完整word版基础工程课程设计山东理工大学.docx

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完整word版基础工程课程设计山东理工大学

一．工程概况和设计任务

1.工程概况

该装配车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m，柱距6m，车间内有2对30吨中级工作制桥式吊车。

建筑平面图见图2-1。

规定室内地面标高为±0.00，相当于黄海高程455.00m，室外地面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为9.80m。

各柱在基础顶面处的截面形状为矩形，尺寸为：

边柱Z1：

长宽=1000400mm；

角柱Z2：

长宽=1000400mm；

抗风柱Z3：

长宽=700400mm；

基础梁的横截面尺寸如图2-2，梁与柱之间的净距为20mm，置于柱子外侧的基础上。

图2-2基础梁的横截面尺寸（mm）

2.设计任务

本设计对象为某机械厂的装配车间。

厂房基础顶面以上部分的建筑和结构设计工作已经完成。

本课程设计的任务是完成柱下基础与地基的设计与验算。

要求同学选择（或由任课教师分配）一个基础，按给定的条件完成相关的设计和计算工作，具体要求如下：

1．设计计算：

（1）综合分析设计资料，对三种常用的房屋基础类型（刚性基础、钢筋混凝土扩展基础和桩基础）的技术合理性进行比较（限于课时，本次课程设计不考虑造价因素），选择较为合理的基础方案。

确定所选柱下基础的类型，平面尺寸及埋深；

（2）完成该基础（包括地基）的计算；

2．图纸：

（1）基础总平面布置图（假定所有基础均与自己设计的基础相同）；

（2）基础结构图（应包含图纸说明和工程数量表）。

3．将上述成果整理成设计计算说明书。

设计计算说明书应制做成Word文档。

整个说明书应满足计算过程完整、计算步骤清楚、文字简明、符号规范和版面美观的要求，图纸应用CAD制作而且应该表达正确、布局合理和尺寸齐全。

说明书用A4纸张打印和图纸（A3）一起装订成册，交设计指导老师评阅。

二．地勘资料

XX工程地质勘察报告

拟建工程为XX机械厂的装配车间，建筑场地位于该机械厂厂区内，厂房平面尺寸为42m24m,采用钢筋混凝土排架结构，结构的设计跨度为24m，柱距为6m。

勘察工作按施工图设计阶段的要求进行。

自X年X月X日开始，至X年X月X日结束。

共完成钻孔6个，并结合钻孔取原状土样XX个进行了室内土工实验。

场地处地面平坦。

拟建车间的西南角有一古河道，现已淤填。

据钻探揭露，各地层的情况如下：

第

层：

人工填土。

分布于场地表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。

厚约0.5~1.2m，结构疏松，土质不均，平均天然重度为17.1kN/m3。

第

层：

粉质粘土。

呈棕红色。

除1#孔外各孔均有，厚度9.5~10.1m。

硬塑~可塑，土质较均匀。

第

层：

粉土。

呈褐黄色。

仅在1#孔可见到，厚约3.3m，流塑。

第

层：

淤泥。

呈黑色，流塑。

含大量有机质，有臭味。

仅在1#孔见到，厚度约8.0m。

第

层：

粉质粘土。

呈灰黄色，仅在1#孔见到，厚约3.6m，夹有粉砂薄层，流塑。

第

层：

粘土。

呈黄黑色，各孔均可见到，没有钻透，据调查厚度在10m以上。

土质均匀，可塑~硬塑。

场区地下水属潜水，初见水位在2.5~3.1m深处，稳定水位在2.9~3.9m深处。

地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。

根据钻探及室内土工实验的情况分析，第①层杂填土不宜用作建筑物地基。

建议把基础埋置在强度较高的第②层粉质粘土或第⑥层粘性土中。

其地基承载力标准值分别为：

第②层：

fk=180kPa

第⑥层：

fk=220kPa

建议：

受古河道影响的几个柱基采用桩基础；

其余基础可采用柱下现浇独立基础。

钻探点布置见图2-3，地质剖面见图2-4~图2-6，土工试验成果见表2-1，地质柱状图略。

三．设计荷载

基础梁上的荷重（包括基础梁自重）为：

标准组合时为30kN/m，基本组合时为40.5kN/m。

各柱（标高-0.075m处）的荷载设计值如下（按任课教师要求取其中一组计算）：

（见附表1）

上述荷载中：

（1）带下标k者用于标准组合，否者为基本组合。

（2）剪力H的方向与本处的边墙垂直，且以指向车间内部为正。

（3）弯矩M以使柱的外侧受拉为正。

四．设计方案

扩展基础设计步骤

（1）按承载力要求初步拟定基础的平面尺寸

（2）进行地基验算，包括：

1）地基强度验算（包含持力层强度和软弱下卧层强度）

2）基底偏心距验算

3）本次设计不进行沉降及稳定性验算

（3）拟定基础高度，并按抗冲切破坏要求进行验算。

（4）计算截面弯矩，并配置钢筋。

桩基础设计步骤

（1）选定桩基类型

根据荷载及地层情况，建议采用预制桩基础。

（2）拟定桩长与桩径。

（3）确定单桩承载力。

（4）估算桩的根数。

（5）确定承台尺寸及桩的布置方式。

（6）验算桩基础的承载力。

（7）进行承台的抗冲切和斜截面抗剪计算，验算承台厚度是否符合要求。

（8）计算承台截面的弯矩，配置承台的抗弯钢筋。

五．技术设计的过程

边柱Z1的设计，5号柱，采用扩展基础

1.按承载力要求初步确定基础的平面尺寸

（1）.地基承载力修正e=0.629Il=0.218假设d=2查表2—15深度修正系数η=1.6

=180+1.6×（17.1×1+20.1×1）÷2×（2-0.5）=224.64Kpa

按中心荷载初估基底面积

=1191/（224.64-20*2）=6.45m^2

考虑偏心作用，降基底面积扩大1.2倍A1=7.74m^2，采用3m*2.6m基础

（2）验算基底压力

基础及回填土自重

=20*2*3*2.6=312KN

基础的总垂直荷载

=1191+312+30*6=1683KN

基底的总力矩M=266+54*2-30*6*0.645=257.9KN.M

总荷载的偏心

=257.9/1683=0.15m

基底边缘最大应力

=1683/（3*2.6）+257.9*6/（3^2*2.6）=281.9Kpa>1.2Fa

不符合要求

（3）修正基础尺寸，验算基底压力

基底面积采用3.2m*3m

基础及回填土自重

=20*2*3.2*3=384KN

基础的总荷载

=1191+384+180=1755KN

荷载偏心

=257.9/1755=0.15m

基底边缘的最大应力

=1755/3.2*3+257.9*6/（3.2^2*3）=233.18Kpa

满足承载力要求。

综上：

基础材料采用c30混凝土，基底面积3.2m*3m，基础埋深为2m

2.进行地基验算

（1）持力层强度验算

基地压力P=Fk+Gk+Pk/A=1191+384+180/3.2*3=182.81KN/

持力层承载力

=180+1.6*18.6*（2-0.5）=224.64kpa>P=182.81kp

故持力层满足承载力要求

（2）软弱下卧层承载力

软弱下卧层在第6层中，fk=220kp不需要进行验算

3．拟定基础高度并按冲切破坏要求进行验算

（1）基本组合F=1607.85knM=359.1kn.mH=72.9kn

（2）基础底面静压力计算

=359.1+72.9*2-40.5*6*0.645/（1607.85+40.5*6）=0.2m

Pemax=G+F/A+M/W=243+1607.85/（3.2*3）+348.115*6/（3.2*3.2*3）=260.8kpa

Pemin=G+F/A-M/W=243+1607.85/（3.2*3）-348.115*6/（3.2*3.2*3）=124.8Kpa

（3）基础冲切验算ho=800-50=750mm=0.75m

=（3.2/2-1/2-0/75）*3-（3/2-0.4/2-0.75）^2=0.7475m^2

=260.8*0.7475=195.6KN

抗剪承载力

【v】=0.7*1*1430*（0.4+0.75）*0.75=863.36kn

Fl<【v】满足承载力要求

3.柱边弯矩计算并配筋

=1+1/2*（3.2-1）=2.1m

Pe1=（Pemax-Pemin）*a`+Pemin*a/a=（260.8-124.8）*2.1+124.8*3.2/3.2=214.05Kpa

=（3.2-1）^2/48*{（260.8+214.05）*6.4+（260.8-214.05）*3}=320.36KN.m

=192.8/24*（3-0.4）^2*7.4=401.86KN.m

选用钢筋HRB335Fy=300N/mm^2

A1=M1/0.9Fyho=320.36*10^6/0.9*300*750=1582mm^2

选用22根直径为10mm的钢筋s=137mm实际面积A=1727mm^2平行于X轴布置

A2=M2/0.9Fyho=401.86*10^6/0.9*300*750=1984mm^2

选用26根直径为10mm的钢筋s=123mm实际面积A=2041mm^2平行于Y轴布置

抗风柱Z3的设计，20号柱，采用扩展基础

4.按承载力要求初步确定基础的平面尺寸

（1）.地基承载力修正e=0.689Il=0.25假设d=2查表2—15深度修正系数η=1.6

=180+1.6×（17.1×1+20.1×1）÷2×（2-0.5）=224.64Kpa

按中心荷载初估基底面积

=650/（224.64-20*2）=3.57m^2

考虑偏心作用，降基底面积扩大1.3倍A1=4.57m^2，采用3m*2m基础

（2）验算基底压力

基础及回填土自重

=20*2*3*2=240KN

基础的总垂直荷载

=650+240+30*12.5=1265KN

基底的总力矩M=64+23*2-30*12.5*0.495=-75.625KN.M

总荷载的偏心

=75.625/1265=0.1m

基底边缘最大应力

=1265/（3*2）+75.625*6/（3^2*2）=236.04Kpa<1.2Fa

符合要求

综上：

基础材料采用c30混凝土，基底面积3m*3m，基础埋深为2m

5.进行地基验算

（3）持力层强度验算

基地压力P=Fk+Gk+Pk/A=650+240+375/2*3=210.8KN

持力层承载力

=180+1.6*18.6*（2-0.5）=224.64kpa>P=182.81kp

故持力层满足承载力要求

（4）软弱下卧层承载力

软弱下卧层在第6层中，fk=220kp不需要进行验算

3．拟定基础高度并按冲切破坏要求进行验算

（1）基本组合F=877.5knM=86.4kn.mH=31.05kn

（2）基础底面静压力计算

=86.4+31.05*2-40.5*12.5*0.495/（877.5+40.5*12.5）=0.1m

Pemax=G+F/A+M/W=877.5+40.5*12.5/（2*3）+102.1*6/（3*2*3）=264.6kpa

Pemin=G+F/A-M/W=877.5+40.5*12.5/（2*3）-102.1*6/（3*2*3）=196.6Kpa

（4）基础冲切验算ho=800-50=750mm=0.75m

=（3/2-1/2-0/75）*2-（3/2-0.4/2-0.75）^2=0.75m^2

=264.6*0.75=198.47KN

抗剪承载力

【v】=0/7*1*1430*（0.4+0.75）*0.75=788.29kn

Fl<【v】满足承载力要求

4.柱边弯矩计算并配筋

=0.7+1/2*（3-0.7）=1.85m

Pe1=（Pemax-Pe