=1.2A1=9.52m2

基础尺寸拟为b ?l=3m ?3.6m=10.8m2，由于基底的最小尺寸为3m ，因此不需要对进行修正。 2. 承载力及偏心距验算 F 1k =30?6=180kN

竖向力：Fk+F1k+Gk=1400+180+3?3.6?1.575?20=1920.2kN

弯矩： Mk=240+180×（0.25/2+0.5+0.02）+40×1.575=419.1kN ·m

k

k

k 1min

max W M

A G F F p k k k k ±++=

2

6.30.36

1.4198.10

2.1920??±

=

???≥=≤=08.177076.2752.148.242kPa kPa

f kPa a ，故承载力和偏心距满足要

求

偏心距：6.06

22.02.19201.419k 1=<==++=

b

G F F M e K K K 满足要求

由地勘资料可知，下卧层承载力较持力层的大，故无需进行下卧层承载力验算；基地尺寸3m×3.6m 能够满足承载力要求。

图2-1 荷载计算简图

2.3基础立面设计

2.3.1基础高度计算

1. 基础高度确定

基本组合M=350+180×（0.25/2+0.5+0.02）+60×1.575=560.6kN ·m Fk+F1k=2100+180=2280kN 。 从而基底净反力：

W M A F p k k ±=

min

max 26.30.36

6.5608.102280??±=?

?

?=kPa kPa 6.12462.297

图2-2柱下抗冲切计算简图

初步拟定基础高度为h=600mm ；按《地基规范》要求，铺设垫层时保护层厚度不小于50mm ，因此假设钢筋重心与混凝土外表面的距离为50mm ，故钢筋有效高度为mm h 5500=。 2. 抗冲切破坏验算

（1）柱下抗冲切破坏验算（计算简图见2-2）

mm a 950550440m =+=2

20088.0)2

2

(

)2

2

(

m h a l

l h b b

A t

t

l =--

---

=近似取kPa p p j j 62.297max ==

则kN A p F l j l 9.26188.062.297=?== 基础混凝土采用C20，其MPa f t 1.1=，βhp =0.94；

kN F kN h a f l m t hp 9.2613.35055.088.0101.194.07.07.030=>=?????=β 因此满足抗冲切破坏要求。

2.3.2基础配筋

m a a t 4.0=='，m b b t 0.1=='，m b b a 3.12

='

-=

I

kPa

p p b

a b p p j j j 14.235)6.12462.297(6

.33

.16.36.124)(min max min =-?-+

=--+

=I

I

m

kN l p p p p a l a M j j ?=-++'+=

I I I I 59.506])())(2[(12

1max max 2

m

kN p p b b a l M j j ?=+'+'-=II 59.487)

)(2()(48

1min max 2

抗弯钢筋的配置：采用HPB335级钢筋，其fy=300MPa （1）沿长边方向M=MI AsI=3168mm2

最小配筋率：%

2.0%}300

1

.145.0%,2.0max{}45.0%,2.0max{min =?==y t f f ρ 则最少配筋：

2

min 3300)3000550(%2.0mm A A S =??==ρ

取S s A A =1 配筋120@922φ

（2）沿短边方向M=M II A sII =3027mm2 最少配筋：

2

min 3960)3600550(%2.0mm A A S =??==ρ

取A SII =A s 配筋 180@1622φ

综合的计算的配筋：长边方向120@922φ 短边方向180@1622φ

第3章8号柱下桩基础设计

3.1桩基类型和桩尺寸的选择

根据地质资料确定承台埋深1.5m，并初步选定采用钢筋混凝土预制方桩，桩的截面尺寸选为400mm×400mm。由于地面以下很大深度没有基岩（d>20m），所以采用摩擦桩，分析地质资料，选第②层土作为持力层，取桩长为8.0m（桩不穿透第②层土），桩基的土层分布如图3-1所示。

图3-1 桩的土层分布

3.2确定桩数和平面位置

3.2.1确定单桩竖向极限承载力标准值uk Q

由规范查得桩的极限侧阻力标准值kPa q sik 47=

桩的入土深度9.5m ，查规范得桩的极限端阻力标准值kPa q pk 1000=。 故单桩竖向极限承载力标准值为：

p pk i sik pk sk uk A q l q u Q Q Q ?+?=+=∑

∑=???==kN l q u Q i sik Sk 6.6018474.04

kN A q Q p pk pk 1604.04.01000=??== 由于桩的布置和数目未知，先不考虑承台效应，则有:

601.6160

380.82uk a Q R kN K +=

==

3.2.2初步拟定桩数和平面位置

初步拟定桩数时，先不考虑群桩效应，根据单桩的竖向极限承载力特征值

由于承台尺寸未定，可将竖向荷载放大10%考虑承台及其上填土的自

重，则有：56.48

.380）1801400（1.1=+?==

a K R F n ，为了方便桩的布置，取n=6。 3.2.3进行桩位布置和确定承台尺寸

桩在平面上采用行列式布置，根据《桩基规范》可知基桩的最小中心距

，

取x 方向的中心间距为1.2m ，y 方向的中心距为1.2m ；取边桩中心至承台边缘距离为0.5m ，承台边缘至桩的外边缘距离为，符合

有关规范要求。

承台场边和短边距离分别为：

，

初步拟定承台高度h=800mm ，为保证群桩与承台连接的整体性，桩顶嵌入承台长度为50mm ，钢筋保护层厚度为35mm ，承台的有效高度

具体尺寸如图3.2所示

图3.2桩的布置图

3.2.4考虑承台效应重新估算桩数

34.02.1==d s a 和4.0275.082.2≤==l B c 用内插法查表可得：

，

因承台底土层为单一土层，故；

考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值为：

c ak c a A f R R η+=

KN 30.477)4.04.062.24.3(20007.08.380=??-???+=

重新估算桩数：1.430

.4772

.24.3575.1201725=???+=+=

R G F n K K 故初拟桩数满足要求，不再调整。

3.3基桩承载力验算

3.3.1求算桩顶荷载

竖向力kN G F K K 62.18152.24.3575.1201801400=???++=+ 承台底所受的弯矩

()()m

kN M ?=++?++?+=1.41902.05.02/25.0180075.05.140240k

则各基桩所受平均竖向力设计值为

KN R kN n G F N K K 30.4776.3026

62.1815=≤==+=

基桩的最大和最小竖向压力设计值为

∑=++=

61

2

i i

k max i K K x x M n

G F N

572.76KN 1.2R kN 9.3892

.142

.11.4196.3022

=≤=??+

=

∑=-+=

61

2

i i

k min i K K x x

M n

G F N kN 3.2152

.142

.11.4196.3022

=??-

=满足要求。

基桩的水平承载力验算：kN n H H 156

801===

，由于其值较小，因此无需验算考虑群桩效应的基桩水平承载力设计值。

3.3.2柱对承台的冲切验算

承台混凝土选用C20，其

，钢筋选用HRB335，

由设计的尺寸有，m h 715.00=，m a x 5.00=，m a y 2.00=，故得 0000.5

0.700.715

x x a h λ=

==（介于0.25和1.0之间） 00.84

0.930.70.2

x β=

=+

000

0.2

0.2800.715

y y a h λ==

=（介于0.25和1.0之间） 00.84

1.75

0.280.2

y β=

=+ 因800h mm =，故可取 1.0hp β=

00000

2[()()]2[0.93(0.40.2) 1.75(1.00.5)] 1.011000.7155006.862200303.752503.75x c y y c x hp t b a h a f h KN F KN

βββ+++=??++?+???=>=+= 满足要求。

图3.3柱下承台冲切换算示意图

3.3.3角柱对承台的冲切验算

从角柱内边缘至承台外边缘距离120.7c c m ==，100.5x x a a m ==，

100.7x x λλ==，100.2y y a a m ==，100.28y y λλ==，故得：

110.560.56

0.620.20.70.2x x βλ=

==++

110.560.56

1.170.20.20.2

y y βλ=

==++

1112110

[()()]22

0.20.5

[0.62(0.7) 1.17(0.7)] 1.011000.71522

1264.3y

x

x y hp t a a c c f h KN

βββ+

++

=?++?+???=

因∑=+=61

2

i i

y max i x x M n

F

N KN

3.1264kN 3.5122.142

.1）3.160645.0243350（623432

≤=???+?++=

满足要求。

3.3.3承台受剪承载力验算

剪跨比与以上冲跨比相同，故对I-I 斜截面：00.7x x λλ== 故剪切系数： 1.75 1.75

1.0310.71αλ=

==++

因0715800h mm mm =<，故可取0800h mm =，得 1.0hs β=

KN

N KN f 8.7792＞2.1782715.02.2110003.10.1h b max 00t hs ==????=αβ满足要求。

II-II 斜截面λ=0.28计有 1.75 1.75

1.3610.281

αλ=

==++大于I-I 斜截面的剪切系数a ，故II -II 斜截面其受剪承载力更大，故满足要求。

3.3.4承台受弯承载力计算

m 12.5057.08.3602y ?=??=KN M

0468.0715

22006.91012.5052

6

2

=???==

h b f M c y s α 976.0)0468.0211(5.0)211(5.0=?-+=-+=s s αγ

2602413715

976.03001012.505mm h f M A s y S =???==γ

最小配筋率：%

2.0%}300

1

.145.0%,2.0max{}45.0%,2.0max{min =?==y t f f ρ 则最少配筋：

2

min 3520)2200800(%2.0mm A A S =??==ρ

选用1418@120φ，则23563sx A mm =，沿平行x 轴方向均匀布置。

m 04.5664.07.4713y ?=??=KN M

0524.0715

22006.91004.5662

6

2

=???==

h b f M c y s α 973.0)0524.0211(5.0)211(5.0=?-+=-+=s s αγ

2602740715

963.03001004.566mm h f M A s y S =???==γ

则最少配筋：

2

min 5440)3400800(%2.0mm A A S =??==ρ

选用1820@120φ，则25654sx A mm =，沿平行y 轴方向均匀布置。

图3.4承台受弯与受剪计算图