样本基础工程设计.docx
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样本基础工程设计
四川大学网络教育学院
专业课课程设计
题目《基础工程》课程设计（柱下钢筋混凝土桩基础）
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一、基础工程课程设计任务书.................................................1-21.课程设计基本要求..............................................................11.1课程设计目的.......................................................................12.课程设计设计资料..............................................................12.1工程设计概况.......................................................................12.2荷载情况...............................................................................12.3工程地质资料.......................................................................13.设计内容及要求..................................................................24.设计成果及提交.....................................................................2二、计算说明书.........................................................................1.设计资料..................................................................................31.1工程设计概况.......................................................................31.2荷载情况...............................................................................31.3工程地质资料.......................................................................32.选择桩型、桩端持力层、承台埋深..................................4-52.1选择桩型..............................................................................42.2选择桩的几何尺寸以及承台埋深......................................4-53.确定单桩极限承载力标准值..................................................63.1确定单桩极限承载力标准值.............................................64.确定桩数和承台底面尺寸......................................................6-74.1初选桩数.............................................................................6-7
5.确定复合基桩竖向承载力设计值........................................85.1基桩所对应的承台底地基土净面积.............................85.2承台效应系数..................................................................86.桩顶作用验算............................................................................8-96.1承台验算..................................................................................8-97.桩基础沉降验算...................................................................9-117.1沉降验算.................................................................................9-118桩身结构设计计算..................................................................128.1桩身结构设计计算................................................................129承台设计................................................................................12-159.1承台受冲切承载力验算...........................................................12-1510、参考文献...................................................................16三、基础算施工图............................................................................17-19
一、基础工程课程设计任务书1、课程设计基本要求1.1、课程设计目的
利用所学基础工程课程的理论知识，能够独立完成一个较完整的基础设计与计算过程，从而加深对所学理论的理解与应用。
2、课程设计设计资料2.1、工程设计概况
某城市新区拟建一栋15层框架结构的办公楼，其场地位于临街地块居中部位，无其它邻近建筑物，地层层位稳定，场地地质剖面及桩基计算指标见工程地质资料。
试设计柱下独立承台桩基础。
（1）地基基础设计等级为乙级；（3）柱的截面尺寸为450mm×600mm；
（4）承台底面埋深d=2.0m；（5）根据地质资料以及上部荷载情况，自行选择桩型、桩径和桩长；（6）桩基沉降量容许值：
[s]=200mm或查相关规范确定；（7）桩的类型：
预制桩或者灌注桩（自行斟酌设定）；（8）沉桩方式：
静压或者打入（自行斟酌设定）。
（9）方案要求尽量先选择以粉质粘土为持力层，若不满足要求，再行选择卵石或岩石层作为持力层，并作简要对比说明。
2.2、荷载情况
已知上部框架结构由柱子传至承台顶面的荷载效应标准组合轴力F=（8300-10*8）=8240kN，弯矩Mx=（80+2*8）=96kN·m，My=（750-8）=742kN。
（其中，Mx、My分别为沿柱截面短边和长边方向作用）。
2.3、工程地质资料
建筑场地土层按其成因、土性特征和物理力学性质的不同,自上而下分为5层,地质剖面与桩基计算指标见表1,勘察期间测得地下水水位埋深为2.2m。
地下水水质分析结果表明,本场地地下水无腐蚀性。
3、设计内容及要求
（1）确定单桩竖向承载力特征值
（2）确定桩数，桩的平面布置，承台平面尺寸，单桩承载力验算（3）若必要，进行软弱下卧层承载力验算；（4）桩基沉降验算；（5）桩身结构设计及验算；（6）承台结构设计及验算；（7）桩及承台施工图设计：
包括桩平面布置图、桩身配筋图、承台配筋图、节点详图、钢筋图、钢筋表和必要的施工说明。
表1地质剖面与桩基计算指标
土层种类
层厚
/m
地下水位
/m
单桩布置
/m
桩基计算指标
预制桩
沉管桩
冲、钻孔桩
qpk
qsik
qpk
qsik
qpk
qsik
粘土
3.0
50
40
44
淤泥
9.5
14
40
12
粉质粘土
4.5
3000
50
2000
40
1000
44
淤泥质土
9.2
20
14
16
卵石
3.0
10000
120
7000
100
2800
120
强风化岩
未见底
7000
100
5000
72
2000
100
4、设计成果及提交
（1）计算说明书：
计算说明书一律用A4幅面；装订顺序：
封面（须注明：
《基础工程》课程设计，专业班级，学号，姓名，日期），目录、设计任务书，计算说明书；
（2）桩基础施工图：
建议图纸采用A3幅面，表达要清楚，施工图（图纸折叠成A4大小）。
二、选择桩型、桩端持力层、承台埋深
2.1选择桩型
因为框架跨度大而且不均匀，柱底荷载大，不宜采用浅基础。
根据施工场地、地基条件以及场地周围环境条件，选择桩基础。
因转孔灌注桩泥水排泄不便，为减少对周围环境污染，采用静压预制桩，这样可以较好的保证桩身质量，并在较短的施工工期完成沉桩任务，同时，当地的施工技术力量、施工设备以及材料供应也为采用静压桩提供可能性。
2.2选择桩的几何尺寸以及承台埋深
桩截面尺寸选用：
由于经验关系建议桩边长取450mm，即桩的截面尺寸为450mm×450mm，由施工设备要求，桩分为两节，上段长13m，下段长13m，（不包括桩尖长度在内），实际桩长比有效桩长长0.8m，这是考虑持力层可能有一定的起伏以及桩需要嵌入承台一定长度而留有的余地。
桩基以及土层分布示意如图一。
图一桩基及土层分布
依据地基土的分布，第①层是粘土，第②层是淤泥，第③层是粉质粘土，第④层是淤泥质土，而第⑤层是卵石。
如果选择粉质粘土为持力层的话，因为上部荷载比较大，粉质粘土的承载力不足，而且粉质粘土下面就是淤泥质土层加上粉质粘土本身又不厚，所以软弱下卧层得承载力也不够。
因此第⑤层卵石是较适合的桩端持力层。
桩端全断面进入持力层1.0m（>2d），工程桩入土深度为h。
故：
h=3.0+9.5+4.5+9.2+1=27.2m
由于第①层厚3m，地下水位为离地表2.2m，承台埋深为2.0m，桩基得有效桩长即为L=27.2-2.0=25.2m。
3.确定单桩极限承载力标准值
3.1确定单桩极限承载力标准值
本设计属于乙级建筑桩基，当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式计算：
Quk＝Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp
式中qsik——桩侧第层土的极限侧阻力标准值如无当地经验值时可按《建筑桩基技术规范》JGJ94-94中表5.2.8-1（桩的极限侧阻力标准值）取值。
qpk————极限端阻力标准值如无当地经验值时可按表《建筑桩基技术规范》JGJ94-94中表GE5.2.8-2（桩的极限端阻力标准值）取值。
对于尚未完成自重固结的填土和以生活垃圾为主的杂填土不计算其桩侧阻力qsik。
按经验参数法确定单桩竖向承载力极限承载力标准值：
Quk＝Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp
=4×0.45×［50×（3.0-2.0）+14×9.5+50×4.5+20×9.2+120×1］+10000×0.452
＝1281.6+2025KN
＝3306.6KN
估算的单桩竖向承载力设计值（γs＝γp＝2.0）
Ra＝Qsk/γs+Qpk/γp=3306.6/2.0=1653.3KN
所以最终按经验参数法计算单桩承载力设计值,即采用Ra＝1653.3KN，初步确定桩数。
4.确定桩数和承台底面尺寸4.1初选桩数
初步估算桩数,由于柱子是偏心受压，故考虑一定的系数，规范中建议取1.1-1.2。
现在取1.1的系数，即：
n≥F/R×1.1＝8290/1653.3×1.1＝5.52（根）
取n=6根，桩距Sa≥3d＝3×0.45＝1.35m。
4.2初选承台尺寸
a＝2×（0.45+1.35）＝3.6m
b=2×0.45+1.35=2.25m
承台埋深2.0m，承台高1.8m，桩顶伸入承台50mm，钢筋保护层厚度取35mm，则承台的有效高度为h0＝1.8-0.05-0.035＝1.715m。
桩位平面布置如图二。
图二桩位平面布置图
5.确定复合基桩竖向承载力设计值
该桩基属于非端承桩，并n>3，承台底面下并非欠固结土，新填土等，故承台底面不会于土脱离，所以宜考虑桩群、土、承台的相互作用效应，按复合基桩计算竖向承载力设计值。
目前，考虑桩基的群桩效应的有两种方法。
《地基规范》采用等代实体法，《桩基规范》采用群桩效应系数法。
下面用群桩效应系数法计算复合基桩的竖向承载力设计值：
5.1基桩所对应的承台底地基土净面积AC
AC＝（A-nAps）/n
=（3.6×2.25-6×0.452）/6
=1.15
5.2承台效应系数ηc
Sa/d=0.886
/
=0.886
×0.45=2.3
BC/l=2.25/25.2=0.089
查表4-17得承台效应系数为ηc=0.11则有:
R=Ra+ηcfakAC
=1653.3+0.11×1.15×240
=1683.66KN6.桩顶作用验算6.1承台验算
（1）荷载F=（8300－10n）=kN,Mx=（80+2n）kN·m，My=（750－n）kN。
学号后两位数为01，则F=8290KN,Mx=82kN，My=749kN。
承台高度设为1.8m等厚，荷载作用于承台顶面。
本工程安全等级为乙级，建筑物的重要性系数λ0=1.0.
承台埋深d＝0.2m。
作用在承台底形心处的竖向力有F，G，但是G的分项系数取为1.2.
F+G＝8290+3.6×2.25×2.0×20×1.2＝8290+388.8＝8678.8kN
桩顶受力计算如下：
Nmax=（F+G）/n+（∑M×ymax）/（yi2）
=8678.8/6+（749×0.675）/（4×0.6752）+（82×0.675）/（4×0.6752）=1446.47+307.84
=1754.31KN
Nmax=（F+G）/n-（∑M×ymax）/（yi2）
=8678.8/6-（749×0.675）/（4×0.6752）+（82×0.675）/（4×0.6752）=1446.47-307.84
=1138.63KN
N=（F+G）/n=8678.6/6=1446.47KN
λ0Nmax=1754.31KN＜1.2R=1.2×1683.66=2020.392KN
λ0Nmin＞0
λ0N＝1446.47KN＜R＝1683.66KN满足要求7桩基础沉降验算
采用长期效应组合的荷载标准值进行桩基础的沉降计算。
由于桩基础的桩中心距小于6d，所以可以采用分层总和法计算最终沉降量。
7.1沉降验算
竖向荷载标准值F＝8290Kn
基底处压力P＝F+G/A=（8290+3.6×2.25×2.0×20）/（3.6×2.25）=1063.46Pa
基底自重压力γd＝19.1×2.0＝38.2kPa
基底处的附加应力P0＝P-γd＝1063.46-38.2＝1025.26kPa桩端平面下的土的自重应力σc和附加应力σz（σz＝4αp0）计算如下:
①在z=0m时：
σc＝∑γihi＝19.1×2.2+（19.1-10）×0.8+（117.1-10）×9.5+（19.8+10）×4.5+（17.1-10）×9.2+（22-10）×1＝238.17kpa
l/b=1.62z/b=0
查表并线性内插得α＝0.25σz=4αp0=4×0.25×1025.26=1025.26kpa
②在z=2m时：
σc＝∑γihi＝238.17+2×（22-10）＝262.17kpa
l/b=1.62z/b=1.78
查表并线性内插得α＝0.126
σz=4αp0=4×0.126×1025.26=516.73kpa
③在z=5m时：
σc＝∑γihi＝262.17+（5-2）×（20-10）＝292.17kpa
l/b=1.62z/b=4.44
查表并线性内插得α＝0.034
σz=4αp0=4×0.034×1025.26=139.44kpa
④在z=7m时：
σc＝∑γihi＝262.17+（7-2）×（20-10）＝312.17kpa
l/b=1.62z/b=6.22
查表并线性内插得α＝0.0185
σz=4αp0=4×0.0185×1025.26=75.87kpa
⑤在z=8m时：
σc＝∑γihi＝262.17+（8-2）×（20-10）＝322.17kpa
l/b=1.62z/b=7.11
查表并线性内插得α＝0.0143
σz=4αp0=4×0.0143×1025.26=58.64kpa
将以上计算资料整理于表一。
表一σc、σz的计算结果
Z（m）
σc（kpa）
l/b
2z/b
α
σz（kpa）
0
238.17
1.6
0
0.2500
1025.26
2
262.17
1.6
1.78
0.1260
516.73
5
292.17
1.6
4.44
0.0340
139.44
7
312.17
1.6
6.22
0.0185
75.87
8
322.17
1.6
7.11
0.0143
58.64
在z＝8m处，σz/σc=0.18＜0.2，所以本基础取Zn＝8m计算沉降量。
计算如表二
表二计算沉降量
Z（mm）
l/b
2z/b
平均附加应力系数αi
αizi（mm）
αizi－αi－lzz-l
Esi（kpa）
△Si＝4P0/Ei×（αizi-αi－lzz-l）
0
1.6
0
0.25
0
2000
1.6
1.78
0.20025
400.5
400.5
150000
10.96
5000
1.6
4.44
0.12024
601.2
200.7
130000
6.34
7000
1.6
6.22
0.09297
650.8
450.09
130000
14.21
8000
1.6
7.11
0.08336
666.8
216.75
130000
6.85
故S’=10.96+6.34+14.21+6.85=38.36mm
桩基础持力层性能良好,取沉降经验系数ψ=1.0短边方向桩数nb＝2，等效距径比Sa/d=0.886
/
=0.886
×0.45=2.3,长径比l/b＝25.2/0.45＝56，承台的长宽比Lc/Bc=1.6，查表并线性内差得：
C0=0.0049C1＝1.89C2＝15.18ψe＝C0+（nb-1）/[C1（nb-1）+C2]=0.1076
所以，四桩桩基础最终沉降量S＝ψψeS’=1.0×0.1076×38.36=4.13mm满足要求8桩身结构设计计算
8.1桩身结构设计计算
两端桩长各13m，采用单点吊立的强度进行桩身配筋设计。
吊立位置在距桩顶、桩端平面0.293L（L=13m）处，起吊时桩身最大正负弯矩Mmax＝0.0429KqL2，其中K=1.3;q=0.452×25×1.2=6.075KN/m。
即为每延米桩的自重（1.2为恒载分项系数）。
桩身长采用混凝土强度C30，
Ⅱ级钢筋，所以：
Mmax=0.0429KqL2=0.0429×1.3×6.075×132=57.26KN.m
桩身截面有效高度h0=0.45-0.04=0.41m
αs=M/fcbh02=57.26×106/14.3×450×4102=0.0529
γs=1/2（1+
）=1/2（1+
）=0.9728
桩身受拉主筋As＝M/γsfch0=57.26×106/0.9728×300×410=478.54mm2
选用，2Φ18（AS=509mm2＞478.54mm2），因此整个截面的主筋4Φ18（AS=1017mm），配筋率为ρ=6151017/（450×410）=0.551%＞ρmin＝0.4%。
其他构造要求配筋见施工图（附图一）。
桩身强度Ψ（ΨcfcA+fyAs）=1.0×（1.0×14.3×450×410+300×1017）=2943.45KN＞R=1683.66KN故满足要求
9承台设计
承台混凝土强度等级采用C25。
9.1承台受冲切承载力验算
取承台及其上土的平均重度γG＝20KN/m3，则桩顶平均竖向力为
NK=FK+GK/n＝（8290+20×2.25×3.6×1.8）/6KN
=1430.27KN＜R=1683.66
NKmax=NK+（Mxkyi/∑yi2）+（Mxkxi/∑xi2）=（1430.27+749×0.675/4+0.6752）+（82×0.675/4+0.6752）=1738.05＜1.2R=1683.66KN
（1）柱对承台的冲切
由图二可知，a0x＝825mm，a0y＝225mm，承台厚度H=1.8m,计算截面处的有效高度h0＝1800-80＝1720mm，承台底保护层厚度取80mm。
冲跨比λox＝a0x/h0=825/1720=0.48（符合0.25-1.0）
λoy＝a0y/h0=225/1720=0.13＜0.25,取λoy＝0.25
冲切系数
βox=0.84/λox+0.2=0.84/0.48+0.2=1.235
βoy=0.84/λoy+0.2=0.84/0.25+0.2=1.867
柱的截面为450mm×600mm，混凝土的抗拉强度设计值ft=1100kPa
冲切力设计值Fl=F-∑Ni=8290×1.38-0=11191.5KN
—bc、hc分别为柱截面长、短边尺寸
—βhp受冲切承载力截面高度的影响系数，当h＜800mm时，βhp取1.0，h＞2000mm时，βhp取0.9，期间按线性内插法取值。
F1＝2[βox（bc+a0y）+βoy（hc+a0x）]βhpftho
=2[1.235×（0.45+0.225）+1.867×（0.6+0.825）]×0.917×1100×1.720
=12124.3KN＞F1=F-∑Ni=8290-2075=6215KN
满足要求。
（2）角桩对承台的冲切
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