柱下钢筋混凝土独立基础课程设计20087273周福川Word下载.docx
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重度(γ)
孔隙比
(e)
凝聚力
(c)
内摩
擦角
(Φ)
压缩
系数
(a1-2)
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
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
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
7
1339
1970
1560
284
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
F(KN)
M(KN•m)
V(KN)
1268
2012
1544
183
258
58
1342
2100
1627
214
163
72
78
1418
2250
1706
248
195
315
81
2360
1782
274
228
353
93
88
1584
2435
1863
306
251
386
108
1667
2448
1945
334
423
112
1741
2562
2028
369
462
124
116
1823
2674
2104
391
346
491
133
136
128
1995
2783
2181
425
375
523
142
147
138
2078
2866
2245
455
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
钢筋型号
HPB235
垫层
C10
材料性能说明
ft
fc
fy
1.27MPa
11.9MPa
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<
IL<
0.75,查表(3-4),得ηb=0.3,ηd=1.6。
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>
Pk=Pkmax+Pkmin2=232.78+99.72=166.24kpa<
fa=238.74kpa
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<
l=3400mm
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>
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
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。
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。
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<
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)。
锥形基础截面面积A=12*600+3000*300+300*3400=1.62*106mm2
A=4463.11.62*106=0.28%>
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)
①Fk=1032kN,fa=238.74kpa
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
Pkmax=Fk+GkA+MkWl=1032+365.48.4+289.1253.92=240.11kpa<
Pkmin=Fk+GkA-MkWl=1032+365.48.4-289.1253.92=92.6m3>
Pk=Pkmax+Pkmin2=240.11+99.72=166.36kpa<
四、B-2柱的基底尺寸设计(该柱为内柱)
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
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
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>
Pk=Pkmax+Pkmin2=210.59+131.32=170.95kpa<
fa=211.832kpa
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