黄山学院建筑工程学1.docx
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黄山学院建筑工程学1
黄山学院建筑工程学1
黄山学院建筑工程学院
课程设计任务书
课程名称：
基础工程课程设计
设计题目：
柱下独立基础设计
专业：
12土木班级：
1班
学生姓名：
黎荣祥学号：
21209052025
起迄日期:
2015年5月4日~2014年5月10日
指导教师:
柱下独立基础设计计算书
1.1设计资料
1.1.1地形
拟建建筑场地已经四通一平（包括场地平整）
1.1.2工程地质条件
自上而下土层依次如下：
1号土层：
杂填土，厚度1.00m。
2-1土层：
粉质粘土，厚度4.10m，承载力特征值180KPa。
3号土层：
淤泥质粘土，厚度3.0m，承载力特征值80KPa。
4号土层：
粉质粘土，厚度2.0m，承载力特征值170KPa。
5号土层：
粘土，厚度4.0m，承载力特征值190KPa。
6号土层：
粉质粘土，厚度5.0m，承载力特征值200KPa。
7号土层：
粘土，厚度10.0m,承载力特征值250KPa。
8号土层：
砾砂,厚度5.0m，承载力特征值320KPa。
9号土层：
强风化泥岩，厚度1.5m，承载力特征值480KPa。
10号土层：
中风化泥岩，厚度4.0m，承载力特征值700KPa。
各岩土层物理、力学及设计参数
层次
岩土名称
厚度（m）
天然孔隙比
液性指数
内摩擦角（度）
粘聚力（kPa）
压缩模量（MPa）
承载力
fak
（kPa）
重度
（kN/m3）
杂填土
1.00
17.3
-1
粉质粘土
4.10
0.83
0.50
20
31
5.0
180
18.4
淤泥质粘土
3.0
0.85
1.0
15
18
2.0
80
18.3
粉质粘土
2.0
0.77
0.73
24
27
4.8
170
18.0
粘土
4.0
0.70
0.4
25
25
5.5
190
18.2
粉质粘土
5.0
0.55
0.25
28
25
5.5
200
18.6
粘土
10.0
0.60
-0.15
28
28
6.5
250
19.0
砾砂
5.0
31
7.5
320
19.1
强风化泥岩
1.5
480
中风化泥岩
4.0
700
地下水埋深为-1.2m。
1.1.4水文地质条件
（1）拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性
（2）地下水位深度1.2m
1..1.5上部结构荷载资料
拟建建筑物是多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为500mm×500mm，室外地坪标高同自然地面，室内外高差400mm柱网布置如图1所示。
1.1.6上部结构作用：
上部结构作用在柱底的荷载效用标准组合值如表2所示，上部结构作用在柱底的荷载效用基本组合如表3。
抗震烈度为6度，抗震等级为四级（抗震构造设计即可）。
表2柱底荷载效用标准组合值
题号
Fk
Mk
Vk
轴
轴
轴
轴
轴
轴
轴
轴
轴
1
975
1548
1187
140
100
198
46
48
44
2
1032
1615
1252
164
125
221
55
60
52
3
1090
1720
1312
190
150
242
62
66
57
4
1150
1815
1370
210
175
271
71
73
67
5
1218
1873
1433
235
193
297
80
83
74
6
1282
1883
1496
257
218
325
86
90
83
7
1339
1970
1560
284
242
355
96
95
89
8
1402
2057
1618
301
266
377
102
104
98
9
1500
2100
1650
330
295
395
112
109
110
10
1598
2205
1727
365
309
428
120
117
114
11
1360
2030
1590
250
252
360
100
98
92
12
1460
2098
1635
280
275
390
105
108
102
表3柱底荷载效用基本组合
题号
F
M
V
轴
轴
轴
轴
轴
轴
轴
轴
轴
1
1268
2012
1544
183
130
258
60
62
58
2
1342
2100
1627
214
163
288
72
78
67
3
1418
2250
1706
248
195
315
81
86
74
4
1496
2360
1782
274
228
353
93
95
88
5
1584
2435
1863
306
251
386
104
108
96
6
1667
2448
1945
334
284
423
112
117
108
7
1741
2562
2028
369
315
462
125
124
116
8
1823
2674
2104
391
346
491
133
136
128
9
1950
2730
2145
429
384
514
146
142
143
10
2078
2866
2245
455
402
557
156
153
149
11
1768
2639
2067
325
328
468
130
127
120
12
1898
2727
2126
364
358
507
137
140
133
1.1.7材料：
混凝土强度等级可选C25~C30，钢筋可采用HPB235、HRB335级。
1.1.8本人设计资料：
本人学号1-20号的双号，因此题号为2.根据分组要求及参考书柱底荷载效应标准组合值及柱底荷载效应基本组合值选用C轴柱底荷载.
①柱底荷载效应标准组合值:
Fk=1252KNMk=221KN.MVk=52KN
②柱底荷载效应基本组合值:
F=1627KNM=288KN.MV=67KN
持力层选用
号土层，承载力特征值F=190KPa，框架柱截面尺寸为500mm
500mm，室外地坪标高同自然地面，室内外高差400mm。
1.2.1确定基础埋置深度
根据柱下独立基础课程设计任务书要求和工程地质资料选取。
拟建厂区地下水对混凝土结构无腐蚀性，地下水位于地表下1.2m。
取基础底面高时最好取至持力层下0.4m，本设计取
-1号土层为持力层，所以考虑取室外地坪到基础底面为0.4+1.00=1.40m
1.2.2确定基础底面尺寸、验算地基承载力（包括下卧层的验算）
根据粉质粘土e=0.77，查表得：
ηb=0.5，ηd=2.0
基底以上土的加权平均重度为:
γ=（17.3×1.00+18.4×0.40）÷1.40=17.614KN/m3
持力层承载力特征值
（先不考虑对基础宽度修正值）为
ƒa=ƒak+ηd。
γm（d-0.5）=180+2.0×17.614×（1.40-0.50）=211.7052KPa
取柱底荷载效应标准组合值：
Fk=1252KNMk=221KN.MVk=52KN
计算基础和回填土重
时的基础埋置深度为
d=1.40+
=1.60m
基础底面积为
A1=
=1252÷（211.7052-20×1.60）=6.967（㎡）
由于偏心不大，基础底面积按
增大，即
A=1.2A1=1.2×6.967=8.3604（㎡）
初步选定基础底面积A=bl=2.4×3.5=8.40㎡,且b=2.4m
3m不需要再对
进行修正。
1.2.3地基变形验算
基础和回填土重为
Gk=γGdA=20×1.60×8.40=268.8KN
假设基础的高度h=600㎜.偏心距为：
e=
=（211+52×0.6）÷（1252+268.8）=0.16基底平均压力和最大压力值为：
Pk=（Fk+Gk）÷A=（1252+268.8）÷8.40=181.05kPaPk,max=
（1+
）=181.05
）=230.71.kPa＜1.2fa=254.05.kPa
满足地基承载力的校核条件
1.2.4计算基底反力
取柱底荷载效应基本组合设计值：
F=1627KNM=288KN.MV=67KN
静偏心距为：
ｅ1=
=
0.2017m
基础边缘处的最大和最小净反力为
Pj,（max,min）=
=
=260.663kPa,126.718kPa
1.2.5对基础进行抗冲切承载力验算,确定基础高度
采用阶梯形式基础，材料采用C25混凝土，ft=1.27N/m㎡;HRB335钢筋，fy=300N/m㎡
1先计算柱子对基础截面的冲切
已知基础的长l=3.5m,宽b=2.4m,柱子截面长ac=0.5m,宽bc=0.5m.初步选定基础高度h=800mm，分两个台阶，每阶段高度均为400mm.取as=50（有垫层的情况），所以整个基础的有效高度h0=800-50=750mm
因为b=2.4m﹥bc+2h0=0.5+2×0.75=2.0m
因偏心受压，pj用pj,max=260.663kPa代替，所以冲切力为
Fl=pj,max.［（l/2-ac/2-h0）b-（b/2-bc/2-ho）］2=260.663×1.76=458.767Kn
A2=（bc+h0）h0=（0.5+0.75）×0.75=0.9375㎡
基础的抗冲切力0.7ftA2=0.7×1270×0.9375=833.4375kN＞458.767Kn,说明800mm的基础高度能满足抗冲切要求。
②变阶处的抗冲切验算
验算变阶处的冲切力，是用上一级台阶对下一级台阶进行冲切，故基础冲切破坏锥体的有效高度应该取下级台阶有效高度h01=400-50=350mm。
而A1、A2计算公式里面的ac等于上级台阶的长a1=1.9m,bc等于宽b1=1.5m.
b=2.4>bc+2h0=1.5+2x0.35=2.2m
故有：
A1=（l/2-a1/2-h01）b-（b/2-b1/2-h01）2=（3.5/2-1.9/2-0.35）2.4-（2.4
/2-1.5/2-0.35）2=1.07㎡
所以冲切力：
Fl=Pj,max·A1=260.663×1.07278.909kN
A2=（bc+h01）h01=（1.5+0.35）×0.35=0.6475㎡
基础的抗冲切力0.7ftA2=0.7×1270×0.6475=575.6275kN＞fl,说明400mm的基础下一级台阶高度能满足抗冲切要求
1.2.6基础配筋计算
①计算基础长边方向的弯矩及配筋
先计算靠近最大基底净反力一侧柱边Ⅰ-Ⅰ截面的净反力：
pjⅠ=pj,min＋（l+ac）/2l×（pj,max-pj,min）=126.718+（3.5+0.5）/2×3.5×（260.663-126.718）=203.258kPa
弯矩值为：
MI=1/48（l-ac）2（2b+bc）（pj,max+pjI）=461.021Kn.m
I-I截面处的配筋值为：
AsI=MI/0.9h0fy=461021000/0.9×750×300=2276.647㎜2
Ⅲ-Ⅲ截面处（变阶处）：
pjⅢ=pj,min+（l+a1）/2l（pj,max-pj,min）=126.718+（3.5+1.9）/2
3.5（260.663-126.718）=230.047kPa
MⅢ=1/48（l-a1）2（2b+b1）（pj,max+pjIII）=164.879Kn.m
AsIII=MIII/0.9h01fy=1744.751㎜2
基础配筋率不应小于0.15%，因此长方向受力筋构造配筋的面积为：
As,min=（400×3500+1900×400）×0.15/100=3240㎜2＞2276.647㎜2
取3240㎜2配筋。
实配11○20，As=3454㎜2＞3240㎜2
②计算基础短边方向的弯矩及配筋
因为该基础仅受单向偏心作用,所以在基础短边的荷载为轴心荷载.计算弯矩时用基底平均净反力计算,取pj=1/2（pj,max＋pj,min）=193.6905kPa.该方向的钢筋放置于长边方向钢筋之上，h0=800-60=740mm,h01=400-60=340mm.短边方向弯矩值（柱边）：
MII=1/24pj（b-bc）2（2l+ac）=1/24×193.6905×（2.4-0.5）2（2×3.5+0.5）=218.507kn.m
AsII=MII/0.9h0fy=218507000/（0.9×740×300）=1903.6286mm^2
短边方向弯矩值（变阶处）：
MⅣ=1/24×193.6905×（2.4-1.5）2×（2×3.5+1.9）=58.1798kn.m
AsⅣ=MⅣ/（0.9h01fy）=58179800/（0.9×340×300）=633.767mm^2
短方向受力筋构造配筋的面积为：
As,min=（2200×400+1200×400）×0.15%=2040mm2＞1903.6286mm2
实配9○18，As=2289mm2＞2040mm2.
1.2.7A、B两轴基础底面尺寸
①A轴
ƒa=180kpa,Fk=1032KN,Mk=164KN·m,Vk=55KN
A0=Fk/（fa-Gd）=1032/（180-20×1.6）=6.973㎡
扩大20%，A=1.2A0=8.3676㎡,取b=3.4,所以ƒa需要修正，
ƒa=ƒak+ηb·γ（b-3）+ηd。
γm（d-0.5）=176.32kpa
A0=Fk/（fa-Gd）=1032/（176.32-20×1.6）=7.151㎡
扩大20%,A1=1.2A0=8.5812mm^2
令b=3.4m,l=1.5b=5.1m
②B轴
同理可通过计算得到:
B轴的底面尺寸为b=3.0m,l=1.5b=4.5m。
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