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基础工程灌注桩设计
基础工程课程设计
题目灌注桩基础设计
学部城建学部
专业土木工程
班级
学号
学生姓名
指导教师
日期2014-12-05
第一章桩基础地质条件概述
1.1
地形
拟建筑场地地势平坦,局部堆有建筑垃圾
1.2工程地质条件
第一层土:
素填土,层厚1.5m,稍湿,松散,承载力特征值f=95kPa
第二层土:
淤泥质土,层厚3.3m,流塑,承载力特征值fak=65kPa
第三层土:
粉砂,层厚6.6m,稍密,承载力特征值fak=110kPa
第四层土:
粉质黏土,层厚4.2m,湿,可塑,承载力特征值fak=165kPa
第五层土:
粉砂层,钻孔未穿孔,中密-密实,承载力特征值fak=280kPa
1.3岩土设计参数
表1-1地基岩土物理参数
土层
编号
土的
名称
含水率W(%)
液性指数
标注灌入锤击数N(次)
压缩模量(MPa)
孔隙比e
1
素填土
——
——
——
5
——
2
淤泥质土
62.4
1.08
——
3.8
1.04
3
粉砂
27.6
——
14
7.5
0.81
4
粉质粘土
31.2
0.74
——
9.2
0.79
5
粉砂层
——
——
31
16.8
0.58
表1-2桩的极限侧阻力标准值qsk和极限端阻力标准值qpk单位:
kPa
土层编号
土的
名称
桩的侧阻力qsk
桩的端阻力
1
素填土
22
——
2
淤泥质土
28
——
3
粉砂
45
——
4
粉质粘土
60
900
5
粉砂层
75
2400
1.4水文地质条件
拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性
地下水位深度:
位于地表下3.5m
1.5场地条件
建筑物所处场地抗震设防烈度为7度,场地内无可液化砂土、粉土
1.6上部结构资料
拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构,长30m,宽9.6m。
室外地坪标高同自然地面,室内外差450mm。
柱截面尺寸为400mm×400mm,横向承重,柱网布置如图1-1
图1-1网布置图
1.7上部结构荷载
上部荷载(柱底荷载效应标准组合值和柱底荷载效应基本组合值)如表1-3、1-4
表1-3柱底荷载效应标准组合值
题
号
FK(kN)
MK(kN×m)
VK(kN)
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
9
2310
2690
2970
275
231
238
165
162
153
表1-4柱底荷载效应基本组合值
题
号
F(kN)
M(N*m)
V(kN)
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
9
2910
3790
3430
286
251
266
204
188
196
1.8材料
混凝土材料强度等级为C25-C30,钢筋采用HPB235、HRB335级。
第二章灌注桩设计
1)灌注桩基设计设计方案
初步选择持力层,确定桩型和尺寸
室外地坪标高为-0.45m,自然地坪标高同室外地坪标高。
不再进行沉降计算,拟采用直径为500mm的混凝土沉管灌注桩。
选用第五层土粉砂层为持力层,由《建筑桩基设计规范》可知,桩尖深入持力层的长度不宜小于1.5(1.5d=0.675m),这里取0.75m,设计桩长15.0m,承台高0.95m,承台底面埋置深度-1.5m,桩顶伸入承台50mm,桩顶标高-1.55m,桩底标高为-16.55m,桩长为15.0m。
2)单桩承载力计算
查《建筑桩基设计规范》得表2-1:
表2-1土侧(端)阻标准值及其深度
土层
编号
侧(端)阻标准值qsk(kN×m)
入土深度
l(m)
1
22
0.15
2
28
3.3
3
45
6.6
4
60
4.2
5
75
0.75
(1)单桩竖向极限承载力标准值计算
单桩竖向极限承载力标准值计算:
(3-1)
(3-2)
(3-3)
(2)基桩竖向荷载承载力设计值计算
承台底部地基土较为松软的填土,压缩性大,因此不需考虑承台土效应,即
,则
(3-4)
根据上部荷载初步估计桩数为:
(3-5)
初步设计桩数为4根。
桩基验算
根据《建筑桩基设计规范》,当按单桩承载力特征值进行计算时,荷载应取效应的标准组合值
由于装机所处场地的抗震设防烈度为7度,且场地内无可液化砂土、粉土问题,因此可不进行地震效应的竖向承载力验算。
根据初步设计桩数采用正方形承台,由《建筑桩基设计规范》桩间距为设计为3d,桩中心距承台边缘为d,则承台初步设计为2500mm×2500mm,如图2-1
图2-1承台平面布置
(3-6)
计算时取荷载标准组合,则
故而如此设计是合理的
承台最终验算
计算时取荷载标准组合,则
(3-8)
(3-9)
满足设计要求,故此次设计是合理的。
3)承台设计
根据以上桩基设计及构造要求,承台尺寸为2.5m×2.5m如图2-2,初步设计承台厚0.95m,承台混凝土选用C25,ft=1.27N/mm2,fc=11.9N/mm2;承台钢筋选用HRB335级,fy=300N/mm2。
图2-2承台平面布置
4)抗弯计算与配筋设计
承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值,则基桩净反设计值为:
各桩平均竖向力
最大竖向
对于
I-I断面:
钢筋面积
采用20根直径为22mm钢筋,
,平行于X轴布置。
对于
断面:
钢筋面积
采用15根直径为20mm钢筋,
,平行于Y轴布置。
5)承台厚度及受冲切承载力验算
承台保护层厚度50mm,则h0=950-50=900mm
由于基桩为圆形桩。
计算时应将截面换算成方桩,则换算方桩截面边宽为:
1、柱对承台冲切
由《建筑桩基设计规范》承台受桩冲切的承载力应满足:
柱边至最近桩边水平距离:
冲垮比:
冲切系数:
承台受冲切承载力截面高度影响系数:
则有
故厚度为0.90的承台能够满足柱对承台的冲切要求
2、角桩冲切的验算
承台受角桩冲切的承载力应满足:
角桩内侧边缘至承台外边缘距离:
柱边至最近桩边水平距离:
角桩冲垮比:
(在0.25-1.0之间)
角桩冲切系数:
则有
故厚度为0.90的承台能够满足柱对承台的冲切要求
6)承台受剪承载力计算
承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处
受剪面承载力截面高度影响系数:
计算截面剪跨比:
(在0.25-3.0之间)
剪切系数:
故满足抗剪切要求
取基桩净反力最大值:
由《建筑桩基设计规范》“承台纵向受力钢筋的直径不应小于12mm,间距不应大于200mm,柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0.15%”
承台纵横方向选用直径为18mm的HRB钢筋间距为140mm,则钢筋根数为n=2500/140+1=19,实际钢筋As=19
254.5=4835.5mm2
最小配筋率:
故配筋满足要求
7)承台构造设计
混凝土桩桩顶伸入承台长度50mm,两承台间设置连系梁,梁顶面标高-0.65m,与承台顶齐平,梁宽250mm,梁高400mm。
承台底做100mm厚C10素混凝土垫层,垫层挑出承台边缘100mm。
8)桩身结构设计
沉管灌注桩选用C25混凝土,钢筋选用HPB235级
9)桩身水平承载力验算
由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为Vk=149kN
则每根基桩承受水平荷载为
桩身按构造要求配筋,由于受水平荷载影响,则桩身配8Φ12纵向钢筋,As=904mm2
桩身配筋率为:
满足0.2%-0.65%之间的要求
由于0.57%<0.65%,则单桩水平承载力特征值计算公式:
桩身为圆形截面,故
根据灌注桩桩周主要土层的类别,取桩侧土水平抗力系数的比例系数m=25MN/m4
圆形桩桩身的计算宽度为:
对于C25级混凝土:
对于HPB235级钢筋:
扣除保护层后的桩直径为
MN·m²
桩顶最大弯矩系数vM取值:
由于桩的入土深度h=15.2m,桩与承台为固接,αh=0.709
15.2=10.7768m>4m故而αh=4
则vM=0.926
Nk取荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力(用该值计算所得单桩水平承载力特征值最小),则Nk=391.3kN
故桩身水平承载力满足要求
10)配筋长度计算
由于侧阻力起主要作用,基桩为端承摩擦型桩,配筋长度应不小于桩长的2/3(即2/3×15.2=10.1m),同时不宜小于4.0/α=4.55m,则配筋长度取10.1m
钢筋锚入承台35倍主筋直径,即35×12=420mm
3.8.4箍筋配置
采用Φ6@200螺旋式箍筋,由于钢筋笼长度超过4m,需要每隔2m设一道Φ12焊接加劲箍筋
四、课程设计参考资料
(1)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2010),中国建筑工业出版社
(2)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011),中国建筑工业出版社
(3)《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),中国建筑工业出版社
(4)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),中国建筑工业出版社
(5)《基础工程》(第2版)周景星李广信虞石民王洪瑾编著清华大学出版社
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- 基础 工程 灌注 设计
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