湘潭大学地基基础课程设计.docx
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湘潭大学地基基础课程设计
地基基础课程设计
姓
名
万梓豪
学
号2011800516
专业班级2011级土木工程一班
任课教师
郭小刚教授
指导教师
曹爱国副教授
学
院
土木工程与力学学院
时
间2014年1月
湘潭大学地基基础课程设计2011800516万梓豪
目
次
主要符号表…………………………………………………………………………………………2
地基基础课程设计任务书…………………………………………………………………………3第一部分浅基础设计…………………………………………………………………………3上部结构资料…………………………………………………………………………………3地基的地质条件………………………………………………………………………………3水文地质条件…………………………………………………………………………………3第二部分桩基础设计…………………………………………………………………………4
设计内容…………………………………………………………………………………………4钢筋混凝土柱下独立基础设计计算书……………………………………………………………5选择持力层………………………………………………………………………………………5计算地基承载力特征值并修正…………………………………………………………………5计算基础所需底面尺寸…………………………………………………………………………5验算软弱层强度和沉降量………………………………………………………………………6设计基础剖面并计算配筋………………………………………………………………………8绘制施工图………………………………………………………………………………………9桩基础设计计算书………………………………………………………………………………10选择桩的类型及截面尺寸……………………………………………………………………10选择桩端持力层、承台埋深…………………………………………………………………10计算单桩竖向承载力…………………………………………………………………………10
确定桩数、间距及平面布置…………………………………………………………………10群桩基础中单桩承载力验算…………………………………………………………………10承台设计………………………………………………………………………………………10沉降计算………………………………………………………………………………………13绘制施工图……………………………………………………………………………………14参考文献…………………………………………………………………………………………15后记………………………………………………………………………………………………16
1
湘潭大学地基基础课程设计2011800516万梓豪
主要符号表
（另有部分符号在计算书中标明，未在此列出）
Fk───相应于作用的标准组合时，基础顶面传至基础顶面的竖向力；
Gk───基础自重和基础上的土重；Mk───相应于作用的标准组合时，作用于基础顶面的力矩值；p───基底压力；
p0───基底平均附加压力；
Qk───相应于作用的标准组合时，轴心竖向力作用下桩基中单桩所受竖向力；V───配筋计算时剪力设计值；Fl───桩基础设计中扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏锥体上相应于作用的基本组合时的冲切力设计值；
φ───土的内摩擦角；
γ───土的重度；
γG───基础及回填土平均重度，一般取20kN/m3；
θ───地基压力扩散角；
fa───修正后的地基承载力特征值；fak───地基承载力特征值；qpa───桩端阻力特征值；
Ra───单桩承载力特征值；
qsia───桩侧阻力特征值；
φ───桩基沉降计算时各土层内摩擦角的加权平均值；
Es───变形计算深度范围内压缩模量的当量值；
λox、λoy───冲跨比；
λ1x、λ1y───角桩冲跨比；
ϕ───表示钢筋直径的符号；
d───基础的埋置深度，桩身直径；
A───基础底面面积；
b───基础宽度；h0───基础高度；up───桩身长度；
βhp───受冲切承载力截面高度影响系数；
βhs───受剪切承载力截面高度影响系数；
ψs───沉降计算的经验系数；
ψp───桩基础沉降计算的经验系数；
α───平均附加应力系数；
ηb───基础宽度的承载力修正系数；
ηd───基础埋深的承载力修正系数；
αox、αoy───冲切系数；
α1x、α1y───角桩冲切系数
2
湘潭大学地基基础课程设计2011800516万梓豪
地基基础课程设计任务书
（注：
学号为2011800516，荷载取值以此学号为标准）
第一部分
浅基础设计
（一）、上部结构资料
某框架结构柱网图如下，柱截面为400×400mm2，荷载的标准组合为：
F1k＝616（600
＋学号后两位数字）kN，F2k＝716（700＋学号后两位数字）kN，F3k＝816（800＋学号后两位数字）kN。
力矩Mk＝150kN·m，水平荷载Hk＝16（10＋学号后一位数字）kN。
相应于准永久组合的竖向力F＝Fk－50kN，用于沉降计算。
柱下独立基础设计时，学号最后一位数字数字是6的选取中柱荷载F3k进行设计计算。
若选择进行条形基础设计，学号最后一位数字数字是6的选取柱荷载F2、F3、F3、F2
对应的纵梁进行计算。
F2
F2
F1
F1
F3
F2
F2
F3
F1
F1
（二）、地基的地质条件
1、自上而下土层依次如下：
①号土层：
杂填土，层厚0.5m，含部分建筑垃圾；
②号土层：
粉质黏土，层厚1.3m，软塑，潮湿；
③号土层：
黏土，层厚3.8m，可塑，稍湿；
④号土层：
淤泥质粉土，层厚2.0m；
⑤号土层：
细砂，层厚2.8m，中密；
⑥号土层：
强风化砂质泥岩，厚度未揭露。
2、岩土设计参数（用于浅基础）（表1.1）
（三）、水文地质条件
1、拟建厂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1.6m。
3
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表1.1
地基岩土物理学参数
第二部分
桩基础设计
某一商业大楼地质剖面和土性物理指标如下表（表1.2）所示。
上部结构传至设计地面标准组合的荷载标准组合为：
F1k＝6416（6400+学号后两位数字）kN，F2k＝7216（7200+学号后两位数字）kN，F3k＝8016（8000+学号后两位数字）kN。
力矩Mk＝356（350+学号后一位数字）kN·m。
相应于准永久组合的竖向力F＝Fk－50kN，用于沉降计算。
学号最后一位数字数字是6的选取F3k规定的荷载进行设计计算。
表1.2
桩基础设计地基岩土物理学参数
桩穿越各土层的平均内摩擦角等于20°
设计内容
设计两种方案
方案一：
钢筋混凝土柱下独立基础（必作）；方案二：
柱下条形基础或桩基础（二选一）。
4
土层编号
土的名称
厚度/（m）
重度γ
/（kN/m3）
孔隙比
e
液性指数
IL
qsia/
（kPa）
qpa/
（kPa）
压缩模量Es
/（MPa）
含水量
ω/（%）
承载力特征
值fak/（kPa）
①
杂填土
1.6
16.0
—
—
11
—
5.0
—
—
②
粉质黏土
2.2
19.0
0.65
0.84
28
1300
8.1
24
130
③
黏土
4.3
19.3
0.58
0.78
22
2100
9.0
36
190
④
淤泥质粉土
2.2
17.0
6
3.0
45
90
⑤
中砂
4.5
20.0
34
2550
20.0
260
⑥
细砂
3.8
21.0
—
36
2600
19.6
250
⑦
强风化砂质泥岩
足够深
22.0
—
—
40
3500
27.0
310
土层编号
土的名称
重度γ
/（kN/m3）
孔隙比
e
液性指数
IL
黏聚力c
/（kPa）
内摩擦
角φ/（°）
压缩模量
Es/（MPa）
基床反力系数
k/（MN/m3）
承载力特征
值fak/（kPa）
①
杂填土
18.0
—
—
—
—
—
—
—
②
粉质黏土
20.0
0.65
0.84
34
13
7.5
19
130
③
黏土
19.6
0.58
0.78
25
23
8.4
23
190
④
淤泥质粉土
17.0
11
14
3.0
6
⑤
细砂
21.0
0.62
—
—
30
11.8
22
250
⑥
强风化砂质泥岩
22.0
—
—
—
—
27.0
54
310
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钢筋混凝土柱下独立基础设计计算书
（注：
学号为2011800516，选取中柱荷载F3进行设计计算）
（一）、选择持力层
依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011（以下简称《规范》），在保证建筑物安全和正常使用的前提下，基础应尽量潜埋，一般情况下，不宜小于0.5m。
根据工程地质、水文地质条件，本设计中，地基持力层选择在第③层黏土上。
取基础埋深2.0m。
（二）、计算地基承载力特征值，并修正采用现场荷载试验或其他原位测试方法：
查《任务书》表1.1，有：
黏土孔隙比
黏土液性指数黏土承载力特征值
e＝0.58
IL＝0.78
fak＝190kPa
据《规范》5.2.4条，地基承载力修正式为：
fa＝fak＋ηbγ（b－3）＋ηdγm（d－0.5）
查《规范》表5.2.4，对于e及IL均小于0.85的黏土，深度修正系数ηd＝1.6，预计基础宽度小于3.0m，可以不作宽度修正。
持力层以上土的加权平均重度为：
γh＋γh＋γh＋γh＝18×0.5＋20×1.1＋10×0.2＋9.6×0.2＝17.46kN/m
3
11223344
γm＝
h1＋h2＋h3＋h4
2
则修正后的地基承载力特征值为：
fa＝fak＋ηbγ（b－3）＋ηdγm（d－0.5）
＝190＋1.6×17.46×1.5＝231.904kPa
（三）、计算基础所需底面尺寸
计算基础底面积A和底面宽度b。
1、按中心荷载粗估基底面积，对于矩形基础：
816
F
＝4.25m2
A1＝ab＝
k
＝
fa－γGd231.9－20⨯2
考虑偏心荷载作用，将基地面积扩大1.3倍，即：
A＝1.3·A1＝5.53m2。
取正方形基础，A＝b2，则：
1.3Fk
b≥
＝5.53＝2.35m
fa－γGd
取b＝2.4m＜3m，无需再进行承载力修正。
2、验算基底压力
Gk＝γGdA－10Ahw＝20×2×2.4×2.4－10×2.42×0.4
＝207.36kNFk＋Gk＝816＋207.36＝1023.36kNM＝150＋16×2＝182kN·m
基础及回填土重
基础的总垂直荷载
基底的总力矩
b2l
b3
2.43
W＝＝＝＝2.304m3
基础底面的抵抗矩
66
6
5
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182
＝0.18m＜b＝0.4m
总荷载的偏心矩
e＝
1023.36
6
则基底边缘最大应力：
Fk＋Gk
M1023.36
182
pmax＝
＋＝
＋
W2.4⨯2.42.304
A
＝256.66kN/m2＜1.2fa＝1.2×231.9＝278.28kPa
基底平均应力：
p＝Fk＋Gk＝1023.36＝177.67kPa＜f＝231.904kPa
a
A
2.4⨯2.4
满足地基承载力要求。
（四）、验算软弱层强度和沉降量
1、验算地基软弱下卧层的承载力
查《任务书》表1.1，第④层淤泥质粉土层为软弱下卧层。
（1）、前面已经求得基底压力
p＝181.67kPa
（2）、求下卧层承载力采用理论公式计算确定。
查《任务书》表1.1，有：
黏土内摩擦角
黏土黏聚力
φ＝14°
c＝11kPa
据《规范》5.2.5条，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值满足：
fa＝Mbγb＋Mdγmd＋Mcck查《规范》表5.2.5，φk＝14°时有：
Mb＝0.29，Md＝2.17，Mc＝4.69基础底面至下卧层顶面的距离为z＝3.6m，z／b＝1.5＞0.5，Es1／Es2＝8.4／3＝2.8＜3查《规范》表5.2.7，z／b＞0.5时，θ值不变，即Es1／Es2＝3，θ＝23°。
计算Es1／Es2＜3时的压力扩散角θ[12]，查《规范》条文说明中的表
5，如下表：
取其中z／b＝0.5，Es1／Es2＝1时的θ值，运用内插法计算，得：
（
＝21°
2
故下卧层顶面应力扩散宽度为：
b′＝b＋2ztanθ＝2.4＋2×3.6×tan21°＝5.16m
下卧层埋深为：
d′＝0.5＋1.3＋3.8＝5.6m
下卧层土的有效重度为：
γ′＝γ－γw＝17.0－10.0＝7.0kN/m3
6
z／b
ν＝1.0，α＝Es1／Es2＝1
ν＝5.0，α＝Es1／Es2≈4
0.00
0.25
0.50
1.00
—
0°
3.18°
18.43°
—
5.94°
24.0°
35.73°
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下卧层以上土的加权平均重度：
γh＋γh＋γh＋γh＝18×0.5＋20×1.1＋10×0.2＋9.6×3.8＝10.96kN/m
3
11223344
γm＝
h1＋h2＋h3＋h4
5.6
则下卧层承载力为：
fd＋z＝Mbγ′b′＋Mdγmd′＋Mcck
＝0.29×7×5.16＋2.17×10.96×5.6＋4.69×11
＝195.25kPa
（3）、求作用于下卧层上的压力下卧层顶面自重压力为：
pcz＝18×0.5＋20×1.1＋（20－10）×0.2＋（19.6－10）×3.8＝69.48kN/m2
基底自重压力：
pc0＝18×0.5＋20×1.1＋（20－10）×0.2＋（19.6－10）×0.2＝34.92kN/m2
代入下卧层顶面附加压力公式，得：
2
ab（p－pc0）
2.4（181.67－34.92）
＝31.70kN/m2
pz＝
＝
（a＋2ztanθ）（b＋2ztanθ）（2.4＋2⨯3.6⨯tan21︒）2
（4）、下卧层承载力验算
下卧层顶面总压力：
pcz＋pz＝69.48＋31.7＝101.18kN/m2＜fd＋z＝195.25kN/m2
即下卧层满足承载力要求。
2、验算地基沉降量采用《规范》简化的分层总和法计算，要求s≤[s]，其中：
n
n
p
s＝ψss′＝ψs∑si′＝ψs∑0（αizi－αi－1zi－1）
i＝1Esi
i＝1
（1）、计算基础底面的附加应力p0
相应于准永久组合的竖向力F＝Fk－50kN＝816－50＝766kN
前面已求得：
Gk＝207.36kN
则基础底面平均应力：
p＝F＋Gk＝766＋207.36＝168.99kPa
2.4⨯2.4
A
基础底面自重压力：
pc0＝34.92kN/m2
p0＝p－pc0＝168.99－34.92＝134.07kN/m2
（2）、确定分层厚度、计算深度
2m＜b≤4m，查《规范》表5.3.7，得分层厚度Δz＝0.6m
当无相邻荷载影响，且基础宽度在1～30m范围内时，基础中点的地基变形计算深度按
《规范》中式（5.3.8）为：
zn＝b（2.5－0.4lnb）
＝2.4×（2.5－0.4×ln2.4）
＝5.16m
（3）、列表计算分层沉降量
查《规范》附录表K.0.1-2，得平均附加应力系数αi。
列表计算。
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（4）、计算最终沉降量
∑A
3.23＋1.15
i
Es＝
＝
＝5.7MPa
3.231.15
Ai
∑
＋
8.43
Esi
p0＝134.07kN/m2≤0.75fak＝0.75×190＝142.5kN/m2
查《规范》表5.3.5，得：
ψs＝0.83
s＝ψss′＝0.83×72.67＝60.3mm
（五）、设计基础剖面，并计算配筋
1、荷载组合扩展基础设计应采用荷载的基本组合。
据《规范》荷载的基本组合可采用标准组合乘以
1.35分项系数。
因此作用在基础上的外荷载F＝1.35×816＝1101.6kN，M＝1.35×150＝202.5kN·m，H＝1.35×16＝21.6kN。
2、基础底面净压力计算
＝202.5＋21.6⨯2＝0.22＜b＝0.4m
e＝M
荷载偏心距
6
F
1101.6
基底的总力矩
M＝202.5＋21.6×2＝245.7kN·m
b2l
b3
2.43
W＝＝＝＝2.304m3
基础底面的抵抗矩
66
6
pemax＝F±M
＝1101.6±245.7
基底净反力
pemin
AW2.4⨯2.42.304
297.89
84.61
＝
kPa
3、初步确定基础高度
采用锥形基础，经简化计算[13]，基础高度初步确定为h＝700mm。
按《规范》要求，铺设垫层时要求保护层厚度不小于35mm，保护层厚度取50mm，则h0＝700－50＝650mm。
4、基础冲剪验算（图1）
Al面积上地基反力Fl计算
a
b
a
b
Al＝（－－h0）b－（－－h0）2
c
c
22
22
＝（2.4－0.4－0.65）×2.4－（2.4－0.4－0.65）2
22
＝0.7175m2
按Al上作用着pemax计，则：
2
2
Fl＝pemax×Al＝297.89kN/m2×0.7175m2＝213.74kN
冲切破坏面的抗剪承载力满足
图1冲切验算图形
8
点号
zi/（m）
a/b
z/b
4αi
4αizi
4αizi－4αi－1zi－1
Esi/（MPa）
Δsi′
ΣΔsi′/（mm）
0
0.00
1.00
0.00
1.0000
0.0000
1
3.60
1.50
0.7964
2.8670
2.8670
8.4
45.76
45.76
2
5.16
2.15
0.6723
3.4691
0.6021
3.0
26.91
72.67
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[V]＝0.7βhft（bc＋h0）h0
因为h0＝650mm＜800mm，故βh＝1.0。
基础采用C20混凝土，其轴心抗拉强度设计值为ft＝1.1N/mm2＝1100kN/m2，则：
[V]＝0.7×1.0×1100×（0.4＋0.65）×0.65＝525.5kN
满足Fl＜[V]要求，基础不会发生冲剪破坏。
5、柱边基础弯矩计算柱边与远侧基础边缘距离
1
a′＝ac＋（a－ac）＝0.4＋1＝1.4m
2
柱边处的地基净反力
（pemax－pemin）a′＋pemina
（297.89－84.61）⨯1.4＋84.61⨯2.4
＝209.02kN/m2
peⅠ＝
＝
a
2.4
计算横、纵断面的弯矩：
1
MⅠ＝（a－ac）2[（pemax＋peⅠ）（2b＋bc）＋（pemax－peⅠ）b]
48
1
＝×（2.4－0.4）2×[（297.89＋209.02）×（2×2.4＋0.4）＋（297.89－209.02）×2.4]
48
1
＝×4×（506.91×5.2＋88.87×2.4）＝237.44kN·m
48
p
MⅡ＝e（b－bc）2（2a＋ac）
24
＝191.25（2.4－0.4）2×（2×2.4＋0.4）＝165.75kN·m
24
6、配筋计算
采用HPB300级钢筋，查得其抗拉强度设计值fy＝270N/mm2，C20混凝土轴心抗拉强度设计值fc＝9.6N/mm2。
237.44⨯106
M
Ⅰ
＝1503.26mm2
AsⅠ＝
＝
0.9h0Ⅰfy0.9⨯650⨯270
选用12ϕ14@20
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