基础工程课程设计柱下条形基础设计

柱下条形基础设计
一、总则
1.本设计依据《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）和《混凝土结构设计规范》(GB5010-2002)。

2.上部结构资料
上部为四层框架，层高为 4.5m，框架柱、主梁、次梁、板都为现浇整体式，主梁截面2
⨯，楼板厚10cm，柱子截面2
⨯，楼
4050cm
2560cm
⨯，次梁截面2
3080cm
屋面活荷载2
kN m。

8/
①轴线荷载（基本组合）
3、结构平面图和剖面图
柱网平面图
结构剖面图
4.地基资料
地基持力层承载力特征值155ak f kPa =，地基下卧层承载力特征值
70ak f kPa =。

根据地质情况，基础室外埋深定为 1.5d m =。

建筑物位于非地震区，
不考虑地震影响。

本地基基础设计的等级属可不作地基变形计算的丙级的建筑物范围。

二、决定柱下条形基础底面尺寸，并验算持力层和软弱下卧层承载力 （一）确定基础梁的外挑长度0l 与基础梁总长。

原则：基础底面的形心应尽可能与上部荷载的合力作用线重合。

()() 3.5(13891463)9.2(18111814) 3.59 5.4 6.710.9681.11
A D
B
C A B C D
p x p p p p M M M M ⨯=-+-⨯+++-=-⨯+-⨯+++-=-
681.11681.11
0.11(1389181118141463)
x m F --∴=
==-+++∑ 假设左边伸出0.5m,则为保证合力在基底形心，右边伸出0.72m ，为了简便
计算，暂取左边及右边均伸出0.5m 。

（二）确定基底尺寸，并验算持力层和软弱下卧层得承载力。

（按荷载标准组合计算）
1.按持力层的承载力决定宽度b 。

（先填土再施工上部结构）
()
k
a F
b L f d γ>
-⨯∑
因为 1.50.5d m m =>，ak f 应当进行深度修正，根据持力层粘土性质查规范承载力修正系数表得：0.3b η= 1.6d η=
00.717.00.818.8
(0.5)155 1.6(1.50.5)183.74()
1.5
a ak d f f d kPa ηγ⨯+⨯=+-=+⨯-=
(1389181118141463)/1.35
1.67()19.4(183.7420 1.8)
b m +++≥
=⨯-⨯
取 2.0b m =（考虑地基基础共同工作时边跨处基底反力有所增大）。

2．软弱下卧层验算
z cz dz f σσ+≤ 02tan z p b
b z σθ⨯=+
00
04798 2.019.4 1.8200.717.00.818.8 1.52.019.4 1.5
132.72()
k
F b l d p p d d
b L
kPa γ
γγ+⨯⨯⨯=-⨯=
-⨯⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯=-⨯⨯=∑
根据/ 3.4/2.0 1.7Z b ==以及12/ 3.0s s E E =查规范地基压力扩散角023θ=
132.72 2.0
54.32()2.02 3.4tan 23z kPa σ⨯=
=+⨯⨯
下卧层顶面出自重应力cz σ
'11223317.00.718.8 1.058.8 3.1559.36()cz h h h kPa σγγγ=++=⨯+⨯+⨯= 承载力的设计值az f 计算：
根据下卧层淤泥性质指标查规范承载力系数表得0b η= 1.0d η=
(0.5)59.36
70 1.0(4.90.5)4.9
123.30()az ak d f f d kPa η=+⨯-=+⨯
-= 54.3259.36113.68()123.30z cz az kPa f kPa σσ∴+=+=<= 满足要求
3．考虑max M 时荷载组合，验算持力层承载力（梁长方向）。

条形基础的截面示意图如下，设基础高度为0 1.2H m =
(1260.712821332.2729.9)/1.353411.04()k F kN =+++=∑
()/1.35
416.4457458.3405.9(105.4125.9126.9100.3) 1.2/1.3577(12821332.3)(1260.7729.9)(5.7)225181.56()
k
i
i
i
i
M M V H F L kN m =+⨯+⨯+++++++⨯⎡⎤
⎢⎥=⎢⎥
+-⨯+-⨯+⎣⎦=∑∑∑∑ 2019.4 2.0 1.81396.8()K G L b d kN γ=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=
22
32.019.4125.45()66
bL W m ⨯===
max min
3411.041396.85181.56
2.019.4125.45
165.23() 1.2220.49()
82.61()0
k
k
k
a F
G M
P P b L
W
kPa f kPa kPa ++∴=±
=
±
⨯⨯<==
>∑∑
∴ 满足要求，经验算得知 2.0,19.4b m L m ==是合适的。

三、计算地基梁内力（按调整倒梁法） 先按均匀荷载对称计算。

（实际上分力分布并不均匀，这里为简化计算）。

调整时按整体计算。

根据结构的对称性，按弯矩分配法求解为调整的一半地基梁的内力。

1. 计算简图（按max N 组合计算）
基底净反力6477333.9(/)19.4
j F q kN m L
=
==∑
2. 按弯矩分配法求解连续梁 （1） 分配系数
5.7AB AB EI EI i l =
= '' 3.5
BC BC EI EI i l == 分配系数'33 5.7
0.684333.5 5.7
AB
AB AB
BC EI
i EI EI i i μ⨯
=
==++⨯ '
110.6840.352AB BC μμ=-=-=
（2） 计算固端弯矩（对弯矩、剪力的符号，以杆端顺时针转动为正）
将悬挑端'A A 单独分开，把0M 用于AB 杆A 端节点，令A 为铰支点，则按顺时针
求出固端弯矩如下：（对杆端而言，弯矩以顺时针为正）
220011
333.90.541.74()22j M q L kN m =⨯=⨯=（对AB 杆而言）
2201111
333.9 5.741.741335.18()8282q BA j AB M q L M kN m =-⨯+=-⨯⨯+⨯=-
''2211
333.9 3.51363.43()33q j BC BC M q L kN m =⨯=⨯⨯=
''2211
333.9 3.5681.71()66
q j C B C B M q L kN m =⨯=⨯⨯=
（3） 进行弯矩分配
按如图所示进行
∴ =41.74()A M kN m 右 =-1353.49()B M kN m 左
=1353.49()B M kN m 右 '=691.45()C M kN m
(4)计算各截面剪力，弯矩及支反力值（去脱离体）
a 、依次求各所需截面的剪力值：
'AA 杆：0y =∑
0==333.90.5166.95(/)()j A q L Q kN m ⨯⨯=↓左
AB 杆：0B M =∑
21
+-=02AB j AB A A B Q L q L M M ⨯+右右左
2211
=-(-)2
11
=-(333.9 5.741.74-1353.49)-721.48()()5.72
j AB A A B AB Q q L M M L kN ⨯+⨯⨯+=↓右右左
0y =∑ +=j AB A B Q
q L Q ⨯右
左
=-721.48+333.9 5.7=1181.75(kN)()B Q ∴⨯↓左
+=j Aa a A Q q L Q ⨯右
721.48333.9 5.71181.75()()a Q kN ∴=-+⨯=↑
同理： '721.48333.9 2.85230.14()()a Q kN =-+⨯=↓ 721.48333.9 3.8547.34()()b Q kN =-+⨯=↓
BC 杆：'0c M =∑ 2'''1+M +M =02
BC c j BC B Q L q L ⨯+⨯B 右右
211
=-
(1353.49691.65333.9 3.5)1168.65()()3.52
Q kN ∴++⨯⨯=-↓B 右 0y =∑ ''+=j BC C Q
q L Q ⨯B 右
'=-1168.65+333.9 3.5=0C Q ∴⨯
''''+=j BC C Q q L Q ⨯B 右
''=-1168.65+333.9=-389.5()()3
BC
C L Q kN ∴⨯
↑ b 、依次求各所需截面的剪力值：
Aa 段： 221
()
2
1
(41.74721.48 1.9333.9 1.9)726.38()
2a Aa j Aa A A M M Q L q L kN m =-+⨯+⨯=--⨯+⨯⨯=右右
'Aa 段： 2'''21
()
2
1
(41.74721.48 2.85333.9 2.85)658.43()
2a Aa j Aa A A M M Q L q L kN m =-+⨯+⨯=--⨯+⨯⨯=右右
Ab 段：
221
()
2
1
=(41.74721.48 3.8333.9 3.8)289.13()
2
b Ab j Ab A A M M Q L q L kN m =-+⨯+⨯--⨯+⨯⨯=右右 ''
BC 段： ''22
1()3237171353.491168.65333.9=464.41()
323BC BC j B c L L M M Q q kN m ⎡⎤
=-+⨯+⨯⎢⎥
⎣⎦⎡⎤
⎛⎫=--⨯+⨯⨯⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦
B 右右 c 、支座反力计算：
166.95721.48888.43()1181.751168.652350.40()A A A B R Q Q kN R Q Q kN ∴=-=+==-=+=右左B 右B 左
d 、绘出弯矩图，剪力图，支反力图。

四、地基梁正截面抗弯强度设计 具体过程按一下程序进行：
1、材料
在本设计中所用的材料为20C 21.1/t f N mm =
29.6/c f N mm = 422.5510/c E N mm =⨯
受力钢筋采用热轧钢筋HRB335 2300/y f N mm = '2300/y f N mm = 箍筋、纵向构造钢筋采用热轧钢筋HPB235
2210/y f N mm = '2210/y f N mm =
垫层100mm 厚C10素混凝土 2、地基梁截面尺寸：
（1）0H 宜为（1/4~1/8）柱距，梁高120H cm = （2）梁的宽度和翼板尺寸 a) a ≥柱宽+10cm=40+10=50cm
b) 翼板外缘高度''200i h mm ≥，取''250i h mm =
i h 应按抗剪强度确定，由基础剖面构造要求，暂时500i h mm =
max 333.9
166.952.0
p kPa =
=
max 11
()(2.00.5)166.95125.21/22j V b a p kN m =-⨯=-⨯=
00.7h t V f bh β≤， 1.0h β=
3
0125.2110162.610.70.71 1.11000
h t V
h mm f b β⨯∴≥==⨯⨯⨯（纵向宽度取1m ）
∴取500i h mm =，满足要求
c)翼板的有效计算宽度'i b ，按楼面独立梁考虑。

（Ⅰ）按计算跨度L 考虑
'57019033
i L b cm ===
（Ⅱ）按翼板厚度考虑 ()01/37.51160.320.1,5002502i i h h h ⎡⎤==>=+⎢⎥⎣⎦
取'12501237.5455i i b a h cm =+=+⨯= 两者取小，' 1.9i b m ∴=，最后做出条基的截面尺寸图如下：
3、支座、跨中截面配筋
说明：从梁的弯矩图中可以看出支座弯矩中，支座B 、C 弯矩大小差不多，支座A 、D 弯矩的大小相差不多，故B 、C 支座配筋取一样，A 、D 支座配筋取一样，1353.49()B C M M kN m ∴== 41.74()A D M M kN m == ,跨中弯矩中，取AD 与BC 跨一样的配筋，658.43()AB CD M M kN m ==
,691.45()BC M kN m = ,考虑到受力筋可能放成两排，取01130H mm =。

（1） 支座配筋计算
下部受拉，因受拉区混凝土的抗拉强度不考虑，在极限状况下，翼板混凝土已开裂，退出工作，不起作用，计算时仍按a=cm,H=cm 的矩形梁进行计算，计算结果见表一。

（2） 跨中配筋计算
跨中是基础上不受拉，下部受压（翼板受压），应考虑作用，按T 型截面的计算简图如下，计算结果参见表二。

表一 计算截面 M N mm
210s c M
f aH αα=
s γ
s y s M
A f H γ=
配筋
实配
面积 （2mm ） A(D)支座
641.7410⨯
0.007 0.996 min 123.63s A < 4B22
1520
min 1.10.45
0.450.165%300
t s y f f ρ==⨯=及0.2%取大值， min 0.2%s ρ∴=
2min 0.2%50011301130()s A mm =⨯⨯=
表二 mm
658.43
691.45
五、地基梁斜截面抗剪强度设计：
斜截面抗剪强度设计主要是确定是否应该设弯起钢筋以及箍筋的直径和间距，在实际设计中可先设弯筋数目，求出所需的箍筋，或先设箍筋求出所需的弯起筋。

箍筋肢数根据梁宽a 确定，本设计宽度a 较大，取4肢箍（n=4），箍筋直径根据梁高h 确定，取10（单肢箍面积210.785sv A cm =）弯起钢筋的弯角按梁高H 决定，当H>80cm 时，应取060。

斜截面强度 按a=50cm 、H=120cm 的矩形截面计算。

从剪力图中我们可以看出： 支座A 右，按1181.75V kN =计算。

支座A 左，按166.95V kN =计算。

支座B 左，按1181.75V kN =计算。

支座B 右，按1168.65V kN =计算
01130w h h mm ==（矩形截面）
1130 2.264500w h a ==<
200.250.25 1.09.61050011301356000()1181750()
c c f aH N V N β=⨯⨯⨯⨯⨯=>=截面尺寸满足要求。

（1）1181.75V kN = 支座边的剪切面最薄弱
1.90.25
87.07(1181.7587.07)1037.711.9
V kN -∴=+-⨯
=边
00.70.7 1.15001130435050()1037700()t f a H N N =⨯⨯⨯=<
∴需设箍筋，取4A10@400
000.7 1.25478.5
0.7 1.15001130 1.252101130150
1055985()1037100()
sv
cs t yv
A V f a H f H s
N V N =+⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=>=边 ∴满足要求
箍筋配筋率
,min 478.5 1.1100%0.157%0.240.240.126%500400210
sv t sv sv y A f as f ρρ⨯=
=⨯=>==⨯=⨯
（2）166.95V kN = 0.50.25
166.9566.780.5
V kN -∴=⨯
=边 00.70.7 1.15001130435050()66780()t f a H N N =⨯⨯⨯=>
∴不需设箍筋，按构造放置为4A10@400
（3）1181.75V kN =
1.90.25
547.34(1181.75547.34)1098.281.9
V kN -∴=+-⨯
=边 01098280()0.7435050()t N f a H N >=
∴需设置箍筋或弯筋，设箍筋为4A10@140，弯起2B16
0478.5
0.7 1.15001130 1.2521011300.8300sin 60402
140
1183892()1181750()
cs V N V N ⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=>=边
（4）1168.65V kN =
02.330.25
389.55(1168.65372.32)1100440()0.7435050()
2.33
t V N f a H N -∴=+-⨯
=>=边
∴需设置箍筋或弯筋，设箍筋为4A10@130 000.7 1.25478.5
0.7 1.15001130 1.252101130130
1151513()1100440()
sv
cs t yv
A V f a H f H s
N V N =+⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=>=边 最小配筋率
478.51000.48%0.126%500130
sv sv A as ρ⨯==⨯=>⨯
（5）跨中按构造配筋4A10@400（BC 跨中最大剪力）
00
0.7 1.25667901()389500()
sv
cs t yv
A V f a H f H s
N V N =+=>= AB 、CD 跨中取4A10@300
000.7 1.25745518()547340()sv
cs t yv
A V f a H f H N V N s
=+=>= 抗剪箍筋及弯筋配筋表
支座A AB 跨中 支座B BC 跨中 支座C CD 跨中 支座D
左 右 左 右 左 右 左 右 4A10
@400 4A10
@400 4A10
@300 4A10@140 弯2B16
4A10@130
4A10
@400 4A10@130
4A10@140 弯2B16
4A10
@300 4A10
@400 4A10@400
六、地基梁翼板配筋计算
翼板配筋按悬臂梁计算，在纵向取1m 单元宽，计算简图如下所示。

1.内力简图：
j P 是单位面积上净反力（kPa ）与前面所用的(/)j q N mm 不一样。

取基底最
大净反力值：
max 333.9
166.952.0j P kN ==
2
max 1 1.90.5166.95()45.32/2 1.9
M kN m m -=⨯⨯=
max 1.90.5
166.95()123.021.9
V kN -=⨯=
2.抗剪计算：
确定翼板尺寸时已计算，∴满足要求。

3.配筋计算： 采用HRB335钢筋， 2300/y f N mm = '2300/y f N mm =
050040460()i h mm =-=
6
2045.3210332()3004600.9
s y i s M A mm f h γ⨯===⨯⨯⨯⨯
0.99s γ= 取B10@220 2357s A mm =
4.分布筋，纵向放置A8@250
七、施工图
详见附图。

........忽略此处.......。