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桩基础设计计算书模板
桩基础设计计算书
设计资料:
拟建建筑物10层,地下室一层,设地下室层高3.2m,上部结构为框架剪力墙结构,层高3.3m,七度抗震设防,±0.00相当于黄海高程+6.60m,室内外高差0.6m。
地下室水位±0.00。
场地上部土层承载礼教低,不具备天然地基的条件,采用桩基。
根据场地土的工程特征和当地的施工条件,拟采用PHC管桩或钻(冲)孔灌注桩基础方案。
桩、承台、柱的混凝土强度取为C30。
PHC管桩可选择残积土或全风化花岗岩作为持力层;钻孔灌注桩可选择全风化岩或者中风化岩作为持力层。
地下水为地表滞水,对混凝土结构不具备腐蚀性。
建筑标准层平面示意图如下:
承台计算类型选择说明:
1、角桩作为一个类型;
2、中桩的中间两个承台受的力单独较大,应单独计算;边桩和其他中桩作为一个类别计算,共三个类别。
一:
建筑桩基方案的选择
1、PHC预应力圆桩
确定全风化花岗岩作为持力层,桩截面尺寸选择直径400的圆桩,桩长18m,桩顶嵌入承台0.1m,则桩端进入持力层最小值为1.15m,满足嵌入最小深度要求。
根据工程地质剖面图,选择ZK6钻孔下土层分布情况作为单桩强度计算依据。
估计需要四根,桩根据经验表,承台高度为1350mm,承台底至地面的高度为3.95m。
Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpk+Ap=0.4п×(12×2.8+60×3.3+90×4.5×2/3+5.7×120+1.85×165)+0.04п×10000=3130kN
Ra=Quk/2=1565kN
确定桩数:
先不考虑承台质量,承台弯矩不大,按修改桩数考虑。
n=Fk/R=5262/1565=3.36
取桩数为4根。
此时桩造价125×18×4=9000元。
2、灌注桩选择锤击沉管(C25):
选择残积土为持力层,桩长19.4m,桩直径为800mm,桩径入持力层的最小深度为2.7m,满足最小深度要求选择,选择ZK6钻孔下土层分布情况作为单桩强度计算依据。
同样估计需要四根桩根据经验表,承台高度为1350mm,承台底至地面的高度为3.95m。
桩顶嵌入承台深度为0.1m。
Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpk+Ap=0.8п×(10×2.5+50×3.3+75×4.5×2/3+5.7×100+3.3×135)+0.16п×13500=10381.1kN
Ra=Quk/2=5190.6kN>桩身强度设计值=2950kN,Ra取为2950kN。
确定桩数:
先不考虑承台质量,承台弯矩不大,按修改桩数考虑。
n=Fk/R=5262/2950=1.78
取桩数为2根。
此时桩造价为350×2×19.3=13510元
综合评价:
预制桩的造价比灌注桩低,由于预制桩是在工厂预制的,施工工期短。
且灌注桩的桩身质量不易控制,轻易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥的现象,可靠度低。
加之需要降排水,造价又相应增加。
综上,采用PHC预制桩,但需要有相应的措施较少挤土效应的不良影响。
二、角边承台及桩计算:
根据课本表6-33,桩的中心距离取为4d=4×0.4=1.6m,桩外边至承台边的距离取为200mm,则承台长、宽为1600+200×2+400=2400mm。
1、桩基及群桩承载力计算:
Mx=19kN••m,My=-76kN•m,Vx=-76kN,Vy=-14kN
Gk=rG×d×A=10×1.35×2.42=77.8kN•m
Nk=(Fk+Gk)/n=(5262+77.8)/4=1335kN Nk,max=(Fk+Gk)/n+(Mx+Vyh)xmax/∑xj2+(My+Vxh)/∑yj2=1398.4kN<1.2Ra,满足要求。 由于桩距小于6d,群桩整体承载力按整体破坏模式计算。 Pu=Psu+Ppu=2(A+B)∑qsuili+ABqpu=2(2.4+2.4)×(12×2.8+60×3.3+90×4.5×2/3+5.7×120+1.85×165)+2.42×10000=71912kN>F=6487kN,满足承载力要求。 1、承台计算: 1承台受弯承载力计算: 1号桩: N1=F/n+My•xi/∑xi2+Mx•yi/∑yi2+Vy•h•yi/∑yi2-Vx•h•xi/∑yi2=1694.5kN 2号桩: N2=F/n-My•xi/∑xi2+Mx•yi/∑yi2-Vy•h•yi/∑yi2-Vx•h•xi/∑yi2=1549kN 3号桩: N3=F/n+My•xi/∑xi2-Mx•yi/∑yi2+Vy•h•yi/∑yi2+Vx•h•xi/∑yi2=1693kN 4号桩: N4=F/n-My•xi/∑xi2-Mx•yi/∑yi2+Vy•h•yi/∑yi2-Vx•h•xi/∑yi2=1622kN My=∑Nixi=1694×0.5+1693×0.5=1693.5kN•m My=∑Niyi=1693×0.5+1622×0.5=1657kN•m 承台底部双向配筋可相同。 承台钢筋采用HRB335。 As=My/0.9h0fy=1693×106/(0.9×1150×300)=5452mm2 选用Φ22@150,实配钢筋面积As=6081.6mm2。 ρ=As/bho=6081.6/(2400×1150)=0.22%>0.15%,满足最小配筋率要求。 边桩内侧至承台边缘的距离为0.8×0.4+0.2=0.52m<35dg=35×0.022=0.77m,应将纵向钢筋向上弯折,弯折段长度为10dg=0.22m,水平段长度为25dg=0.55m。 2承台冲切承载力验算: λox=λoy=aox/ho=300/1150=0.261>0.25 βox=βoy=0.84/(λox+0.2)=1.822 βhp=1.0-0.1×550/1200=0.954 hc=bc=0.6 根据课本公式6-155,有: 2[βox(bc+aoy)+βoy(hc+aox)]βhpftho=2×2×1.822×(0.6+0.3)×0.954×1430×1.15=10290>Fl=F-∑Qi=6487-0=6487kN,满足要求。 3承台受剪计算: 承台柱的两边长相等,只需要验算一边受剪面。 bxo=byo=[1-0.5h20(1-by2/by1)/h0]by1=[1-0.5×0.85(1-0.6/2.4)/1.15]×2.4=1.73 βhs=(800/h0)1/4=0.913 ax=300,h0=1150,λ=ax/h0=0.261,α=1.75/(λ+1)=1.388 βhsαftb0h0=0.913×1.388×1430×2.4×1.73=7524.1kN>V=1602+1659=3279kN,满足要求。 4沉降验算: 桩中心距小于6倍桩径,sa=1.6m,sa/d=1.6/0.4=4 Lc=2.4m,Bc=2.4m,A=5.76m2,荷载取准永久值组合。 承台底面应力: P=F/A+rGd=3680/5.76+10×1.35=652.4kPa 承台底面附加应力: P0=P-rd=652.4-6.9×1.35=643.1kPa 自中心把承台分为四个部分,b=Bc/2=1.2m,a=Lc/2=1.2m,a/b=1.0 桩端平面处土的自重应力: σc1=∑rihi=2.05×6.9+2.9×9+3.9×8.5+6×8.6+3.05×10=155.5kPa 桩端平面下7m处土的自重应力为: σc=155.5+(24.9-21.85)×10+(26.7-24.9)×11+(29.2-28.85)×13=210.35kPa z/b=5.83,l/b=1.0,查得a=0.018,σz=4ap0=4×0.018×643.1=46.3≈0.2p0 计算深度可取为7m,计算深度内土层分为3层,每层深度分别为: 3.05m,1.8m,2.15m zi=0,3.05,4.85,7(i=0,1,2,3) zi/b=0,2.54,4.04,5.83 ai=0.25,0.06,0.027,0.014 s’=4p0∑[(ziai-zi-1ai-1)/Esi]=4×643.1×[3.05×0.06/30+(4.85×0.027-3.05×0.06)/50+(0.014×7-4.85×0.027)/70]=11.8mm sa/d=√A/(√n•d)=3,l/d=18/0.4=45,Lc/Bc=1,查得回归系数C0,C1,C2分别为: 0.058,1.679,11.414,短边布置桩数为2。 桩基等效沉降系数为: фe=C0+(nb-1)/(C1(nb-1)+C2)=0.134 s=ф•фe•s’=0.7×0.134×11.8=1.11mm,满足规范要求。 可知,由于桩底下为深厚的花岗岩,沉降很小,可不验算桩基的沉降。 三、边处承台及桩计算: 确定全风化花岗岩作为持力层,桩截面尺寸选择直径400的圆桩,桩长18m,桩顶嵌入承台0.1m,则桩端进入持力层最小值为1.15m,满足嵌入最小深度要求。 根据工程地质剖面图,选择ZK4钻孔下土层分布情况作为单桩强度计算依据。 估计需要五根桩,根据经验表,承台高度为1400mm,承台底至地面的高度为4.0m。 Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpk+Ap=0.4п×(12×1.7+60×3.3+90×4.5×2/3+5.7×120+1.90×165)+0.04п×10000=3120.8kN Ra=Quk/2=1560.4kN<桩身强度设计值,Ra取为1560.4kN 确定桩数: 先不考虑承台质量,承台弯矩不大,按修改桩数考虑。 n=Fk/R=6624/1560.4=4.2 取桩数为5根。 根据课本表6-33,桩的中心最小距离为3.5d=3.5×0.4=1.4m,取中桩与其他边桩的距离√2m,则边桩之间的距离为2m。 取桩外边至承台边的距离取为200mm,则承台长、宽为2000+200×2+400=2800mm。 1、桩基及群桩承载力计算: Mx=2kN••m,My=1kN•m,Vx=1kN,Vy=-9kN,承台所受的弯矩和剪力很小,可不考虑。 Gk=rG×d×A=10×1.40×2.82=125.4kN•m Nk=(Fk+Gk)/n=(6624+125.4)/5=1355.5kN Nk,max=(Fk+Gk)/n+(Mx+Vyh)xmax/∑xj2+(My+Vxh∑yj2=1369.7kN<1.2Ra,满足要求。 由于桩距小于6d,群桩整体承载力按整体破坏模式计算。 Pu=Psu+Ppu=2(A+B)∑qsuili+ABqpu=2(2.8+2.8)×(12×1.7+60×3.3+90×4.5×2/3+5.7×120+1.9×165)+2.82×10000=95015kN>F=8596kN,满足承载力要求。 2、承台计算: 1承台受弯承载力计算: 由于承台顶的弯矩和剪力很小,桩反力设计值简化为: Ni=F/n=8596/5=1719.2kN My=My=∑Nixi=2×1719.2×0.7=2406.9kN•m 承台底部双向配筋相同。 承台钢筋采用HRB335。 As=My/0.9h0fy=2406.9×106/(0.9×1200×300)=7428.7mm2 选用Φ22@140,实配钢筋面积As=7602mm2。 ρ=As/bho=7602/(2400×1200)=0.264%>0.15%,满足最小配筋率要求。 边桩内侧至承台边缘的距离为0.8×0.4+0.2=0.52m<35dg=35×0.022=0.77m,应将纵向钢筋向上弯折,弯折段长度为10dg=0.22m,水平段长度为25dg=0.55m。 2承台冲切承载力验算: 受柱冲切承载力验算: λox=λoy=aox/ho=500/1200=0.42>0.25 βox=βoy=0.84/(λox+0.2)=1.355 βhp=1.0-0.1×800/1200=0.993 hc=bc=0.6m 根据课本公式6-155,有: 2[βox(bc+aoy)+βoy(hc+aox)]βhpftho=2×2×1.355×(0.6+0.5)×0.993×1430×1.2=10159>Fl=F-∑Qi=8596-1719=6876.8kN,满足要求。 3承台受剪计算: 承台柱的两边长相等,只需要验算一边受剪面。 bxo=byo=[1-0.5h20(1-by2/by1)/h0]by1=[1-0.5×0.80(1-0.6/2.8)/1.20]×2.8=2.1 βhs=(800/h0)1/4=0.90 ax=500,h0=1200,λ=ax/h0=0.417,α=1.75/(λ+1)=1.24<3 βhsαftb0h0=0.90×1.24×1430×2.1×1.2=4021.6kN>V=2Nmax=2739.4kN,满足要求。 四、中间处承台及桩计算: 确定全风化花岗岩作为持力层,桩截面尺寸选择直径400的圆桩,桩长18m,桩顶嵌入承台0.1m,则桩端进入持力层最小估计值为2.6m,满足嵌入最小深度要求。 根据工程地质剖面图,选择ZK6钻孔下土层分布情况作为单桩强度计算依据(偏安全取)。 估计需要6根桩,根据经验表,承台高度为1600mm,承台底至地面的高度为4.2m。 Quk可偏安全取为3120.7kN,Ra=Quk/2=1560.4kN<桩身强度设计值,Ra取为1560.4kN。 确定桩数: 先不考虑承台质量,承台弯矩不大,按修改桩数考虑。 n=Fk/R=7946/1560.4=5.1 取桩数为6根。 根据课本表6-33,桩的中心最小距离为3.5d=3.5×0.4=1.4m,取桩外边至承台边的距离取为200mm,则承台长为2800+200×2+400=3600mm,承台宽为1400+400+400=2200mm。 1、桩基及群桩承载力计算: Mx=20kN••m,My=-19kN•m,Vx=15kN,Vy=-27kN Gk=rG×d×A=10×1.60×3.6×2.2=126.7kN•m Nk=(Fk+Gk)/n=(7946+126.7)/6=1345.5kN Nk,max=(Fk+Gk)/n+(Mx+Vyh)xmax/∑xj2+(My+Vxh)/∑yj2=1370.5kN<1.2Ra,满足要求。 由于桩距小于6d,群桩整体承载力按整体破坏模式计算。 Pu=Psu+Ppu=2(A+B)∑qsuili+ABqpu=2(2.2+3.6)×(12×1.7+60×3.3+90×4.5×2/3+5.7×120+1.9×165)+3.6×2.2×10000=96436.44kN>F=10268kN,满足承载力要求。 2、承台计算: 1承台受弯承载力计算: 由于承台顶的弯矩和剪力很小,桩反力设计值简化为: Ni=F/n=10268/6=1711.3kN 承台钢筋采用HRB335。 My=∑Nixi=2×1711.3×1.1=3764.9kN•m As=My/0.9h0fy=3764.9×106/(0.9×1400×300)=9960mm2 选用Φ25@100,实配钢筋面积As=10309mm2 ρ=As/bho=10309/(2200×1400)=0.33%>0.15%,满足最小配筋率要求。 Mx=∑Niyi=3×1711.3×0.4=2053.6kN•m As=Mx/0.9h0fy=2053.6×106/(0.9×1200×300)=5432.8mm2 选用Φ20@140,实配钢筋面积As=8169mm2。 ρ=As/bho=8169/(2200×1400)=0.162%>0.15%,满足最小配筋率要求。 X向边桩内侧至承台边缘的距离为0.8×0.4+0.2=0.52m<35dg=35×0.025=0.875m,应将纵向钢筋向上弯折,弯折段长度为10dg=0.25m,水平段长度为25dg=0.625m。 Y向边桩内侧至承台边缘的距离为0.8×0.4+0.2=0.52m<35dg=35×0.02=0.70m,应将纵向钢筋向上弯折,弯折段长度为10dg=0.2m,水平段长度为25dg=0.50m 2承台冲切承载力验算: aox=0.9,aox=0.2, λox=aox/ho=0.9/1.4=0.643>0.25 λoy=aoy/ho=0.2/1.4=0.143,取为0.25 βox=0.84/(λox+0.2)=1.0 βoy=0.84/(λox+0.2)=1.87 βhp=1.0-0.1×800/1200=0.933 hc=bc=0.6m 根据课本公式6-155,有: 2[βox(bc+aoy)+βoy(hc+aox)]βhpftho=2×[1.0×(0.6+0.2)+1.87(0.6+0.9)]×0.933×1430×1.4=13467.3>Fl=F-∑Qi=10268kN,满足要求。 3承台受剪计算: h0=1400mm,h20=1400-400=1000mm by2=0.6,by1=2200 byo=[1-0.5h20(1-by2/by1)/h0]by1=[1-0.5×1.0(1-0.6/2.2)/1.40]×2.2=1.63 bx1=3600,bx2=600 bxo=[1-0.5h20(1-bx2/bx1)/h0]bx1=[1-0.5×1.0(1-0.6/3.6)/1.40]×3.6=2.53 ax=0.9m,ay=0.2m λx=ax/h0=0.643,λy=ay/h0=0.143<0.25取为0.25 αx=1.75/(λx+1)=1.07,αy=1.75/(λy+1)=1.4 βhs=(800/h0)1/4=0.87 A—A: βhsαyftb0yh0=0.87×1.4×1430×1.63×1.4=3974.7kN>V=2Nmax=2741kN,满足要求。 B-B: βhsαxftb0yh0=0.87×1.07×1430×2.53×1.4=4715.1kN>V=3Nmax=4110kN,满足要求。 五、承台联系梁 建筑物有抗震要求,承台双向之间需要用联系梁连接。 根据规范要求,承台连高取600mm,宽取300mm,梁高与承台顶平齐,梁顶相对地面标高为2.6m。 六、桩基础 六、参考文献: 【1】: 《基础工程》,闫富有,中国电力出版社 【2】: 《建筑桩基基础技术规范》,中国建筑工业出版社 【3】: 《地基基础规范》,中国建筑工业出版社 【4】: 《土力学》,建筑工业出版社
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