《土力学与地基基础》课程设计参考例题

《土力学与地基基础》课程设计参考例题

取任务书中题号9的 A 轴荷载作为实例，说明独立基础的设计方法。

一、设计资料

9号题 A 轴柱底荷载：

① 柱底荷载效应标准组合值：kN 1534=k F ，kN.m 335=k M ，kN 109=k V ；

② 柱底荷载效应基本组合值：kN 1995=F ，m kN 425⋅=M ，kN 142=V 。

持力层选用③号粘土层，承载力特征值180=ak f kPa ，框架柱截面尺寸为500mm ×500 mm ，室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm 。

二、独立基础设计

（一）选择基础材料：C25混凝土，HPB300钢筋，预估基础高度0.8m 。

（二）基础埋深选择：根据任务书要求和工程地质资料，

第一层土：杂填土，厚0.5m,含部分建筑垃圾；

第二层土：粉质粘土，厚1.2m ，软塑，潮湿，承载力特征值ak f = 130kPa

第三层土：粘土，厚3.5m, 可塑，稍湿，承载力特征值ak f = 180kPa

第四层土：全风化砂质泥岩，厚2.7m,承载力特征值ak f = 240kPa

地下水对混凝土无侵蚀性，地下水位于地表下1.5m 。

取基础底面高时最好取至持力层下0.5m ，本设计取第三层土为持力层，所以考虑取室外地坪到基础底面为m 2.25.02.15.0=++。由此得基础剖面示意图如下：

图1 基础剖面示意图

（三）求地基承载力特征值a f

根据粘土58.0=e ，

78.0=L I ，查表得 3.0=b η，6.1=d η

基底以上土的加权平均重度

3kN/m 23.162.25

.04.92.0)1020(1205.018=⨯+⨯-+⨯+⨯=

m r

持力层承载力特征值

a

f （先不考虑对基础宽度修正）

)5.02.2(23.166.1180)5.0(-⨯⨯+=-+=d f f m d ak a γη a kP 15.224=

（上式d 按室外地面算起）

（四）初步选择基底尺寸

取柱底荷载标准值：kN 1534=k F ，m kN 335⋅=k M ，kN 109=k V 计算基础和回填土重k G 时的基础埋深()2.2 2.65/2 2.425d m =+= 基础底面积：20m 40.820

725.1107.015.2241534

=⨯-⨯-=⋅-=

d f F A G a k γ

由于偏心不大，基础底面积按20％增大，即：

20m 08.1040.82.12.1=⨯==A A

初步选定基础底面面积2

m 08.108.26.3=⨯=⋅=b l A ，且m 3m 8.2<=b 不需要再对a f 进行修正。

（五）验算持力层地基承载力

回填土和基础重：

08.10)20725.1107.0(⨯⨯+⨯=⋅⋅=A d G G k γ

kN 32.418=

偏心距： m 6.06

216.032.41815348.0109335=<=+⨯+=+=l

m G F M e k k k k ，

0min >k P ，满足。

基底最大压力： ⎪⎭⎫

⎝

⎛⨯+⨯+=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=

6.3216.06108.1032.418153461max l e A G F P k k k k

)kP 97.268(2.1kP 4.263a a =<=a f

所以，最后确定基础底面面积长3.6m ，宽2.8m 。

（六）计算基底净反力

取柱底荷载效应基本组合设计值：kN 1995=F ，m kN 425⋅=M ，kN 142=V 。

净偏心距 ,04251420.80.271995

j M e m N +⨯=

== 基础边缘处的最大和最小净反力

,max ,0,min

16199560.27()(1)3.6 2.8 3.6

j j j e F lb l p

±⨯==⨯±⨯ a a kP 98.286kP 85.108=

（七）基础高度(采用阶梯形基础)

柱边基础截面抗冲切验算（见图2）

3.6b m =， 2.8l m =，0.5t a m =，0.5t b m =。

初步选定基础高度mm 800=h ，分两个台阶，每阶高度均为400mm 。

mm 750)1040(8000=+-=h （有垫层）

。 020.520.752 2.8b t a a h m l m =+=+⨯=<=，取m 2=b a

mm 12502

20005002=+=+=b t m a a a

因偏心受压，j p 取,max 286.98j p KPa =

柱下冲切； 变阶处冲切

图2 冲切验算简图

冲切力：

,max l j l F p A =⋅

2

,max 002222t t l j b a b l F P h l h ⎡⎤

⎛⎫⎛⎫=-----⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦

⎥⎥⎦⎤

⎢⎢⎣

⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛---⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--⨯=2

75.025.028.28.275.025.026.398.286

kN 92.596=

抗冲切力：

75.025.11027.10.17.07.030⨯⨯⨯⨯⨯=h a f m t hp β

kN 92.596kN 44.833>=，满足

（八）变阶处抗冲切验算

1.5t a m =， 1.9t b m =，mm h 3505040001=-=

012 1.520.35 2.2 2.8b t a a h m l m =+=+⨯=<=，取m a b 2.2=

m a a a b t m 85.12

2.25.12=+=+=

冲切力：

,max l j l F p A =⋅

2

,max 01012222t t l j b a b l F P h l h ⎡⎤

⎛⎫⎛⎫=-----⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦

=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛---⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--⨯2

35.025.128.28.235.029.126.398.286 kN 9.375=

抗冲切力：

35.085.11027.10.17.07.0301⨯⨯⨯⨯⨯=h a f m t hp β