土木工程箱型基础课程设计.docx

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土木工程箱型基础课程设计

房屋基础课程设计任务及指导书

2016年04月

房屋基础课程设计任务及指导书

设计任务：

设计某十层主厂房的基础。

根据上部结构及场地地质情况，确定采用箱形基础。

设计依据：

《高层建筑箱形与筏形基础技术规程》（JGJ6—99）

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

计算书内容要求：

一、总则

二、确定箱形基础外形尺寸

三、按地基承载力确定基底尺寸

四、基底反力计算

五、地基沉降计算

六、箱基纵向整体弯曲计算（考虑上下部结构共同工作）

七、底、顶板局部弯曲计算

八、顶板配筋设计

九、底板斜截面抗剪及抗冲切计算

一十、箱基墙体配筋设计

一十一、箱基墙体开门窗洞加固设计

一十二、绘制施工图

底、顶板配筋平面分布图

箱基横截面配筋大样

墙体、开门窗洞加固大样图

墙体、转角构造大样

施工说明

设计资料：

一、上部结构资料：

地面以上采用现浇柱、预制梁板的半装配式框架结构，共十层，层高4.5米,采用C30混凝土,各杆件截面尺寸如下：

柱50×50cm2横梁30×60cm2

纵梁30×50cm2楼板厚15cm

平面柱网布局如下图:

上部荷载:

框架柱传给基础的轴力（作用在±0.00处）标在柱网分布图上,单位为kN.

底层地面的活载为14kN/m2

地下室用作杂品堆料仓库，按活载10kN/m2计。

楼梯和电梯间荷载按均布荷载20kN/m2考虑。

地质资料：

（如图示）

箱基墙体与柱网关系图

建筑物位于非地震区，不考虑地震影响。

静止土压力系数一律采用0.5。

粉质粘土层地基反力系数值如下表所示。

表1粉质粘土层实测地基反力系数

0.906

0.966

0.814

0.738

1.124

1.197

1.009

0.914

1.235

1.314

1.109

1.006

对称

1.124

1.197

1.009

0.914

0.906

0.966

0.814

0.738

箱形基础课程设计指导书

设计内容及步骤基本如下：

一．确定箱形基础外形尺寸，埋深及用料

1．箱基高度：

据规程，一般取建筑物高度的1/8—1/12，不宜小于基础长度的1/18，以箱基顶面为±0.000，室外地面标高取-0.200米。

2．底、顶板及墙的厚度：

据规程，外墙厚不小于25cm，内墙厚不小于20cm，顶板不小于15cm，底板不小于20cm。

对20层以内的民用房屋或高度50米以内的多层厂房，底板一般取40~60cm厚，顶板25~40cm厚，外墙30~50cm厚，内墙25~40cm厚。

3．采用材料：

混凝土不低于C20，钢筋φ12以上用Ⅱ级，φ12以下用Ⅰ级。

垫层10cm厚，采用C10混凝土。

二．确定基底尺寸，计算基底反力

1．荷载计算

根据荷载规范，活载应乘1.4的系数，恒载应乘1.2的系数，对验算有利的可不乘系数。

据提供的资料，荷载沿纵向对称，但由于楼梯间横向不对称，存在偏心，经计算偏心很小，所以可按中心荷载计算基础的底面积，基底承受的总荷载有：

上部框架传来的总荷载N1（已乘过荷载系数）

楼梯间及电梯井荷载N2（恒载）

箱基自重（恒载）G，为简化计算，墙体开门窗洞不扣除，粉刷也不计。

基底板面杂品堆料活载N3

基顶板面活载N4

地下水对箱基的浮力W（向上），对计算有利

所以，基底总荷载=N1+N2+N3+N4+G-W

2.确定地基承载力特征值fa

3．确定基底尺寸：

按中心受压，采用试算，先初定底板从边轴线向外挑出的尺寸（四边取相同），可得基底面积，要求基底面积≧（总荷载-G）/（fa-ΥGd）。

4．确定基底基本反力值

按实测基底反力系数法，把箱基分成大小相等的5×8=40个区格，每个区格的反力系数在资料中已给出，从而可算出每个区格的反力=（总荷载/LB）×地基反力系数，把结果列成表格。

注：

L，B是基底板的尺寸，包括挑出的部分。

三．地基沉降计算

按规范法计算。

四．箱基纵向整体弯曲计算

由于上部结构是框架体系，所以基础要计算整体弯曲和局部弯曲。

因横向跨间少，可以不考虑，只按局部弯曲计算在配筋时适当考虑。

而纵向应该计算整体和局部弯曲，具体步骤：

1．计算整体弯矩的基底反力=基本反力—箱基自重+水压

箱基自重按（G+N2）/LB，近似分布在箱基底板上。

水压力W/LB对整个箱基来说是外力，应列出基底反力分布图：

2．将箱基视为地基梁，梁长即箱基纵向长度L，梁沿纵向每单位长度所受的基反力=Σ（横向区格的长×该取格的反力值），按比例作出计算简图。

3．根据上述简图，可求出任意截面的弯矩，画出弯矩图。

本设计起控制的位置在跨中（弯矩最大）和轴线③处（是楼梯电梯间，荷载大），分别记这两处的弯矩为M中、、M边。

五．箱基承受的纵向整体弯矩（考虑上部结构共同作用）

以上求出的弯矩未考虑上部结构的共同作用，认为箱基与上部结构独立的，与实际不符。

理论和实测表明上部结构对箱基作用很大，因此，上面求出的弯矩应由上部结构和箱基共同承担。

箱基分担的弯矩：

其中M是前面求出的整体弯矩。

1．箱基刚度EGJG，截面矩按下面折算截面计算：

2．上部结构刚度EBJB按下式计算

其中Eb——梁柱的混凝土弹性模量（C30）

Jbi——第i层纵梁的截面惯性矩

Kui和Kli——第i层上下柱的线刚度（此处上下柱相同）

Kbi=Jbi/l是梁的线刚度（l是开间柱距）

m:

弯曲方向的节间数

n:

建筑物层数（指楼板数目）

求出刚度后可分别求控制截面的：

六．底板局部弯曲计算

可按倒置的连续楼盖考虑，将基反力视为荷载计算。

为简化，一般把各区格作为四边固定的双向板或单向板。

本设计中应计算整体弯矩最大的中跨间（⑤—⑥）和基反力最大，产生最大局部反力的边跨间（②—③）。

边跨间存在受荷较大的楼梯间区格，为简化此处局部增设附加钢筋，可不必进行计算。

1．先确定底板局部弯曲的基反力=基底基本反力-箱基底板自重+水压。

画出基反力分布图，并标出各轴线位置（按比例）

（注意：

底板上堆料10kPa不扣除，是考虑了荷载的不利组合即认为计算某区格时，其正好有堆料）

计算某区格的局部弯曲应据基反力分布图相应取平均值。

2．整体弯矩最大的中跨间（⑤—⑥）

1）边区格（A～B或C～D）

各弯矩按下式计算M=系数×qlX2

其中系数查《钢筋混凝土结构》附录表格。

lX、lY是净跨度，lX是双向板的短边，为计算清楚，统一记为：

纵向跨中MX

横向跨中MY

纵向支座MX′

横向支座MY′

2）中区格

3．基反力最大的跨间（②—③）

1）边区格（A～B）

2）中区格（B～C）

3）楼梯间区格

七．顶板局部弯曲计算

楼面各区格的荷载相同，所以只需计算⑤—⑥的中跨间，各区格作为四边固定的双向板，对于楼梯间楼板及楼梯计算略。

顶板上的荷载有活载10kPa和板自重，计算同样按次序进行：

1．边区格

2．中区格

八．底顶板配筋设计

箱基整体弯矩MG可简化为作用在底板上的轴向拉力和顶板上的轴向压力，所以理论上应按偏拉构件设计，计算甚繁。

一般把整体弯曲和局部弯曲大作用分开考虑，分别配筋。

对于底板，由整体弯矩MG产生的拉力N及配筋AS按下式计算

N=MG/Z，AS=N/fy

AS分为两半，分别作为底板的上下排通长钢筋。

底板局部弯曲所需钢筋，在各区格跨中取单位板带，按单筋截面分别确定钢筋量AS，公式如下：

注意以上底板的纵向配筋，同时考虑了整体与局部弯曲的影响，按规程，可适当折减，此时局部弯曲的弯矩应乘折减系数0.8，而底板的横向配筋，只按局部弯曲确定，不需折减。

对于顶板纵向，当承受整体弯曲时，受轴心压力，一般按构造配筋即能满足要求，抗弯只按局部弯曲配筋。

横向也只按局部弯曲配筋。

底、顶板通长钢筋上下排不宜小于φ12@200。

计算应按次序进行：

底板：

1．整体弯曲的配筋（纵向）

1）中跨间（⑤—⑥）

2）边跨间（③）

2．局部弯曲的配筋（纵向）

1）中跨间（由边区格控制）

跨中配筋（上部受拉）

支座配筋（下部受拉）

2）边跨间

跨中配筋（上部受拉）

支座配筋（下部受拉）

3．向最后配筋量（整体局部迭加）

中跨间

边跨间

（注意配筋时，可把上轴线①—④的三跨间统一配筋，而④—⑦的中间三跨按中跨间值统一配筋或沿纵向取大值统一配筋）

4．横向配筋（按基反力最大的边跨间控制配筋）

1）跨中（中区格控制）

2）支座（边区格控制）

5．顶板配筋（按中跨间，由边区格控制，不考虑整体弯曲）

1）纵向配筋

跨中

支座

2）横向配筋

跨中（按中区格）

支座（按边区格）

注意：

若计算钢筋量小于φ12@200时，应按构造配筋。

九．底板斜截面抗剪强度及冲切验算：

可按规程计算。

十．箱基墙体配筋设计

内容包括：

1）内外墙配筋设计

墙体配筋不应小于φ10@200（双面），并且内外墙上下部各增设于2φ20钢筋。

一般内墙按构造配筋，采用于φ10@200（双面双向），在下部各设置2φ20钢筋。

对外墙，承受水平静止土压力，应按计算配筋。

具体步骤：

外墙设计：

土压力计算；配筋计算

（若计算钢筋量小于构造要求，按构造配筋，

双向均为于φ10@200（双面）。

2）墙身抗剪强度计算

3）墙上开洞设计

门窗洞大小应符合规程的要求，并进行洞口上下过梁配筋计算。

（略）

一般门洞0.8×2m2

楼梯间门洞1.2×2m2

外纵墙中间开设通风采光窗洞1×0.8m2

十一．施工说明

1．基础采用C20混凝土，外围结构的抗渗标号不低于B-6级。

垫层采用100厚C10混凝土。

2．钢筋接头绑扎不小于35d，焊接时，单面为10d，双面为5d搭接位置要求：

3．底板：

上排筋只准在支座处断开（即墙下），但伸入支座不小于35d，下排筋只准在跨端1/3跨长以外搭接，搭接头要求错开50%。

4．顶板：

任何情况下上排钢筋插入支座不小于35d，只允许在跨端l0/3（净跨）以外搭接，并错开50%。

5．下排筋只准在支座内搭接，或伸入支座不小于35d。

6．墙体水平筋伸入支座长不小于35d，在转角处构造见大样。

外墙外侧水平筋只允许在跨中l0/3（净跨）范围内搭接，并错开50%。

外墙内侧水平筋只允许在支座处搭接，并错开50%。

内墙水平筋接头位置不限，但接头处断筋根数须小于墙体钢筋总数的1/3。