高层框架结构桩基础工程课程设计.doc
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基础工程课程设计
名称：
桩基础设计
姓名：
文嘉毅
班级：
051124
学号：
20121002798
指导老师：
黄生根
14
基础工程课程设计
桩基础设计题
高层框架结构（二级建筑）的某柱截面尺寸为1250×850mm，该柱传递至基础顶面的荷载为：
F=9200kN，M=410kN∙m，H=300kN，采用6-8根φ800的水下钻孔灌注桩组成柱下独立桩基础，设地面标高为±0.00m，承台底标高控制在-2.00m，地面以下各土层分布及设计参数见附表，试设计该柱下独立桩基础。
设计计算内容：
1.确定桩端持力层，计算单桩极限承载力标准值Quk；
2.确定桩中心间距及承台平面尺寸；
3.计算复合基桩竖向承载力特征值Ra及各桩顶荷载设计值N，验算基桩竖向承载力；计算基桩水平承载力RHa并验算；
4.确定单桩配筋量；
5.承台设计计算；
6.绘制桩基结构图。
项
目
湿
重
度
g
kN/m3
孔
隙
比
e
液性
指数
IL
压缩
模量
Es
MPa
承载力
特征值
faK
kPa
层
厚
m
钻孔灌注桩桩基参数
极限侧
阻力
标准值
qsik
kPa
极限端
阻力
标准值
qPK
kPa
地基土水平抗力系数的比例系数
m（MN/m4）
层①粉土
19.0
0.902
6.0
80
4.3
23
6
层②粉细砂
19.6
0.900
6.5
105
3.8
20
9
层③细砂
19.8
0.860
7.8
125
2.8
28
13
层④粉土
19.6
0.810
10.5
140
2.3
40
15
层⑤1粉细砂
19.7
0.85
7.0
115
4.4
28
12
层⑤粉细砂
19.7
0.770
16.0
170
3.0
48
850
28
层⑥粉质粘土
19.8
0.683
0.25
8.5
160
2.5
66
25
层⑦粉土
19.8
0.750
13.7
170
2.9
58
25
层⑧粉质粘土
19.9
0.716
0.46
6.1
145
5.7
60
14
层⑧1粉砂
20.0
0.770
14.0
190
0.8
52
820
37
层⑧粉质粘土
19.9
0.716
0.46
6.1
145
4.5
60
710
14
层⑨粉土
20.4
0.700
13.0
195
3.5
62
36
层⑩粉质粘土
19.9
0.706
0.27
8.2
170
4.8
68
28
层⑾细砂
20.2
0.690
22.0
220
17.7
70
1500
45
设计内容
一．确定桩端持力层，计算单桩极限承载力标准值
1.确定桩端持力层及桩长
根据设计要求可知，桩的直径d=800mm。
根据土层分布资料，选择层厚为4.5m的层⑧粉质粘土为桩端持力层。
根据《建筑桩基技术规范》的规定，桩端全断面进入持力层的深度，对粘性土、粉土不宜小于2d。
因此初步确定桩端进入持力层的深度为2m。
则桩长为：
=4.3+3.8+2.8+2.3+4.4+3.0+2.5+2.9+5.7+0.8+2-2=32.5m
2.计算单桩极限承载力标准值
因为直径800mm的桩属于大直径桩，所以可根据《建筑桩基技术规范》中的经验公式计算单桩极限承载力标准值：
（1-1）
其中桩的周长==2.513m；桩端面积==0.503㎡；、为别为大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，==1，==1。
根据所给土层及参数，计算：
=2.513×1×[23×（4.3-2）+20×3.8+28×2.8+40×2.3+28×4.4+48×3.0+66×2.5+
58×2.9+60×5.7+52×0.8+60×2]+1×710×0.503=3883.6kN
确定单桩极限承载力标准值后，再按下式计算单桩竖向承载力特征值：
（1-2）
其中为安全系数，取=2。
则=3883.6/2=1941.8kN。
二．确定桩中心间距及承台平面尺寸
桩数=F/=9200/1941.8=4.7，所以暂取桩数为6根。
根据《建筑桩基技术规范》的规定，非挤土灌注桩的最小中心距为3d，边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于150mm。
取桩中心距为2.5m，边桩中心距承台边缘的距离取为0.8m。
则承台长度=2×（2.5+0.8）=6.6m，承台宽度=2×0.8+2.5=4.1m。
承台平面示意图如下：
三．计算复合基桩竖向承载力特征值及各桩顶荷载设计值，验算基桩竖向承载力；计算基桩水平承载力并验算
1.确定复合基桩竖向承载力特征值
根据《建筑桩基技术规范》中介绍的方法，对于此类情况，应按下式确定其复合基桩的竖向承载力特征值：
（3-1）
其中为承台效应系数，可根据/、/等参数查表得到。
当计算桩为非正方形排列时，，A为承台计算域面积，为桩数。
=2.124，=2.655，=0.126，
通过查表，可取为0.06。
为承台下1/2承台宽度且不超过5m深度范围内地基承载力特征值的厚度加权平均值，由资料可得，为80kPa。
为计算基桩所对应的承台底净面积，，为桩身截面面积。
则=（6.6×4.1-6×0.503）/6=4.007㎡。
则复合基桩的竖向承载力特征值
=1941.8+0.06×80×4.007=1961.1kN
2.确定各桩顶荷载设计值，验算基桩竖向承载力
根据《建筑桩基技术规范》中介绍的方法，各桩顶荷载设计值可由下式计算：
（3-2）
式中为荷载效应标准组合下作用，作用于承台顶面的竖向力；为桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力，此处承台上土的重度取为10kN/m³；、分别为荷载效应标准组合下，作用于承台底面，绕通过桩群形心的、主轴的力矩；、、、分别为第、基桩或复合基桩至、轴的距离。
暂取承台高度为1.8m，M与长边方向（轴方向）一致。
桩按从左到右、从上到下的顺序分别记为1~6号桩。
各桩顶荷载设计值如下：
（9200+2×6.6×4.1×10）/6+[（410+300×1.8）×2.5]/（4×2.5×2.5）
=1718.5kN
（9200+2×6.6×4.1×10）/6=1623.5kN
（9200+2×6.6×4.1×10）/6-[（410+300×1.8）×2.5]/（4×2.5×2.5）
=1528.5kN
由计算结果可得：
=1528.5kN＞0，基桩不受上拔力。
=1718.5kN＜1.2,基桩竖向承载力满足要求。
3.计算基桩水平承载力并验算
根据《建筑桩基技术规范》规定，当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算桩身配筋率小于0.65%的灌注单桩水平承载力特征值：
（3-3）
为桩的水平变形系数，，其中为地基土水平抗力系数的比例系数；为桩身的计算宽度，对于圆形桩，当直径≤1m时，；为桩身抗弯刚度，对于钢筋混凝土桩，，为混凝土弹性模量，为桩身换算截面惯性矩：
圆形截面；为桩身换算截面受拉边缘的截面模量，此处；为扣除保护层的桩直径；为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；为桩身配筋率；为桩截面模型塑性系数，圆形截面=2；为桩身混凝土抗拉强度设计值；为桩身最大弯矩系数；为桩顶竖向力影响系数，竖向压力取0.5；为桩身换算截面积，圆形截面；为在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力。
[（4.3-2）×6+3.8×9+2.8×13+2.3×15+4.4×12+3×28+2.5×25+2.9×25+5.7×14
+0.8×37+2×14]/32.5=16.25MN/
0.9×（1.5×0.8+0.5）=1.53m
若桩身采用C30的混凝土，其弹性模量为，混凝土保护层的厚度取为60mm，采用HRB335规格的钢筋，其弹性模量为。
=800-2×60=680mm
==6.67
当桩径为300-2000mm时，桩身正截面的配筋率可取0.65%-0.2%，暂取桩身配筋率为0.58%。
0.053
0.5×0.053×0.68=0.01802
0.558
C30混凝土的抗拉强度设计值为1.43MPa。
桩身最大弯矩系数可根据的值查表获得，为0.926。
0.519
所以基桩水平承载力为：
=
=51.69kN
群桩基础的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应，可按下列公式确定：
（3-4）
（3-5）
（3-6）
（3-7）
（3-8）
式中为群桩效应综合系数；为桩的相互影响效应系数；为桩顶约束效应系数；为承台侧向土水平抗力效应系数（承台外围回填土为松散状态时取=0）；为承台底摩阻效应系数；为沿水平荷载方向的距径比；、分别为沿水平荷载方向与垂直水平荷载方向每排桩中的桩数；为承台底与地基土间的摩擦系数；为承台底地基土分担的竖向总荷载标准值。
沿水平荷载方向的距径比=2.5/0.8=3.125。
沿水平荷载方向每排桩中的桩数=3，垂直水平荷载方向每排桩中的桩数=2。
桩的相互影响效应系数0.678。
通过查表可得，=2.05。
承台侧向土水平抗力效应系数=0。
115.4kN
通过查表，可取承台底与地基土间的摩擦系数为0.3。
0.112
1.502
由此可得，群桩基础的基桩水平承载力特征值为
77.6kN
基桩水平力设计值50kN＜77.6kN，所以基桩水平承载力满足要求。
四．确定单桩配筋量
由配筋率=0.58%可得，单桩中纵向钢筋的截面面积为：
2915
根据灌注桩的配筋要求，选用8根Φ22的HRB335钢筋，其截面面积为3041，满足要求。
桩顶纵向主筋应锚入承台内，锚入长度取为800mm。
根据《混凝土结构设计规范》规定，柱及其他受压构件中的周边箍筋应做成封闭式；其间距在绑扎骨架中不应大于15（为纵筋最小直径），且不应大于400mm，也不大于构件横截面的短边尺寸。
箍筋直径不应小于/4（为纵筋最大直径），且不应小于6mm。
根据箍筋的配置要求，箍筋选用Φ8的HPB235级钢筋，采用间距为200mm的螺旋式箍筋。
五．承台设计计算
1.承台构造
根据《建筑
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