柱下钢筋混凝土独立基础课程设计20087273周福川.docx

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课程名称：

《基础工程B》

设计题目：

柱下钢筋混凝土独立基础

院系：

土木工程系

专业：

詹天佑班

年级：

2008级

姓名：

周福川

学号：

20087273

指导教师：

赵老师

西南交通大学峨眉校区

2011年4月2日

第一部分课程设计任务书

（一）设计题目：

柱下钢筋混凝土独立基础

（二）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fak=130KN/m2；

③粘土：

厚1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值fak=180KN/m2；

④全风化砂质泥岩：

厚2.7m,承载力特征值fak=240KN/m2；

⑤强风化砂质泥岩：

厚3.0m,承载力特征值fak=300KN/m2；

⑥中风化砂质泥岩：

厚4.0m,承载力特征值fak=620KN/m2；

地基岩土物理力学参数表表2.1

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

19.4

0.58

25

23

0.22

8.2

180

④

全风化砂质泥岩

21

22

30

0.8

240

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

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：

图2-1柱网平面图

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：

柱底荷载标准值表2

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

5、材料：

混凝土等级Ｃ25~C30，钢筋Ⅰ、Ⅱ级。

6、根据以上所给资料及学生人数，可划分为若干个组。

如：

第1组共十人，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组共十人，基础持力层选用③土层，设计C轴柱下独立基础；

（三）设计要求：

　　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。

（四）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。

基础及地层情况

一、本次设计所用材料报表

基础材料清单

柱A-2

柱B-2

柱C-2

砼标号

C25

C25

C25

钢筋型号

HPB235

垫层

C10

材料性能说明

ft

fc

fy

C25

1.27MPa

11.9MPa

HPB235

210MPa

二、C-2柱基础的设计

（1）、确定基础埋深d

根据设计要求，基础持力层为土层③，故假定d=2500mm

由地勘资料中e=0.58，可塑土：

0.25

仅对深度进行修正：

γm=18*0.45+0.5+20+10*0.2+19.4*0.352.5=18.356kN/m3

fa=fak+ηdγmd-0.5=180+1.6*18.356*2.5-0.5=238.74kpa

（2）、初拟地基尺寸bxl

①Fk=1252kN,fa=238.74kpa

γGH=20*1.5+0.452+10*0.2+20*0.35=43.5kpa

A≥Fkfa-γGH=1252238.74-43.5=6.4m2,取A1=6.5m2

②令A=1.2A1=7.8m2

拟定底面尺寸bxl=3000mmx3400mm,A=10.2m2

Gk=γGHA=43.5*10.2=443.7kN

Mk=221+52*（2.5-0.45/2）=339.3kN/m

Wl=16lb2=16*3.4*32=5.1m3

（3）、持力层强度检算

Pkmax=Fk+GkA+MkWl=1252+443.710.2+339.35.1=232.78kpa<1.2fa=1.2*238.=286.49kpa

Pkmin=Fk+GkA-MkWl=1252+443.710.2-339.35.1=99.7m3>0

Pk=Pkmax+Pkmin2=232.78+99.72=166.24kpa

故持力层强度满足要求。

（4）、基底净反力的计算

Pjmaxjmin=FA±MWl=162710.2±288+67*2.2755.1=245.87kpa73.15kpa

（5）、确定基础高度。

初拟基础高度h=600mm。

按照《地基规范》要求，铺设垫层时保护层厚度不小于40mm，因此可假设基础重心到混凝土外表面距离为50mm。

故钢筋的有效高度为h0=600-50=550mm。

ab=at+2h0=500++2*550=1600mm

am=at+ab2=500+16002=1050mm

Al=b2-bt2-h0l-（l2-at2-h0）2=30002-5002-550*3400-（34002-5002-550）2=1.57m2

Fl=Pjmax*Al=245.87*1.57=386.01kN

∵h=600mm<800mm,故Βhp=1.0，基础混凝土采用C25，ft=1.27MPa

∴0.7βhpftamh0=0.7*1.0*1.27*103*1.05*0.55=513.4kN

∵Fl<0.7βhpftamh0

∴h=600mm时，能够满足抗冲切要求。

⑹基础底板配筋计算

地基样图

基底净反力

平面图

①内力计算

∵偏心距e=MkFk+Gk=221+52*2.2751252+443.7=0.2m<16b=0.5m

台阶宽高比为b-bc2h=3000-5002*300=2.08<2.5

∴可以按照公式（3-51）以及（3-52）计算弯矩。

aⅠ=1250mm,a'=500mmb'=500mm

MⅠ=112aⅠ22l+a'Pjmax+PⅠ+Pjmax-PⅠl=112*1.252*2*3.4+0.5*245.87+173.9+245.87-173.9*3.4=430.86kNm

MⅡ=148l-a'22b+b'Pjmax+Pjmin=1483.4-0.522*3+0.5*245.87+73.15=363.32kNm

②根据《混凝土设计原理》，按照悬臂梁假设，对锥形地基进行配筋。

沿长边方向配筋：

MⅡ=363.32kNm

沿长边方向配筋图

第一步：

截面类型判别

α1fcb2h1h0-h12+12α1fcb1-b2h0-23h1h1=1*11.9*600*300*550-3002+12*1*11.9*3000-600+550-23*300*300=856.92*106Nmm=856.92kNm>MⅡ=363.32kNm

属于第一类截面，即中和轴位于梯形内。

第二步：

根据两个平衡方程解出混凝土受压区高度X与钢筋截面面积AsⅡ。

根据弯矩平衡列等式有：

　　MⅡ＝Mｕ＝α1fcb2ｘh0-ｘ2＋α1fcｂ１-ｂ２ｘ２２ｈ１（h0-２ｘ３）　　即

　　363.32*106＝1*11.9*600*x550-x2+1*11.9*24002*300x2（550-2x3）运用软件Mathematic求解一元三次方程，解得x=68.2608mm<300mm,符合受压面积位于梯形面内的假设。

又根据力平衡列等式有：

α1fcb2x+b1-b2x22h1=fyAsⅡ即

1*11.9*600x+24002*300x2=210*AsⅡ将x=68.2608mm带入左式得

AsⅡ=3377mm2

按照悬臂梁假设进行配筋，选用26Φ14@110（钢筋截面面积为AsⅡ'=4001.4mm2）。

检核：

锥形基础截面面积A=12*600+3000*300+300*3000=1.44*106mm2

ρ=AsⅡ'A=4001.41.44*106=0.28%>ρmin=0.27%非少筋，符合要求。

由于沿长边方向配置的钢筋，通常位于基础底部，按照构照要求，保护层厚度a不小于40mm，于是h0Ⅱ=h-a-12dⅡ=600-40-12*14=553mm>550mm显然上述配筋是可以的。

沿短边方向配筋：

MⅠ=430.86kNm

沿短边方向配筋图

第一步：

截面类型判别

按照前述方法计算，可以得知属于第一类截面，即中和轴位于梯形内。

第二步：

根据两个平衡方程解出混凝土受压区高度X与钢筋截面面积AsⅠ。

根据弯矩平衡列等式有：

　MⅠ＝Mｕ＝α1fcb2ｘh0-ｘ2＋α1fcｂ１-ｂ２ｘ２２ｈ１（h0-２ｘ３）　　即

　　430.86*106＝1*11.9*600*x550-x2+1*11.9*28002*300x2（550-2x3）运用软件Mathematic求解一元三次方程，解得x=75.031mm<300mm,符合受压面积位于梯形面内的假设。

又根据力平衡列等式有：

α1fcb2x+b1-b2x22h1=fyAsⅠ即

1*11.9*600x+28002*300x2=210*AsⅠ将x=75.031mm带入左式得

AsⅠ=4040mm2

按照悬臂梁假设进行配筋，选用29Φ14@120（钢筋截面面积为AsⅡ'=4463.1mm2）。

检核：

锥形基础截面面积A=12*600+3000*300+300*3400=1.62*106mm2

ρ=AsⅡ'A=4463.11.62*106=0.28%>ρmin=0.27%非少筋，符合要求。

h0Ⅱ=h-a-dⅡ-12dⅠ=600-40-14-12*14=539mm

基础大样图

三、A-2柱的基底尺寸设计（该柱与C-2柱同属于边柱）

（1）、确定基础埋深d

根据设计要求，基础持力层为土层③，故假定d=2500mm

由地勘资料中e=0.58，可塑土：

0.25

仅对深度进行修正：

γm=18*0.45+0.5+20+10*0.2+19.4*0.352.5=18.356kN/m3

fa=fak+ηdγmd-0.5=180+1.6*18.356*2.5-0.5=238.74kpa

（2）、初拟地基尺寸bxl

①Fk=1032kN,fa=238.74kpa

γGH=20*1.5+0.452+10*0.2+20*0.35=43.5kpa

A≥Fkfa-γGH=1032238.74-43.5=5.29m2

②令A=1.2A1=6.35m2

拟定底面尺寸bxl=2800mmx3000mm,A=8.4m2

Gk=γGHA=43.5*8.4=365.4kN

Mk=164+55*（2.5-0.45/2）=289.125kN/m

Wl=16lb2=16*3*2.82=3.92m3

（3）、持力层强度检算

Pkmax=Fk+GkA+MkWl=1032+365.48.4+289.1253.92=240.11kpa<1.2fa=1.2*238.=286.49kpa

Pkmin=Fk+GkA-MkWl=1032+365.48.4-289.1253.92=92.6m3>0

Pk=Pkmax+Pkmin2=240.11+99.72=166.36kpa

故持力层强度满足要求。

四、B-2柱的基底尺寸设计（该柱为内柱）

（1）、确定基础埋深d

根据设计要求，基础持力层为土层③，故假定d=2500mm

由地勘资料中e=0.58，可塑土：

0.25

仅对深度进行修正：

γm=18*0.5+20+10*0.2+19.4*0.352.5=15.116kN/m3

fa=fak+ηdγmd-0.5=180+1.6*15.116*2.5-0.5=211.832kpa

（2）、初拟地基尺寸bxl

①Fk=1615kN,fa=211.832kpa

γGH=20*1.5+10*0.2+20*0.35=39kpa

A≥Fkfa-γGH=1615211.832-39=9.34m2

②令A=1.2A1=11.28m2

拟定底面尺寸bxl=3400mmx3600mm,A=12.24m2

Gk=γGHA=39*12.24=477.36kN

Mk=125+60*2.5=275kN/m

Wl=16lb2=16*3.6*3.42=6.936m3

（3）、持力层强度检算

Pkmax=Fk+GkA+MkWl=1615+477.3612.24+2756.936=210.59kpa<1.2fa=1.2*211.832=254.2kpa

Pkmin=Fk+GkA-MkWl=1615+477.3612.24-2756.936=131.3m3>0

Pk=Pkmax+Pkmin2=210.59+131.32=170.95kpa

故持力层强度满足要求。

五、参考文献

【1】吴兴序主编.基础工程.西南交通大学出版社

【2】沈蒲生主编.混凝土设计原理（第3版）.高等教育出版社

【3】赵凯、薛国亚.浅议独立基础和桩基承台底板配筋近似公式.2007

【4】刑富冲.一元三次方程求解新探.2003