某教学实验楼桩基础设计岩土工程课程设计计算书

'《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧目录一、设计资料及要求11、设计题目12、上部结构资料13、建筑场地资料14、设计要求15、设计流程3二、选择桩型、截面及长度31、选择桩型32、选择桩的几何尺寸及承台埋深4三、确定单桩承载力51、经验参数法52、原位测试法（静力触探法）5四、初步确定桩数7五、承台尺寸设计及桩位布置91、单桩承台92、两桩承台93、三桩承台94、四桩承台105、五桩承台106、六桩承台127、八桩承台12六、确定基桩（复合基桩）承载力特征值141、四桩承台142、五桩承台153、六桩承台154、八桩承台16七、桩顶作用效应验算161、四桩承台172、五桩承台19八、沉降计算21共2页第2页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧1、轴212、轴223、沉降分析25九、桩身结构设计和计算281、配筋计算282、桩身强度验算31十、承台结构设计和计算311、四桩承台322、五桩承台36十一、联系梁设计48十二、参考文献49十三、附录49共2页第2页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧一、设计资料及要求1、设计题目某教学实验楼桩基础设计2、上部结构资料某教学实验楼，上部结构为十二层框架，其框架主梁、次梁及楼板均为现浇整体式，混凝土强度等级C30。底层层高3.4米（局部10米，内有10t桥式吊车），其余层高3.3米，底层柱网平面布置图及柱底荷载见图1。3、建筑场地资料拟建建筑物场地位于市区内，地势平坦。建筑物场地位于非地震区，不考虑地震影响。场地地下水类型为潜水，地下水位距地表2.1米，根据已有分析资料，该场地地下水对混凝土无腐蚀性。建筑地基的土层分布情况及各土层物理力学指标见表1。表1地基各土层物理力学指标土层编号土层名称层底埋深(米)层厚(米)(kN/m3)e(%)C(kPa)(MPa)(kPa)(MPa)1杂填土1.81.817.52灰褐色粉质粘土10.18.318.40.90330.9516.721.15.41250.723灰色淤泥质粉质粘土22.112.017.81.06341.1014.218.63.8950.864黄褐色粉土夹粉质粘土27.45.319.10.88300.7018.423.311.51403.445灰绿色粉质粘土>27.419.70.72260.4636.526.88.62102.824、设计要求本工程建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级，环境类别为二（a）类，重要性系数均取1.0。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧5、设计流程桩基础设计流程图见图2。图2桩基础设计流程图二、选择桩型、截面及长度1、选择桩型因本工程中框架结构跨度大而且不均匀，柱底荷载较大，不宜采用浅基础。根据施工场地、地基条件以及场地周围的环境条件，选择桩基础。因钻孔灌注桩泥浆排泄不便，为了减小对周围环境的污染，采用静压预制桩。这样可以较好地保证桩身质量，并共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧在较短的施工工期完成沉桩任务。同时，当地的施工工艺、技术力量、施工设备以及材料供应也为采用静压桩提供了可能性。2、选择桩的几何尺寸及承台埋深依据地基土的分布，同时为了减小桩数，增大单桩承载力，选择第层土作为持力层。因为该层土液性指数较小，处于硬可塑状态，承载力较高。桩端全断面进入持力层1.2m（>2d），工程桩入土深度为28.6m。承台底进入第层土0.3m，与地下水位线齐平，减小了地下水对承台的影响（包括腐蚀性、浮力等）。所以承台埋深为2.1m，桩基的有效桩长为26.5m。同时，承台厚度初步选取为1.0m。桩截面选择方形，尺寸选用500mm×500mm。由于施工设备要求，桩分两段，上、下段均为14m（不包括桩尖长度在内）。实际桩长比有效桩长大1.5m，这主要是考虑持力层起伏、桩顶嵌入承台长度以及压桩完毕后需要凿去一定长度的桩顶混凝土以露出主筋锚入承台等情况，而留有余地。桩基及土层分布情况示意图见图3。图3桩基及土层分布示意图共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧三、确定单桩承载力本设计属二级建筑桩基，采用经验参数法和原位测试法（静力触探法）估算单桩承载力特征值。1、经验参数法其中，m，m2查《建筑桩基技术规范》，计算如下表2：表2经验参数法计算单桩承载力特征值土层（m）（kPa）（kPa）84512295.3641.2803100∴kN2、原位测试法（静力触探法）当时，当时，这里，为桩端全截面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，取kPa，为桩端全截面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，取kPa。∴kPa又由于桩长m，即15m30m共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧∴查表可知，桩端阻力修正系数按值直线内插得∴下面再计算各层土的。根据曲线图，如图4所示。图4曲线图对于地表以下6m范围内的土层，即承台底面以下3.9m范围内的土层，选取直线（A）计算，kPa。对于其他土层，均选取折线（B）计算，即当kPa时，当kPa时，当kPa时，∴各层土的计算如下表3所示。表3原位测试法（静力触探法）计算单桩承载力特征值共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧土层（m）（kPa）（kPa）（kPa）3.9154.17203612860435.334401111.22820962820∴kN综上所述，取较小值，即kN∴单桩竖向承载力特征值kN四、初步确定桩数在根据柱底荷载进行桩数初步确定时，本应该按照荷载效应标准组合进行计算，但资料中所给组合值为基本组合值。虽然可以按照《建筑结构荷载规范》中的公式进行二者的换算，但是这里只是作为初步估算，所以可以简单地直接采用最大轴力标准值。同时，所选实际桩数中要考虑承台自重和承台上土的自重，并且这里荷载均为偏心荷载，所以在计算结果上均放大1.1~1.2倍，并取整数。另外，B、C轴线上的柱距太小，而荷载很大，所以将B、C轴线上的基础设计成联合承台形式。在进行桩数确定时，应将B、C轴线上柱的荷载合起来计算。最后要注意的是，第九组的计算荷载值均要放大36%。计算结果如表4所示。从表中可以看到，本工程总桩数为161根。桩位布置图详见附录结构施工图。表4初步确定桩数柱号最大轴力标准值（kN）荷载放大36%（×（1+36%））（kN）所需桩数（/1531）（根）所选桩数（根）195412970.812112315271.02共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧397713290.914224230492.035373350773.346308741982.747162622111.428195726621.739328844722.9410312942552.8411324044062.9412311042302.8413310542232.8414326144352.9415315842952.8416317043112.8417192826221.7318195926641.7319229031142.0320321243682.9421306041622.7422305841592.7423319943512.8424306241642.7425302241102.7426159421681.4227—372400+1862=426257963.8528—384161+2829=699095066.2829—393908+2508=641687265.7830—404169+2578=674791766.0831—414054+2466=652088675.8832—424053+2462=651588605.8833—434188+2568=675691886.0834—444063+2454=651788635.8835—454015+2465=648088135.8836—462274+1660=393453503.55　　　总计161共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧五、承台尺寸设计及桩位布置1、单桩承台单桩承台尺寸为1.0m×1.0m，如图5所示。图5单桩承台尺寸2、两桩承台两桩承台尺寸为1.0m×3.0m，如图6所示。其中，m（），满足要求。图6两桩承台尺寸3、三桩承台三桩承台为正三角形形式（只不过割掉了三个棱角），这样新的六边形尺寸为短边1.0m，长边2.6m，如图7所示。其中，m（），满足要求。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧图7三桩承台尺寸4、四桩承台四桩承台尺寸为3.0m×3.0m，如图8所示。其中，m（），满足要求。图8四桩承台尺寸5、五桩承台27—37、36—46号柱下的承台需设计成五桩联合承台。但由于27—37、36—46号柱的尺寸不完全一样，所以需要分别进行偏心计算。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧27—37承台：B轴柱荷载：1862×（1+36%）=2532kNC轴柱荷载：2400×（1+36%）=3264kN∴合力作用点距C轴的距离为m取m36—46承台：B轴柱荷载：1660×（1+36%）=2258kNC轴柱荷载：2274×（1+36%）=3093kN∴合力作用点距C轴的距离为m也取m故可见，27—37、36—46承台的荷载偏心情况差不多，桩位布置相同，即承台和群桩的中性轴距C轴均为1.3m。五桩承台尺寸为3.0m×5.0m，如图9所示。其中，为桩间最小中心距，大小为2.0m（），满足要求。图9五桩承台尺寸共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧6、六桩承台2号柱、5号柱相距很近，且荷载很大。由计算可知，柱下布桩桩数分别为2根和4根。又因为承台之间需要浇筑联系梁进行连接，所以为便于施工，直接将2号柱、5号柱下的承台设计成六桩联合承台。先进行偏心荷载计算。2号柱荷载：1123×（1+36%）=1527kN5号柱荷载：3733×（1+36%）=5077kN∴合力作用点距2/C轴的距离为m取m即承台和群桩的中性轴距2/C轴取0.7m。六桩承台尺寸为3.0m×5.6m，如图10所示。其中，m（），满足要求。图10六桩承台尺寸7、八桩承台28—38、29—39、30—40、31—41、32—42、33—43、34—44、35—45号柱下的承台需设计成八桩联合承台形式。由于每个承台的荷载偏心情况不一样，需分别进行计算，再统计取一个合理平均值，以确定承台和群桩的中性轴。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧荷载偏心情况计算如下表5。表5八桩承台荷载偏心情况计算柱号B轴柱荷载（kN）B轴柱荷载放大36%（×（1+36%））（kN）C轴柱荷载（kN）C轴柱荷载放大36%（×（1+36%））（kN）合力作用点距C轴的距离（m）28—3828293847416156591.2129—3925083411390853151.1730—4025783506416956701.1531—4124663354405455131.1332—4224623348405355121.1333—4325683492418856961.1434—4424543337406155231.1335—4524653352401554601.14故可取m即承台和群桩的中性轴距C轴取1.2m。八桩承台尺寸为3.0m×7.0m，如图11所示。其中，m（），满足要求。图11八桩承台尺寸共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧六、确定基桩（复合基桩）承载力特征值该桩基属于非端承桩，由《建筑桩基技术规范》可知，当桩数少于4根时，不宜考虑承台效应。所以这里，对于单桩承台、两桩承台和三桩承台均不考虑承台效应，其相应的基桩承载力特征值为kN。而对于四桩承台、五桩承台、六桩承台和八桩承台，承台底面下并非欠固结土、新填土等，故承台底不会与土脱离，均应考虑承台效应，其相应的复合基桩承载力特征值按如下公式进行计算：（这里处于非地震区，不考虑地震作用）式中，——承台效应系数，按规范相应表格取值。——承台下承台宽度且不超过5m深度范围内各层土的地基承载力特征值按厚度加权的平均值。——计算基桩所对应的承台底净面积。——为桩身截面面积。——为承台计算域面积，这里均为承台总面积。1、四桩承台桩间中心距m，桩径m，承台宽度m，桩长m∴，∴查表取对于，取第层土的地基承载力特征值，即kPa又m2m2∴m2共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧故kN2、五桩承台基桩为非正方形排列，桩间中心距m，桩径m，承台宽度m，桩长m∴，∴查表取对于，取第层土的地基承载力特征值，即kPa又m2m2∴m2故kN3、六桩承台桩间中心距m，桩径m，承台宽度m，桩长m∴，∴查表取对于，取第层土的地基承载力特征值，即kPa又m2共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧m2∴m2故kN4、八桩承台桩间中心距m，桩径m，承台宽度m，桩长m∴，∴查表取对于，取第层土的地基承载力特征值，即kPa又m2m2∴m2故kN七、桩顶作用效应验算桩顶作用效应验算时，均应按荷载效应标准组合进行计算。但资料中所给组合值为基本组合值，换算时可参考《建筑结构荷载规范》中的公式进行换算。而这里出于安全考虑，在已知而反算的情况下，取共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧。同时注意，第九组的计算荷载值均要放大36%。另外，按照小组分工情况，本人进行四桩承台和五桩承台的桩顶作用效应验算。1、四桩承台四桩承台共15个，即6号、9号～16号、20号～25号柱下的承台。验算时，只需验算荷载较大的1个，即9号柱下的桩基。（1）、最大轴力标准组合承台埋深m，平面尺寸为3.0m×3.0m，厚度m，假设荷载作用于承台顶面处。四桩承台桩顶作用效应验算示意图见图12。图12四桩承台桩顶作用效应验算示意图kNkN·mkN∴kN·mkN∴桩顶受力kNkN共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧kNkNkN故满足要求。（2）、最大弯矩标准组合承台埋深m，平面尺寸为3.0m×3.0m，厚度m，假设荷载作用于承台顶面处。kNkN·mkN∴kN·mkN∴桩顶受力kNkNkNkN共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧kN故满足要求。2、五桩承台五桩承台共2个，即27—37号、36—46号柱下的承台。验算时，只需验算荷载较大的1个，即27—37号柱下的桩基。（1）、最大轴力标准组合承台埋深m，平面尺寸为3.0m×5.0m，厚度m，假设荷载作用于承台顶面处。五桩承台桩顶作用效应验算示意图见图13。图13五桩承台桩顶作用效应验算示意图kNkN·mkN∴kN·mkN∴桩顶受力共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧kNkNkNkNkN故满足要求。（2）、最大弯矩标准组合承台埋深m，平面尺寸为3.0m×5.0m，厚度m，假设荷载作用于承台顶面处。kNkN·mkN∴kN·mkN∴桩顶受力kNkNkNkN共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧kN故满足要求。八、沉降计算沉降计算时，应该按照荷载效应准永久组合值进行计算。但是，所给资料中无荷载准永久组合，所以应该进行荷载换算。但《建筑结构荷载规范》中没有准永久组合与标准组合、基本组合的换算公式，所以只能凭经验换算。一般来说，标准组合值比准永久组合值大20%，故这里我们可以简单地假定荷载准永久组合值等于0.8倍最大轴力标准值。由于本设计中，所有桩的中心间距均小于6d，故可以采用等效作用分层总和法计算最终沉降量。并且，这里假定采用引孔沉桩技术，不考虑挤土效应，即桩基沉降计算结果不用乘以1.3~1.8的挤土效应系数。另外，由于沉降问题必须考虑基础的整体性，所以对于荷载相近、承台形式相同的柱，其基础沉降量可以看作近似相等，只要选择其中一个验算就可以了，而对于荷载相差较大或承台形式发生显著变化的柱，就必须分别进行验算。同时，整栋建筑呈矩形，竖向刚度较大，并且荷载分布情况是四周较小而中间较大，所以可以判断整个基础是中间部分（即B、C轴）沉降较大，而两边（即A、D轴）沉降较小。因而验算时，应选取横向轴上的桩基进行计算，因为这样可以很直观地反映出整栋建筑的变形情况。综上所述，选择轴、轴、轴、轴、轴进行计算，而对于轴、轴、轴、轴、轴上的桩基，其沉降量可以看作与轴相等。按照小组分工情况，本人进行轴、轴的沉降计算。1、轴轴上有5个承台，应分别进行计算。（1）、10号柱10号柱下承台为四桩承台，其承台形式与9号柱下承台完全相同。又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故10号柱下桩基的最终沉降量与9号柱下桩基的最终沉降量相同，由同组成员计算结果可知mmmm，故满足要求。（2）、29—39号柱29—39号柱下为八桩联合承台，其承台形式与28—38号柱下承台完全相同。又二者土层分布情况也相同，故29—39号柱下桩基的沉降可参考28—38号柱下桩基的沉降，只不过相关比值则取决于二者承台底部附加压力的比值。竖向荷载准永久组合值共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧kN∴基底附加压力kPa其值为28—38号柱下承台底面附加压力（即367.1kPa）的0.919倍。∴29—39号柱下桩基的最终沉降量也是28—38号柱下桩基的最终沉降量的0.919倍，而由同组成员计算结果可知，28—38号柱下桩基的最终沉降量为34.2mm，所以29—39号柱下桩基的最终沉降量mmmm故满足要求。（3）、3号柱3号柱下为单桩承台，其承台形式与1号柱下承台完全相同。又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故3号柱下桩基的最终沉降量与1号柱下桩基的最终沉降量相同，由同组成员计算结果可知mmmm，故满足要求。（4）、6号柱6号柱下承台为四桩承台，其承台形式与9号柱下承台完全相同。又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故6号柱下桩基的最终沉降量与9号柱下桩基的最终沉降量相同，由同组成员计算结果可知mmmm，故满足要求。（5）、19号柱19号柱下承台为三桩承台，其承台形式与4号柱下承台完全相同。又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故19号柱下桩基的最终沉降量与4号柱下桩基的最终沉降量相同，由同组成员计算结果可知mmmm，故满足要求。2、轴轴上有4个承台，应分别进行计算。（1）、17号柱17号柱下承台为三桩承台，其承台形式与8号柱下承台完全相同。又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故17号柱下桩基的最终沉降量与8号柱下桩基的最终沉降量相同，由同组成员计算结果可知mmmm，故满足要求。（2）、36—46号柱36—46号柱下为五桩联合承台，其承台形式与27—37号柱下承台完全相同。又二者土层分布情况也相同，故36—46号柱下桩基的沉降可参考27—37共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧号柱下桩基的沉降，只不过相关比值则取决于二者承台底部附加压力的比值。竖向荷载准永久组合值kN∴基底附加压力kPa其值为27—37号柱下承台底面附加压力（即314.1kPa）的0.924倍。∴36—46号柱下桩基的最终沉降量也是27—37号柱下桩基的最终沉降量的0.924倍，而由同组成员计算结果可知，27—37号柱下桩基的最终沉降量为16.0mm，所以36—46号柱下桩基的最终沉降量mmmm故满足要求。（3）、7号柱7号柱下为两桩承台，属于单排桩形式，本应该按照明德林解进行沉降计算，但按照明德林解计算竖向附加应力，再计算桩基沉降，过程相当繁琐。同时，这里两桩承台的荷载并不很大，所以仍近似地采用等效作用分层总和法进行计算。承台尺寸为1.0m×3.0m。竖向荷载准永久组合值kN∴基底附加压力kPa再确定计算深度，按应力比法确定。这里，桩端平面的自重应力kPa另外，在进行土层划分时，由于引入应力面积的概念，本可以按照天然土层面划分，但在本设计中，桩端平面以下为土层厚度较大的第层土，不宜按照天然土层面划分。所以这里取1倍承台面宽度，即约3m，作为每层土的厚度。因此，桩端平面下土的自重应力和附加应力（）的计算结果如表6所示。表67号柱下桩基的、计算共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧（m）（kPa）（kPa）0263.0300.250594.63.0292.736.00.03378.56.0322.4312.00.00921.4在m处，，故可取m。沉降量的计算结果如表7所示。表77号柱下桩基的沉降计算（mm）（mm）（mm）（kPa）（mm）0300.25000300036.00.1114334.2334.2860092.46000312.00.0645387.052.8860014.6∴mm又由于计算深度范围内压缩模量当量值MPa<10MPa∴取桩基沉降计算经验系数为。然后再确定桩基等效沉降系数。∵m，m∴，取在计算时，由于两桩承台下为规则布桩，且m，m∴又长径比，∴查表得，，∴∴7号柱下桩基的最终沉降量共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧mmmm故满足要求。（4）、26号柱26号柱下承台为两桩承台，其承台形式与7号柱下承台完全相同。又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故26号柱下桩基的最终沉降量与7号柱下桩基的最终沉降量相同，即mmmm，故满足要求。3、沉降分析整理并综合小组其他成员的计算结果，可以绘制如图14所示的沉降分布图。从沉降分布图中可以看到，整个地基基础的沉降分布比较符合一般的沉降等值线规律，即四周较小，而中间较大。但局部地区，如1~6号柱地区，其沉降有较大的起伏，不符合实际情况。因为在实际过程中，必须考虑基础的整体刚度和上部结构刚度对差异沉降的调整。所以，这里可以忽略该局部的计算误差，从而可以得到如图15所示的沉降等值线图。通过分析可以看到，最大沉降约为31.4mm，小于规范允许值200mm，横向最大差异沉降为mmmm（这里，为相邻柱下桩基的距离，即B、C轴柱下联合承台中性轴至A轴柱下承台中性轴的距离，其值为7800mm）对于纵向最大差异沉降，主要考虑轴与轴、轴与轴的差异沉降，同时考虑纵向整体刚度较大，差异沉降值计算偏大，可以假定乘以0.7的折减系数，所以纵向最大差异沉降为mmmm（这里，为相邻柱下桩基的距离，即横向各轴的间距，其值为6000mm）故综上所述，本设计中桩基的沉降变形满足要求。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧九、桩身结构设计和计算本设计中，桩身采用混凝土强度等级C30（N/mm2，N/mm2共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧），主筋强度等级Ⅱ级（即HRB335，N/mm2），箍筋强度等级Ⅰ级（即HPB300，N/mm2）。注意进行计算时，荷载值均取基本组合值。1、配筋计算本设计中，两段桩长均为14m。采用两点起吊运输、单点吊立竖起的方式进行计算，吊点位置如图16所示。图16吊点位置示意图此时，桩身弯矩为：两点起吊：单点吊立：其中，为动力系数，取1.5。为桩单位长度自重，即kN/m。（这里1.35为恒荷载分项系数，主要是考虑桩身结构设计时，荷载效应取基本组合值，故需乘以1.35的分项系数。）取14m。则共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧kN·m取纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度为40mm，则桩身截面的有效高度为mm进行配筋计算时，偏于安全考虑，仍采用单筋矩形截面受弯的计算公式。同时，为避免求解一元二次方程，将受弯承载力公式简化为∴查表得，，∴桩身受拉主筋配筋量mm2∴单侧钢筋选用3B25（mm2），而整个截面的主筋则为8B25（mm2）。其配筋率为，满足要求。桩身截面示意图如图17所示。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧对于箍筋，按构造要求选取，选择直径8mm，中间段间距取200mm（即A8@200），加密段间距取100mm（即A8@100），加密范围为两端各4d，即2000mm。并且对于上段桩顶，考虑其与承台的连接时需要凿去部分混凝土以露出主筋使其锚入承台，其加密范围设计成3000mm。桩尖部分箍筋也应该加密，并且由于桩尖在沉桩过程中受力较大，易破坏，加密程度应更大，所以箍筋间距取50mm（即A8@50）。这里，桩尖设计成楔形，长度取1.5d，即750mm。由于保护层原因，箍筋加密范围小于750mm，取650mm。在桩尖还要设置一根800mm长的B25钢筋，超出桩尖长度为50mm。图17桩身截面示意图图18网片示意图其次，每段箍筋加密范围内，设置5层钢筋网片，以提高局部承压能力。网片钢筋选取A8，布置间距取50mm，钢筋网片应与桩端箍筋相连。网片布置位置详见结构施工图。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧网片示意图如图18所示。图19桩身配筋示意图同时，上、下段桩的连接采用焊接方式。为便于焊接，上、下两段需分别预埋钢板（或称钢帽），钢帽应该与桩身主筋焊接相连。钢帽截面与桩截面相同，即500mm×500mm，高度为250mm。另外，为便于起吊、吊立，在两桩端0.293L（即4100mm）处，应该预埋吊环。吊环的埋置应该满足一定的构造要求，详见结构施工图。图19为桩身配筋示意图。2、桩身强度验算由于桩顶以下5d（即2500mm）范围内的桩身箍筋间距为200mm，大于100mm，所以桩的强度计算公式为NkNkN共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧这里，为稳定系数，取1.0。为基桩成桩工艺系数。由于是混凝土预制桩，故取0.85。为混凝土抗压强度。为桩身截面面积。显然，桩身强度满足要求。十、承台结构设计和计算本设计中，承台采用混凝土强度等级C30（N/mm2，N/mm2），主筋强度等级Ⅱ级（即HRB335，N/mm2），箍筋强度等级Ⅰ级（即HPB300，N/mm2）。注意进行计算时，荷载值均取基本组合值。同时，第九组荷载应该放大36%。另外，承台设计时，承台底面布置C10素混凝土垫层，厚度取100mm，四周宽出承台边缘100mm。承台底面钢筋的混凝土保护层厚度取60mm，即承台的有效高度为mm（这里，均初步取承台厚度为1000mm。）对于桩与承台的连接，桩嵌入承台内的长度取60mm，混凝土桩的桩顶纵向主筋锚入承台长度取900mm（大于35d）。施工时，待压桩完毕后可凿去桩顶混凝土以露出主筋使其锚入承台。对于柱与承台的连接，柱的纵向主筋锚入承台长度也取900mm（大于35d）。施工时，承台可与底层框架柱同时现浇，以提高建筑的整体稳定性。由于柱、承台、桩的混凝土强度等级相同，均为C30，所以无需进行局部受压计算，只需进行受弯、受冲切、受剪计算。按照小组分工，本人进行四桩承台、五桩承台的结构设计和计算。1、四桩承台四桩承台共15个，即6号、9号～16号、20号～25号柱下的承台。计算时，只需计算荷载较大的1个，即9号柱下的承台。虽然6号、9号～16号、20号～25号柱的尺寸不一样，6号柱为700mm×600mm，9号～16号柱为600mm×600mm，20号～25号柱为800mm×600mm，计算时，结果可能有所差异，但它们相差甚微，仍只需计算9号柱下的承台。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧（1）、受弯计算图20四桩承台受弯计算示意图图20为四桩承台受弯计算示意图，其中mm。由单桩反力可知，桩顶最大反力kN，扣除承台及其上土重，并换算成基本组合值（换算时，标准组合值乘以1.35的分项系数即为基本组合值），则kN这里，kN。∴kN·m∴横、纵向配筋mm2采用20B25@150（mm2）。∴，满足要求。（2）、受冲切计算、柱对承台的冲切图21为四桩承台柱对承台的冲切计算示意图。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧图21四桩承台柱对承台的冲切计算示意图mm，mm，mm∴，且∴又mm∴插值得∴NkN再计算。这里，为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下冲切破坏锥体内各基桩的反力设计值之和。由于冲切破坏锥体内无任何基桩，故为0。而为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下柱底的竖向荷载设计值。在桩顶作用效应验算时可知，kN。换算成基本组合值，则共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧kN。∴kNkN，满足要求。、角桩对承台的冲切图22为四桩承台角桩对承台的冲切计算示意图。图22四桩承台角桩对承台的冲切计算示意图mm，mm，mm，mm∴，且∴又mm∴插值得∴NkN共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧再计算。这里，为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩的反力设计值。∴kNkN，满足要求。（3）、受剪计算图23为四桩承台受剪计算示意图。图23四桩承台受剪计算示意图mm，mm，mm∴，且∴又∴NkN再计算。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧这里，为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下斜截面的最大剪力设计值。∴kNkN，满足要求。2、五桩承台五桩承台共2个，即27—37号、36—46号柱下的承台。计算时，只需计算荷载较大的1个，即27—37号柱下的承台。虽然27号、36号柱的尺寸不一样，27号柱为600mm×600mm，36号柱为900mm×600mm，计算时，结果可能有所差异，但27—37号、36—46号柱下为联合承台，尺寸较大，能有效地调整受力不均匀，故它们相差甚微，仍只需计算27—37号柱下的承台。（1）、受弯计算由单桩反力可知，桩顶最大反力kN，最小反力kN，扣除承台及其上土重，并换算成基本组合值（换算时，标准组合值乘以1.35的分项系数即为基本组合值），则kNkN这里，kN。而对于柱底的竖向荷载设计值，在桩顶作用效应验算时可知，kN。换算成基本组合值，则kN。但注意，这里的为双柱的合力，需要分成C柱荷载、B柱荷载两部分，即kNkN共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧图24五桩承台受力情况示意图图25五桩承台纵向内力分析示意图共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧则承台的受力情况如图24所示，纵向内力分析如图25所示。根据内力进行配筋计算，采用弯矩、剪力值时，本应该考虑柱、桩尺寸影响，即、最大的地方并非最危险截面，应进行支座边缘修正。但此处出于安全考虑，仍采用最大内力进行配筋计算，故kN·m，kN。∴纵向配筋量mm2采用20B25@150（mm2）。∴，满足要求。对于横向配筋，受弯计算示意图如图26所示。图26五桩承台横向受弯计算示意图其中，mm∴kN·m∴横向配筋量mm2采用25B25@200（mm2）。∴，满足要求。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧（2）、受冲切计算、柱对承台的冲切Ⅰ、对每根柱分别进行计算图27为五桩承台柱对承台的冲切计算示意图。图27五桩承台柱对承台的冲切计算示意图对于C柱对承台的冲切：mm，mm，mmmm，mm∴，取，且，且∴共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧又mm∴插值得∴NkN再计算。这里，为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下冲切破坏锥体内各基桩的反力设计值之和。由于冲切破坏锥体内无任何基桩，故为0。而为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下柱底的竖向荷载设计值。∴kN∴kNkN，满足要求。对于B柱对承台的冲切：mmmm，取mm（因为要满足冲切破坏锥体与底面夹角不小于45°）mm，mm，mm∴，且共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧，且∴又mm∴插值得∴NkN再计算。这里，为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下冲切破坏锥体内各基桩的反力设计值之和。由于冲切破坏锥体内无任何基桩，故为0。而为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下柱底的竖向荷载设计值。∴kN∴kNkN，满足要求。Ⅱ、双柱对承台的整体冲切计算图28为五桩承台双柱对承台的整体冲切计算示意图。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧图28五桩承台双柱对承台的整体冲切计算示意图mm，mm，mmmm，mm，mm∴，取，且，且∴又mm共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧∴插值得∴NkN再计算。这里，为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下冲切破坏锥体内各基桩的反力设计值之和。由于冲切破坏锥体内有一根基桩，故kN。而为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下柱底的竖向荷载设计值。∴kN∴kNkN，满足要求。、角桩对承台的冲切图29五桩承台角桩对承台的冲切计算示意图图29为五桩承台角桩对承台的冲切计算示意图。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧对于桩1对承台的冲切：mm，mm，mm，mm，mm∴，取，且∴又mm∴插值得∴NkN再计算。这里，为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩的反力设计值。∴kNkN，满足要求。对于桩2对承台的冲切：取值，即mm（因为这里角桩的冲切破坏锥体与底面夹角假定为45°）mm，mm，mm共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧∴，且∴又mm∴插值得∴NkN再计算。这里，为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩的反力设计值。∴kNkN，满足要求。（3）、受剪计算图30为五桩承台受剪计算示意图。mm，mm，mm，mm，mm∴，取，且∴共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧图30五桩承台受剪计算示意图又∴NkNNkN再计算。这里，为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下斜截面的最大剪力设计值。∴对于纵向剪力kNkN，满足要求。对于横向剪力kNkN，满足要求。共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧十一、联系梁设计本设计中，联系梁采用混凝土强度等级C30（N/mm2，N/mm2），主筋强度等级Ⅱ级（即HRB335，N/mm2），箍筋强度等级Ⅰ级（即HPB300，N/mm2）。注意进行计算时，荷载值均取基本组合值。同时，第九组荷载应该放大36%。设置联系梁，是为了保证桩基的整体刚度。联系梁顶面与承台顶面位于同一标高，这里即为-1.400m。联系梁高度取承台中心距（即6000mm）的，即600mm，宽度取450mm，故其截面尺寸为600mm×450mm。联系梁的平面布置详见结构施工图。联系梁的配筋则根据柱剪力，按照轴心受拉构件确定，并满足构造要求。在所有柱剪力中，19号柱的剪力最大，其基本组合值为kN。为简化起见，忽略混凝土的抗拉能力，则所需的钢筋量mm2采用6B25（mm2），上、中、下对称通长布置。而对于箍筋，则按构造要求选取A8@200，中部拉结筋也是A8@200。联系梁的截面示意图如图31所示。图31联系梁截面示意图共48页第49页 《岩土工程课程设计计算书》组号：第九组（荷载放大36%）学号：091047姓名：赵启慧十二、参考文献1、袁聚云，楼晓明，姚笑青等.基础工程设计原理.北京：人民交通出版社，20112、袁聚云，钱建固，张宏鸣，梁发云.土质学与土力学.北京：人民交通出版社，20103、唐岱新，孙伟民.高等学校建筑工程专业课程设计指导.北京：中国建筑工业出版社，20004、顾祥林.混凝土结构基本原理.上海：同济大学出版社，20115、顾祥林.混凝土结构设计.上海：同济大学出版社，20116、中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范（GB50009-2001）.北京：中国建筑工业出版社，20017、中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范（GB50010-2002）.北京：中国建筑工业出版社，20028、中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）.北京：中国建筑工业出版社，20029、中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）.北京：中国建筑工业出版社，2008十三、附录结构施工图见附录图纸。共48页第49页'