柱下建筑桩基设计.docx

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柱下建筑桩基设计

柱下建筑桩基设计计算书

一、设计资料2

二、确定桩基持力层位置2

三、确定桩型、尺寸和构造3

四、确定单桩承载力3

1、单桩竖向极限承载力标准值Quk3

2、单桩竖向极限承载力特征值Ra3

3、基桩竖向极限承载力特征值R3

五、确定桩数和布置4

1、确定桩数n4

2、进行平面布置如图

（1）所示4

六、基桩竖向承载力验算5

七、桩基水平承载力验算5

八、拟定承台尺寸及埋深6

1、承台埋深6

2、承台尺寸6

3、确定承台厚度6

九、桩基软弱下卧层验算7

十、桩基沉降验算8

1、确定桩基等效沉降系数ψe8

2、计算s'8

十一、承台抗冲切验算9

1、柱对承台（向下）冲切10

2、上台阶对承台（向下）冲切11

3、角桩承台（向上）冲切11

十二、承台抗剪承载力验算11

1、对变阶A1-A1截面12

2、对于柱边A2-A2截面13

十三、承台抗弯承载力验算13

1、y轴方向配筋13

2、x轴方向配筋13

3、验算最小配筋率13

十四、参考文献14

1

柱下建筑桩基设计计算书

柱下建筑桩基设计计算书

一、设计资料

某建筑物设计地面标高为

28m，地下水位为24

m，柱截面尺寸见表

2，拟采用桩基

础型式。

该柱在设计地面处承受上部结构传来的荷载设计值列于表

1。

自设计地面向下的地

质条件为表1所示

表1

土层参数

天然地

极限侧阻力极限端阻力

土层

土层底标高

土层厚度

重

度

压缩模量

基承载

土层名称

标准值

标准值

编号

（m）

（m）

（kN/m3）

（MPa）

力

（kPa）

（kPa）

（kPa）

①

黏土

24.61

3.39

19.3

6.3

150

50

②

淤泥质土

22.91

1.7

17.0

2.5

75

25

③1

黏土

20.71

2.2

18.7

6.1

150

55

③2

粉质黏土

19.31

1.4

19.8

9.2

160

55

③

粉土

18.61

0.7

20.0

32

170

50

④1

黏土

16.91

1.7

19.1

7.2

160

50

④

粉质黏土

15.51

1.4

20.3

11.6

180

55

④1

黏土

13.61

1.9

19.1

7.2

160

50

④

粉质黏土

8.91

4.7

20.3

11.6

180

55

⑤3

黏土

7.81

1.1

19.3

10

200

50

800

⑤1

粉质黏土

5.91

1.9

20.0

10.8

210

60

700

⑤

中砂

0.91

5

20.0

37

230

70

1300

⑤4

砾石

-0.89

1.8

20.0

47

280

80

1800

⑥1

黏土

-2.59

1.7

19.4

4.9

100

35

400

⑥

粉质黏土

-5.49

2.9

20.3

15.2

240

60

1000

⑥1

黏土

-6.49

1

19.4

10.9

220

55

900

⑦

中砂

-10.69

4.2

20.0

42

260

70

1500

⑧

基岩

上部结构传至桩基础的荷载标准值见表

2

表2

上部结构传至桩基础的荷载标准值

轴力（kN）

剪力（kN）

弯矩（kN·m）

柱截面（mm）

8200

220

580

600mm600mm

注：

荷载效应基本组合为荷载标准组合的

1.35倍。

二、确定桩基持力层位置

应选择压缩性低、承载力高的较硬土层作为持力层；持力层应有一定的厚度，既能保证

桩端进入持力层的深度要求，又能使桩端以下有一定厚度的剩余持力层；桩端全断面进入持

力层的深度要求为：

对于粘性土、粉土不宜小于2d（d为桩径），砂土不宜小于1.5d。

碎石

类土不宜小于1d。

根据实际工程地质条件，本设计选取⑤中砂层作为持力层。

桩端进入持力层深度为

1.91m。

2

柱下建筑桩基设计计算书

三、确定桩型、尺寸和构造

根据表1地质条件和所选择的持力层可知，本桩基为摩擦型桩基。

本设计中设计地面标高

的轴力Fk

8200KN,剪力Hk=220KN,弯矩Mk=580KN.m，应荷载较大，故选择预应

力混凝土管桩桩径为500mm，柱截面尺寸为

600mm

600mm。

采用C40

混凝土（抗压强度

f

c

=21.1N/

2，抗拉强度f

t

=1.8N/

2

）。

承台采用

C25混凝土（抗压强度

mm

mm

fc=11.9N/mm2抗拉强度ft=1.27N/mm2）。

因桩端进入持力层的深度为

1.91m

1.5d

1.5

0.5

0.75m，故桩端全断面进入持力

层的深度满足要求。

本设计中场地设计地面标高为

28m，假设桩底标高为

4m，桩顶标高

为26m，即桩净桩长为22m。

此外根据预制桩与承台的构造要求：

桩嵌入承台内的长度（大

直径桩（d

800mm）不宜小于100mm，中直径桩（250mm

d800mm）以及小直

径桩（d

250mm）不宜小于50mm），故选择预制桩进入承台内的深度为

50mm，这样

桩总长为22.05mm。

四、确定单桩承载力

1、单桩竖向极限承载力标准值Quk

Quk

Qsk

Qpk

up

qsikli

qpkAp

Qsk

0.5

（1.39

50

1.7

25

2.2

55

1.4

550.7501.7501.455

1.9

50

4.7

55

1.1

50

1.9

60

1.91

70）

1827.15KN

Qpk

1300

0.52/4

255.25kN

Quk1827.15255.252082.4kN

2、单桩竖向极限承载力特征值Ra

根据，Ra

Quk取安全系数K=2，可得Ra=1041.2kN。

K

3、基桩竖向极限承载力特征值R

（1）由于基桩的承载力是在单桩承载力的基础上考虑群桩效应和承台效应得到的，而群桩

效应在现规范中一般不予考虑，因此，确定基桩的承载力的关键就在于是否再考虑承台效应；

（2）根据考虑承台效应的一般原则可知：

因本工程为柱下独立摩擦型桩基，因此，如果桩数不少于4根，则应考虑承台效应；

（3）根据RRa

AnA

cfakAc及Ac

n

ps

可知：

为确定R，必须事先知道桩基的桩数n

或者桩的平面布置，但这又与R

有关。

为此，桩数

n大致可按下述方法预估：

（A）首先不考虑承台效应，即认为

R

Ra；

（B）因按中心受压桩基计算桩数

n

FkGk

时Gk

3

，d为承

R

GAd（G20KN/m

台埋深，A为承台底面积）时A也与桩数n或者桩的平面布置，因此，可先仅考虑

Fk，将得

3

柱下建筑桩基设计计算书

到的桩数扩大

5～10％用于考虑Gk。

对本设计，因Fk=8200

kN，故

Fk

8200

7.88，n2=（1.051.1）n1=8.278.66，故可取n29。

n1

1041.2

R

（C）因本工程为偏心受压桩基

（作用在承台底面处的弯矩

Mk=580+220

2=1020KN.m），

因此，还应根据偏心情况将中心受压时的桩数扩大（10

～20％）。

即

。

但是因为考虑承台效应时

R增加、桩数n减小，故n可取9

n=（1.1n1.2）=9.910.8

2

根。

（D）进行平面布置：

基桩间距s取4d。

此外，因规范规定“承台边缘至边桩中心的距离不宜小于桩的直径

a

或边长，且边缘挑出部分不应小于150mm”，故桩基平面布置如下图1示。

（E）确定考虑承台效应的基桩承载力特征值

R

当n=9时：

A

5

5

25

2

而

A

ps

d2

3.14

0.52

0.196

m

2

m

4

4

Ac

A

nAps

25

90.196=2.58

m2；取桩中心间距Sa=4d，承台宽度Bc=5m，桩

n

9

长l=22.05m

，Bc/l=0.227<0.4

，故查表8.16有

c=0.14。

承台下

1承台宽度为

2

Bc/2=5/2=2.5m<5m

，

该

深

度

内土

层

地基

承

载

力

特征值为

1.39

150+1.11

75

fak=

2.5

=117KPa。

此时有

R

R

a

c

f

akA

c=1041.2+0.14

117

2.58=1083.46KN

五、确定桩数和布置

1、确定桩数n

前面已初步确定了桩数

n（9或10根）并进行了布置。

现再考虑承台及其上方填土自重

Gk

及弯矩M作用条件下的桩数。

当n=9

时：

k

20

5

5

2

1000

中心受压时

KN

GGAd

n

FkGk

8200

1000

10%

20%

），

R

8.49，考虑弯矩作用时再增大（

1083.46

即（1.1~1.2）n=9.33

10.19可取n

10

故理论上应取n

10，但为了减小造价并方便布桩，暂取

n

9计算，若验算不满足要求再

取n10

2、进行平面布置如图

（1）所示

4

柱下建筑桩基设计计算书

六、基桩竖向承载力验算

Gk

GAd

20

5

5

2

1000KN

Fk

8200KN

轴心受压：

Nk

Fk

Gk

82001000

1083.46KN满足要求

n

9

1022KN

偏心

受

压

时

：

Myk=Mk

Hk.d

580

22021020KN.mxmax2.0m

2

2

322

2m4

xi

Nkmax

Fk

Gk

Myk

xmax

n

xi2

=1022+（10202）/24=1107KN<1.2R=1.21083.46=1300KN满足要求

七、桩基水平承载力验算

5

柱下建筑桩基设计计算书

单桩水平力Hik

Hk

=220/9=24.44KNC40

混凝土弹性模量是

3.25104MPa，钢筋弹性

n

2.0

5

模量取2.0

10

5

MPa，则

E=

10

4=6.15

3.25

10

W0

d[d2

2（E

1）

gd02]=W0

0.5

[0.52

2（6.15

1）1%0.422]=0.013m3

32

32

W0

D0

W0D01.3107

420=2.73

9

4

I0=

=

2

2

10mm

2

桩的水平变形系数5

mb0

EI

式中：

m——桩侧水平抗力系数的比例系数

b0——桩身的计算宽度（m）

其中：

圆形桩：

当直径

d

1m

b0

0.

9（1d.5

0.5）

当直径d

1m

b0

0.

9d（

1）

5

20

106

1012

1125

3

/mm

故

7.54

13

1.8610

10

EI

0.85

3.25

1042.73

109

7.54

1013N.mm2

Rha

0.75

3EI

=Rha0.75

3EI

0.75

49.5437.54

1013

0a

0a

2.441

101490KN

x

x

所以Hik

hRha（

h为群桩效应综合系数）

八、拟定承台尺寸及埋深

1、承台埋深

承台地面标高在26.00m

处，故承台埋深

d

28

26

2m600mm满足要求

2、承台尺寸

承台的底面尺寸可通过对桩的平面布置确定

（如见图1），而立面尺寸确定时应通盘考虑多项

因素：

主要有根据基础埋深最小原则，承台顶面距离地面的距离不小于

500mm；承台厚

度不小于

300~400mm，埋深不应小于

600mm；钢筋保护层厚度，有混凝土垫层时不应

小于50mm，无混凝土垫层时不应小于

70mm；桩嵌入承台深度不应小于

100mm（大直

径桩）或50

mm（中等直径桩和小直径桩）

3、确定承台厚度

本设计中，首先确定承台内钢筋保护层厚度为

70

mm，嵌入承台深度

50mm。

此外沿x或y

方向角桩顶内边缘至柱边的水平距离

a0x为桩顶中心至柱边的水平距离

x方向柱边长的

一半

圆桩等效为方桩时x

方向桩边长的一半。

本设计中

6

柱下建筑桩基设计计算书

a0x

0.6

0.8

0.5

（2.00.3）

2

2

1.2m

故承台深度必须大于等于1.5m，现取1.5

m，则承台距地面高度

d

28261.2

0.8m

500mm。

由于承台厚度1.5m较大，为降低造价，可将承台分

阶，本设计中将承台分为

2阶。

如下图

（2）所示

图

（2）

九、桩基软弱下卧层验算

《规范》规定：

桩距

sa

d

1的

3

6

且桩端以下受力范围内存在承载力低于桩端持力层承载力

非端承型桩要进行软弱下卧层的验算。

本设计中

sa=

4d6d

，持力层为厚度5m，天然

承载力为230KPa的中砂层⑤以及厚度为

1.8m，天然承载力为

280KPa的砾石层⑤4，其

下有厚1.7m，天然承载力为

100KPa的粘土、厚2.9

m，天然承载力为

240KPa的粉质粘

土、厚1m，天然承载力为

220KPa的粘土、厚

4.2m，天然承载力为

2600KPa的中砂。

7

柱下建筑桩基设计计算书

经分析可知无需进行桩基软弱下卧层验算。

十、桩基沉降验算

因桩基底面为矩形桩，因此桩基中点沉降量可以按照下式计算

S

eSS

Si

Sip0

ziizi1i1

Esi

1、确定桩基等效沉降系数ψe

因Sa/d=4，l/d=22.05/0.5=44.1，Lc/Bc=5/5=1，利用指导书附录

当l/d=40时C0=0.044；当l/d=50时C0=0.036，由此可知，当C0=0.036+（0.044-0.036）（50-44.1）/（50-40）=0.041

当l/d=40时C1=1.555；当l/d=50时C1=1.636，由此可知，当C1=1.555+（1.636-1.555）（44.1-40）/（50-40）=1.588

当l/d=40时C2=8.261，当l/d=50时C2=9.648，由此可知，当C2=8.261+（9.648-8.261）（44.1-40）/（50-40）=8.830

由于本桩基是均匀布置，短边桩数nb=3，故ψe为

3及线性内插，有

l/d=44.1时

l/d=44.1时

l/d=44.1时

eC0

nb

1

0.041

3

1

0.208

C1（nb

1）C2

1.588

（3

1）8.830

2、计算s'

由于作用在基桩上的荷载效应是准永久组合下的，

本设计取荷载标准组合的

1.35倍；p0

近

似取承台底面下的平均附加压力。

p0pd

（Fk

Gk）19.3

2.0

（8200

20

55

2）

19.3

2.0

A

5

5

采用角点法。

注意到

Lc=Bc=5m，0.5Lc/0.5Bc=2.5/2.5=1，计算过程见下表：

沉降量计算

z

z/b

土层

（b=

i

zii

zi

i-zi1

i1

（m）

Bc/2=2.5）

0

0

0.25

4

0

⑤中砂

5

2

0.1746

3.492

3.492

4

⑤4砾石

6.8

2.72

0.1461

3.974

0.482

4

⑥1粘土

8.5

3.4

0.1256

4.250

0.276

4

⑥粉质粘土

11.4

4.56

0.1007

4.592

0.342

4

⑥1粘土

12.4

4.96

0.0941

4.667

0.075

4

⑦中砂

16.6

6.64

0