基础工程课程设计之条形基础设计.docx
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基础工程课程设计之条形基础设计
基础工程课程设计之条形基础设计
基础工程设计原理课程设计
拟建场地位于某市市中心区,场区原有建筑现己拆迁。
原定设计方案为四座小
高层建筑(详见:
基坑开挖场地及勘探点平面布置图),现建筑方案修改为五层(第
五层为跃式)多层框架建筑,平面布置不变。
框架柱间距为6~7.5m,基础底面设计埋深为1.4m,框架中柱设计荷载为900~1000kN,角、边柱设计荷载为500~800kN
(见图1),框架柱截面尺寸为400mm×400mm。
基础混凝土材料采用C25,基底设置C7.5、厚度100mm的混凝土垫层;配筋采用?
级普通圆钢筋。
设计计算内容:
(1)在不考虑地基处理时,某中轴线柱下条形基础(两端为边柱)按地基承载力确
定的基础底宽度是否满足沉降要求?
(2)若通过地基处理(地基处理深度从基础底面以下4.5m内),使得地基承载力设计值达到150kPa,进行如下设计计算:
1)根据地基强度确定中轴线柱下条形基础(两端为边柱、角与边柱需考虑
100kN?
m的力矩荷载)的基础底面尺寸;
2)分别按倒置梁法、弹性地基梁法(可按等截面弹性地基梁)计算柱下条形
基础的内力分布;
3)基础配筋、冲切验算;
4)完成有关计算部分的计算简图、基础配筋图等。
由设计勘察资料得
第一层:
3,18kN/m,杂填土有上层滞水m
第二层:
3,,18.1kN/m粘土e,1.093
f,100kPaI,0.64kL
第三层:
3,,18.1kN/m淤泥质粉质粘土
f,65kPak
第四层:
3,,17.7kN/m粉砂与淤泥质粘土互层有孔隙承压水
地基资料如图2-1所示
已知基础地面设计埋深为d=2.2m
f,100kPa粘土的承载力特征值为k
,0,,,1.0粘性土的>0.85,故可查表得[1]e,1.093bdf,f,,,(b,3),,,(d,0.5),100,0,1.0,18,(2.2,0.5),130.6kPaaakbdm
[2]
中轴线上沿长度方向取1m为计算单元的线荷载
(1800,1600,1200),2F,,306.7kN/mk6,5
F306.7kb,,,3.54m基底宽度应为,取3.6m[3]f,d130.6,20,2.2,aG
1、计算基础的基底平均附加应力
G,,Ad,20,1,3.6,2.2,158.4kN基础及其上回填土的总重G
F,G306.7,158.4基底平均压力P,,,129.2kPaA3.6,1
2
[4]
,,d,18,2.2,39.6kPa基底处的土的自重应力cm
P,P,,,129.2,39.6,89.6kPa平均附加压力,近似取90kPa[5]0c
z(i,)(i),z(i,1)''E,s,,sx/bzz/bz*,ii,si,(i,1)
01.80.52.50.98841.779121.7791264.0483264.0483203.613.50.94123.388321.609241.37943105.427705.41.53.50.87484.723921.335634.344139.771707.223.50.80725.811841.0879227.97509167.7468092.53.50.74646.71760.9057623.29097191.0378010.8314.50.69327.486560.768964.772855195.8107
z2、确定n
',,s,195.81mmz=10.8m范围内的计算沉降量,相应于z=9m至z=10.8m土层i
',s,4.77mm的计算沉降量<,满足要求,故确定计算深度0.025,195.81,4.9mmi
z=10.8m。
n
3、确定s
__
z计算深度范围内压缩模量的当量值Ens
__nn
,A/(,A/E)E,,iisis11
[9]7.49,,2.18MPa1.783.39,1.774.72,3.395.81,4.726.72,5.817.49,6.72,,,,,2.53.53.53.53.514.5
0.1P,0.75f查表(当)得[10],,1.4,,0.32,1.420aks1.5
4、计算最终沉降量
n's,,,s,1.42,195.81,278.3mm,si,1i
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002p26页表5.3.4得
体型简单的高层建筑基础的平均沉降量为200mm,所以沉降不满足要求。
根据题目要求地基经过处理使得地基承载力设计值达到150kPa,两端为边柱、
角与边柱需考虑100kN?
m的力矩荷载
1、按中心荷载的公式试求基底面积
中轴线上沿长度方向取1m为计算单元的线荷载
3
(1800,1600,1200),2F,,306.7kN/mk6,5
F306.7k基底宽度应为b,,,2.1m,取基础宽度为3mf,d150,20,2.2,aG
所以可以不改变承载力设计值。
2、基础高度的确定
2f,11.9N/mm选用混凝土强度等级为C25,c
计算简图如图6-1所示
图6-1
b,0.5,(3,0.4),1.3mI-I截面距基础边缘的距离为I
验算截面的剪力设计值,有
b1.3IV,N,,1800,780kN/mIb3
基础的计算有效高度为
V780Ih,,,936mm00.07f0.07,11.9c
为了增加刚度基础高度宜为株距的1/4~1/8,取基础的高度为1000mm
基础边缘高度取300mm,基础高度取700mm,
h,(1000,35)mm,965mm有效高度,满足要求0
基础尺寸如图所示
4
1、计算基础的基底平均附加应力
(1800,1600,1200),2F,,278.8kN/mk6,5,1.5,2
G,,Ad,20,1,3,2.2,142kN基础及其上回填土的总重G
F,G278.8,132基底平均压力P,,,136.9kPaA3,1
,,d,18,3,54kPa基底处的土的自重应力cm
P,P,,,136.9,54,82.9kPa平均附加压力0c
z(i,)(i),z(i,1)''E,s,,sx/bzz/b,z*ii,si,(i,1)
02.113.50.94121.976521.9765246.8152946.81528804.223.50.80723.390241.4137233.4849780.30025606.333.50.69324.367160.9769223.13905103.43930408.443.50.60645.093760.726617.21004120.649344010.5514.50.53925.66160.567843.246478123.895822012.6614.50.48646.128640.467042.67018126.566003
5
nn__
iisiE,,A/(,A/E),,s116.13,,3.5MPa1.98,05.09,1.986.13,5.09,,2.53.514.5
0.1P,0.75f查表(当)得,,1.0,,0.5,1.030aks1.5s,,,,s',1.03,126.6,130mmsi
满足沉降要求。
条形基础的端部宜向外伸出,其长度宜为第一跨距的0.25倍。
即
6000,0.25,1500mm
1、基地单位净反力即
(1800,1600,1200),2F,,278.8kN/mk6,5,1.5,2
2、求固端弯矩
计算简图如图7-1所示
图7-1
12M,,M,,M,M,,100,,278.8,1.5,413.6kN/mABAB''ADAD''2
12M,,M,,,278.8,6,,1254.6kN/mBABA''8
12M,,M,M,M,,M,M,,278.8,6,836.4kN/mBCBC''CC'CC'CBCB''12
3、求弯矩分配系数
EI3i设i,则,,,,,0.43,,B'A'63i,4i
6
4i,,,,,0.57BCB'C'3i,4i
4i,,,,,,,,,0.5CC'C'CCBC'B4i,4i
4、力矩分配见表7-1
表7-1结点ABCC’B’A’分配0.430.570.50.50.50.50.570.43系数
固端413.6-1254.6836.4-836.4836.4-836.4836.4-836.41254.6-413.6弯矩
179.8238.4119.2-119.2-238.4-179.8
-29.8-59.6-59.659.659.629.8
12.817.08.5-8.5-17.0-12.8
-2.1-4.2-4.34.34.22.1
0.91.20.6-0.6-1.2-0.9
-0.2-0.3-0.30.30.30.2
0.090.11-0.11-0.09最后413.6-1061.01161.0-772.2772.2-772.2772.2-1061.01161.0-413.6弯矩
边跨跨中及第一支座的弯矩值乘以1.2的系数
1.2,413.6,496.32kN,m
1.2,517.3,620.76kN,m
5、弯矩图和剪力图
7
1、确定地基的基床系数和梁的柔度指数
3k,5000kN/m由经验数值法查表得基床系数[11]s
bk,3,5000,15000kPa集中基床系数s
33,0.9762EI,2.8,10,,5.1,10kN,m12
15000,14,,,0.165m柔度指数[12]64,5.1,10
故属于无限长梁。
L,5.43,,
1)、第一跨跨中弯矩与基底净反力的计算
-,x,,xA=e(cos,x+sin,x)B,esinx,其中,,xx
,x,,xC,e(cos,x,sin,x)D,ecos,x,,xx
PM00M,CM,D,[13]xx124,2
作用点MABPCDMMbkx,0xx0xx12位置
A15000120010030.1650.825970.289570.246840.53640448.8026.82B150001600030.1650.825970.289570.246840.53640598.390.00C150001800090.1650.245080.22567-0.206260.01941-562.530.00'1500018000150.165-0.014110.05204-0.11819-0.06615-322.320.00C
8
'1500016000210.165-0.03959-0.00994-0.01971-0.02965-47.790.00B
'150001200100270.165-0.01420-0.011240.00828-0.0029615.05-0.15A
156.28,
2)第二跨跨中弯矩与基底净反力的计算
作用点MABPCDMMbkx,0xx0xx12位置
A15000120010090.1650.245080.22567-0.206260.01941-375.020.97B150001600030.1650.825970.289570.246840.53640598.390.00C150001800030.1650.825970.289570.246840.53640673.190.00'150001800090.1650.245080.22567-0.206260.01941-562.530.00C
'1500016000150.165-0.014110.05204-0.11819-0.06615-286.510.00B
'150001200100210.165-0.03959-0.00994-0.01971-0.02965-35.84-1.48A
11.18,
弯矩叠加得M,,184.6,1.82,,186.47kN,m
2)第三跨跨中弯矩
作用点MABPCDMMbkx,0xx0xx12位置
A150001200100150.165-0.014110.05204-0.11819-0.06615-214.88-3.31B150001600090.1650.245080.22567-0.206260.01941-500.020.00C150001800030.1650.825970.289570.246840.53640673.190.00'150001800030.1650.825970.289570.246840.53640673.190.00C
'150001600090.1650.245080.22567-0.206260.01941-500.020.00B
'150001200100150.165-0.014110.05204-0.11819-0.06615-214.88-3.31A
-90.04,
弯矩叠加得M,,272.58,5.6,,278.18kN,m
2)A处弯矩
作用点MABPCDMMbkx,0xx0xx12位置
A15000120010000.1651.000000.000001.000001.000001818.1850.00B150001600060.1650.514530.31065-0.106770.20388-258.830.00C1500018000180.165-0.041790.00876-0.05931-0.05055-161.750.00'1500018000240.165-0.02694-0.013920.00089-0.013032.430.00C
'1500016000300.165-0.00522-0.006880.008550.0016720.730.00B
'150001200100360.1650.00159-0.000890.003360.002486.120.12A
1477.00,
弯矩叠加得M,1233.6,50.0,1283.6kN,m
9
2)B弯矩
作用点MABPCDMMbkx,0xx0xx12位置
A15000120010060.1650.514530.31065-0.106770.20388-194.1210.19B150001600000.1651.000000.000001.000001.000002424.240.00C150001800060.1650.514530.31065-0.106770.20388-291.180.00'1500018000120.1650.071740.12667-0.18160-0.05493-495.290.00C
'1500016000180.165-0.041790.00876-0.05931-0.05055-143.780.00B
'150001200100240.165-0.02694-0.013920.00089-0.013031.62-0.65A
1311.03,
2)C弯矩
作用点MABPCDMMbkx,0xx0xx12位置
A150001200100120.1650.071740.12667-0.18160-0.05493-330.19-2.75B150001600060.1650.514530.31065-0.106770.20388-258.830.00C150001800000.1651.000000.000001.000001.000002727.270.00'150001800060.1650.514530.31065-0.106770.20388-291.180.00C
'1500016000120.1650.071740.12667-0.18160-0.05493-440.250.00B
'150001200100180.165-0.041790.00876-0.05931-0.05055-107.84-2.53A
1293.70,
弯矩叠加得M,1104.37,4.93,1099.44kN,m
7)其他跨及支座处的弯矩可由对称性得。
弯矩图如图所示
1)纵筋计算:
根据倒梁法求得的内力配筋
2f,11.9N/mm混凝土强度等级为C25,c
2钢筋采用二级钢筋f,300N/mmy
M,1061.0kN,mmax
6M1061.0,10,,,0.032,s221.0,11.9,3000,965fbh,10c
,可以。
,1,1,2,,0.032,,,0.55sb
,1,0.5,,0.984s
10
6M1061,102A,,,5028mmsfh300,0.984,965,0ys
2A,5338mm选用17B20,s
同样的方法算出其他各点所需要的钢筋,详细见表10-1
MM,,,,,1,0.5,其中,,,,,1,1,2,Ass2ssf,h,fbh10ys0c
表10-1
选用钢2M(kN,m),,,A(mm)位置sss筋
A413.60.0120.0125194370.9937402821940一跨跨中517.30.0160.0156833430.9921583282431
B10610.0320.0324410410.983779485028二跨跨中3380.0100.0102192410.994890381584
C772.20.0230.0235039580.9882480213643三跨跨中482.40.0150.0146174040.9926912982266
注:
支座处底部受拉,应将钢筋布置在底部。
构造要求顶部钢筋应按计算配筋
全部贯通,底部通长钢筋不小于底部受力钢筋截面总面积的1/3。
将的钢筋通长布置,其他钢筋根据构造截断。
验算通长钢筋率:
,满足要求。
2)板底横向钢筋计算
V,221.1kN根据前面算出的剪力设计值max
11求弯矩设计值M,Vb,,221.1,3.4,375.9kN,m[14]22
基础每延米的受力钢筋截面面积为:
6M375.9,102[15]A,,,1947mms0.9fh0.9,300,7150y
2A,2011mm选配受力钢筋B16@100,s
11
:
1、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
2、罗晓辉主编《基础工程设计原理》华中科技大学出版社2006年
3、东南大学、浙江大学、湖南大学、苏州城建环保学院编《土力学》
中国建筑工业出版社2001年第一版
[1]《基础工程设计原理》P17表2-7承载力修正系数[2]《基础工程设计原理》P16(2.5)式
[3]《基础工程设计原理》P21(2.11)式
[4]《土力学》P67(3-5)式
[5]《土力学》P69(3-11)式
[6]《土力学》P84表3-10均布条型荷载下的附加应力系数[7]《土力学》P94(4-5)式
[8]《土力学》P117(5-4)式
[9]《土力学》P119(5-10)式
[10]《土力学》P119表5-3沉降计算经验系数[11]《基础工程设计原理》P71表3-4基床系数k的数值法[12]《基础工程设计原理》P62(3.18)式
[13]《基础工程设计原理》P64表3-2无限长梁和半长梁的变形、内力计算表
[14]《基础工程设计原理》P55(3.5)式
[15]《基础工程设计原理》P55(3.6)式
12
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