框架结构住宅楼基础设计张洪川.docx

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框架结构住宅楼基础设计张洪川

集团标准化工作小组[Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]

框架结构住宅楼基础设计张洪川

网络教育学院

本科生毕业论文（设计）

题目：

某框架结构住宅楼基础设计

学习中心：

奥鹏远程教育济南学习

（直属）【25】VIP

层次：

专科起点本科

专业：

土木工程

年级：

2013年秋季

学号：

学生：

张洪川

指导教师：

郝晓燕

完成日期：

2015年07月12日

内容摘要

根据现行《建筑地基基础设计规范》和地基损坏造成建筑物破坏后果（危及人的生命、造成经济损失和社会影响及修复的可能性）的严重性，将基础分为三个安全等级：

一级、二级、三级。

本设计基础的安全等级为二级，对应于破坏后产生严重的后果，建筑类型为一般工业与民用建筑。

基础按刚度分可分为：

刚性基础和柔性基础；按构造分类可分为：

独立基础、条形基础、筏板基础、箱形基础和壳体基础。

1.基础的类型及其选型

首先，在设计时需要了解基础的主要作用。

基础的作用就是要把上部结构的荷载可靠地传递给地基。

这就意味这基础一方面要满足承载力要求，另一方面要有足够的刚度，保证其能够顺利的调节可能出现的地基不均匀沉降的情况。

一般而言，基础都是采用钢筋混凝土。

在多层房屋的框架基础设计中，条形基础、十字形基础、独立基础、片筏基础、箱形基础和桩基础是常用的形式。

前5种基础称为浅基础，而桩基础属于深基础。

如果建筑的层数不多、而且荷载不大，场地土地质条件较好时，多层框架结构也可采用柱下独立基础。

但是，如果柱距、荷载较大，或者说当地基承载力不高时，单个基础的底面积就会非常大，此时可以考虑把单个基础在一个方向连成条形，做成柱下条形基础。

与独立基础相比，条形基础可以适当调节地基可能产生的不均匀沉降，能够有效的减轻不均匀沉降对上部结构造成的危害，这样一方面保证了一定的底板面积，另一方面就增加了基础的刚度，以及调节地基不均匀沉降的能力，柱下条形基础常做成肋梁式的。

一般来说，在布置时条形基础的向与承重框架方向是一样的，也就是说对于横向框架承重方案，就把条形基础布置在横向方向，而在纵向布置构造连系梁；如果是纵向框架承重方案，就需在纵向布置条形基础，而在横

向则布置构造连系梁。

一般来说，纵横向框架承重方案，需要在两个方向布置条形基础，也就称为十字形基础。

当上部荷载不断增加的时候，所要求的底板面积也就会相应的增大，而到一定程度时，底板会连成一片，此时我们就称为片筏基础。

片筏基础有两种形式，即平板式和梁板式。

平板式片筏基础，施工便捷，不过需要用大量的混凝土；梁板式片筏基础的主要优点在于，能够通过布置肋梁来有效的增加基础的刚度，所以能够减小板的厚度，但是其也有其缺点，比如说施工较为复杂。

如果房屋设有地下室，那在设计中可以考虑把地下室底板、侧板和顶板连成整体，同时根据需要设置一定数量的隔板，以便能够形成箱形基础。

使用箱形基础的主要优势就在于其刚度大，调节地基不均匀沉降的能力很强。

一般而言，箱形基础主要用于高层建筑。

当然，必须要说明的是，为了能够形成整体工作，必须要设置箱形基础的隔墙。

因为，要是没有隔墙，那地下室的底板就只能按一般片筏基础设计；顶板按一般楼盖设计；侧板则按承受土压力的板设计。

当选用片筏基础后地基的承载力和变形仍达不到要求时，就需要考虑采用桩基础把上部荷载传至较深的持力层。

高层建筑的主要基础形式是桩基础，有时也会结合地下室，常常采用桩一箱复合基础的形式。

在正常情况下，浅基础的工程造价比深基础低，但假如持力层较深，那为了减少挖土量，使用桩基础或是更为经济。

在实际的设计中，基础类型的选择，需要进行综合的考虑，包括考虑场地土的工程地质情况、上部结构对地基不均匀沉降的敏感程度、上部纠陶荷载的大小以及现场施工条件等因素。

如果是大型工程，那在设计时就需要进行必要的技术经济比较，在进行综合考虑后在选定。

其中，独立基础是柱基础中最常用和最经济的型式。

本工程采用独立基础。

基础埋置深度的选择应考虑：

1.建筑物结构条件和场地环境条件。

在保证建筑物基础安全稳定，耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。

某些建筑物需要具备一定的使用功能或宜采用某种基础形式，这些要求常成为其基础埋深的先决条件。

结构物荷载大小和性质不同，对地基的要求也不同，因而会影响基础埋置深度的选择。

为了保护基础不受人类和生物活动的影响，基础宜埋置在地表以下，其最小埋深为，且基础顶面宜低于室外设计地面，同时有要便于周围排水沟的布置。

2.工程地质条件

3.水文地质条件

选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态

（1）.地基冻融条件

（2）.建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施、基础的形式和构造。

3.作用在地基上的荷载大小和性质。

4.工程地质和水文地质条件。

5.相邻建筑物的基础埋深。

6.地基土冻胀和融陷的影响。

本文编制主要数据及根据已知水文地质条件，该土层1~范围为粘性土，不能作为持力层；~为砾石，可以作为持力层，且地下水标高为，故选择作为基础埋深，在相对合理范围内。

依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002并根据基础上部形式及受理模型选择独立基础形式相对经济。

根据设计出截面验算地基承载力特征值是否符合要求，并依据相应公式进行各阶抗冲切验算并根据受力形式进行基础配筋计算。

最后绘制施工图。

关键词：

《建筑地基基础设计规范》；独立基础

引言

毕业设计是综合性和实践性极强的教学环节，是将我们所学到的理论知识运用到实践中的重要训练阶段，是进一步掌握基础理论知识和基本技能进行建筑和结构设计的学习过程。

通过本次毕业设计，我们初步掌握了基础结构的选型、布置以及建筑结构施工图的绘制过程，培养了我收集、查阅、利用资料和规范的能力，并且复习、巩固了所学的理论知识、提高了解决工程设计问题的能力。

同时，在手算手绘的基础上附以电算和机绘，使我在掌握好基本设计技能的同时，学习并运用现代设备和工程软件，为以后走向工作岗位打好了坚实的基础。

本次设计中，得到了郝晓燕老师的指导和帮助，提出了很多宝贵的意见建议，在此对郝晓燕老师表示衷心的感谢。

本设计说明书有以下特点：

（1）根据我国最新颁布的一系列设计规范、标准，充分运用所学的专业知识，紧密结合几次生产实习的实践经验编写，理论联系实际；

（2）文字力求通俗易懂，论述逻辑严密，基本概念清晰；

（3）全书书写工整，图文并茂，便于阅读审查；

本设计在编写过程中，参考了大量国内外文献，引用了一些学者的资料。

由于本人水平有限，设计中难免有错误及不妥之处，希望各位老师、同学指正批评。

1设计的基本资料及任务

设计资料

（1）水文地质信息：

已知建筑场地地表为粘性土，下部为砾砂和碎石土（见图）。

各层承载力设计值为：

①粘性土：

承载力标准值

；②砾石和碎石土：

承载力标准值

；地下水位于地表以下

处，最大冻土深度为

。

图工程地质剖面图

（2）上部结构布置信息：

上部钢筋混凝土结构布置及相应结构构件的尺寸信息如图所示。

图基础上部结构平面布置图

（3）荷载信息：

基础上方由上部结构传来的荷载信息如图，及表所示。

图框架荷载信息示意图

表荷载信息（设计值）

位置

边框架

D

C

B

A

内框架

D

C

B

A

设计要求及任务

（1）要求基础类型为柱下阶梯形独立基础，阶数不限。

（2）详细的设计计算书及图纸。

2基础类型的确定及布置

根据要求，将所有基础均设计成柱下独立基础，根据已知荷载特点，分成四种基础进行设计，分别为边框边柱（JC-1），边框内柱（JC-2），内框边柱（JC-3），内框内柱（JC-4）；基础布置图纸见图所示。

图基础类型及布置示意图

3基础设计

材料选择

基础采用钢筋混凝土材料，混凝土强度等级为C40；基础下设置素混凝土垫层，混凝土垫层强度等级为C15；所有基础底板配筋均采用HRB400钢筋，钢筋保护层厚度为40mm。

确定基础埋深

根据土层条件应选择碎石作为持力层，基础埋深d=。

确定基础承载力

=

fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm

式中：

--修正后的地基承载力特征值；

--地基承载力特征值

ηb、ηd--基础宽度和埋深的地基承载力

γ--基础底面以下土的重度，以下取；

b--基础底面宽度（m），当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；

γm--基础底面以上土的重度，地下水位以下取浮重度；

d--（m），一般自室外地面标高算起。

在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在施工后完成时，应从天然地面标高算起。

对于地下室，如采用或时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用或时，应从室内地面标高算起。

计算得知fa=160kPa

确定基础底面尺寸

（1）JC-1：

基础尺寸（单位mm）:

b1=2200,b11=1100,a1=2200,a11=1100,h1=250,h2=200

b2=1800,b21=900,a2=1800,a21=900

dx1=100,dx2=100,dy1=100,dy2=100

柱:

方柱,A=500mm,B=500mm设计值：

N=,Mx=Vx=,My=Vy=

标准值：

Nk=,Mxk=Vxk=,Myk=Vyk=

混凝土强度等级：

C40,fc=mm2

钢筋级别：

HRB400,fy=360N/mm2

基底反力计算

统计到基底的荷载

结果汇总

Nk=kN,Mxk=,Myk=

N=kN,Mx=,My=

承载力验算时,底板总反力标准值（kPa）:

[相应于荷载效应标准组合]

基底面积：

A=*=m2

土重：

Gk=**　=kN

Wx=*6=m3

Wy=*6=m3

pkmax=（Nk+Gk）/A+|Mxk|/Wx+|Myk|/Wy

=+/++

=kPa

pkmin=（Nk+Gk）/A-|Mxk|/Wx-|Myk|/Wy

=+/--

=kPa

pk=（Nk+Gk）/A=+/=kPa

各角点反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa

强度计算时,底板净反力设计值（kPa）:

[相应于荷载效应基本组合]

p=N/A==kPa

Wx=*6=m3

Wy=*6=m3

pmax=N/A+|Mx|/Wx+|My|/Wy

=++

=kPa

pmin=N/A-|Mx|/Wx-|My|/Wy

=--

=kPa

各角点反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa

地基承载力验算

pk=

pkmax=<*fa=,满足

（2）JC-2:

基础尺寸（单位mm）:

b1=2800,b11=1400,a1=2800,a11=1400,h1=250,h2=200

b2=1800,b21=900,a2=1800,a21=900

dx1=100,dx2=100,dy1=100,dy2=100

柱:

方柱,A=500mm,B=500mm

设计值：

N=,Mx=Vx=,My=Vy=

标准值：

Nk=,Mxk=Vxk=,Myk=Vyk=

混凝土强度等级：

C40,fc=mm2

钢筋级别：

HRB400,fy=360N/mm2

基底反力计算

统计到基底的荷载

结果汇总

Nk=kN,Mxk=,Myk=

N=kN,Mx=,My=

承载力验算时,底板总反力标准值（kPa）:

[相应于荷载效应标准组合]

基底面积：

A=*=m2

土重：

Gk=**　=kN

Wx=*6=m3

Wy=*6=m3

pkmax=（Nk+Gk）/A+|Mxk|/Wx+|Myk|/Wy

=+/++

=kPa

pkmin=（Nk+Gk）/A-|Mxk|/Wx-|Myk|/Wy

=+/--

=kPa

pk=（Nk+Gk）/A=+/=kPa

各角点反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa

强度计算时,底板净反力设计值（kPa）:

[相应于荷载效应基本组合]

p=N/A==kPa

Wx=*6=m3

Wy=*6=m3

pmax=N/A+|Mx|/Wx+|My|/Wy

=++

=kPa

pmin=N/A-|Mx|/Wx-|My|/Wy

=--

=kPa

各角点反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa

地基承载力验算

pk=

pkmax=<*fa=,满足

（3）JC-3:

基底反力计算

统计到基底的荷载

结果汇总

Nk=kN,Mxk=,Myk=

N=kN,Mx=,My=

承载力验算时,底板总反力标准值（kPa）:

[相应于荷载效应标准组合]

基底面积：

A=*=m2

土重：

Gk=**　=kN

Wx=*6=m3

Wy=*6=m3

pkmax=（Nk+Gk）/A+|Mxk|/Wx+|Myk|/Wy

=+/++

=kPa

pkmin=（Nk+Gk）/A-|Mxk|/Wx-|Myk|/Wy

=+/--

=kPa

pk=（Nk+Gk）/A=+/=kPa

各角点反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa

强度计算时,底板净反力设计值（kPa）:

[相应于荷载效应基本组合]

p=N/A==kPa

Wx=*6=m3

Wy=*6=m3

pmax=N/A+|Mx|/Wx+|My|/Wy

=++

=kPa

pmin=N/A-|Mx|/Wx-|My|/Wy

=--

=kPa

各角点反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa

地基承载力验算

pk=

pkmax=<*fa=,满足

（4）JC-4:

基础尺寸（单位mm）:

b1=3000,b11=1500,a1=3000,a11=1500,h1=250,h2=200

b2=1800,b21=900,a2=1800,a21=900

dx1=100,dx2=100,dy1=100,dy2=100

柱:

方柱,A=500mm,B=500mm

设计值：

N=,Mx=Vx=,My=Vy=

标准值：

Nk=,Mxk=Vxk=,Myk=Vyk=

混凝土强度等级：

C40,fc=mm2

钢筋级别：

HRB400,fy=360N/mm2基底反力计算

统计到基底的荷载

结果汇总

Nk=kN,Mxk=,Myk=

N=kN,Mx=,My=

承载力验算时,底板总反力标准值（kPa）:

[相应于荷载效应标准组合]

基底面积：

A=*=m2

土重：

Gk=**　=kN

Wx=*6=m3

Wy=*6=m3

pkmax=（Nk+Gk）/A+|Mxk|/Wx+|Myk|/Wy

=+/++

=kPa

pkmin=（Nk+Gk）/A-|Mxk|/Wx-|Myk|/Wy

=+/--

=kPa

pk=（Nk+Gk）/A=+/=kPa

各角点反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa

强度计算时,底板净反力设计值（kPa）:

[相应于荷载效应基本组合]

p=N/A==kPa

Wx=*6=m3

Wy=*6=m3

pmax=N/A+|Mx|/Wx+|My|/Wy

=++

=kPa

pmin=N/A-|Mx|/Wx-|My|/Wy

=--

=kPa

各角点反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa

地基承载力验算

pk=

pkmax=<*fa=,满足

表基础底面尺寸

基础编号

JC-1

JC-2

JC-3

JC-4

基础剖面设计

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中扩展基础设计的一般方法为：

先根据上部结构传至基础顶面的荷载及地质资料所提供的地基承载力、基础埋置深度等相关资料，计算出基础底面的长、宽尺寸；然后再进行基础截面的设计验算。

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中没有给出具体的基础高度计算公式，而是凭经验先假定一个基础高度，再根据《混凝土结构设计规范》（GB50007-2002）来验算假定的基础高度是否满足抗冲切要求。

这样设计的缺点是：

有可能假定基础高度不够，需要重新假设一个基础高度再进行验算；或者基础高度富余太多造成浪费。

为达到安全实用、技术先进、经济合理、确保质量和保护环境等要求，根据有关规范和混凝土抗冲切的有关公式，推导出确定基础最小有效高度的直接公式。

1最小有效高度的确定公式

扩展基础包括柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。

由于墙下钢筋混凝土条形基础不存在假定基础高度的问题，因此，只讨论柱下钢筋混凝土独立基础最小有效高度的确定。

基础最小有效高度一般是在满足抗冲切条件下的较小值，根据受力情况，基础的冲切破坏往往发生在柱与基础交接处以及基础变阶处，它往往是沿着柱边或变阶截面处方向下45°的斜截面组成。

满足此要求的最小高度即为最小有效高度，《建筑地基基础设计规范》（Ｇb50007—2002）8．2．7条规定受冲切承载力按下式验算：

Fl≤βhpftaｍh0

（1）

aｍ＝（at+ab）/2

（2）

Fl＝pjal（3）

式中：

βhp为受冲切承载力截面高度影响系数，当h≤800ｍｍ时，βhp取，当h≥2000ｍｍ时，βhp取0,9，其间按线性内插法取用；ft为混凝土轴心抗拉强度设计值；h0为基础冲切破坏锥体的有效高度；aｍ为冲切破坏锥体最不利一侧计算长度；at为冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽，当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽；ab为冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础以内时，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍基础有效高度，当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽加两倍该处基础有效高度，当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外，即a+2h0≥l时，ab＝l；pj为扣除基础自重及其土重后相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；al为冲切验算时取用的部分基底面积（阴影面积）；Fl为相应于荷载效应基本组合时作用在al上的地基土净反力设计值。

由图1（b）可知，式

（1）中的aｍh0值不等于阴影部分bEFGhC的面积，为了公式的实用性和统一性，式

（1）宜改为下式：

Fl≤βhPftac（4）

式中，aｃ为冲切验算时冲切截面在基底的水平投影面积（图１（a）中阴影部分CGhD或图1（b）中的阴影部分bEFGhC）。

设基础底面短边长度和长边长度分别为b和l，柱截面的宽度和长度分别为at和bt。

（1）当h0≤（l-al）/2时，即l≥al+2h0时

al＝（b/2-bt/2-h0）l-（l/2-at/2-h0）2（5）

aｃ＝（at+h0）h0（6）

将式（5），（6）代入式（4），整理得：

h02+×[2l（b-bt）-（l-at）2]/[1+βhp（ft/pj）]≥0（7）

由式（7）可知：

h0min2+ath0min-0．25×[2l（b-bt）-（l-at）2]/[１+0．7βhp（ft/pj）]＝0（8）

解式（8）得：

h0min＝0．5[1-at]（9）

则基础有效高度h0取（l-at）/2≥h0≥h0min范围中任何一值均可满足抗冲切要求。

（2）当h0≤（l-al）/2时，即l＜al+2h0时

al＝（b/2-bt/2-h0）l（10）

aｃc＝（at+h0）h0-[h0-（l-at）/2]2（11）

将式（10），（11）代入式（4），整理得：

h0≥[（b-bt）l+0．5×（l-at）2×0．7βhpft/pj]/[2l（1+0．7βhpft/pj）]（12）

由式（12）可知：

h0min＝[（b-bt）l+0．5×（l-at）2×0．7βhpft/pj]/[2l（1+0．7βhpft/pj）]（13）

则基础有效高度h0取（l-at）/2≤h0，且h0min≤h0范围中任何一值均可满足抗冲切要求。

2基础分台时台高和台宽的确定

根据式（9）或式（13）可计算出基础最小有效高度h0min值，由（l-at）/2≥h0≥h0min或（l-at）/2≤h0和h0min≤h0及h0＝h0+c（c为基底钢筋保护层厚度）确定基础在柱脚处的高度。

根据h0值及有关构造要求确定基础是做成等高、锥形还是阶形。

阶形基础的每阶高度按地基基础规范取为300mm～500mm，每阶分界线可根据基础长、宽及柱截面长边及短边的值作图，见图2。

作柱脚点a与基础边的基础有效高度h0的底边点Ｃ的相连斜线，每一台阶角点位置应位于斜线之外，即可保证基础每阶的抗冲切满足要求。

（1）JC-1:

基础抗冲切验算

抗冲切验算公式Fl<=*βhp*ft*Ac

下右上左

第1阶（h=250mm,h0=205mm,βhp=

荷载面积（m2）

冲切荷载（kN）

抗冲切面积（m2）

抗冲切力（kN）

第2阶（h=450mm,h0=405mm,βhp=

荷载面积（m2）

冲切荷载（kN）

抗冲切面积（m2）

抗冲切力（kN）

抗冲切满足.

（2）JC-2:

基础抗冲切验算

抗冲切验算公式Fl<=*βhp*ft*Ac

下右上左

第1阶（h=250mm,h0=205mm,βhp=

荷载面积（m2）

冲切荷载（kN）

抗冲切面积（m2）

抗冲切力（kN）

第2阶（h=450mm,h0=405m