土力学与地基基础课程设计.docx

土力学与地基基础课程设计.docx

《土力学与地基基础课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学与地基基础课程设计.docx（15页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

土力学与地基基础课程设计

《土力学与地基基础》

课程设计

学生姓名:

指导教师：

高峰

学生班级：

10建工对口

设计时间：

2012年06月日

山西大同大学煤炭工程学院

设计所需数据

地基岩土物理学参数表1

土层编号

土的名称

重度

孔隙比e

液性指数

粘聚力c

内摩擦角

压缩模量

标准贯入锤击数N

承载力特征值

①

杂填土

18

--

--

--

--

--

--

--

②

粉质粘土

20

0.65

0.84

34

13

7.5

6

130

③

黏土

19.4

0.58

0.78

25

23

8.2

11

180

④

细砂

21

0.62

--

--

30

11.6

16

240

⑤

强风化砂质泥岩

22

--

--

--

--

18

22

300

柱网布置图

地基岩土物理力学参数表表2

地

层

代

号

土

名

天然地基土

重度（γ）

孔隙比

（e）

凝聚力

（c）

内摩

擦角

（Φ）

压缩

系数

（a1-2）

压缩

模量

（Es）

抗压

强度

（frk）

承载力特征值

（fak）

KN/m³

度

①

杂填土

18

②

粉质粘土

20

0.65

34

13

0.20

10.0

130

③

粘土

19

0.58

25

23

0.22

8.2

210

④

全风化砂质泥岩

20

22

30

0.8

230

⑤

强风化砂质泥岩

22

20

25

3.0

300

⑥

中风化砂质泥岩

24

15

40

4.0

620

柱底荷载标准值表3

题号

Fk（KN）

Mk（KN•m）

Vk（KN）

A轴

B轴

C轴

A轴

B轴

C轴

A轴

B轴

C轴

1

975

1548

1187

140

100

198

46

48

44

2

1032

1615

1252

164

125

221

55

60

52

3

1090

1730

1312

190

150

242

62

66

57

4

1150

1815

1370

210

175

271

71

73

67

5

1218

1873

1433

235

193

297

80

83

74

6

1282

1883

1496

257

218

325

86

90

83

7

1339

1970

1560

284

242

355

96

95

89

8

1402

2057

1618

231

266

377

102

104

98

9

1534

2140

1677

335

288

402

109

113

106

10

1598

2205

1727

365

309

428

120

117

114

柱底荷载效应基本组合设计值表3

题号

F（KN）

M（KN•m）

V（KN）

A轴

B轴

C轴

A轴

B轴

C轴

A轴

B轴

C轴

1

1268

2012

1544

183

130

258

60

62

58

2

1342

2100

1627

214

163

288

72

78

67

3

1418

2250

1706

248

195

315

81

86

74

4

1496

2360

1782

274

228

353

93

95

88

5

1584

2435

1863

306

251

386

104

108

96

6

1667

2448

1945

334

284

423

112

117

108

7

1741

2562

2028

369

315

462

125

124

116

8

1823

2674

2104

391

346

491

133

136

128

9

1995

2783

2181

425

375

523

142

147

138

10

2078

2866

2245

455

402

557

156

153

149

一．设计资料：

B轴柱底荷载

柱底荷载效应标准组合值FK=1873KNMK=193KN.MVK=1.8KN

柱底荷载效应基本组合值F=2435KNM=251KN.MV=108KN

持力层为③土层承载力特征值fak=180kg

地下水位深度位于地表下1.5m

框架柱截面尺寸500mm*500mm

室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm

二．基础设计

1选择基础材料

基础采用C25混凝土，HpB235级钢筋，预估基础高度0.84m

2.选择基础埋置深度

取基础底面高时最高取至持力层下0.5m,本设计取③土层为持力层，所以考虑取室外地坪的基础底面为0.5+1.2+0.5=2.2m,基础剖向示意图如下

3.求地基承载力特征值fa

③土层为粘土层e=0.58IL=0.78得ηb=0.3ηd=1.6

1号土层重度r1=18*0.5=9KN/m3

2号土层重度r2=20*1+（20-10）*0.2=22KN/m3

3号土层重度r3=9.4*0.5=4.7KN/m3

由此可得基底以上加权平均重度为rm=r1+r2+r3/2.2=16.23KN/m3

持力层承载力特征值fa为（未考虑宽度修正）

fa=far+ηdrm（d-0.5）=180+1.6*16.23*（2.2-0.5）=224.15KPa

4.初步选择基底尺寸

取荷载标准值Fk=1873KNMk=193KN*mVk=83KN

基础底面积为

Ao=FK/（fa-rad）=1873/（224.15-20*2.2）=10.38m2

ra基础及回填土平均重度，一般取20KN/m2

d按室外地面算起

考虑偏心荷载的影响，基础面积加大范围为（10%-40%）

此处按10%增大面积

A=1.1Ao=1.1*10.38=11.422

将面积增大后，以适当的比例选定基础长度和宽度，宽度b为

b=（1.1~1.3）√fk/n（fa-rGd）￣

n=l/b基础长宽比，对矩形界面一般取n=1.2~2.0

此处取n=1.5

b=1.1√1873/1.5（224.5-20*2.2）=2.89m

l=A/b=11.42/2.89=3.95m

且b=2.89m<3m不需要对fa修正

5.验算持力层地基承载力

基础和回填土重

Gk=radA=20*2.2*11.42=502.48KN

偏心距为

ek=M/（FK+GK）=（193+83*1.8）/（1873+502.48）=0.11m

PKminKmax=（FK+GK）（1±6ek/l）/lb=（1873+502.48/11.42）[1±（6*0.11）/3.95]=280（1±0.17）=327.6232.4

基底应力验算

1/2（PKMAX+PKMIN）=1/2（327.6+232.4）=280>fa=224.15不安全

PKMAX=327.16>1.2fa=268.98不安全

因此，重新设计尺寸。

6.重新设计基地尺寸

中心荷载作用基底面积计算同前Ao=10.38m2

考虑偏心不利影响

加大基础底面积20%

A=1.2Ao=12.456m2

取b=2.89ml=4.31m

Gk=dArG=12.456*2.2*20=548.06KN

PKMAXKMIN=[（Fk+Gk）*（1±6eK/l）]/l*b=224.13/164.61

基地应力验算

1/2（Pkmax+Pkmin）=1/2（224.13+164.61）=194.37KN

Pkmax=224.13<1.2fa=268.98安全

故确定l=4.31mb=2.89m

7计算基底净反力

取柱底载荷基本组合体F=2435KNM=251KN.mV=108KN

*净偏心距为eno=M/N=251+108*0.8/2435=0.14m

基础边缘处的最大和最小净反力为PNMAXNMIN=F[1±（6eno/l）]/lb=195.49（1±0.20）=234.59Kpa156.39Kpa

8基础高度（采用阶梯形基础）

柱边基础截面抗冲切验算

①基础交接处②基础变阶处

4①l=4.31b=2.89bt=at=0.5m

取2个台阶每个420mmho=h-40=840-40=800mm（有垫层），则

ab=at+2h0=0.5+2*0.80=2.10m

am=（at+ab）/2=（500+2100）/2=1300mm

因偏心变压Pn取Pnmax=234.59Kpa

Fl=Pnmax[（L/2-at/2-ho）]b-（b/2-bt/2-ho）2]

=234.59[（4.31/2-0.5/2-0.80）2.89-（2.89/2-0.5/2-0.80）2]

=234.59（3.19-0.16）=710.81KN

抗冲切力为0.7Bhpftamho=0.7*1.0*1.27*103*1.3*0.8=924.56KN>Fl满足要求

②at=b1=1.6ma1=2.10h01=410-40=370mm

所以ab=at+2h01=1.6+2*0.37=2.34m

取ab=2.34m

am=（at+ab）/2=（1.6+2.34）/2=1.97m

冲切力为Fl=Pnmax[（l/2-a1/2-h01）b-（b/2-b1/2-h01）2]

=234.59[（4.31/2-2.10/2-0.37）2.89-（2.89/2-1.6/2-0.37）2]

=234.59（2.12-0.08）=478.56KN

抗冲切力为0.7Bhpftamho=0.7*1.0*1.27*103*1.97*0.37=648.00>FL满足需求

9.配筋的计算

选用HPB23级钢筋fy=210N/nm2

（1）对于I-I截面柱边净反力为

PnΙ=Pnmin+（1+ac）/2l（Pnmax-Pnmin）=156.39+（1+0.5）*（234.59-

156.39）/2*4.31

=156.39+0.17*78.2=169.68Kpa

悬臂部分净反力平均值

1/2（Pnmax+PnI）=1/2（234.59+169.68）=202.14Kpa

弯矩为MI=1/24[（Pnmax+PnI）/2]（l-ac）2（2b+bc）

=1/24（234.59+169.68/2）（4.31-0.5）2（2*2.89+0.5）=768.01KN.m

AsI=MI/（0.9fyho）=768.01*106/0.9*210*800=5079.43nm2

对于III—III截面

PnIII=Pnmin+l+a1/2l（Pnmax-Pnmin）=156.39+（1+1.95）*（234.59-156.39）/2*4.31

=183.15

MIII=（Pnmax/2+PnIII）（l-a1）2（2b+b1）/24

=（234.59/2+183.15）（4.31-2.10）2（2*2.89+1.6）/24

=300.45*4.88*7.38/24

=450.86KN.m

AsIII=MIII/0.9fyh01=450.86*106/0.9*210*370=6447.30nm2

比较AsI和AsIII配筋，实际配筋Φ22@120则钢筋根数

n=2890/120+1=25

As=304.1*25=7602.5mm2>7460.76mm2

（2）基础短边方法，因为该基础受单向偏心荷载所以在基础短边方向基底反力可按均布分布计算

Pn=1/2（Pnmax+Pnmin）=1/2（234.59+156.39）=195.49KPa

对于II—II截面（柱边）

MII=Pn*（b-bc）2（2l+ac）/24=195.49*（2.89-0.5）2（2*4.31+0.5）/24=460.58KN.m

AsII=MII/0.9fyho=460.58*106/0.9*210*800=3046.16mm2

对于IV-IV截面（变阶处）有

MIV=Pn（b-b1）2（2l+a1）/24=195.49（2.89-1.6）2（2*4.31+2.10）/24

=8.15*1.66*10.72=145.03KN.m

AsIV=Mw/0.9fyho1=145.03*106/0.9*210*370=2073.93mm2

比较AsII和AsIV选用AsII配进实际配Φ16@175

N=4310/175+1=26

As=114.9*26=2989.4≈3046.16mm2

10.确定配筋大样图

11确定A.C两轴柱子基础底面尺寸

5#A.C两柱基础底荷载如下

A轴FK=1218KNMK=235KN.mVk=80KN

C轴Fk=1433KNMk=297KN.mVk=74KN

由前面计算得持力层承载力特征值fa=224.15Kpa

计算基础和回填土重Gk时d=2.2mA轴基础底面积为

Ao=Fk/fa-rad=1248/224.15-20*2.2=6.93m2

基础底面积按20%增大即

A=1.2Ao=1.2*6.93=8.31

初步选定A=2.8*3.0=8.4m2>A且b=2.8m不需对fa修正

C轴基础底面积为

Ao=Fk/fa-rad=1433/224.15-20*2.2=7.95mm2

按20%对基础面积增加

A=1.2Ao=9.55m2

初步选定A=3.2*3.0=9.6>9.55,且b=3m不需对fa修正

12验算持力层地基承载力

对A轴基础和回填土重

Gk=radA=20*2.2*8.4=369.6KN

偏心距ek=M/Fk+Gk=235+80*0.8/1218+369.6=0.19

PkmaxKMIN=（Fk+Gk）*（1±6ek/l）=（1218+369.6）（1±6*0.19/3.0）/8.4

=189（1±0.38）=260.82KPa—117.18KPa

1/2（Pkmax+Pkmin）=1/2（260.82+117.18）=189<224.15

Pkmax=260.82<1.2fa=268.98KPa

所以最后确定基础长3.0m宽2.8m

对于C轴

Gk=radA=20*2.2*9.6=422.4KN

ek=M/Fk+Gk=297+74*0.8/（1433+422.4）=0.19m

Pkmaxkmin=（Fk+Gk）（1±6ek/L）/A=（1433+422.4）（1±*0.19/3.2）/9.6

=193.27（1±0.36）=262.85KPa—123.69KP

1/2（Pkmax+Pkmin）=1/2（262.85+123.69）=193.27KPa

Pkmax=262.85<1.2fa=268.98KPa

所以取后确定基础长3.2m宽3.0m

13，图纸绘制