预制桩基础课程设计框架结构桩基础设计.docx
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预制桩基础课程设计框架结构桩基础设计
目录
1.设计题目…………………………………………………………………………1
2.设计荷载…………………………………………………………………………1
3.地层条件及其参数………………………………………………………………1
1).地形…………………………………………………………………………..1
2).工程地质条件………………………………………………………………..1
3).岩土设计技术参数…………………………………………………………..2
4).水文地质条件………………………………………………………………..2
5).场地条件……………………………………………………………………..2
6).上部结构资料………………………………………………………………..2
4.预制桩基设计……………………………………………………………………3
1).单桩承载力计算………………………………………………………………...3
2).桩基竖向承载力特征值………………………………………………………...4
3).桩基竖向承载力验算…………………………………………………………...4
4).承台设计………………………………………………………………………...5
5).承台厚度及受冲切承载力验算.................................…………………………..6
(1).柱的向下冲切验算…………………………………………………………..6
(2).角桩的冲切验算……………………………………………………………..6
6).承台受剪承载力验算……………………………………………………….…..6
7).承台受弯承载力计算…………………………………………………………...7
8).承台构造设计…………………………………………………………………….7
9).桩身结构设计…………………………………………………………………….7
10).桩身构造设计……………………………………………………………….…..8
11).吊装验算………………………………………………………………………...8
5.估算B.C轴线柱下桩数………………………………………………………....9
1).桩数估算………………………………………………………………………...9
2).承台平面尺寸确定……………………………………………………………...9
6.设计图纸………………………………………………………………………...10
7.参考文献………………………………………………………………………...10
基础工程课程设计
1.设计题目
本次课程实际题目:
框架结构桩基础设计
2.设计荷载
题号:
31号设计A轴柱下桩基,B,C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数
(1)柱底荷载效应标准组合值如下。
轴荷载:
Fk=1256kNMk=172kN.MVk=123kN
轴荷载:
Fk=1765kNMk=169kN.MVk=130kN
轴荷载:
Fk=1564kNMk=197kN.MVk=112kN
(3)柱底荷载效应基本组合值如下。
轴荷载:
F=1580kNM=198kN.MV=150kN
轴荷载:
F=2630kNM=205kN.MV=140kN
轴荷载:
F=1910kNM=241kN.MV=138kN
3.地层条件及其参数
1).地形
拟建建筑场地地势平坦,局部堆有建筑垃圾。
2).工程地质条件
自上而下土层依次如下:
1号土层:
素填土,厚度1.5m,稍湿,松散,承载力特征值fak=95kPa。
2号土层:
淤泥质土,厚度3.3m,流塑,承载力特征值fak=65kPa。
③号土层:
粉砂,厚度6.6m,稍密,承载力特征值fak=110kPa。
④号土层:
粉质粘土,厚度4.2m,湿,可塑,承载力特征值fak=165kPa
⑤号土层:
粉砂层,钻孔未穿透,中密-密实,承载力特征值fak=280kPa。
3).岩土设计技术参数
表1地基岩土物理力学参数
土层编号
土的名称
孔隙比
e
含水量
W(%)
液性指数
Il
标准灌入锤击数
N(次)
压缩模量
Es
①
素填土
-
-
-
-
5.0
②
淤泥质土
1.04
62.4
1.08
-
3.8
③
粉砂
0.81
27.6
-
14
7.5
④
粉质粘土
0.79
31.2
0.74
-
9.2
⑤
粉砂层
0.58
-
-
31
16.8
表2桩的极限侧阻力标准值qsk
土层编号
土的名称
桩的侧阻力qsk
桩的端阻力qpk
①
素填土
22
-
②
淤泥质土
28
-
③
粉砂
45
-
④
粉质粘土
60
900
⑤
粉砂层
75
2400
4).水文地质条件
1.拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。
2.地下水位深度:
位于地表下
5).场地条件
建筑物所处场地抗震设防烈度7度,场地内无液化砂土,粉土。
6).上部结构资料
拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构,长30m,宽9.6m。
室外地坪标高同自然地面,室内外高差450mm。
柱截面尺寸均为400×400,横向承重,柱网布置如图A所示。
4.预制桩基设计
建筑物基础设计方案采用混凝土预制桩,具体设计方案如下:
室外地坪标高为-0.45m,自然地面标高同室外地坪标高。
该建筑桩基属丙级建筑基桩,拟采用截面为400m*400m的混凝土预制方桩,以④号土层粉质粘土为持力层,桩尖深入1.2m,设计桩长11.0m,初步设计承台高0.6m,承台底面埋置深度-1.60m,桩顶伸入承台50mm。
如图1所示:
1).单桩承载力计算
根据以上设计,桩顶标高为-1.6m,桩底标高为-12.6m,桩长11m。
单桩竖向极限承载力标准值按下式计算:
Quk=Qsk+Qpk=up∑qsikli+Apqpk
由于
Qsk=4×0.4×(1.5×22+3.3×28+6.6×45+1.2×60)=791.04kN
Qpk=0.4×0.4×900=144kN
则Quk=791.04+144=935.04kN
2).桩基竖向承载力特征值
承台底部地基土为较松软的填土,压缩性大,因此本工程不考虑成太土效应取ηc=0,则有
R=Ra=
=935.04/2=467.52kN
根据上部荷载初步估计粧数为n=
=1256/467.52=2.69
取设计桩数为4根。
3).桩基竖向承载力验算
根据《建筑桩基技术规范》,当按单桩承载力特征值进行计算时,荷载应取其效应标准组合值。
由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度,且场地内无可液化砂土,因此不进行地震效应的承载力验算。
根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台,取承台变长为2.0m×2.0m,矩形布桩,桩中心距取3.0d,则s=3×400=1200mm,取s=1200mm,桩心距承台边缘为400mm。
如图2所示:
承台及其上土壤的总重为Gk=2.0×2.0×1.6×20=128kN
计算时取荷载的标准组合,则
Qk=
=(1256+128)/4=346﹤R(=467.52)
Qkmax=Qk+
=346+(172+123×1.6)×0.6/(4×0.6×0.6)=346+153.67=499.67
Qkmin=Qk-
=346-153.67=192.33
因此
Qkmax=499.67<1.2R(=1.2*467.52=561.024)
Qkmin=192.33>0
满足设计要求,故初步设计是合理的。
4).承台设计
根据以上桩基设计及构造要求,承台尺寸2.0×2.0m,预估承台厚0.6m,承台选用等级为C25的混凝土,混凝土的抗拉强度为ƒt=1.27N/mm2,抗压强度为ƒc=11.9N/mm2;承台钢筋选用HRB335级钢筋,ƒy=300N/mm2.如图3所示:
3
承台内力计算:
承台的内力计算采用荷载效应组合设计值,则基桩净反力设计值为
Qmax=
+
=3680/4+(371+233×1.6)×0.6/4×0.6×0.6=Qmin=
-
=1580/4-182.5=395-182.5=212.5kN
N=
=1580/4=395kN
5).承台厚度及受冲切承载力验算
为防止承台产生冲切破坏,承台应具有一定厚度,初步设计厚度0.6m,承台底保护层厚度80mm,则h0=600-80=520mm。
分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算,以验算承台厚度的合理性。
(1).柱的向下冲切验算
承台受桩冲切的承载力应满足下式:
Fl≤2{β0x(bc+aoy)+βoy(ac+aox)}βhpƒth0
式中:
aox=0.2λoy=aoy/h0=0.38β0x=0.84/(0.2+λox)=1.45aoy=0.2
λox=aox/h0=0.38β0y=0.84/(0.2+λox)=1.45bc=ac=0.4mβhp=1.0
2{β0x(bc+aoy)+βoy(bc+aox)}βhpƒth0
=2×{1.45×(0.4+0.2)+1.45×(0.4+0.2)}×1×1270×0.52
=2298.19kN>Fl(=1580kN)
故厚度为0.6m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。
(2).角桩的冲切验算
承台受角桩的承载力应满足下式:
N/≤{β1x(c2+
)+β1y(c1+
)}βhpƒth0
由于Nl=Nmax=577.5kN,从角桩内边缘至承台边缘距离为
c1=c2=0.6ma1x=0.2ma1y=0.2mλ1x=
=0.2/0.52=0.38λ1y=
=0.38β1x=
=0.56/(0.38+0.2)=0.97β1y=
=0.97
抗冲切力={β1x(c2+
)+β1y(c1+
)}βhpƒth0=896.82kN>N,max(=577.5kN)
故厚度为0.6m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。
6).承台受剪承载力验算
承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处,剪切力V必须不大于抗剪切力,即满足:
V≤βhsβƒtbh0,对于I-I截面:
A1x=0.2mλx=
=0.2/0.52=0.38β=1.75/λ+1=1.27
βhs=(800/h0)1/4=1.11b=2.0mV=2×577.5=1155kN
抗剪切力=1.11×1.27×1270×2.0×0.52=1861.93kN>1155kN
故满足抗剪切要求。
对于II-II截面:
a1y=0.2mλy=0.2/0.52=0.38β=1.75/λ+1=1.27
βhs=(800/h0)1/4=1.11b=2.0mV=2×395=790kN
抗剪切力=1.11×1.27×1270×2.0×0.52=1861.93kN>790kN
故满足抗剪切要求。
7).承台受弯承载力计算
承台计算截面弯矩如下:
对于I-I截面,取基桩净反力最大值N/max=577.5进行计算,则
xi=600-200=400mm=0.4mMy=∑Nixi=2×577.5×0.4=462kN.mAsl=
=462×106/(0.9×300×520)=3291mm2
因此,承台x轴方向选用二级钢筋18@145,钢筋数为n=2000/145+1=14
取,14Φ18@145实际钢筋As=3562mm2,满足要求。
对于II-II截面,取基桩净反力平均值N=395进行计算,此时
xi=600-200=400mm=0.4m
则Mx=∑Niyi=2×395×0.4=316kN.m
As=
=316×106/(0.9×300×520)=2251mm2
因此,承台y轴方向选用12二级直径16@180,钢筋根数为n=2000/180+1=12,
取12根二级直径16@180,实际钢筋As=2412mm2,满足要求。
8).承台构造设计
混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm,两承台间设置连系梁,梁顶面标高-0.8m,与承台平齐,根据构造要求,梁宽250mm,梁高400mm,梁内主筋上下共四根一级钢筋直径12通长配筋,箍筋采用一级钢筋直径为8间距为200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层,垫层挑出承台边缘100mm。
9).桩身结构设计
预制桩的桩身混凝土强度等级选用C30,钢筋选用HRB335级。
根据《建筑桩基技术规范》,桩顶轴向压力应符合下列规定:
Nmax≤φψcƒcaps
Nmax=
+
=(1580+128)/4+(198+150×1.6)×0.2/4×0.22=427+547.5=974.5KN
计算桩基轴心抗压强度时,一般不考虑压屈影响,故取稳定系数φ=1;对于预制桩,基桩施工工艺系数ψc=0.85;C30级混凝土,ƒc=14.3N/mm2,则
ΦψcƒcA=1×0.85×14.3×106×0.42
=1944.8kN>Nmax(=974.5kN)
故桩身轴向承载力满足要求。
10).桩身构造设计
了桩身按构造要求配筋,选用8根直径为14的HRB335级钢筋通长配筋;箍筋选用直径为6的HPB300级钢筋,间距200mm,距桩顶2m范围内间距50mm,距桩顶2-4m范围内间距100mm。
采用打入法沉桩,桩顶设置三层直径为6,间距为50mm的钢筋网,桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上,桩尖0.6m范围内箍筋加密,间距50mm,桩身主筋混凝土保护层厚30mm。
11).吊装验算
由于桩的长度不大,桩身吊装时采用二点起吊,吊点位置如图4所示。
起吊点距桩两端距离为
a=0.207L=0.207×11=2.277m
则吊起时桩身最大弯矩为
Ml=0.0214kql2=0.0214×1.2×(0.42×25)×112=12.43kN.m
桩身配筋验算;混凝土采用C30级,钢筋采用HRB335级,则ƒc=14.3N/mm2,ƒy=300N/mm2,由于b=400mm,h0=400-40=360mm,每边配3根直径为14的二级钢筋,As=461N/mm2,则
X=fyAS/α1ƒcb=(300×461)/(1.0×14.3×400)=24.18mm
Mu=α1ƒcbx(h0-
)
=1.0×14.3×400×24.18×(360-
)
=48.12×106N.mm
=48.12kN.m
所以Mu>Ml
故桩身配筋满足吊装要求。
5.估算B.C轴线柱下粧数
1).桩数估算
设计BC轴线下的桩基础的方法和A轴线下相同。
单桩极限承载力标准值为935.04KN,基桩竖向承载力特征值为467.52KN.
轴柱下荷载标准组合值为Fk=1765kNMk=169kNVk=130kN
根据
轴下荷载初步估算
轴柱下根数,
n=
=1765/467.52=3.8取n=4
则
轴下设计桩数为4根。
轴柱下荷载标准组合值为Fk=1564kNMk=197kNVk=112kN
根据
轴下荷载初步估算
轴柱下根数,
n=
=1564/467.52=3.3取n=4
则轴
下设计桩数为4根。
2).承台平面尺寸确定
根据估算的桩数和承台构造要求,设计
轴线承台平面尺寸为2.8m×2.8m,庄中心距取2000mm,桩心与承台边缘距离400mm。
根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台,设计
轴线承台变长为3.2m×3.2m,矩形布桩,桩中心距取2400,桩心距承台边缘为400mm。
如图5所示:
6.设计图纸
根据以上计算,可绘制出承台平面图与剖面图、桩基平面布置图和桩基大样图,见附录1所示。
7.参考文献
(1)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001),中国建筑工业出版社,2002.
(2)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),中国建筑工业出版社,2002.
(3)《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),中国建筑工业出版社,2008.
(4)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002),中国建筑工业出版社,2002.
(5)周景星李广信虞石民王洪瑾编著.基础工程.第2版【M】.北京:
清华大学出版社,2007.
(6)张忠苗主编.桩基工程.第一版【M】.北京:
中国建筑工业出版社,2007.
发出任务书日期:
年月日指导教师签名:
计划完成日期:
年月日基层教学单位责任人签章:
主管院长签章:
附录1: