土力学与基础工程课程设计

基础工程课程设计任务书

一、教学要求

根据本课程教学大纲的要求，学生应通过本设计掌握天然地基上的浅基础设计的原理与方法，培养学生的分析问题、实际运算和绘制施工图的能力，以巩固和加强对基础设计原理的理解。

二、设计任务

设计四川南充某办公楼的基础，根据上部结构及地基条件用柱下独立基础。

三、设计要求

设计依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）和《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）。

四. 设计资料

1、上部结构资料：

上部结构为四层框架，层高m 2.3，框架、主梁、次梁、柱为现浇整体，主梁28030cm ?，次梁26025cm ?,楼板厚cm 10,柱截面25040cm ?,室内外高差m 3.0。

2、下部地基资料：

该建筑位于非地震区,不考虑地震影响。建筑场地地质情况复杂，地质由杂填土、亚粘土、淤泥质亚粘土及细粉砂组成（表1）。各层地基土的物理力学指标见下表。

图1 柱网平面图

3、基础选用材料：

基础混凝土选用20

C，100厚。

C，钢筋选用335

HRB，垫层采用素混凝土15

五．设计步骤

1、根据地质条件确定基础的埋置深度

2、根据地基承载力与荷载计算基底面积，并进行软弱下卧层验算：

对于偏心受压基础两边长之比一般L/B≤2，最大不超过3。

3、根据建筑层数及地质条件确定基础类型

4、地基变形验算

5、基础剖面设计与结构计算

（1）按冲切强度要求，设计底板高度。

（2）根据柱边或变阶处的弯矩值进行底板配筋计算。

6、绘制基础施工图，编写施工说明书。

设计要求：

1、设计A、B、C柱下独立基础；

2、计算A、B、C柱下独立基础，并按容许变形值调整基底尺寸；

3、绘制施工图（基础平面图（局部）,基础详图）及编写施工说明。提示：

1、熟悉题目要求及场地工程地质条件；

2、选择持力层、确定基础埋深；

3、确定基础类型及材料；

4、按容许承载力确定基础尺寸；

5、下卧层强度验算；

6、分别计算A、B、C柱基础沉降；

7、按允许沉降差调整基底尺寸；

8、基础高度验算；

9、配筋计算；

10、绘制施工图。

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY

本科课程（设计）

题目：土力学与地基基础课程设计

学院：工学院

姓名：

学号：

专业：工程管理

班级：

指导教师：职称：

二 0 一五年六月

1 基本条件确定............................. 错误!未定义书签。

2 确定基础埋深............................. 错误!未定义书签。

3 确定基础类型及材料....................... 错误!未定义书签。

4 确定基础底面尺寸......................... 错误!未定义书签。确定B柱基底尺寸.......................... 错误!未定义书签。确定C柱基底尺寸.......................... 错误!未定义书签。

5 软弱下卧层验算........................... 错误!未定义书签。 B柱...................................... 错误!未定义书签。 C柱...................................... 错误!未定义书签。

6 计算柱基础沉降........................... 错误!未定义书签。 B柱...................................... 错误!未定义书签。 C柱...................................... 错误!未定义书签。

7 按允许沉降量调整基底尺寸................. 错误!未定义书签。

8 基础高度验算............................. 错误!未定义书签。 B柱基础高度验算.......................... 错误!未定义书签。 C柱基础高度验算.......................... 错误!未定义书签。

9 配筋计算................................. 错误!未定义书签。 B柱配筋计算.............................. 错误!未定义书签。 C柱配筋计算.............................. 错误!未定义书签。

1 基本条件确定

人工填土不能作为持力层，选用亚粘土作为持力层。

2 确定基础埋深选择基础埋深

根据设计任务书中给出的数据，人工填土d 1.5m =，

因持力层应选在亚粘土层处，故取0m .2d = 3 确定基础类型及材料基础类型为：柱下独立基础基础材料：混凝土采用C25，钢筋采用HPB235。

4 确定基础底面尺寸根据亚粘土

e=，l I 0.65=，查表得0, 1.0b d ηη==。因d=2.0m 。基础底面以上土的加权平均重度： 1[18.0 1.519.0(2.0 1.5)]/2.018.25o γ=?+?-=3/m KN

2 地基承载力特征值a f （先不考虑对基础宽度进行修正）：

11(0.5)150 1.018.25(2.00.5)177.38a a d m f f d ηγ=+?-=+??-=a KP 确定B 柱基底尺寸

20240017.47.177.3820 2.0

K a G F A m f d γ≥==--?由于偏心力矩不大，基础底面面积按20％增大，即A=0A =2m 。一般l/b=～，初步选择基础底面尺寸：

25.4 3.921.06m 3.9A l b b m =?=?==，虽然≤m 3,但b η=0不需要对a f 进行修正。

4.1.1持力层承载力验算

基础和回填土重：20 2.021.06842.4G G dA KN γ==??= 偏心距：2100.0652400842.4k e m ==+

== 基础底面处的平均压力值： 2400842.4153.96177.3821.06K K K a F G P KPa f KPa A ++=

==<= 基础底面边缘的最大压力值：

max 660.065(1)153.96(1)165.08KPa 1.2212.865.4

K K k a F G e P f KPa A l +?=+=?+=<= 基础底面边缘的最小压力值：

min 660.065(1)153.96(1)142.8405.4

k k k F G e P KPa A l +?=-=?-=>满足要求。确定该柱基础底面长l=5.4m ，b=3.9m 。

确定C 柱基底尺寸

20180013.10.177.3820 2.0

K a G F A m f d γ≥==--?由于偏心力矩不大，基础底面面积按30％增大，即A=0A =2m 。一般l/b=～，初步选择基础底面尺寸：

25.2 3.317.16m , 3.33m,A l b b m =?=?==>虽然不需要对a f 进行修正。

4.2.1持力层承载力验算

基础和回填土重：20 2.017.16686.4G G dA KN γ==??= 偏心距：250l 5.2

0.1010.867m 1800686.466

k e m =

=<==+

基础底面处的平均压力值： 1800686.4

144.9177.3817.16

K K K a F G P KPa f KPa A ++=

==<= 基础底面边缘的最大压力值：

max 660.101(1)144.9(1)161.79 1.2212.865.2k k k a F G e P KPa f KPa A l +?=

+=?+=<=基础底面边缘的最小压力值：

min 660.101

(1)144.9(1)128.0105.2

k k k F G e P KPa A l +?=

-=?-=>满足要求。确定该柱基础底面长l=5.2m ，b=3.3m 。

5 软弱下卧层验算

B 柱

软弱下卧层顶面处自重应力：

18.01.519.0 6.5150.5cz P KPa =?+?=

软弱下卧层顶面以上土的加权平均重度：

22150.5

18.81/8.0

m KN m γ=

= 由灰褐色淤泥质粉质粘土l e 1.10,I 1.0, 1.0 , 0.d b ηη====查表得：

100 1.018.81(8.00.5)241.08az f KPa =+??-=

由12/5200/1000 5.2,/(8.0 2.0)/3.0 1.540.5,s s E E z b ===-=>以及查表得地基压力扩散角25.2θ=

软弱下卧层顶面处的附加压力： 1() 5.4 3.9(153.9618.25 2.0)

23.46(2tan )(2tan )(5.42 6.0tan 25.2)(3.92 6.0tan 25.2)

K m Z lb P d P KPa l z b z γθθ-??-?=

==+++??+?验算：

23.46150.5173.96241.08.az Z CZ P P KPa f KPa +=+=<=（满足）

5.2 C 柱

软弱下卧层顶面处自重应力：

18.01.519.0 6.5150.5cz P KPa =?+?=

软弱下卧层顶面处的附加压力：

1() 5.2 3.3(144.918.25 2.0)

19.17(2tan )(2tan )(5.22 6.0tan 25.2)(3.32 6.0tan 25.2)

K m Z lb P d P KPa

l z b z γθθ-??-?=

==+++??+??验

算：19.17150.5169.67241.08.az Z CZ P P KPa f KPa +=+=<=（满足）

6 计算柱基础沉降

B 柱

基础底面处的自重应力：118.25 2.036.5cz m d KPa σγ=?=?= 基底压力：2280842.4

148.9720.96

F G P KPa A ++=

== 基底附加压力：0148.9736.5112.47CZ P P KPa σ=-=-= 6.1.1 确定基础沉降计算深度n Z

因为不存在相邻荷载的影响，可按下式估算基础沉降计算深度n Z ：

(2.50.4ln ) 3.9(2.50.4ln 3.0)7.637.6n Z b b m m =-=?-=≈

因 2b=3.94<≤，故 z 0.6m ?=。按该深度，沉降量计算至淤泥质亚粘土层。 6.1.2 沉降计算

沉降计算见表。其中α应用 “角点法”，即将基础分为4块相同的小面积，查表时按

,22b z

b l b l =查，查得的平均应力系数应乘以4。 6.1.3 n Z 校核

根据规范规定，0.6,z m ?=计算出0.569,n s mm ?=并除以

∑?i

（179.29mm ），得

<，表明所取n Z =10.6m 符合要求。

表 B 柱基础最终沉降量计算

确定沉降经验系数s ψ

压缩层范围内土层压缩模量的平均植：

()

011011()

()

/4176.4

0.60380.98590.005062618.8 2.62i

i i i i s i

si i i i i si A

P z z E A

E P z z E KPa MPa

αααα-----=

-??

=++==∑∑∑∑ 0112.47KPa 0.750.75150112.5ak P f KPa =<=?=，查表得s ψ=

则基础最终沉降量：

1.09179.29105.43s i S s mm ψ=?=?=∑

6.2 C 柱

基础底面处的自重应力：118.25 2.036.5cz m d KPa σγ=?=?= 基底压力：1620686.4

134.4117.16

F G P KPa A ++=

== 基底附加压力：0134.4136.5097.91CZ P P KPa σ=-=-= 6.2.1 确定基础沉降计算深度n Z

因为不存在相邻荷载的影响，可按下式估算基础沉降计算深度n Z ：

(2.50.4ln ) 3.3(2.50.4ln 3.3) 6.67 6.7n Z b b m m =-=?-=取

因 4b 2≤<，故 6m .0z =?。按该深度，沉降量计算至淤泥质亚粘土层。 6.2.2 沉降计算

沉降见表。其中α应用 “角点法”，即将基础分为4块相同的小面积，查表时按2

,22b z

b l b l =查，查得的平均应力系数应乘以4。

表 C 柱基础最终沉降量计算

6.2.3 n Z 校核

根据规范规定，,6.0m z =?计算出0.046,n s mm ?=并除以∑?i

91.656mm ），得<，表明所

取n Z =6.7 m 符合要求。

6.2.4 确定沉降经验系数s ψ

()

011011()()

/3318.38

0.93648

3541.57 3.54i

i i i i s i si i i i i si A

P z z E A E P z z E KPa MPa

αααα-----==

-??

==∑∑∑∑

097.910.750.75150112.5ak P f KPa =<=?=，查表得s ψ=

则基础最终量： 1.030791.65694.47s

S s

mm ψ=?=?=∑

7 按允许沉降量调整基底尺寸

由于B 柱=s E ，C 柱=s E ，由于小于4MPa ，属于高压缩土，

B C s s s 105.4394.4710.96mm ?=-=-=0.003l 0.003650019.5mm <=?=。符合要求。

8 基础高度验算

B 柱基础高度验算

8.1.1 计算基底反力偏心距：284b 3.90.0880.65324066

n o M e m m F ?=

==<== 基础边缘处的最大和最小净反力：

max

0min 6324060.088168.89(1)(1)5.4 3.9 5.4138.8n n n e F KPa

P lb l KPa

????=

±=±=? 8.1.2基础高度（选用阶梯形基础）柱边基础截面抗冲切验算（见图1）

5.4, 3.9,b 0.4,a 0.6t c c l m b m a m m =====，初步选择基础高度h=1000㎜，从下至上分300

㎜，300㎜，400㎜三个台阶，950501000h o =-=㎜（有垫层），789.0=hp β 。

t o a 2h 0.420.95 2.3m b 3.9m

+=+?=<=，取

.2a b =，

35m .12

2.3

4.02a a a b t m =+=+=

因偏心受压max ?n n P P 取冲切力：

???

????????? ??---???? ??--=?2

00max 2222h b b b h a l P F c

c n l

5.40.6 3.90.4168.890.95 3.90.952222??

?????--?---?? ? ????????

抗冲切力： 59.053.11027.1879.07.07.03

0?????=h a f m t hp β =>。可以。结论：柱边对基础抗冲切强度满足要求。

45°

图 1

45°

柱与基础交接处

45°

图 2

45°

基础第一变阶处

45°

图 3

45°

基础第二变阶处

45°

8.1.3变阶处抗冲切验算

8.1.3.1 第一阶基础截面抗冲切验算（见图2）

10111600, 1.0,60050550, 2.5, 1.7,hp t h mm h mm a m b a m β===-====

02 1.7 2.8

2 1.720.55 2.8m b 3.9m, 2.8, 2.2522

t b t b m a a a h a m a m +++=+?=<===

==取冲切力：

???????????? ??---???? ??--=?2

011

011max 2222h b b b h a l P F n l =2

5.4 2.5 3.9 1.7168.890.55 3.90.552222??

?????--?---??

? ?????????

抗冲切力：300.70.7 1.0 1.2710 1.550.55hp t m f a h β=????? =>。可以。

8.1.3.2 第二阶基础截面抗冲切验算（见图3）

20122300, 1.0,30050250, 3.8, 2.7,

hp t h mm h mm a m b a m β===-====023 2.5

2220.25 2.5m b 3.9m, 3.5, 3.2522

t b t b m a a a h a m a m +++=+?=<===

==取冲

切

力

：??

??????? ??---??? ??--=?2

022022max 2222h b b b h a l P F n l =

25.4 4.5 3.92168.890.25 3.90.252222??

?????--?---?? ? ?????????

抗冲切力：3

00.70.7 1.0 1.2710 3.250.25hp t m f a h β=????? =>。可以。

8.2 C 柱基础高度验算

8.2.1 计算基底反力偏心距：338b 3.3

0.1390.55243066

n o M e m m F ?=

==<== 基础边缘处的最大和最小净反力： max

0min 6243060.139164.32(1)(1)5.2 3.3 5.2118.9n n n e F KPa

P lb l KPa

????=

±=±=

? 8.2.2基础高度（选用阶梯形基础）柱边基础截面抗冲切验算（见图4）

5.2, 3.3,b 0.4,a 0.6t c c l m b m a m m =====，初步选择基础高度h=1000㎜，从下至上分300

㎜，300㎜，400㎜三个台阶，950501000h o =-=㎜（有垫层），789.0=hp β 。

t o a 2h 0.420.95 2.3m b 3.3m +=+?=<=，取3m .2a b =，35m .12

2.3

4.02a a a b t m =+=+=

因偏心受压max ?n n P P 取冲切力：

??????? ??---??? ??--=?2

00max 2222h b b b h a l P F c c n l =

5.20.6 3.30.4164.320.95 3.30.952222??

?????--?---?? ? ????????

? =

抗冲切力：59.053.11027.1789.07.07.030?????=h a f m t hp β=>。可以。结论：柱边对基础抗冲切强度满足要求。

图 4

柱与基础交接处C

45°45°

45°

图 5

基础第一变阶处

45°

45°1

图 6

基础第二变阶处C

45°

8.2.3变阶处抗冲切验算

8.2.3.1 第一阶基础截面抗冲切验算（见图5）

10111600, 1.0,60050550, 2.3, 1.5,hp t h mm h mm a m b a m β===-====02 1.0 2.6

2 1.520.55 2.6m b 3.3m, 2.6, 2.0522

t b t b m a a a h a m a m +++=+?=<===

==取冲切力：

??????? ??---??? ??--=?2

011011max 2222h b b b h a l P F n l =

5.2 2.3 3.3 1.5164.320.55 3.30.552222??

?????--?---?? ? ?????????

抗冲切力：3

00.70.7 1.0 1.2710 2.050.55hp t m f a h β=?????=>。可以。 8.2.3.2 第二阶基础截面抗冲切验算（见图6）

20122300, 1.0,30050250, 4.1, 2.5,

hp t h mm h mm a m b a m β===-====

02 2.5 3.0

2 2.520.25 2.5m b 2.8m, 3.0, 2.7522

t b t b m a a a h a m a m +++=+?=<===

==取冲切力

??????? ??---??? ??--=?2

022022max 2222h b b b h a l P F n l

5.2 4.1 3.3 2.5164.320.25 3.30.252222??

?????--?---?? ? ?????????

抗冲切力：

300.70.7 1.0 1.2710 2.750.25hp t m f a h β=?????=>。可以。

9 配筋计算

选用HPB235钢筋，2

210m N f y =

B 柱配筋计算（见图7）

基础长边方向 Ⅰ-Ⅰ截面（柱边）柱边净反力

min max min 6.40.6

()138.8(168.89138.8)155.2622 6.4

c n n n n l a P P P P KPa l ???++=+

-=+-=?Ⅰ 悬臂部分净反力平均值

max 11

()(168.89155.26)162.0822

n n P P KPa +=?+=Ⅰ 弯矩

22max 111()()(2)162.08(6.40.6)(2 3.90.4)1862.89.24224

n n c c P P M l a b b KN m ?+=

-+=??-?+=Ⅰ

21101862.891010375.320.90.9210950

s y M A mm f h ?===??

Ⅲ-Ⅲ截面（第一变阶处）

min max min 6.4 2.5

()138.8(168.89138.8)159.7222 6.4

c n n n n l a P P P P KPa l ???++=+

-=+?-=?Ⅲ22max 1111()()(2)164.31(6.4 2.5)(2 3.9 1.7)989.25.24224

n n P P M l a b b KN m ?+=

-+=??-?+=ⅢⅢ

620989.25109516.590.90.9210550

s y M A mm f h ?===??ⅢⅢ

Ⅴ-Ⅴ截面（第二变阶处）

min max min 6.4 4.5

()138.8(168.89138.8)164.4222 6.4

c n n n n l a P P P P KPa l ???++=+

-=+-=?Ⅴ22max 2211()()(2)166.66(6.4 4.5)(2 3.92)270.74.24224

n n P P M l a b b KN m ?+=

-+=??-?+=ⅤⅤ

20270.74105729.950.90.9210250

s y M A mm f h ?===??ⅤⅤ

比较,s s s A A A ⅠⅢⅤ

和，应按Ⅰs A 配筋，实际配22

6814,10465.210375.32s A mm mm φ=> 9.1.2基础短边方向 Ⅱ-Ⅱ截面

因该基础受单向偏心荷载，所以在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算。取)(2

min max ??+=n n n P P P 计算。 1

(168.89138.8)153.852

n P KPa =

?+= 22max 011()()(2)161.37(3.90.4)(2 6.40.6)1103.7.24224

n n c P P M b b l a KN m ?+=

-+=??-?+=Ⅱ6

201103.7106147.030.90.9210950

s y M A mm f h ?===??ⅡⅡ

Ⅳ-Ⅳ截面（第一变阶处）

22max 1111()()(2)161.37(3.9 1.7)(2 6.4 2.5)497.91.24224

n n P P M b b l a KN m ?+=

-+=??-?+=Ⅳ6

20497.91104789.90.90.9210550

s y M A mm f h ?===??ⅣⅣ

Ⅵ-Ⅵ截面（第二变阶处）

22max 2211()()(2)161.37(3.9 2.7)(2 6.4 4.5)94.22.24224

n n P P M b b l a KN m ?+=

-+=??-?+=Ⅵ

62094.22101994.070.90.9210250

s y M A mm f h ?===??ⅥⅥ

比较，和ⅥⅣⅡA A A s s ,应按Ⅱs A 配筋，现在短边方向（5.4m 宽度范围内）配筋。但是，不能符合

构造要求。实际按构造配筋2210@75(7910),6201.56147.03s A mm mm φφ=>即

Ⅳ

Ⅵ

Ⅳ

Ⅱ

Ⅴ

ⅢⅢⅠ

Ⅰ950

1000

950

1000

950

3003006400

图 7

650

4300

650

650200650

2001

650

①Φ10＠75

②Φ14＠70

Ⅵ

Ⅳ

Ⅱ

Ⅵ

Ⅳ

Ⅱ

Ⅴ

ⅤⅢⅢ

Ⅰ

Ⅰ③Φ10＠110

850

900

850

900

850

3003005800

图 8

④Φ14＠80

3005003600

550

500

2005502001

550

1000

400300

9.2 C 柱配筋计算（见图8）

9.2.1 基础长边方向 Ⅰ-Ⅰ截面（柱边）柱边净反力

min max min 5.20.6

()118.9(164.32118.9)144.2322 5.2

c n n n n l a P P P P KPa l ???++=+

-=+-=?Ⅰ悬臂部分净反力平均值

max 11

()(164.32144.23)154.2722

n n P P KPa +=?+=Ⅰ 弯矩

22max 111()()(2)154.27(5.20.6)(2 3.30.4)952.1.24224

n n c c P P M l a b b KN m ?+=

-+=??-?+=Ⅰ

20952.1105302.70.90.9210950

s y M A mm f h ?===??ⅠⅠ

Ⅲ-Ⅲ截面（第一变阶处）

min max min 5.2 2.5

()118.9(164.32118.9)151.6522 5.2

c n n n n l a P P P P KPa l ???++=+

-=+-=?Ⅲ22max 1111

()()(2)157.99(5.2 2.3)(2 3.3 1.5)448.43.24224

n n P P M l a b b KN m ?+=

-+=??-??+=ⅢⅢ

620448.43104313.90.90.9210550

s y M A mm f h ?===??ⅢⅢ

Ⅴ-Ⅴ截面（第二变阶处）

2min max min 5.2 3.5

()118.9(164.32118.9)159.5222 5.2

n n n n l a P P P P KPa l ???++=+

-=+?-=?Ⅴ22max 2211()()(2)161.92(5.2 4.1)(2 3.3 2.5)74.29.24224

n n P P M l a b b KN m ?+=

-+=??-?+=ⅤⅤ

2074.29101572.280.90.9210250

s y M A mm f h ?===??ⅤⅤ

比较,s s s A A A ⅠⅢⅤ

和，应按Ⅰs A 配筋，实际配22

3514,5386.55302.7s A mm mm φ=> 9.2.2基础短边方向 Ⅱ-Ⅱ截面

因该基础受单向偏心荷载，所以在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算。取)(2

min max ??+=

n n n P P P 计算。 1

(164.32118.9)141.612

n P KPa =?+=

22max 011()()(2)152.97(3.30.4)(2 5.20.6)589.64 .24224

n n c P P M b b l a KN m ?+=

-+=??-?+=Ⅱ6

20589.64103283.990.90.9210950

s y M A mm f h ?===??ⅡⅡ

Ⅳ-Ⅳ截面（第一变阶处）

22max 1111()()(2)152.97(3.3 1.5)(2 5.2 2.3)262.27.24224

n n P P M b b l a KN m ?+=

-+=??-?+=Ⅳ

20262.27102523.010.90.9210550

s y M A mm f h ?===??ⅣⅣ

Ⅵ-Ⅵ截面（第二变阶处）

22max 1111()()(2)152.97(3.3 2.5)(2 5.2 4.1)59.15.24224

n n P P M b b l a KN m ?+=

-+=??-?+=Ⅵ6

2059.15101251.820.90.9210250

s y M A mm f h ?===??ⅥⅥ

比较，和ⅥⅣⅡA A A s s ,应按Ⅱs A 配筋，现在短边方向（5.2m 宽度范围内）配筋。但是，不能符合

构造要求。实际按构造配筋2210@110(4210),32973283.99s A mm mm φφ=>即