土力学与地基基础课程设计计算书

'土力学与地基基础课程设计计算书一、柱下独立基础设计1.边柱设计（400mm×500mm）（1）初步确定基础埋深H=1.6m已知设计组合值：M=130.0KN∙m,N=890.0KN,V=25.0KN，按《建筑地基规范》得，由荷载标准值计算荷载设计值取荷载综合分项系数1.35。则标准值为：Mk=96.30KN∙m,Nk=659.26KN,Vk=18.52KN设计参数及相关数据见下图基础放置在粉土上，fak=160KPa,粘粒含量ρc≥10%，查表得ηb=0.3，ηd=1.5，先假设基底宽度不大于3m，则粉土修正后的地基承载力特征值： fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=160.0+1.5×(1.1×17+0.5×16.5)×(1.6-0.5)/1.6=187.786KPa>1.1fak=176kpa初步设计基底尺寸：A0=Fk/(fa-γGd)=659.26/(187.786-20×1.6)=4.23m2由于偏心不大，按20%增大即A=1.2A0=5.076m2初步选择基础底面积A=L×b=2.9×1.8=5.22m2(≈5.076m2)b=1.8m<3.0m，不再对fa进行修正2、持力层承载力验算Gk=rG×d×A=20×1.6×5.22=167.04KNek=Mk/(Fk+Gk)=(96.30+18.52×0.6)/(659.26+167.04)=0.130mPk=(Fk+Gk)/A=(659.26+167.04)/5.22=158.30KPa0,满足柱下独立基础内力分析计算：（1）计算基底净反力偏心矩：en,0=M/F=(130+25×0.6)/890=0.163m基础边缘处的最大和最小净反力Pn,max=F(1+6en,0/L)/Lb=(890/5.22)×(1+6×0.163/2.9)=227.99KPaPn,min=F(1-6en,0/L)/Lb=（890/5.22×(1-6×0.163/2.9)=112.99KPa （1）基础高度（采用阶梯形基础），计算图如下：(a)柱边基础截面抗冲切验算L=2.9m,b=1.8m,at=ac=0.4m,bc=0.5m基础高度h=600mm，从下至上分350mm,250mm两个台阶，h0=550mm（有垫层）at+2h0=0.4+2×0.55=1.50m261.62KN，可以（b）变阶处抗冲切验算at=bl=0.9m,a1=1.45m,h01=350-50=300mmat+2h01=0.9+2×0.3=1.50m<1.80m取ab=1.50mam=(at+ab)/2=(0.9+1.5)/2=1.20m 冲切力：Fl=Pn,max[(L/2-a1/2-h01)b-(b/2-b1/2-h01)2]=227.99×[(2.9/2-1.45/2-0.3)×1.8-(1.8/2-0.9/2-0.3)2]=169.28KN抗冲切力：0.7βhpftamh01=0.7×1.0×1.27×103×1.2×0.3=320.04KN>169.28KN，可以（1）配筋计算选用HPB235级钢筋，fy=210N/mm2（a）基础长边方向1-1截面（柱边）柱边净反力：Pn,1=Pn,min+(L+ac)(Pn,max-Pn,min)/2L=112.99+(2.9+0.5)×(227.99-112.99)/(2×2.9)=180.40KPa悬臂部分净反力平均值：1/2（Pn,max+Pn,1）=1/2（227.99+180.40）=204.20KPa弯矩：M1=(1/24)×1/2（Pn,max+Pn,1）（L-ac）2(2b+bc)=(1/24)×204.20×(2.9-0.5)2×(2×1.8+0.4)=196.03KN∙mAS,1=M1/0.9fyh0=196.03×106/(0.9×210×550)=1885mm23-3截面（变阶处）净反力：Pn,3=Pn,min+(L+a1)(Pn,max-Pn,min)/2L=112.99+(2.9+1.45)×(227.99-112.99)/(2×2.9) =199.24KPa弯矩：M3=(1/24)×1/2（Pn,max+Pn,3）（L-L1）2(2b+b1)=(1/24)×213.62×(2.9-1.45)2×(2×1.8+0.9)=84.21KN∙mAS,3=M3/0.9fyh01=84.21×106/(0.9×210×300)=1485mm2比较AS,1和AS,3，应按AS,1配筋，实际配9Φ16，AS=1890mm2（a）基础短边方向因该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取Pn=1/2(Pn,max+Pn,min)计算Pn=1/2（227.99+112.99）=170.49KPaM2=Pn/24（b-bc）2(2L+ac)=170.49/24×(1.8-0.4)2×(2×2.9+0.5)=87.72KN∙mAS,2=M2/0.9fyh01=87.72×106/(0.9×210×550)=844mm2M4=Pn/24（b-b1）2(2L+a1)=170.49/24×(1.8-0.9)2×(2×2.9+1.45)=41.72KN∙mAS,4=M4/0.9fyh01=41.72×106/(0.9×210×300)=736mm2因此按AS,2配筋，实配13Ф10，AS=1020.5mm2>844mm2其配筋和大样图见详图1--11.内柱设计（400mm×400mm）(1)初步确定基础埋深H=1.6m已知设计组合值：M=70.0KN∙m,N=1800.0KN,V=18.0KN，按《建筑地基规范》得，由荷载标准值计算荷载设计值取荷载综合分项系数1.35。 则标准值为：Mk=51.85KN∙m,Nk=1333.3KN,Vk=13.3KN设计参数及相关数据见下图基础放置在粉土上，fak=160KPa,粘粒含量ρc≥10%，查表得ηb=0.3，ηd=1.5，先假设基底宽度不大于3m，则粉土修正后的地基承载力特征值：fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=160.0+1.5×(1.1×17+0.5×16.5)×(1.6-0.5)/1.6=187.786KPa>1.1fak=176kpa初步设计基底尺寸：A0=Fk/(fa-γGd)=1333.3/(187.786-20×1.6)=8.56m2由于偏心不大，按20%增大即A=1.2A0=10.27m2初步选择基础底面积A=L×b=4×2.6=10.4m2(≈10.27m2) b=2.6m<3.0m，不再对fa进行修正2、持力层承载力验算Gk=rG×d×A=20×1.6×10.4=332.8KNek=Mk/(Fk+Gk)=(51.85+13.3×0.6)/(1333.3+332.8)=0.036mPk=(Fk+Gk)/A=(1333.3+332.8)/10.4=160.20KPa0,满足柱下独立基础内力分析计算：（1）计算基底净反力偏心矩：en,0=M/F=(70+18×0.6)/1800=0.045m基础边缘处的最大和最小净反力Pn,max=F(1+6en,0/L)/Lb=1800/10.4×(1+6×0.036/4)=182.42KPaPn,min=F(1-6en,0/L)/Lb=1800/10.4×(1-6×0.036/4)=163.73KPa（2）基础高度（采用阶梯形基础），计算图如下：(a)柱边基础截面抗冲切验算L=4m,b=2.6m,at=ac=0.4m,bc=0.4m基础高度h=600mm，从下至上分350mm,250mm两个台阶，h0=550mm（有垫层）at+2h0=0.4+2×0.55=1.50m537.68KN，可以（b）变阶处抗冲切验算at=bl=1.3m,a1=2m,h01=350-50=300mmat+2h01=1.3+2×0.3=1.90m<2.60m取ab=1.90mam=(at+ab)/2=(1.3+1.9)/2=1.60m冲切力：Fl=Pn,max[(L/2-a1/2-h01)b-(b/2-b1/2-h01)2]=182.42×[(4/2-2/2-0.3)×2.6-(2.6/2-1.3/2-0.3)2]=309.66KN抗冲切力：0.7βhpftamh01=0.7×1.0×1.57×103×1.60×0.3=527.52KN>309.66KN，可以（1）配筋计算 选用HPB235级钢筋，fy=210N/mm2（a）基础长边方向1-1截面（柱边）柱边净反力：Pn,1=Pn,min+(L+ac)(Pn,max-Pn,min)/2L=163.73+(4+0.4)×(182.42-163.73)/(2×4)=174.01KPa悬臂部分净反力平均值：1/2（Pn,max+Pn,1）=1/2（182.42+174.01）=178.21KPa弯矩：M1=(1/24)×1/2（Pn,max+Pn,1）（L-ac）2(2b+bc)=(1/24)×178.21×(4-0.4)2×(2×2.6+0.4)=538.91KN∙mAS,1=M1/0.9fyh0=538.91×106/(0.9×210×550)=5184mm23-3截面（变阶处）净反力：Pn,3=Pn,min+(L+a1)(Pn,max-Pn,min)/2L=163.73+(4+2)×(182.42-163.73)/(2×4)=177.75KPa弯矩：M3=(1/24)×1/2（Pn,max+Pn,3）（L-L1）2(2b+b1)=(1/24)×180.09×(4-2)2×(2×2.6+1.3)=195.10KN∙mAS,3=M3/0.9fyh01=195.10×106/(0.9×210×300)=3441mm2比较AS,1和AS,3，应按AS,1配筋，实际配26Φ16@150，AS=5224mm2（b）基础短边方向 因该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取Pn=1/2(Pn,max+Pn,min)计算Pn=1/2（182.42+163.73）=173.08KPaM2=Pn/24（b-bc）2(2L+ac)=173.08/24×(2.6-0.4)2×(2×4+0.4)=293.20KN∙mAS,2=M2/0.9fyh01=293.20×106/(0.9×210×550)=2820mm2M4=Pn/24（b-b1）2(2L+a1)=173.08/24×(2.6-1.3)2×(2×4+2)=121.88KN∙mAS,4=M4/0.9fyh01=121.88×106/(0.9×210×300)=2149mm2因此按AS,2配筋，实配14Ф16，AS=3215mm2>2820mm2基础配筋图见详图1—2.二、人工挖孔桩基础设计深基础设计：以白云岩为持力层设计人工挖孔桩基础设计用材：C25混凝土，ft=1.27N/mm2,fc=11.9N/mm2;HRB335级钢筋，fy=fy"=300N/mm21.确定桩的类型、截面尺寸和承台底标高初步采用人工挖孔灌注桩，桩端嵌入持力层中风化泥质白云岩600mm。由设计要求承台顶面至地面为1000mm，取承台底面埋深D=1.8m，即承台厚度为800mm，取桩径：外桩d=1200mm(含护壁)，内桩d=1400mm(含护壁)，护壁厚度设为150mm。1.嵌岩单桩竖向承载力标准值：Quk=Qsk+Qrk+Qpk=up∑ζsiqsikli+upζrfrchr+ζpfrcAp 查表得相关系数：侧阻力发挥系数ζs1=0（杂填土），ζs2=0.8（粉土），ζs3=0.7（砂类土），ζs4=1.0（其它）侧阻力标准值qs1k=26（填土），qs2k=60（粉土），qs3k=110（沙砾）岩石饱和单轴抗压强度标准值frc=3000KPa桩身嵌岩深度hr取0.6m则有内柱：hr／d=0.6／1.4=0.429，ζr=0.021，ζp=0.5；外柱：hr／d=0.6／1.2=0.5，ζr=0.025，ζp=0.5所以外桩：Quk=π×1.2×（0.8×60×4.2+0.7×110×4）+π×1.2×0.025×3000×0.6+0.5×3000×π×1.22/4=1920.17+169.56+1695.6=3785.33KN内桩：Quk=π×1.4×（0.8×60×4.2+0.7×110×4）+π×1.4×0.021×3000×0.6+0.5×3000×π×1.42/4=2240.2+166.17+2307.9=4714.27KN设计值：R=Qsk/rs+(Qrk+Qpk)/rp取系数：rs=rp=1.7，有：外桩：R1=3785.33/1.7=2226.66KN；内桩：R2=4714.27/1.7=2773.1KN1.确定桩数初选桩数外桩：n>F/R=890/2226.66=0.40内桩：n>F/R=1800/2773.1=0.65故暂取1根 直接按构造为单桩设计承台，桩径外桩1200mm，内桩1400mm，取承台为2m×2m的方形承台，由前设知承台厚为800mm。取承台及其上土的平均重度为γG=20KN/m3则有：G=2×2×1.8×20=144KN按中心受压确定桩数外桩：n"=(F+G)/R=（890+144）/2226.66=0.46内桩：n"=(F+G)/R=（1800+144）/2773.1=0.70考虑偏心荷载作用：外桩：n=1.2n"=1.2×0.46=0.55内桩：n=1.2n"=1.2×0.70=0.84所以，最后确定外桩基础与内桩基础皆取为单桩4.单桩承载力验算（竖向、水平、桩身材料强度）（1）单桩竖向承载力验算由《桩基规范》：承受轴心荷载的桩基，γ0≤R承受偏心荷载的桩基，γ0Nmax≤1.2R对该设计，二级建筑的柱下单桩桩基取γ0=1.1由设计资料取N=Nmax对外桩：γ0N=1.1×890=979KN