基础工程课程设计.docx

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基础工程课程设计

基础工程课程设计

岭南阁浅基础设计

设计题目：

XXXX浅基础设计

院系：

XXXX

专业：

年级：

　2014级

学号：

姓名：

指导教师：

XXXX大学

2016年XX月XX日

目录

第一篇设计资料1

1.1设计课题1

1.2设计资料1

1.2.1场地资料1

1.2.2上部结构资料2

1.2.3材料3

第二篇柱下独立基础设计3

2.1设计依据3

2.2荷载的标准组合值3

2.2.1恒载3

2.2.2活载4

2.2.3建筑基础持力层选择6

2.2.4柱下独立基础底面尺寸确定7

第三篇板设计12

3.1内板设计计算12

3.2外板设计计算14

第四篇条形基础设计16

4.1外板条形基础设计16

4.2内板条形基础设计17

第五篇变形验算17

5.1下卧软弱层验算17

5.2基础沉降变形验算18

1.柱下独立基础沉降验算18

2.内板沉降19

2.1条形基础下的软弱层承载力验算19

2.2沉降验算20

3.3外板沉降21

3.4附图22

第一篇设计资料

1.1设计课题

浅基础设计即XXXX大学新区60周年校庆-XX基础设计

设计总思路即是用柱承担上部荷载，柱与底板用套管分开，内板与外板分开。

外板用8条个形基础承载，内板用框格梁承载。

先开挖直径19.56m，深2.0m的圆形基坑底面先做40cm的级配良好的砂石垫层，再做上部基础，底板与垫层之间可以是中空的。

1.2设计资料

1.2.1场地资料

地形资料：

拟建场地属于平整过后的校园绿化地。

地层及其性质资料：

从上到下地层依次为：

①：

填土，重度为17.8kN/m3，厚度为1.2m；

②：

粉质粘土，重度为18.5kN/m3，孔隙比为0.75，液性指数为0.3，压缩模量为7.5MPa，厚度为4.4m；由荷载试验确定的地基承载力特征值为70kPa，

③：

淤泥质土，重度为16.5kN/m3，压缩模量2.5MPa，室内确定的地基承载力特征值为60kPa，厚度为1.0m；

④：

砂卵石层，重度为22.5kN/m3，压缩模量为12.8MPa，有动力触探确定的地基承载力特征值为450kPa，厚度为2.0m；

1.2.2上部结构资料

上部结构总高度为11.99m，结构基台为直径为19.56m的圆，平台高度0.99m；内亭直径为8.5m圆台，高出外面0.15m；上部荷载由圆周上等间距的8根柱传递，柱子高度6.99m；建筑有两层绿顶，亭子顶棚直径7.99m，两层之间无楼板。

具体结构如下图

图1.岭南阁顶平面图

柱采用钢筋混凝土现浇，柱直径为0.4m，采用套管形式，套管直径为0.44m。

建筑物两层绿顶用成品青瓦盖成，一二层之间用成品镂空木花窗。

1.2.3材料

混凝土等级为C25-30，钢筋采用一级HPB300。

第二篇柱下独立基础设计

2.1设计依据

1.《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》

2.《建筑结构荷载规范2012》

3.《砌体结构设计规范GB5003-2011》

4.《基础工程》彭社琴、赵其华主编

5.《混凝土结构设计原理第四版》沈蒲生主编

6.《砌体结构》

2.2荷载的标准组合值

该建筑物为成都理工大学成立60周年广东校友捐赠修建，为成都理工大学标志性建筑，设计等级为甲级，设计使用年限为100年，设计使用年限的荷载调整系数γL为1.1。

2.2.1恒载

1.柱：

柱直径为0.4m，柱高加上二层受力柱总高度为7.5m，钢筋混凝土重度25kN/m3，共八根。

则柱总重：

π×0.04×25×7.5×8=189kN

荷载标准值：

189×1.35=255.15kN

2.绿顶取重度20kN/m3，厚度取0.12m，分两部分计算有：

20×0.12×3.1×2.2×8×0.5×√2=93kN

20×0.12×（3.1+2.5）×0.5×1×8×√2=76kN

荷载标准值：

1.35×（93+76）=228.15kN

3.圈梁重度为25kN/m3，总重为62.14kN

荷载标准值：

62.14×1.35=83.889kN

4.内板采用钢筋混凝土，重度为25kN/m3，直径为8.5m，板厚为0.12m

内板上装饰设计按0.504kN/m2

π×（0.12×25+0.504）×4.252=199kN

荷载标准值：

199×1.35=268.7kN

5.外板重：

π×（9.752-4.252）×25×0.12=726kN

荷载标准值：

1.4×726=1016.4kN

综上荷载设计值：

上部荷载总设计值:

255.15+228.15+83.889=567.2kN

每根柱设计值：

567.2/8=71kN

内板荷载标准值：

268.7kN

外板荷载标准值：

1016.4kN

2.2.2活载

1.内板活载按2kN/m2,则2×π×4.252=114kN

荷载标准值：

1.4×114=159.6kN

2.外板活荷载2kN/m2，则2×π×（9.752-4.252）=484kN

荷载标准值：

1.4×484=677.6kN

综上

内板荷载：

永久荷载+活荷载

229.5kN+159.6kN=389.1kN

外板荷载：

永久荷载+活荷载

1016.4kN+677.6kN=1694kN

3.风荷载计算

Wk=βzμsμzw0

岭南阁属建在建筑群且房屋较高的城市市区，地面粗糙度为D类，成都基本风压w0为0.35kN/m2，建筑体形系数μs取四面开方式双坡屋面，取1.6，由建筑物高度查表8.2.1得到风压高度变化系数μz取0.51。

风振系数βz计算式：

g为风值因子，可取2.5

I10为10m高度名义湍流强度，对于D类建筑采用0.39

βz脉动风荷载的背景分量因子，计算式：

R脉动风荷载的共振因子计算式：

建筑自振周期采用钢筋混凝土框架结构自振周期计算式：

综上上面计算得到风荷载0.45kPa。

承受风荷载面积按7.5×7.5m2计算并考虑基本组合分项系数得到17.5kN，作用在基础上的总弯矩值135kN*m

按4根柱承受阵风计算每根柱弯曲设计为33.75kN*m

2.2.3建筑基础持力层选择

由场地地层分布情况可知，地层由上到下为1.2m厚填土、4.4m厚的粉质粘土、厚1.0m的淤泥质土，淤泥质黏土强度相对较低，淤泥质黏土下为厚2.0m承载力较高的砂卵石，其下为基岩。

一般填土不做持力层，根据基础浅埋的原则，可优先考虑粉质粘土层作为持力层，因为该土层顶面位置较浅，分布稳定，有相当的厚度，且初步判定其承载力基本达到建筑承载力要求，而砂卵石层甚至基岩虽然承载力大，但是埋深较深，基坑开挖需要支护也会遇到地下水问题，若作为持力层经济上不太合理，施工上难度较大，突发情况较多。

故综合上述分析，选择粉质粘土层作为地基持力层。

选择第二层作为持力层后，考虑到该层土下面存在淤泥质土下卧层，故基础底面应距该层较远。

由于上部荷载不大，设计基础底面距粉质粘土顶面距离0.8m，即基础埋深2.0m。

基础埋很较浅，基坑开挖时，坑壁相对比较稳定。

2.2.4柱下独立基础底面尺寸确定

1.先对粉质黏土层的地基承载力特征值进行深度修正

粉质黏土层的孔隙比e0为0.75，液性指数为0.3。

查表得到宽度和深度的承载力修正系数ηb、ηd分别为0.3、1.6则

考虑到荷载可能偏心，将fa折减0.2，得到计算承载力特征值为91.2kPa

2.柱下独立基础底面积初步确定

取基础底面变长比b/l=1.3，则取b=1.5m，l=1.2m

3.承载力验算调整基础底面尺寸

偏心距e：

故基底压力呈直线分布。

计算基底压力最大值:

故需要调整底面尺寸则取

同理得到l为1.5m

验算承载力108kPa,满足持力层承载力要求，所以最终取截面尺寸1.8×1.5m2

2.2.5柱下独立基础设计

柱下独立基础采用锥形一阶基础，基础高度为600mm，坡度设计为1:

3；柱直径400mm,采用外加套管形式与内外板分离，套管直径设计440mm；基础C25的混凝土，HPB300级钢筋现浇结构。

图2柱下独立基础设计图

1.受冲切承载能力计算

根据《建筑地基础设计规范》规定“对柱下独立基础，当冲切破坏锥落在基础底面以内时，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载能力”在此处设计中，冲切破坏锥落在基础底面以内，故应验算。

基础高度为600mm，有效高度为550mm。

①基础基底净反力：

②计算冲切力Fl：

图3柱下独立基础俯视图

由上图可得

冲切力Fl=PjmaxAl=10.2kN

③计算抗冲切力

at=0.4m，ab=1.5m,则

am=（at+ab）/2=0.95m

由于h0小于800，故取βhp=1.0，C25砼，ft=1.27×10^3kPa

h0=550mm。

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1270×0.95×0.55=464.5kN

满足Fl≤0.7βhpftamh0，基础高度600mm满足要求。

2.受剪切承载力计算

计算点基底净反力PjI=36.5

A-A剪切面剪力设计值：

B-B剪切面剪力设计值：

截面计算宽度：

A-A有：

B-B有：

则对A-A面有：

0.7βhsftA0=664.972kN

则对B-B面有：

792.1kN

故对于基础两个截面均满足条件，设计符合要求。

3.抗弯及配筋计算

①A-A截面配筋计算

G=1.35×20×1.8×1.5×2=145.8kN

由以上计算知道：

Pmax=108kPa，Pmin=24.68kPa；A-A截面处基底净反力为35.6kPa；

A-A截面底板弯矩：

M=13.3kN*m

配筋面积计算：

则ASI=99.5m2

按最小配筋率计算：

故按最小配筋率配筋，其弯矩值符合设计要求，故不必验算。

选筋：

6根直径16的一级筋（As=1206mm2）。

②B-B截面配筋计算

B-B截面处基底净反力为35.2kPa；

B-B截面底板弯矩：

M=5.4kN*m

计算配筋面积ASI=40.5m2

按最小配筋率计算有：

故按最小配筋率配筋，其弯矩值符合设计要求，故不必验算。

选筋：

7根直径16的一级筋（As=1407mm2）。

3.局部受压验算

八根柱采用C30砼，基础采用的是C25砼，故应验算局部受压

βc=1.0,Al=Aln=0.4*0.4=0.16m2,Ab=（0.4+0.4*2）（0.4+0.4×2）=1.44m2

βl=√Ab/Al=3

1.35βcβlfcAln=7711.2kN

Fl=F=71kN，即满足Fl<1.35βcβlfcAln

局部受压承载力满足要求。

第三篇板设计

3.1内板设计计算

内板均布荷载标准值2kN/m,钢筋混凝土重度取25kN/m2；板厚取120mm，b=2800mm,砼选用C25，HPB300；环境类别为一类，设计使用年限100年，设计使用年限的活荷载调整系数γL=1.1；装饰地板重度取17kN/m2，内圈采用两个独立圈梁设计跨度相等，取计算长度取2.8m。

①设计参数

保护层厚度取35mm，有效高度为85mm，则计算跨度l0=2.8+0.12=2.92m，fc为11.9N/mm2,fy为270N/mm2,α1=1.0,βl=0.8,§b=0.5757,最小配筋率Ρmin为0.212%。

②荷载设计值

恒载

钢筋混泥土自重：

0.12×25=3kN/m

装饰自重：

0.012×17=0.204kN/m

其他：

0.3kN/m

恒载设计值：

gk=（3+0.204+0.3）×1.35×1.1=5.2kN/m

活载

Q=1.4×2.0×1.1=3.1kN/m

弯矩

以活载为主计算：

得到M1=11.8kN*m

以恒载为主计算：

得到M2=11.1kN*m

综上，按活载为主进行配筋设计。

根据板设计计算式

计算得到：

x=4.3mm,As=531mm2

验算是否发生超筋破坏；

故不会发生超筋破坏。

验算最小配筋率：

故按最小配筋率配筋。

选HPB300级直径为10mm筋，间距取200mm。

图4内板配筋示意图

3.2外板设计计算

外板均布荷载标准值2kN/m,钢筋混凝土重度取25kN/m2；板厚取120mm，b=5183mm，砼选用C25，HPB300；环境类别为一类，设计使用年限100年，设计使用年限的活荷载调整系数γL=1.1；装饰地板重度取17kN/m2，取计算长度取6.0m。

①设计参数

保护层厚度取35mm，有效高度为85mm，则计算跨度l0=6.0+0.12=6.12m，fc为11.9N/mm2,fy为270N/mm2,α1=1.0,βl=0.8,§b=0.5757,最小配筋率Ρmin为0.212%

②荷载设计值

恒载

钢筋混泥土自重：

0.12×25=3kN/m

装饰自重：

0.012×17=0.204kN/m

其他：

0.3kN/m

恒载设计值：

gk=（3+0.204+0.3）×1.35×1.1=5.2kN/m

活载

Q=1.4×2.0×1.1=3.1kN/m

弯矩

以活载为主计算：

得到M1=51.6kN*m

以恒载为主计算：

M2=48.5kN*m

综上，按活载为主进行配筋设计。

根据板设计计算式

计算得到：

x=10.5mm,As=2399mm2

验算是否发生超筋破坏；

故不会发生超筋破坏。

验算最小配筋率：

故按计算配筋率配筋。

选HPB300级直径为18mm筋，间距取200mm。

图5外板配筋图

第四篇条形基础设计

4.1外板条形基础设计

设计砖无筋扩展条形基础，采用MU15砖,M10的砂浆，基础高度设计为600mm，台阶宽高比为1:

1.5。

验算基础有效高度：

故满足高度构造要求。

一般无筋扩展基础按照构造要求自身能满足承载力要求，而且在次设计中基地压力不超过300kPa，故不必验算受剪切承载能力。

基础的抗压验算：

基础截面轴向压力设计值为222kN。

基础抗压强度设计值。

2.31MPa。

取0.7的抗压折减系数，则计算延伸1m的抗压强度为679kN，大于轴向压力设计值，故满足条件。

图6条形基础设计示意图

4.2内板条形基础设计

内板截面取300mm×600mm。

采用矩形布置。

设计砖无筋扩展条形基础，采用MU15砖,M10的砂浆，基础高度设计为600mm，台阶宽高比为1:

1.5。

因内板传至条形基础上荷载较外板小，故基础有效高度经过上面验算符合条件。

第五篇变形验算

5.1下卧软弱层验算

由于基础下卧层存在淤泥质土，在基础之下，所以需要验算其承载能力。

要求相应于作用的标准组合时传至软弱下卧层顶面的附加应力和自重压应力之和应小于或等于软弱下卧层经深度修正后的地基承载力特征。

即满足Pz+Pcz≤faz的要求。

1.软弱下卧层的地基承载力的深度修正

查表得到淤泥质土的深度和宽度修正系数ηb、ηd分别为0、1.0。

2.基底附加应力有：

查表得到压力扩散角为23°，得到软弱下卧层顶面附加应力有：

3.软弱下卧层顶面的自重压应力

则有：

，满足要求

5.2基础沉降变形验算

由于该基础设计等级为甲级，因此要进行地基变形验算，计算地基变形时，应取相应于作用的准永久组合时基础底面处的附加应力，在此以标准组合代替，结果偏于安全。

计算深度确定：

当附加应力小于自重应力的0.2倍时，沉降计算停止。

详细计算如下表：

1.柱下独立基础沉降验算

柱下独立基础沉降验算

z（m）

l/b

z/b

附加应力系数α

4α

附加应力（kPa）

自重应力（kPa）

Esi（MPa）

s

0.000

1.200

0.000

0.250

1.000

43.600

108.000

7.500

0.000

0.500

1.200

0.550

0.235

0.940

40.984

135.000

7.500

2.732

1.000

1.200

1.333

0.152

0.608

26.509

162.000

7.500

1.767

1.500

1.200

2.000

0.095

0.380

16.568

189.000

7.500

1.105

2.000

1.200

2.667

0.062

0.248

10.813

216.000

7.500

0.721

2.500

1.200

3.333

0.045

0.180

7.848

243.000

7.500

0.523

3.000

1.200

4.000

0.032

0.128

5.581

270.000

7.500

0.372

3.500

1.200

4.667

0.023

0.092

4.011

297.000

7.500

0.267

总和

7.488

由计算得到柱下独立基础最终沉降为7.5mm。

2.内板沉降

2.1条形基础下的软弱层承载力验算

内板条形基础基底附加应力有：

条形基础下卧层验算：

取应力扩散角为23°，则软卧层顶面附加应力有：

则软弱下卧层顶面自重应力：

则自重应力+附加应力=106.2kPa，小于下卧软弱层的承载力，故满足要求。

2.2沉降验算

内板沉降验算

z（m）

l/b

z/b

附加应力系数α

4α

附加应力（kPa）

自重应力（kPa）

Esi（MPa）

s（mm）

0.000

2.800

0.000

0.250

1.000

44.315

61.600

7.500

0.000

0.500

2.800

0.500

0.238

0.952

42.188

70.500

7.500

2.813

1.000

2.800

1.000

0.201

0.804

35.629

79.750

7.500

2.375

1.500

2.800

1.500

0.160

0.640

28.362

89.000

7.500

1.891

2.000

2.800

2.000

0.125

0.500

22.158

98.250

7.500

1.477

2.500

2.800

2.500

0.099

0.396

17.549

107.500

7.500

1.170

3.000

2.800

3.000

0.080

0.320

14.181

116.750

7.500

0.945

3.500

2.800

3.500

0.065

0.260

11.522

126.000

7.500

0.768

4.000

2.800

4.000

0.054

0.216

9.572

135.250

7.500

0.638

4.500

2.800

4.500

0.045

0.180

7.977

144.500

7.500

0.532

5.000

2.800

5.000

0.038

0.152

6.736

152.750

2.500

1.347

5.500

2.800

5.500

0.034

0.136

6.027

161.000

2.500

1.205

总和

15.162

由计算可得到内板沉降为15.2mm。

3.3外板沉降

外板沉降验算

z（m）

l/b

z/b

附加应力系数α

4α

附加应力（kPa）

自重应力（kPa）

Esi（MPa）

s（mm）

0.000

5.200

0.000

0.250

1.000

52.200

61.600

7.500

0.000

0.500

5.200

0.500

0.238

0.952

49.694

70.500

7.500

3.313

1.000

5.200

1.000

0.204

0.816

42.595

79.750

7.500

2.840

1.500

5.200

1.500

0.166

0.664

34.661

89.000

7.500

2.311

2.000

5.200

2.000

0.136

0.544

28.397

98.250

7.500

1.893

2.500

5.200

2.500

0.114

0.456

23.803

107.500

7.500

1.587

3.000

5.200

3.000

0.102

0.408

21.298

116.750

7.500

1.420

3.500

5.200

3.500

0.083

0.332

17.330

126.000

7.500

1.155

4.000

5.200

4.000

0.071

0.284

14.825

135.250

7.500

0.988

4.500

5.200

4.500

0.062

0.248

12.946

144.500

7.500

0.863

5.000

5.200

5.000

0.055

0.220

11.484

152.750

2.500

2.297

5.500

5.200

5.500

0.048

0.192

10.022

161.000

2.500

2.004

总和

20.671

由于砂砾石层沉降基本不太明显，计算沉降深度到砂砾石层就停止。

所以总沉降为20.7mm。

内外板沉降差5mm，对外观影响可以忽略。

故原设计可行。

3.4附图

见CAD图。