基础工程课程设计

一、设计资料
1.地形
拟建地形场地平整。

2.工程地质条件
自上而下土层依次如下：
①号土层：杂填土，厚度约0.5m，含部分建筑垃圾。

②号土层：粉质黏土，厚度1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值f ak=130kPa。

③号土层：黏土，层厚1.5m，可塑，稍潮，承载力特征值f ak=180kPa。

④号土层：细沙，层厚2.7m，中密，承载力特征值f ak=240kPa。

⑤号土层：强风化砂质泥岩，层厚未揭露，承载力特征值f ak=300kPa。

1)拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。

2)地下水深度：位于地表下1.5m。

5.上部结构资料
拟建建筑为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450mm。

柱网布图1.1所示。

图1 .1 柱网平面图
6.2号题A轴柱底荷载：
柱底荷载效应标准组合值：F k=1032kN，M k=164KN·m，V K=55kN。

柱底荷载效应基本组合值：F=1342KN，M=214KN·m，V=72KN。

持力层选用3号土层，持力层特征值f ak=180kPa，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450mm。

二、独立基础设计
1.选择基础材料
基础采用C25混凝土，HPB235级钢筋，预计基础高度0.6m。

2.选择基础埋置深度
①号土层：杂填土，厚度约0.5m，含部分建筑垃圾。

②号土层：粉质黏土，厚度1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值f ak=130kPa。

③号土层：黏土，层厚1.5m，可塑，稍潮，承载力特征值f ak=180kPa。

④号土层：细沙，层厚2.7m，中密，承载力特征值f ak=240kPa。

⑤号土层：强风化砂质泥岩，层厚未揭露，承载力特征值f ak=300kPa。

拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性，地下水深度：位于地表下1.5m。

取基础地面高取至持力层下0.5m，本设计取3号土层为持力层，所以考虑取室外地坪到基础地面为0.5+1.2+0.5=2.2m。

此基础剖面图示意图，如图1.2所示。

±0.000
图1.2基础剖面示意图
3.求地基承载力特征值f ak
根据黏土e=0.58，I L=0.78，查表得ηb=0.3，ηd=1.6。

基底以上土的加权平均重度为
γm=18×0.5+20×1+(20−10)×0.2+9.4×0.5
=17.85kM/m3
2
持力层承载力特征值 f ak 为
f a =f ak +ηd γm (d-0.5)=180+1.6×17.85×﹙2.2-0.5﹚=222.84kPa
4. 初步选择基底尺寸
取柱底荷载效应标准组合值：F k =1032kN ，M k =164KN ·m ，V K =55kN 。

计算基础和回填土重G k 时的基础埋置深度为
d=0.5×(2.2+2.65)=2.225m
基底面积为
A 0=F k
f
a−γG
d =1032
222.84−0.5×10−1.725×20
=5.63m 2 由于偏心不大，基础底面积按20%放大，为
A=1.2A 0=1.2×5.63=6.752
初步选定基础底面积为A=bl=2.2×3.1=6.82m 2，且b=2.2m <3m ，不需要对f a 进行修正。

5. 验算持力层地基承载力
基础和回填土重为
G k =γG dA =（0.5×10+1.725×20）×6.82=269.39kN
偏心距为
e k =M k
F
k +G k
=164+55×0.61032+269.39=0.152m<l
6=0.52m
p kmin >0，满足条件 。

基地最大压力：
p kmax =F k +G k
A
(1+
6e k l
)
=
1032+269.39
6.82
×（1+6×0.1523.1
）
=246.96kPa<1.2f a =267.41 kPa
所以，最后确定基础底面面积为2.2m ×3.1m
6. 计算基底净反力
取柱底荷载效应基本组合值：F=1342KN ， M=214KN ·m ， V=72KN 。

净偏心距为
e n0=M
N =
214+72×0.6
1342
=0.192m
基础边缘处的最大和最小净反力为
p nmin nmax =F
lb （1±
6e n0l
）=
13423.1×2.2
×（1±
6×0.1923.1
）=123.651269.898
7. 基础高度（采用阶梯型基础）
柱边基础截面抗冲切验算，见图1.3
图1.3 冲切验算简图
（a）柱下冲切（b）变阶处冲切
l=3.1m，b=2.2，a t=b c=0.5m，a c=0.5m。

初步选定基础高度为h=600mm，分两个台阶，每个台阶高度为300mm，h0=600-（40+10）=550mm（有垫层），则
a b=a t+2h0=0.5+2×0.55=1.6m<b=2.2m
取a b=1.6m。

因此，可得
a m=a t+a b
2=500+1600
2
=1050mm
因偏心受压，p n取p nmax=269.898kPa，所以冲切力为
F t=p nmax[﹙l
2−a c
2
−h0﹚b−﹙b
2
−b c
2
−h0﹚
2
]
=269.898×[﹙3.1
2−0.5
2
−0.55﹚×2.2−﹙2.2
2
−0.5
2
−0.55﹚2]
=421.04kN
抗冲切力为
0.7βhp f t a m h0=0.7×1.0×1.27×103×1.05×0.55
=513.40kN>421.04kN
满足要求。

8.变阶处抗冲切验算。

由于有
a t=b1=1.2m，a1=1.6m，h01=300-50=250mm
所以
a b=a t+2h01=1.2+2×0.25=1.7m<b=2.2m
取a b=1.7m,因此，可得
a m=a t+a b
2=1.2+1.7
2
=1.45m
冲切力为
F l=p nmax [﹙l
2−a1
2
−h01﹚b−﹙b
2
−b1
2
−h01﹚
2
]
=269.898×[﹙3.1
2−1.6
2
−0.25﹚×2.2−﹙2.2
2
−1.2
2
−0.25﹚2]
=280.02kN
抗冲切力为
0.7βhp f t a m h 01=0.7×1.0×1.27×103 ×1.45×0.25
=322.263kN>280.02kN
满足要求。

9. 配筋计算
配筋计算，如图1.4所示。

ⅠⅢ
ⅠⅢ
Ⅰ
Ⅲ
ⅠⅢ
ⅣⅡⅣ
Ⅱ
图1.4
选用钢筋HPB235，f y =210N/mm 2。

1) 基础长边方向。

对于Ⅰ—Ⅰ截面，柱边净反力为
p n Ⅰ=p nmin +
l+a c 2l
(p nmax −p nmin )
=123.651+3.1+0.5
2×3.1×(269.898−123.651) =208.57kPa
悬臂部分净反力平均值为
0.5×（p nmax + p n Ⅰ ）=0.5×(269.898+208.57)=239.234kPa 。

弯矩为
M
Ⅰ
=
1
24
(
p nmax+p
nⅠ
2
)(l−a c)2(2b+b c)
=1
24
×239.234×(3.1−0.5)2×(2×2.2+0.5) =330.19kN•m
A sⅠ=M
Ⅰ
0.9f y h0=330.19×106
0.9×210×550
=3176.431mm2
对于Ⅲ—Ⅲ截面，有
p nⅢ=p nmin+l+a1
2l
(p nmax−p nmin)
=123.651+3.1+1.6
2×3.1
×(269.898−123.651)
=234.516kPa
M
Ⅲ
=
1
24
(
p nmax+p
nⅢ
2
)(l−a1)2(2b+b1)
=1
24
×252.207×(3.1−1.6)2×(2×2.2+1.2) =132.41kN•m
A sⅢ=
M
Ⅲ
0.9f y h01
=132.41×106
0.9×210×250
=2802.3mm2
比较A sⅢ和A sⅠ应按A sⅠ配筋，实际配Φ14@110，则钢筋根数为
n=2200
110
+1=21
A s=153.93×21=3232.70mm2>3176.431mm2
2)基础短边方向。

因为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
p n=1
2(p nmax+p nmin)=1
2
×(269.898+123.651)=196.775kPa
对于Ⅱ—Ⅱ截面有
M
Ⅱ=
1
24
p n(b−b c)2(2l+a c)
=1
24
×196.775×(2.2−0.5)2×(2×3.1+0.5) =158.756 kN•m
A sⅡ=M
Ⅱ
0.9f y h0=158.756×106
0.9×210×550
=1527.238mm2
对于Ⅳ—Ⅳ截面有
M
Ⅳ=1
24
p n(b−b1)2(2l+a1)
=1
24
×196.775×(2.2−1.2)2×(2×3.1+1.6) =63.95 kN•m
A s Ⅳ=M Ⅳ
0.9f
y h 01
=63.95×106
0.9×210×250=1353.479mm 2
按A s Ⅱ布筋，实际配Φ10@155，根数为
n=3100
155+1=21
A s =78.54×21=1649.34mm 2>1527.238 mm 2
10. 基础配筋大样图 基础配筋如图1.5所示。

1
2
Φ14@110
Φ10@155
图1.5.基础配筋大样图
11. 确定B,C,两轴柱子基础底面尺寸 由任务书可得基底荷载为
B 轴：F k =1615kN ，M k =125KN ·m ，V K =60kN
C 轴：F k =1252kN ，M k =221KN ·m ，V K =52kN 由于
f a =f ak +ηd γm (d-0.5)=180+1.6×17.85×﹙2-0.5﹚=222.84kPa
计算基础和回填土重G k 时的基础埋置深度为
d=0.5×(2+2.45)=2.225m
B 轴基础底面积为
A 0=F k
f
a−γG
d =1615
222.84−0.5×10−1.725×20
=8.81m 2 基础地面面积增大20%
A=1.2A0=1.2×8.81=10.571m2
初步选定基础底面积为A=bl=2.8×3.8=10.64m2>10.571m2 且b<3m,不需要进行修正。

C轴基础底面面积为
A0=F k
f a−γ
G d
=1252
222.84−0.5×10−1.725×20
=6.829m2
基础地面面积增大20%
A=1.2A0=1.2×6.829=8.195m2
初步选定基础底面积为A=bl=2.4×3.5=8.4m2>8.195m2 且b<3m,不需要进行修正。

12.B,C轴持力层承载力验算
B轴持力层验算：
基础和回填土重为
G k=γ
G
dA=（0.5×10+1.725×20）×10.64=417.555kN 偏心距为
e k=M k
F k+
G k =125+60×0.6
1615+417.555
=0.079m<l
6
=0.633m
p kmin>0，满足条件。

基地最大压力：
p kmax=F k+G k
A (1+6e k
l
)
=1615+417.555
10.571×（1+6×0.079
3.8
）
=216.26kPa<1.2f a=267.41 kPa
所以，最后确定基础底面面积为2.8m×3.8m
C轴持力层验算：
基础和回填土重为
G k=γ
G
dA=（0.5×10+1.725×20）×8.4=331.8kN 偏心距为
e k=M k
F k+
G k =221+52×0.6
1252+331.8
=0.159m<l
6
=0.583m
p kmin>0，满足条件。

基地最大压力：
p kmax=F k+G k
A (1+6e k
l
)
=1252+331.8
8.4×（1+6×0.159
3.5
）
=239.94kPa<1.2f a=267.41 kPa
所以，最后确定基础底面面积为2.4m×3.5m
13.设计图纸
根据以上计算，可以绘制基础平面图和A轴柱子基础大样图，如图1.6
基础平面图
A轴柱子大样图
设计说明：
1.±0.000相当于绝对标高
2.本工程持力层选用③号土层，地基承载力f ak=180kPa
3.基坑开挖后需通知甲方及勘察单位验槽，符合要求后可施工垫层。

4.材料：混凝土C25，钢筋HPB235。

5.保护层40mm
6.垫层做法：混凝土C10，厚100mm，出基础边100mm
图1.6。