基础工程课程设计(参考范例)(10700字)

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基 础 工 程 课 程 设 计

基础工程课程设计

姓 名:**

学 号:**

班 级:**

指导教师:**

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基 础 工 程 课 程 设 计

一、设计任务书

(一)、设计资料

1、建筑场地土层按其成因土的特征和力学性质的不同自上而下划分为5层,物理力学指标见下表。勘查期间测得地下水混合水位深为2.1m,本场地下水无腐蚀性。 建筑安全等级为2级,已知上部框架结构由柱子传来的荷载。 承台底面埋深:D = 2.1m。

基础工程课程设计参考范例

(二)、设计要求:

1、单桩竖向承载力标准值和设计值的计算; 2、确定桩数和桩的平面布置图; 3、群桩中基桩的受力验算 4、承台结构设计及验算;

5、桩及承台的施工图设计:包括桩的平面布置图,桩身配筋图,

承台配筋和必要的施工说明;

6、需要提交的报告:计算说明书和桩基础施工图。

二、桩基持力层,桩型,桩长的确定

根据设计任务书所提供的资料,分析表明,在柱下荷载作用下,天然地基基础难以满足设计要求,故考虑选用桩基础。由地基勘查资料,确定选用第四土层黄褐色粉质粘土为桩端

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持力层。

根据工程请况承台埋深2.1m,预选钢筋混凝土预制桩断面尺寸为450㎜×450㎜。桩长

21.1m。

三、单桩承载力确定

(一)、单桩竖向承载力的确定:

1、根据地质条件选择持力层,确定桩的断面尺寸和长度。

根据地质条件以第四层黄褐色粉土夹粉质粘土为持力层,

采用截面为450×450mm的预置钢筋混凝土方桩,桩尖进入持力层1.0m;镶入承台0.1m,

桩长21.1 m。承台底部埋深2.1 m。

2、确定单桩竖向承载力标准值Quk可根据经验公式估算:

Quk= Qsk+ Qpk=?∑qsikli+qpkAp

桩周长:?=450×4=1800mm=1.8m

桩横截面积:Ap=0.45?=0.2025㎡

桩侧土极限摩擦力标准值qsik:查表得:用经验参数法:

粉质粘土层:IL=0.95,取qsk=35kPa

淤泥质粉质粘土:qsk=29kPa

粉质粘土:IL=0.70,取qsk=55kPa

桩端土极限承载力标准值qpk,查表得:qpk=2200 kPa

用经验参数法求得Quk1=1.8×(35×8.0+29×12.0+1.0×55) +2200×0.2025=1674.9KN

用静力触探法求得Quk2=1.8×(36×8.0+43×12.0+1.0×111) +1784.5×0.2025=2008.4KN

3、确定单桩竖向承载力设计值R, 并且确定桩数n和桩的布置

先不考虑群桩效应,估算单桩竖向承载力设计值R为:

R=Qsk/rs+Qpk/rp

用经验参数法时:查表rs=rp=1.65

R1=Qsk/rs+Qpk/rp=1229.4/1.65+445.5/1.65=1015.09KN

用静力触探法时:查表rs=rp=1.60

R2=Qsk/rs+Qpk/rp=1647/1.60+361.4/1.60=1255.25KN

Rz=min(R1,R2)= 1015.09 KN

四、桩数布置及承台设计

根据设计资料,以轴线⑦为例。

1、⑦轴A柱:Nmax=4239, Mmax=193KN.m,Vmax=75KN.m 柱的截面尺寸为:600×600mm;

按照轴力P和R粗估桩数n1为:

n1=P/R=4239/1015.09=4.18,由于没有考虑弯矩M,基础及承台上土重,以及承台底土分担荷

载作用桩数,n=1.1n1=4.6≈5根

由于n1>3,应按考虑群桩效应和承台效应确定单桩竖向承载力设计值R

先取桩数n=5根,桩的布置按梅花式排列,桩距Sa=(3~4)d=(3~4)×0.45=1.35~1.8m,取边

桩中心至承台边缘距离为1d=0.45 m

2、⑦轴D柱:Nmax=4159, Mmax=324KN.m,Vmax=79KN.m 柱的截面尺寸为:600×600mm;

按照轴力P和R粗估桩数n1为:

n1=P/R=4159/1015.09=4.10,由于没有考虑弯矩M,基础及承台上土重,以及承台底土分担荷

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载作用桩数,n=1.1n1=4.51≈5根

由于n1>3,应按考虑群桩效应和承台效应确定单桩竖向承载力设计值R

先取桩数n=5根,桩的布置按梅花式排列,桩距Sa=(3~4)d=(3~4)×0.45=1.35~1.8m,取边

桩中心至承台边缘距离为1d=0.45 m。

五桩承台布置图如下:

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3、⑦轴B、C柱(因为柱距近,故设置复合桩基):Nmax=8782KN, Mmax=593KN.m,

Vmax=165KN.m ⑴柱的截面尺寸为:600×900mm;

按照轴力P和R粗估桩数n1为:

n1=P/R=8782/1015.09=8。7,由于没有考虑弯矩M,基础及承台上土重,以及承台底土分担荷

载作用桩数,n=1.1n1=9.57≈10根

由于n1>3,应按考虑群桩效应和承台效应确定单桩竖向承载力设计值R

先取桩数n=10根,桩的布置排列见图5,桩距Sa=(3~4)d=(3~4)×0.45=1.35~1.8m,取边桩

中心至承台边缘距离为1d=0.45 m。承台布置如下图:

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五:复合桩基荷载验算

根据上面承台布置,按下式计算复合桩基。 R??sQsk?s??pQpk?p??cQck?c

Ac n

1、5桩承台 Qck?qck

1).A柱

R??sQsk?s??pQpk?p??cQck?c

Ac?2.92?5?0.452?7.40m2

iAc?2.452?5?0.452?4.99m2

Ac?0.22?5e2.?9?22 2.410.?225?2.?45m2 由Bc/l?2.9/21?0.138?0.20及Sa/d?1.35/0.45?3,查表8.16:

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?s?0.80,?p?1.64; 查表8.17:

?ie

c?0.11,?c?0.63

得:?iAie

ceAc4.992.41

c??cA??c?0.11??0.64??0.283

cAc7.407.40

QAc

ck?qcn?1257.40

5?18k5N

查表:预制桩?s??p?1.65,?c?1.70

R??QskQpkck

s???p

s???Qcp??0.80?1229.4445.5185c1.65?1.64?1.65?0.283?1.7?1069.67kN

(1) 按中心荷载计算

N??F?G4239.?11.?2?20

0n?1.0??2.21

5?2.9198.kN5?106kN9. 67

(2) 按偏心荷载计算

Nmax

min????F?GMx?ymax?

0???

?ny2??

i??

1.0???4239.?14?5?4100?5?20.??71.?

2?00k1?R.2

?54?1.00??095.N3?

879kN.5?0

满足要求。

2).D柱

单桩承载力与A柱相同,但外荷载小于A柱,且承台设计与A柱相同,因此,D柱单桩受力验算也符合要求。

2、 联合承台

R??QskQck

s???Qpk

p

s???cp? c

Ac?6.5?2.3?10?0.452?12.925m2

Ai

c?6.05?1.85?10?0.452?9.1675m2

Ae

c?0.22?56.?5?20.?225?1.?852m2 3.7575

由Bc/l?2.3/21?0.110?0.20及Sa/d?1.40/0.45?3,查表8.16:

第 6 页 2k1N83.6

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?s?0.80,?p?1.64; 查表8.17:

?ci?0.11,?e?0.63 c

eAci9.16753.7575eAc 得:?c????c?0.11??0.64??0.264 AcAc12.92512.925i

c

Qck?qcAc12.925?125?161.k6N n5

查表8.9:预制桩?s??p?1.65,?c?1.70

R??sQsk?s??pQpk?p??cQck?c?0.80?1229.4445.5161.6?1.64??0.264??1064.0kN1.651.651.7

桩基验算:

(3) 按中心荷载计算

N??0FB?FC?G544?4?1.0?n33?38?1.2?2?0102.?12.36.5?941.kN0?10kN64.0

(4) 按偏心荷载计算

?FB?FC?GMx?ymaxMy?xmax?N??0??????22??nyixi??

?5444?3338?627.9?1.2?5444?1.2?3338?1.8??2.8????22104?2.8?1.4??1.0???479?114?107?1.0?193?1.0??0.7??????210?0.7??kN?1.2R?1276.8kN?1106.0

776.0kN?0maxmin

满足要求。

六、桩身设计

混凝土为C30,轴心抗压强度设计值

1.43MPa,主筋采用:4Φ16,强度设计值:

土方桩》要求。 fy= 14.3MPa,抗拉强度设计值为ct=f=310Mpa。其余按结构图集《预制钢筋混凝

七:承台设计

承台设计选C30混凝土,轴心抗压强度设计值为f=14.3MPa,轴心抗拉强度设计值为

c

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f=1.43MPa。

t

1、五柱承台

A柱:

(1) 柱对承台得冲切

F1?F??Ni?4239.1?4239.1?3391.28kN 5

h0?0.7m

?ox??oy?aox/h0?0.475/0.7?0.679 ?aox?0.475?0.2h0?0.2?0.7?0.14?

?ox??oy?0.72/??ox?0.2??0.72/?0.679?0.2??0.819

bc?hc?0.6m

?0F1?1.0?3391.28?3391.28kN

2??y????ox?bc?ao

3?1.4?31?0?oyh?ca??ht2?1?9?0.8??oxf0??0.60.??475??0.8?440.??? 60.4750.?735kN32.22

??0F1?2???ox?bc?aoy???oy?hc?aox??fth0 满足要求。

(2) 角柱对承台的冲切

N1?4239.1/5?847.92kN

?1x??1y?

?1x??1y?a1x0.475??0.679 h00.70.480.48??0.546 ?1x?0.20.679?0.2

??1x?c2?a1y/2???1y?c1?a1x/2??fth0???

3??0.546?0.675?0.475/2??0.546?0.675?0.475/2????1.43?10?0.7?997.45kN

??0N1????1x?c2?a1y/2???1y?c1?a1x/2??fth0 满足要求。

D柱:和A柱受力近似,故可以不验算承台抗冲切。 2、联合承台

(1)单独考虑每个柱对承台得冲切

B柱F1?F??Ni?3338?0?3338kN

h0?0.8m

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?ox1?aox1/h0?0.475/0.8?0.594 ?aox1?0.475?0.2h0?0.2?0.8?0.16?

?ox1?0.72/??ox1?0.2??0.72/?0.594?0.2??1.071

?ox2?aox2/h0?0.8/0.8?1 ?aox2?1.275?h0?0.8,故取aox2?0.8?

?ox2?0.72/??ox2?0.2??0.72/?1.0?0.2??0.6

?oy?aoy/h0?0.175/0.8?0.219 ?aoy?0.175?0.2h0?0.2?0.8?0.16?

?oy?0.72/??oy?0.2??0.72/?0.219?0.2??1.718

bc?hc?0.6m

?0F1?1.0?3391.28?3338kN

??ox1?bc?aoy???oy?hc?aox1?+?ox2?bc?aoy???oy?hc?aox2??fth0??

???1.071??0.6?0.175??1.718??0.6?0.475?+0.6??0.6?0.175??1.718??0.6?0.8????1.43?103?0.8?6345kN

??0F1????ox1?bc?aoy???oy?hc?aox1?+?ox2?bc?aoy???oy?hc?aox2??fth0 满足要求。

C柱 F2?F?? N5444?0?544k4Ni?

h0?0.8m

?ox3?aox3/h0?0.525/0.8?0.656 ?aox3?0.525?0.2h0?0.2?0.8?0.16?

?ox3?0.72/??ox3?0.2??0.72/?0.656?0.2??0.841

?ox4?aox4/h0?0.8/0.8?1 ?aox4?0.9925?h0?0.8,故取aox4?0.8?

?ox4?0.72/??ox4?0.2??0.72/?1.0?0.2??0.6

?oy?aoy/h0?0.175/0.8?0.219 ?aoy?0.175?0.2h0?0.2?0.8?0.16?

?oy?0.72/??oy?0.2??0.72/?0.219?0.2??1.718

bc?0.6m,hc?0.9m

?0F2?1.0?5444?5444kN

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??ox3?bc?aoy???oy?hc?aox3?+?ox4?bc?aoy???oy?hc?aox4??fth0?????0.841??0.6?0.175??1.718??0.9?0.525?+0.6??0.6?0.175??1.718??0.9?0.8????1.43?103?0.8?7419kN

??0F2??

??ox3?bc?aoy???oy?hc?aox3?+?ox4?bc?aoy???oy?hc?aox4??fth0 满足要求。

(2)考虑B、C柱共同作用对承台的冲切作用

F?FB?FC?

?N

i

?3338?5444?0?8782kN

h0?0.8m

?ox1?aox1/h0?0.475/0.8?0.594 ?aox1?0.475?0.2h0?0.2?0.8?0.16?

?ox1?0.72/??ox1?0.2??0.72/?0.594?0.2??0.907

?ox2?aox2/h0?0.8/0.8?1 ?aox2?0.9925?h0?0.8,故取aox2?0.8?

?ox2?0.72/??ox2?0.2??0.72/?1.0?0.2??0.6

?oy?aoy/h0?0.175/0.8?0.219 ?aoy?0.175?0.2h0?0.2?0.8?0.16?

?oy?0.72/??oy?0.2??0.72/?0.219?0.2??1.718 bc?0.6m,hc?3.75m

?0F?1.0?8782?8782kN

??ox1?bc?aoy???oy?hc?aox1???ox2?bc?aoy???oy?hc?aox2??fth0?????0.907??0.6?0.175??1.718??3.75?0.475??0.6??0.6?0.175??1.718??3.75?0.8????1.43?103?0.8?18582kN

?0F1???ox1bc?aoy??oy?hc?aox1???ox2bc?aoy??oy?hc?aox2??fth0 满足要求。

?

????

?

(3) 角柱对承台得冲切作用 冲切力F?Nmax?

G861

?1106.0??1019.9kN n10

柱1:a1x?475mm a1y?175mm c11?450mm c21?450mm ?1x?

a1x0.475??0.594 h00.8

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?1y?a1y

h0?0.175?0.219 0.8

?1x?0.480.48??0.605 ?1x?0.20.594?0.2

?1y?

0.480.48??1.146 ?1y?0.20.219?0.2

??1x?c21?a1y/2???1y?c11?a1x/2??fth0???

3??0.546?0.450?0.175/2??1.146?0.450?0.475/2????1.43?10?0.8?1237kN

??0F????1x?c21?a1y/2???1y?c11?a1x/2??fth0 满足要求

柱2:a2x?925mm a2y?175mm

c12?450mm c22?450mm ?2x?a1x0.925??1.156 h00.8

?2y?a2y

h0?0.175?0.219 0.8

?2x?0.480.48??0.354 ?2x?0.21.156?0.2

?2y?

0.480.48??1.146 ?2y?0.20.219?0.2

??2x?c22?a2y/2???2y?c12?a2x/2??fth0???

30.3540.450?0.175/2?1.1460.450?0.925/2?1.43?10?0.8?17?1414kN????????

??0F????2x?c22?a2y/2???2y?c12?a2x/2??fth0 满足要求

八、沉降计算

1、五桩承台

A柱:

由于弯矩较小,故可按轴心受压计算。

等效作用面位于桩端平面,等效作用面积为桩承台投影面积,等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。

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(1)基底接触压力:p?

N?G3261?20?2.1?10?21

??417.717kpa A2.9?2.9

(2)基底附加应力 :

p0?p??md?417.717??210.797kpa

1.8?17.5?0.3?18.4?8?8.4?12?7.8?1.0?9.1

?23.1

23.1

(3)确定地基手压层深度:

zn?b?2.5?0.4lnb??2.9??2.5?0.4?ln2.9??6.015m

故分两层,第一层:4.3m

第二层:1.715m

Mpa?1?17.8kN/m3 Es1?11.5 ?2?19.1kN/m3 Es2?8.6Mpa

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(5) 计算压缩模量:

1.0?0.17880.1788?0.1012

?4.3??1.715AiEs???11.174Mpa

Ai1.0?0.17880.1788?0.1012

?4.3??1.715?E

2?11.52?8.6si

(6) 软土地区且桩端无良好持力层时,当桩长l≤25m时,ψ取1.7;

Sa/d?3.0;l/d?21/0.45?46.67;Lc/Bc?2.9/2.9?1.0 查附表H:

C0?0.0387;C1?1.695;C2?11.707

nb?9?

2.24

桩基等效沉降系数

?c?C0?

nb?12.24?1

?0.0387??0.101

C1nb?1?C21.695?2.24?1?17.707

ziai?z?i?1?a?i?1?

Esi

(7) 计算A桩基沉降量:

s?4???c?p0?

i?1

2

?1.7?0.101?210.797?

(

4.3?0.5476?06.015?0.436?4.3?0.5476

?)?8.538mm

11.58.6

第 12 页

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D:柱

由于弯矩较小,故可按轴心受压计算。 等效作用面位于桩端平面,等效作用面积为桩承台投影面积,等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。

(1)基底接触压力:p?

N?G3199?20?2.1?10?21

??410.345kpa A2.9?2.9

(2)基底附加应力 :

p0?p??md?410.345??203.425kpa

1.8?17.5?0.3?18.4?8?8.4?12?7.8?1.0?9.1

?23.1

23.1

(3)确定地基手压层深度:

zn?b?2.5?0.4lnb??2.9??2.5?0.4?ln2.9??6.015m

故分两层,第一层:4.3m

第二层:1.715m

Mpa?1?17.8kN/m3 Es1?11.5 ?2?19.1kN/m3 Es2?8.6Mpa(4) 计算基础中心下地基中的附加应力:

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(5) 计算压缩模量:

1.0?0.17880.1788?0.1012

?4.3??1.715AiEs???11.174Mpa

i?4.3??1.715?E

2?11.52?8.6si

(6) 软土地区且桩端无良好持力层时,当桩长l≤25m时,ψ取1.7;

Sa/d?3.0;l/d?21/0.45?46.67;Lc/Bc?2.9/2.9?1.0 查附表H:

C0?0.0387;C1?1.695;C2?11.707

nb?9?

2.24

桩基等效沉降系数

?c?C0?

nb?12.24?1

?0.0387??0.101

C1nb?1?C21.695?2.24?1?17.707

(7) 计算A桩基沉降量:

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s?4???c?p0?

i?1

2

ziai?z?i?1?a?i?1?

Esi

?1.7?0.101?203.425?

(

4.3?0.5476?06.015?0.436?4.3?0.5476

?)?8.239mm

11.58.6

2、联合承台

B、C桩基可认为是承受沿7轴线方向的偏心。等效作用面位于桩端平面,等效作用面积为桩承台投影面积,等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。

NB?2568kN;NC?4188kN

N?4188?2568?6756kN;e?

(1) 求基底接触压力:

minpmax?

4188?1.5?2568?1.5

?0.360m

6756

?305.948606.292

N?GN?e6756?20?2.1?10?216756?0.360

???

2.3?6.52AW2.3?6.5

6

kpa

1.8?17.5?0.3?18.4?8?8.4?12?7.8?1.0?9.1

23.1

(2) 求基底附加压力

minminp0max?pmax??md?305.948606.292?

?23.1?99.028399.372kpa

求出最大附加压力处的沉降和最小附加压力处的沉降,便可求出沉降差(略) (3)确定地基手压层深度:

zn?b?2.5?0.4lnb??2.9??2.5?0.4?ln2.9??6.015m

故分两层,第一层:4.3m

第二层:1.715m

(4)计算联合承台中心沉降:

基础工程课程设计参考范例

Mpa?1?17.8kN/m3 Es1?11.5 ?2?19.1kN/m3 Es2?8.6Mpa

Sa/d?3.0;l/d?21/0.45?46.67;Lc/Bc?6.5/2.3?2.8 查附表:

C0?0.08167;C1?1.8668;C2?11.7759 nb?2

桩基等效沉降系数

第 14 页

基 础 工 程 课 程 设 计

?c?C0?nb?12?1?0.08167??0.1326 C1nb?1?C21.8668?2?1?17.7759

2

s?4???c?p0?

i?1ziai?z?i?1?a?i?1?Esi?4?1.7?0.1326?

(4.3?0.1496?06.015?0.1212?4.3?0.1496?)?14.809mm11.58.699.028+399.372?2

3、计算沉降差

(1)A、BC桩基沉降差:

?s?sBC?sA?14.809?8.538?6.271mm?0.002l0?0.002?7500?15mm

(2)BC、D桩基沉降计算:

?s?sBC?sA?14.809?8.239?6.57mm?0.002l0?0.002?13500?27mm 满足要求。

九、施工图

基础工程课程设计参考范例

参考文献:1.《预制钢筋混凝土方桩图集》(97G361)

2. 建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)

3.《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)

第 15 页



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