《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=