(模板)基础工程课程设计

某单层厂房柱下基础设计
（5号柱下基础）
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学号：
指导教师：
2016年5月
目录
第1章概述 0
1.1 设计任务 0
1.2设计资料 (1)
1.2.1 地基勘察资料 (2)
1.2.2 设计荷载 (4)
1.3设计依据 (4)
第2章5号柱下独立基础设计 (5)
2.1基底尺寸的确定 ............................................................. 错误!未定义书签。

2.1.1持力层的选取 ...................................................... 错误!未定义书签。

2.1.2确定基础埋深以及持力层的承载力 .................. 错误!未定义书签。

2.1.3确定基底尺寸 ...................................................... 错误!未定义书签。

2.1.4承载力以及偏心距计算 (6)
2.1.5地基变形验算 (7)
2.2基础立面设计 (7)
2.2.1荷载基本组合 (7)
2.2.2确定基础高度 ...................................................... 错误!未定义书签。

2.2.3内力计算 (8)
2.2.4基础配筋 .............................................................. 错误!未定义书签。

第3章 5号柱下桩基础设计 . (10)
3.1确定桩端持力层和承台埋深 (11)
3.2确定单桩竖向承载力标准值 (12)
3.3初步拟定桩数和平面位置 (12)
3.4桩位布置和确定承台尺寸 (12)
3.5计算考虑群桩效应下的基桩竖向承载力设计值R并验算 (13)
3.6求桩顶荷载 (13)
3.6.1桩顶平均竖向力 (13)
3.6.2基桩的水平承载力验算 (13)
3.7承台受冲切承载力验算 (14)
3.7.1边柱冲切 (14)
3.7.2角桩向上冲切 (14)
3.8承台受剪承载力计算 (15)
3.9承台受弯及配筋计算 (15)
3.10桩基变形及沉降验算 (16)
第4章基础施工 (16)
4.1浅基础施工方案 (16)
4.2桩基础施工方案 (17)
第1章 概 述
1.1 设计任务
一、设计题目：某单层厂房柱下基础设计 二、工程名称：⨯⨯机械厂的装配车间设计
三、场地位置：建筑场地位于该机械厂厂区内，厂房平面尺寸为4224m m ⨯,规定室内地面标高为±0.00，相当于黄海高程455.00m ，室外地面标高为-0.15m ，柱顶标高为12.50m ，轨顶标高为9.80m 。

四、上部结构的类型尺寸：该装配车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m ，柱距6m ，车间内有2对30吨级工作制桥式吊车。

见图1－1。

五、设计任务：1、完成5号柱下浅基础的设计与地基的检算。

2、完成5号柱下桩基础设计。

5号柱为角柱，截面形状为矩形，尺寸：长×宽=1000×400m m 。

1500
24000
4200
500
1
A
900
2
4
3
Z2
Z3
B
900
Q =30T (两台)
Z3Z2
6000600060004200
73000
5150042000
6Z1
8
500
900
Z2
9000
Z3
Z1
6000600060009000
Z3
Z2
900
6000
1234
567
8
9
10
2019
18
17
16
15
14131211后侧前侧
注：Z1,Z2,Z3表示柱子的类型
图1-1 某厂房建筑平面图 单位：mm
1.2设计资料
1.2.1 地基勘察资料
勘察工作共完成钻孔6个，并结合钻孔取原状土样X 个进行了室内土工实验。

场地处地面平坦。

据钻探揭露，柱下各地层的情况如下：
第①层：人工填土。

以灰黑色粉土为主，伴有碎砖、炉渣等杂物的填土层。

厚度为0.6m ，结构疏松，土质不均，平均天然重度γ=17.1kN/m 3。

第②层：粉质粘土。

厚度为9.90m ，硬塑~可塑，土质较均匀。

土质指标：w =22.94%,γ=19.9kN/m 3,s G =2.73,e =0.687,L w =37.43%，P w =23.96%,
P I =13.47,L I ＜0,V a =0.21,ϕ=22°29′,c =6.04kPa 。

第③层：粘土。

呈黄黑色，没有钻透，据调查厚度在10m 以上。

土质均匀
，
可
塑
~
硬
塑。

土
质
指
标
：
w =25.51%,γ=20.4kN/m
3
,s
G =2.72,e =0.669,
L
w =37.71%，
P w =20.11%,P I =17.6,L I =0.25,V a =0.17,ϕ=18°41′,c =8.84kPa 。

场区地下水属潜水，初见水位在2.5~3.1m 深处，稳定水位在2.9~3.9m 深处。

地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。

根据钻探及室内土工实验的情况分析第①层杂填土不宜用作建筑物地基。

建议把基础埋置在强度较高的第②层粉质粘土或第③层粘性土中。

其地基承载力标准值分别为：
第②层：f k =200kPa 第③层：f k =220kPa
Ⅱ
Ⅲ
9.0m
22.0m 1#18.0m 5#Ⅰ
Ⅲ
16.5m
2#27.0m
钻孔编号4#Ⅰ11.5m
Ⅰ地质剖面编号
车间位置
钻孔深度
11.5m
3#图例
钻孔位置
后侧前侧
11.5m
4#6#11.5m
Ⅰ
Ⅱ
15.0m
33.0m
图1-2 地质钻孔平面布置图
22.0
432.30
11.0
③
1#
1.2
①
②
454.30
②
18.0
436.60
10.8
③
5#
0.9
454.60
①
10.7
11.5
443.30
0.6
454.80
6#
图1-3 II —II 地质剖面（m ）
1.2.2 设计荷载
1. 设计柱在地面处的截面内力取值如下：（横向计算）：
荷载组合编号： L11 L12
⎪⎩⎪⎨⎧===kN
20kN 1100kN.m 200K
K
K H F M ⎪⎩⎪⎨⎧===kN 35kN 1800kN.m 300H F M
纵向是指沿车间的长轴方向，横向是指沿车间的短轴方向。

弯矩M 以柱子的外侧受拉为正，剪力H 以指向车间内部为正。

荷载项中带下标K 者表示荷载效应的标准组合，否则为荷载效应的基本组合。

2. 基础梁上的荷重
基础梁上的荷重（包括基础梁自重）按30kN/m 计算，梁的横截面尺寸如图1-4，梁与柱之间的净距为20mm ，置于柱子外侧的基础顶面（浅基础）或承台（桩基础）上。

设计基础为角柱基础，根据车间平面布置图，基础梁计算单元纵向取3m 。

250
2525
200300
图1-4 基础梁的横截面尺寸示意图（单位：mm ）
1.3设计依据
1. 中华人民共和国国家标准．建筑地基基础设计规范，GB 50007—2002
2. 中华人民共和国国家标准．建筑桩基技术规范，JGJ94-94
3. 吴兴序主编. 基础工程．西南交通大学出版社，2007
第二章 5号柱下独立基础设计
2.1基底尺寸确定
2.1.1 持力层的选取
考虑到扩展基础的高度通常较大，且有报告地质勘探报告第二土层粉质黏土层地基承载力较高，宜作为持力层。

2.1.2确定基础埋深以及持力层的承载力
考虑到扩展基础的高度通常较大，且有报告地质勘探报告第二土层粉质黏土层地基承载力较高，宜作为持力层。

基础埋深拟为d=1.5m （室内地面）。

考虑3#钻孔的数据： 3m kN/m 1.191.5
0.5)
(1.520.10.517.1γ=-⨯+⨯=
因粉质黏性土e=0.629＜0.85,I=0.218＜0.85,查表得：0.3ηb =， 1.6ηd =,
230.56kPa 0.5)(1.519.11.62000.5)(1.5γηf f m d ak a =-⨯⨯+=-+=
2.1.3确定基底尺寸
计算简图
按中心荷载计算，则
()
2
1K 1m 43.62/15.05.120-230.566
301100F A =+⨯⨯+=-+≥
H
f F G a K γ
将基底面积扩大为21m 359.843.63.11.3A A =⨯==，
基底尺寸拟为2m 0.933l b =⨯=⨯。

此外，由于基底最小尺寸为3m ，故前面计算得到的a f 不需要进行宽度修正。

2.1.4承载力以及偏心距计算
竖向力：
()kN 5.15636.03020330.0751.51100F G F 1k k k =⨯+⨯⨯⨯++=++ 弯矩：m kN 1.1610.5)0.125(0.02630M 1k ⋅=++⨯⨯=
m kN 4.115116.1-)2
0.15
(1.502200'M k ⋅=+
⨯+= kPa 722.17391563.5F G F p 1k k k k ==++=A ＜kPa 56.302f a =
kPa
367.1990.33.01/64.1159.01563.5W
'
M F G F p 2
k 1k k k k max =⨯⨯+=+
++=A
＜kPa 672.76256.2301.21.2f a =⨯= 满足要求。

0.074m 1563.5115.4F G F 'M e 1k k k k ==++=
＜0.5m 6
3
6b ==
满足要求。

由于第②层：200kPa f ak =，厚度达到9.6m,
而且第③层：220kPa f ak =，故可不用对下卧层进行承载力验算。

2.1.5地基变形验算
有该建筑属一般工业建筑，在地基基础设计等级中属于丙级。

由《地基规范》知，该地基在可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围。

而且其地基承载力特征值大于130kPa,所以可不进行地基变形验算。

故扩展基础底面积拟取3.0m×3.0m 。

2.2 基础立面设计
2.2.1荷载基本组合
竖向力：2043kN 1.356308001F γF F F 1k G 1=⨯⨯+=+=+ 弯矩： m 156.735kN 0.5)0.125(0.021.35630M 1⋅=++⨯⨯⨯=
m kN 39.198156.735-)2
0.15
(1.535300M ⋅=+
⨯+=
227.0kPa 0.92043
A F F p 1j ==+=
271.087kPa 331/639.19892043F F p 2
1jmax =⨯⨯+=+
+=W
M
A
kPa
913.182331/639.19892043F F p 2
1jmin =⨯⨯-=-
+=W
M
A
2.2.2确定基础高度
初步拟定基础高度500mm ，按规范要求，铺设垫层保护层厚度不于40mm ，因此假设钢筋重心到混凝土外表面的距离为50mm ，则混凝土有效高度h 0=500-50=450mm ，
抗冲切破坏验算公式：0m t hp l h a f 0.7βF ≤ 首先计算l j l A p F =。

1.3m 0.4520.42h a a 0t b =⨯+=+=＜3m l =
故 20t 0t l )h 2a
2l ()l h 2b 2b (A -----=
22m 8.00.45)2
0.423(30.45)2123(=---⨯--=
扩展基础尺寸图（单位：mm ）
近似取271.087kPa p p jmax j ==（保守偏大）
冲切力设计值：kPa 870.2160.8271.087A p F l j l =⨯==
式0m t hp h a f 0.7β中，450m m h 0=＜800mm ，故 1.0βhp =，基础混凝土采用C30，其中 1.5MPa f t =,m 85.02
1.3
0.42a a a b t m =+=+=
kN 625.4010.4558.0101.51.00.7h a f 0.7β30m t hp =⨯⨯⨯⨯⨯=＞kPa 870.216F l = 故h 0=450mm 能够满足抗冲切破坏要求
2.2.3内力计算：
台阶宽高比：
25.021
32h b b c =⨯-=-＜2.5 0.244m 2043498.235F M e ===＜0.5m 6
3
6b ==
显然最危险控制截面在柱边处
0.4m a a t '
== m 1b b t '
== m 12
1
32b b a 'Ι=-=-=
)p (p b
a b p p jmin jmax Ι
jmin Ι--+
=
241.696kPa )913.182(271.0873
1
3913.182=--+= )l]p (p )p )(p a [(2l a 121M Ιjmax Ιjmax '2
ΙΙ-+++=
m kN 832.280 3.0])696.241(271.087241.696)(271.0870.4)3[(2112
1
2⋅=⨯-++⨯+⨯⨯⨯=)p )(p b (2b )a (l 481
M jmin jmax '2'Π++-=
m
kN 568.447)
913.182(271.087)13(20.4)(348
12⋅=+⨯+⨯⨯-= 2.2.4 基础配筋
抗弯钢筋的配置:采用HRB235,其210MPa f y =。

沿长边方向，由
450m m h m kN 832.280M 0ΙΙ=⋅=，,宽度3000mm ,按梁进行配筋，可得
048.045030006.910832.2802
62
0=⨯⨯⨯==
I
I I h b f M c s α 975.0)048.0211(5.0)211(5.0=⨯-+=-+=s s αγ
26
013048450975.021010832.280mm h f M A s y S =⨯⨯⨯==I I γ
选用1420Φ@2s Ιmm 76.3078A ,150=。

实际上454mm 2
12
405002d a h h 10Ι=--=-
-=，大于原先假定450mm ，上述配筋显然是可以的。

沿短边方向的钢筋通常置于长边钢筋之上，并假设采用18Φ钢筋，故
435mm 2
18
16405002d a h h 210=---=-
--=∏d ，再由m
kN 5.447M Π⋅=，宽度3000mm
,
可
得
082.043530006.910568.4472
62
0=⨯⨯⨯==
∏
I ∏h b f M c s α 957.0)082.0211(5.0)211(5.0=⨯-+=-+=s s αγ
2601s Π
mm 6.5119435
0.95721010568.447A =⨯⨯⨯==∏h f M s y γ。

选用140@1821Φ,2s m m 8.5343A =∏。

第三章 5号柱下桩基础设计
桩基础具有承载能力高、稳定性好、沉降稳定快和沉降变形小，抗震能力强等优点。

当设计荷载较大时，桩基础相对较经济。

从本设计的地勘资料中了解到，基础处于粉质黏土和黏土之上，距离坚硬的岩石层的距离较大，不宜设置成端承桩，宜设置成摩擦型端承桩。

3.1确定桩端持力层和承台埋深
考虑基础梁荷载， L11 L12
荷载标准值⎪⎩⎪⎨⎧===kN
20kN 1100kN.m 200K
K K H F M 荷载基本组合⎪⎩⎪
⎨⎧===kN 35kN 1800kN.m 300H F M ：
根据地勘资料，初步拟定承台埋深为 1.0m ，并初步选定采用钢筋混凝土预制方桩，桩的截面尺寸选定为350mm 350mm ⨯。

人工填土①性质较差，为高压缩性土层。

粉质黏性土②:3#孔-1粉质粘土的液性指数=0.218，压缩性指数
115.021.0--<MPa MPa
故此层土处于硬塑状态，可以作为持力层。

初步拟定桩在承台以下的长度为8m ，深入粉质黏性土。

其计算简图如图
桩基础计算简图
3.2确定单桩竖向极限承载力标准值uk Q
采用公式（5-21）：∑+=+=p pk i sik pk sk uk A q l q u Q Q Q 式中： m ab u 4.1)35.035.0(22=+⨯==
粉质黏土：218.0=L I ，查表5-6可知：m l kPa q sik 8,961==。

查表5-7并由线性内插法得桩的极限端阻力标准值kPa q pk 3600=； 于是有：
kN
A q l q u Q Q Q p pk i sik pk sk uk 2.151635.036008964.12=⨯+⨯⨯=+=+=∑3.3初步拟定桩数和平面位置
由于桩的布置和桩数还未知，先不考虑承台效应和群桩效应计算单桩承载
力R 。

由规范有单桩承载力特征值k Q R uk a =
,取k=2，则kN R a 1.7582
2
.1516== 确定桩数时，由于承台尺寸没有确定，可先根据单桩承载能力设计值和上部结构物荷载初步估算确定。

中心荷载时，
2043kN 1.356301800F γF F F 1k G 1=⨯⨯+=+=+, 96.21
.7582043
1.1=⨯=
=
a
R F
n μ，
考虑到上部荷载特点，同时为了便于布置，取4根。

3.4桩位布置和确定承台尺寸
桩在平面上采用行列式布置，桩的最小中心距
m d s a 4.1~05.1)0.4~0.3(==。

取x 方向中心距为1.4m ，y 方向中心距
为1.05m 。

取承台边缘至边桩的中心距离为10.35m d =，承台至边桩的外缘的距离为m m 15.0175.0>，满足相关的规定。

桩的布置与承台的尺寸如图
10
示。

承台长边和短边距离分别为：
mm 210014003501752a =++⨯=，
mm 075110503501752b =++⨯=
初步拟定承台高度h=800mm ，为保证群桩与承台连接的整体性，桩顶嵌入承台长度为50mm ，钢筋保护层厚度为35mm ，承台的有效高度
m h 715.0085.08.00=-=。

3.5 计算考虑群桩效应下的基桩竖向承载力设计值R 并验算
由
5.3235.005
.14.1=⨯+=d s a ，219.08
75.1==
l B c ，桩周围黏性土， 用内插查得：11.0c =η
因承台底土层为单一土层，故kPa f ak 200=； 考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值为：
kN
A f R R c ak c a 17.828)35.035.04-75.11.2(20011.01.758=⨯⨯⨯⨯⨯+=+=η
重新估算桩数：(承台及其上土的平均重度为20KN/m 3) 承台及其土重 kN G 5.73200.175.11.2=⨯⨯⨯=
4286.217
.8285
.731800<=+=+=
R G F n 故初拟桩数满足要求，不再调整。

3.6求算桩顶荷载
3.6.1桩顶平均竖向力：
kN R kN n G F N k k 17.828375.2934
5
.731100k =<=+=+=
kN R kN kN x x H M N N i
k k 804.9932.18.214946.3717.047.0120200375.293h 2
2max k min max,=<⎩⎨⎧=⨯⨯⨯+±=+±=∑）（）（ 故满足要求。

3.6.2基桩的水平承载力验算：
kN n H H
75.84
35i
===
由于其值较小，因此无需验算考虑群桩效应的基桩水平承载力设计值。

3.7承台受冲切承载力验算
承台混凝土选用
C20，其MPa f t 1.1=，钢筋选用
HRB335,MPa f y 300=。

3.7.1边柱冲切
按式000001)]()([2h f a h a b F t hp x c y y c x βββ+++≤计算，计算冲跨比λ和冲切系数β：m 025.0a 0x =,035.0715
.0025.0a 000x ===
h x λ<0.25，取0x λ=0.25
867.145
.084
.02.084.0x 00x ==+=
λβ
m 150.0a 0y =,21.0715
.0150
.0a 0
y 00y ==
=
h λ<0.25，取0y λ=0.25 867.145
.084
.02.084.0y 00y ==+=
λβ
因为h=800mm ，所以 1.0hp =β
[]N
F N h f a h a b t hp x c y y c x k 2043635.1301800k 4.4625715.011000.1025.00.1867.115.04.0867.12)]()([2l 0
0000=⨯⨯+=>=⨯⨯⨯+⨯++⨯
⨯=+++）（）（βββ 故满足要求。

3.7.2 角桩向上冲切
mm a mm a y x 150,2511==,mm c c 52521==
25.001==x x λλ
25.001==y y λλ 244.12
.025.056
.0y 1x 1=+=
=ββ
kN x x Hh M n F N i
77.6347.047.0)0.13535.1300(42043)(22max max =⨯⨯⨯⨯++=∑++=
kN
N N kN h f a c a c l t x
y y x 77.63476.1011715.01100)]2
025
.0525.0(244.1)2150.0525.0(244.1[)]2
()2
([max 000hp 111121==>=⨯⨯+++
=+
++
γγβββ 故满足要求。

3.8承台受剪承载力计算
剪跨比与以上冲跨比相同，对I-I 斜截面，25.0x 0x ==λλ。

剪切系数
4
.11
25.075
.1=+=
α，截面高度影响系
0.1800
80080025
.025.025.0025.0hs
===h β (因
mm
mm h 8007150<=，故取
mm
h 8000=)
kN N N h b f t 892.743946.37122k 925.1926715.075.111004.10.1max 001hs =⨯=>=⨯⨯⨯⨯=αβ 故满足要求。

对II-II 斜截面，因为
25
.0y 0y ==λλ，则剪切系数
4
.1125.075
.1=+=
α且
I
II b b 00>，故II-II 斜截面其受剪承载力更大，故满足要求。

3.9承台受弯及配筋计算
沿短边方向
m kN y N M i i x •=⨯⨯==∑3.20475.5102.02
26
0x 3.1058715
3009.0103.2049.0mm h f M A y S =⨯⨯⨯==
选用10φ12，2
1131mm A s =，沿平行y 轴方向均匀布置。

沿长边方向
m kN N M i i •=⨯⨯==∑6.41277.634325.02x y
26
0y
3.2137715
3009.0106.4129.0mm h f M A y S =⨯⨯⨯==
选用14φ14，22155mm A s =，沿平行x 轴方向均匀布置。

3.10桩基变形及沉降验算
由于该建筑属于一般工业建筑，在地基基础设计等级中属于丙级，同时设吊车工作级别为A5，由《建筑地基基础设计规范》知，可不进行地基变形验算。

群桩基础的变形验算略（对于此丙级桩基，一般都能满足要求）。

第4章基础施工
4.1浅基础施工方案
该浅基础采用C20混凝土，HPB235钢筋制作，基础埋深为 1.5m ,尺寸为3000×3000；
本工程采用人工挖基坑（槽），其工艺流程如下：测量放线，确定基础位置→人工挖基坑（槽）→砼垫层→钢筋绑扎→灌筑混凝土→养护。

挖基坑（槽）过程中如发现有地下水，应立即做好记录，待查明原因后，采取有效处理办法后方可继续施工。

基础设备配备：
1. 搅拌站一台
2. 电焊机二台
3. 经纬仪一台，水准仪一台
4. 4立方米水箱一个
5. 电闸箱一个
6. 振捣棒三套
7. 手推车20辆 8. 塔式起重机1台
4.2桩基础施工方案
该桩基础采用C20混凝土，HRB335钢筋制作，基础埋深为 1.0m ,尺寸为2100mm×1750mm；承台下有4个桩，桩身尺寸为350mm×350mm。

桩基础为预制方桩。

主要机具：柴油打桩机、电焊机、桩帽、运桩小车。

索具、钢丝绳、钢垫板或槽钢，以及木折尺等。

工艺流程：就桩桩机→ 起吊预制桩→ 稳桩→ 打桩→ 接桩→送桩→中间检查验收→ 移桩机至下一个桩位。

参考文献：
1．吴兴序主编. 基础工程．西南交通大学出版社，2007
2．赵明华主编，徐学燕副主编．基础工程．高等教育出版社，2003 3．李克钏主编，罗书学副主编．基础工程．中国铁道出版社，2000
4. 刘成宇主编，土力学，西南交通大学，中国铁道出版社（第二版）
5. 基础工程课程指导书，西南交通大学岩土工程教研室，2007
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