基础工程课程设计(柱下独立基础)

基础工程课程设计(1) 柱下独立基础设计

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设计条件：

1、某框架结构建筑物设计安全等级为乙级，柱网尺寸为6.5m ×6.5m ，柱截面尺寸为400mm ×400mm 。经过上部结构验算，作用于基础顶面的荷载效应准永久组合及标准组合分别为F=2520kN ；F k =2800kN ，M k =80kN.m(逆时针)，H k =50kN(←)，荷载效应基本组合由永久荷载控制。

2、天然土层分布

①0～0.8m ，填土，γ=17kN/m 3；

②0.8～2.0m ，粉质粘土，γ=18kN/m 3，I L =0.82，Es=3.3MPa ，f ak =185kPa ；

③2.0～6.0m ，粉土(粘粒含量为8%)，γ=19kN/m 3， Es=5.5MPa ，f ak =300kPa ；

地下水位在地面下6.0m 处。

④6.0～10.0m ，粘土，γsat =19kN/m 3，0e =0.83，L I =0.81， Es=6.0MPa ，f ak =280kPa ； ⑤10.0～12.0m 为淤泥质粘土，饱和容重sat γ=17.4kN/m 3， f ak =146kPa ，压缩模量s E =1.5MPa 。

⑥12.0m以下为密实粘性土， sat=20kN/m3，0e=0.65，L I=0.5，Es=30MPa，f ak=430kPa。

要求：设计该柱下基础

（提示：按照讲述的基础设计步骤进行，注意需要验算地基变形！）

一．选择基础类型及材料

选择柱下独立基础，基础采用C20混凝土，HPB235级钢筋，预估基础高度0.95m。二．选择持力层（确定基础埋深）

选择③号土层为持力层，基础进入持力层0.5m。基础埋深为2+0.5=2.5m。三．确定地基承载力特征值f a’

ρ

ｃ

=8%，查表2-15得,ηb=0.5,ηd=2.0。

基底以上土的加权平均重度为：

γm=17×0.8+18×1.2+19×0.5

2.5

=17.88kN/m3

持力层承载力特征值为：

f a’=f ak+η

d γ

m

(d−0.5)=300+2×17.88×(2.5−0.5)=371.52kPa

四．确定基础底面尺寸

取柱底荷载标准值：F k=2800kN，M k=80kN.m，H k=50kN。

基础底面积为：

A0=

F k

a G

=

2800

=8.71m2

由于偏心不大，基础底面积按20%扩大，即： A=1.2A0=10.452m2

初步选定基础底面积A=lb=4×3=12m2，不需要对f a进行修正。

五．地基验算

1.持力层地基承载力验算

P k̅=F k+G

bl =2800+2.5×20×4×3

4×3

=283.3kPa

偏心距：

e k=M k

F k+

G k =80

2800+2.5×20×12

=0.02

6

=0.67符合要求。

基底最大压力：

P k max=F k+G k

A

(1+

6e k

l

)

=2800+2.5×20×12

12

×(1+

6×0.02

4

)

=291.83kPa<1.2f a=445.82kPa符合要求。

2.抗冲切承载力验算

（1）基底净反力：

P j max=1.35F k

+

1.35(M k+H k∙h)

=1.35×2800

12

+

1.35×(80+50×0.95)

1

6×42×3

=336.52kPa

P j min=293.48kPa

（2）判断冲切椎体是否在基础底面以：

基础有效高度：h0=h−0.045=0.95−0.045≈0.91m（有垫层）b c+2h0=0.7+2×0.91=2.52m

（3）计算参数

A l=(l

2

−

a c

2

)∙b=(2−

0.8

2

)×3=4.8m2

F l=P j max∙A l=336.52×4.8=1615.296kN

βhs=(800/910)1

4=0.968

A m=bh0−0.5(b−b c)∙h1=3×0.91−0.5×(3−0.7)×0.45=2.213m2

0.7βhs f t A m=0.7×0.968×1100×2.213=1649.48kN>F l=1615.196kN符合要求。

3.软弱下卧层验算

⑤号土层为软土，需进行验算。f ak=146kPa

查表2-15得，ηd=1.0。

f az=f ak+ηdγm(d+z−0.5)

=146+1×17×0.8+18×1.2+19×4+19×4

10

×(10−0.5) =323.84kPa

由于z

b

>0.5，故应力扩散角θ=24°.

P z=

(P k−P c)bl

(b+2z∙tanθ)(l+2z∙tanθ)

=22.15kPa

P cz=17×0.8+18×1.2+19×4+19×4=187.2kPa ∴P z+P cz=22.15+187.2=209.35kPa

4.地基沉降计算