土力学与地基基础设计实例1.docx

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土力学与地基基础设计实例1

《土力学与地基基础》课程设计

第一部分墙下条形基础课程设计

一、墙下条形基础课程设计任务书

（一）设计题目

某教学楼采用毛石条形基础，教学楼建筑平面如图4-1所示，试设计该基础。

图4-1平面图

（二）设计资料

⑴工程地质条件如图4-2所示。

杂填土

粉质粘土

淤泥质土

图4-2工程地质剖面图

⑵室外设计地面-0.6m，室外设计地面标高同天然地面标高。

⑶由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙∑F1K=558.57kN，山墙∑F2K=168.61kN，内横墙∑F3K=162.68kN，内纵墙∑F4K=1533.15kN。

⑷基础采用M5水泥砂浆砌毛石，标准冻深为1.2m。

（三）设计内容

⑴荷载计算（包括选计算单元、确定其宽度）。

⑵确定基础埋置深度。

⑶确定地基承载力特征值。

⑷确定基础的宽度和剖面尺寸。

⑸软弱下卧层强度验算。

⑹绘制施工图（平面图、详图）。

（四）设计要求

⑴计算书要求书写工整、数字准确、图文并茂。

⑵制图要求所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图

纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。

⑶设计时间三天。

二、墙下条形基础课程设计指导书

（一）荷载计算

1.选定计算单元对有门窗洞口的墙体，取洞口间墙体为计算单元；对无

门窗洞口的墙体，则可取1m为计算单元（在计算书上应表示出来）。

2.荷载计算计算每个计算单元上的竖向力值（已知竖向力值除以计算单元宽度）。

（二）确定基础埋置深度d

GB50007-2002规定dmin=Zd-hmax或经验确定dmin=Z0+（100~200）mm。

式中Zd——设计冻深，Zd=Z0·ψzs·ψzw·ψze；

Z0——标准冻深；

ψzs——土的类别对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-1；

ψzw——土的冻胀性对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-2；

ψze——环境对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-3；

（三）确定地基承载力特征值fa

式中fa——修正后的地基承载力特征值（kPa）；

fak——地基承载力特征值（已知）（kPa）；

ηb、ηb——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（已知）；

γ——基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度（kN/m3）；

γm——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度（kN/m3）；

b——基础底面宽度（m），当小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；

d——基础埋置深度（m）。

（四）确定基础的宽度、高度

b≥

H0≥

式中Fk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值（kN）。

当为柱下独立基础时，轴向力算至基础顶面，当为墙下条形基础时，取1m长度内的轴向力（kN/m）算至室内地面标高处；

γ——基础及基础上的土重的平均重度，取γ=20kN/m3；当有地下水时，取γ＇=20-9.8=10.2kN/m3；

h——计算基础自重及基础上的土自重GK时的平均高度（m）。

b2——基础台阶宽度（m）；

H0——基础高度（m）。

（五）软弱下卧层强度验算

如果在地基土持力层以下的压缩层范围内存在软弱下卧层，则需按下式验算下卧层顶面的地基强度，即

≤

式中pz——相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值

（kPa）；

pcz——软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值（kPa）；

faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。

（六）绘制施工图（2号图纸一张）

合理确定绘图比例（平面图1：

100、详图1：

20~1：

30）、图幅布置；符合《建筑制图标准》。

三、参考文献

1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）.北京：

中国建筑工业出版社，2002

2.孙维东主编.土力学与地基基础.北京：

机械工业出版社，2003

3.中华人民共和国国家标准.砌体结构设计规范（GB50003-2001）.北京：

中国建筑工业出版社，2002

4.沈克仁主编.地基与基础.中国建筑工业出版社，1993

四、设计实例

1.设计题目某四层教学楼，平面布置图如图4-1所示。

梁L-1截面尺寸为

200mm×500mm，伸入墙内240mm，梁间距为3.3m，外墙及山墙的厚度为370mm，双面粉刷，本教学楼的基础采用毛石条形基础，标准冻深为1.2m。

由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙∑F1K=558.57kN，山墙∑F2K=168.61kN，内横墙∑F3K=162.68kN，内纵墙∑F4K=1533.15kN。

2.工程地质情况该地区地形平坦，经地质勘察工程地质情况如图4-2所示，

地下水位在天然地表下8.5m，水质良好，无侵蚀性。

3.基础设计

⑴荷载计算

1）选定计算单元取房屋中有代表性的一段作为计算单元。

如图4-3所示。

外纵墙：

取两窗中心间的墙体。

内纵墙：

取①—②轴线之间两门中心间的墙体。

山墙、横墙：

分别取1m宽墙体。

图4-3墙的计算单元

2）荷载计算

外纵墙：

取两窗中心线间的距离3.3m为计算单元宽度

则

山墙：

取1m为计算单元宽度

则

内横墙：

取1m为计算单元宽度

则

内纵墙：

取两门中心线间的距离8.26m为计算单元宽度

则

⑵确定基础的埋置深度d

d=Z0+200=（1200+200）mm=1400mm

⑶确定地基承载特征值fa

假设b＜3m，因d=1.4m＞0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正

⑷确定基础的宽度、高度

1）基础宽度

外纵墙：

b1≥

山墙：

b2≥

内横墙：

b3≥

内纵墙：

b4≥

故取b=1.2m＜3m，符合假设条件。

2）基础高度

基础采用毛石，M5水泥砂浆砌筑。

内横墙和内纵墙基础采用三层毛石，则每层台阶的宽度为

（符合构造要求）

查GB50007-2002允许台阶宽高比［b2/H0=1/1.5］，则每层台阶的高度为

H0≥

综合构造要求，取H0=0.4m。

最上一层台阶顶面距室外设计地坪为

（1.4-0.4×3）m=0.2m＞0.1m

故符合构造要求。

（如图4-4所示）

外纵墙和山墙基础仍采用三层毛石，每层台阶高0.4m，则每层台阶的允许宽度为b≤

又因单侧三层台阶的总宽度为（1.2-0.37）m/2=0.415m故取三层台阶的宽度分别为0.115m、0.15m、0.15m，均小于0.2m（符合构造要求）

最上一层台阶顶面距室外设计地坪为

（1.4-0.4×3）m=0.2m＞0.1m符合构造要求。

（如图4-5所示）

图4-5外墙基础详图

图4-4内墙基础详图

⑸软弱下卧层强度验算

1）基底处附加压力

取内纵墙的竖向压力计算

2）下卧层顶面处附加压力

因Z/b=4.1/1.2=3.4＞0.5，Es1/Es2=10/2=5

故由GB50007-2002中表5.2.7查得θ=25°则

3）下卧层顶面处自重压力

4）下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值

5）验算下卧层的强度

＜

=177.1kN/m2

符合要求。

⑹绘制施工图如图4-6所示。

图4-6条形基础平面图、剖面图

第二部分柱下钢筋混凝土独立基础设计

一、柱下钢筋混凝土独立基础设计任务书

（一）设计题目

某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，试设计该基础。

（二）设计资料

⑴工程地质条件

该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：

持力层为粘性土，土的天然重度为18kN/m3，地基承载力特征值fak=230kN/m2，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m（根据地区而定）。

⑵给定参数

柱截面尺寸为350mm×500mm，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。

⑶材料选用

混凝土：

采用C20（可以调整）（ft=1.1N/mm2）

钢筋：

采用HPB235（可以调整）（fy=210N/mm2）

（三）设计内容

⑴确定基础埋置深度

⑵确定地基承载力特征值

⑶确定基础的底面尺寸

⑷确定基础的高度

⑸基础底板配筋计算

⑹绘制施工图（平面图、详图）

（四）设计要求

⑴计算书要求书写工整、数字准确、图文并茂。

⑵制图要求所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸

上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。

⑶设计时间三天。

二、柱下钢筋混凝土独立基础课程设计指导书

（一）确定基础埋置深度d同前所述

（二）确定地基承载特征值fa同前所述

（三）确定基础的底面面积

A≥

式中各符号意义同前所述

（四）持力层强度验算

≤1.2fa

≤fa

式中pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）；

pkmax——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值（kPa）；

pkmin——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值（kPa）；

Fk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值kN）；

Gk——基础自重和基础上的土重（kN）；

A——基础底面面积（m2）；

e0——偏心距（m）；

fa——修正后的地基承载力特征值（kPa）；

l——矩形基础的长度（m）。

（五）确定基础的高度

Fl≤0.7

式中Fl——相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值（kN）；

βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取

1.0；当大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用；

ft——混凝土轴心抗拉强度设计值（kPa）；

am——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度（m）；

h0——基础冲切破坏锥体的有效高度（m）。

（六）底板配筋计算

；

；

式中AsI、AsII——分别为平行于l、b方向的受力钢筋面积（m2）；

MI、MII——分别为任意截面I-I、II-II处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值（kN·m）；

l、b——分别为基础底面的长边和短边（m）；

fy——钢筋抗拉强度设计值（N/mm2）；

pjmax、pjmin——相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地

基净反力设计值（kPa）；

pjI、pjII——任意截面I-I、II-II处相应于荷载效应基本组合时的基础底面地基净反力设计值（kPa）；

az、bz——分别为平行于基础长边和短边的柱边长（m）；

（七）绘制施工图（2号图纸一张）

合理确定绘图比例（平面图1：

100、详图1：

20~1：

30）、图幅布置；符合《建筑制图标准》。

三、参考文献

1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）.北京：

中国建筑工业出版社，2002

2.孙维东主编.土力学与地基基础.北京：

机械工业出版社，2003

3.中华人民共和国国家标准.砌体结构设计规范（GB50003-2001）.北京：

中国建筑工业出版社，2002

4.沈克仁主编.地基与基础.中国建筑工业出版社，1993

四、设计实例

1.设计题目某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来的轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。

柱永久荷载效应起控制作用，柱截面尺寸为350mm×500mm，试设计该基础。

图4-7柱网布置图

2.工程地质情况

该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：

持力层为粘性土（ηb=0、ηd=1.0），土的天然重度为18kN/m3，fak=230kN/m2，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m（根据地区而定）。

3.基础设计

⑴确定基础的埋置深度d

d=Z0+200=（1000+200）mm=1200mm

根据GB50007-2002规定，将该独立基础设计成阶梯形，取基础高度为650mm，基础分二级，室内外高差300mm，如图4-8所示。

图4-8基础高度和底板配筋示意

⑵确定地基承载特征值fa

假设b＜3m,因d=1.2m＞0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正,

⑶确定基础的底面面积

A≥

考虑偏心荷载影响，基础底面积初步扩大12%，于是

取矩形基础长短边之比l/b=1.5，即l=1.5b

取b=1.6m则l=1.5b=2.4m

A=l×b=2.4×1.6m=3.84m2

⑷持力层强度验算

作用在基底形心的竖向力值、力矩值分别为

＜

符合要求。

＜1.2fa=1.2×242.6kN/m2=291.12kN/m2

＜fa=242.6kN/m2

故持力层强度满足要求。

⑸基础高度验算

现选用混凝土强度等级C20，HPB235钢筋，查得混凝土ft=1.1N/mm2=1100kN/m2，钢筋fy=210N/mm2。

地基净反力

由图4-8可知，h=650mm，h0=610mm；下阶h1=350mm，h01=310mm；az1=1200mm，bz1=800mm。

1）柱边截面

bz+2h0=（0.35+2×0.61）m=1.57m＜b=1.6m

＞F1=171.2kN

符合要求。

2）变阶处截面

bz1+2h01=（0.8+2×0.31）m=1.42m＜b=1.6m

＞F1=143.53kN

符合要求。

⑹基础底板配筋计算

1）计算基础的长边方向，I-I截面

柱边地基净反力

III-III截面：

比较AsI和ASIII，应按AsI配筋，在平行于l方向1.6m宽度范围内配12φ12@140（As=1356mm2>1319.28mm2）。

2）计算基础的短边方向，II-II截面

Ⅳ-Ⅳ截面

比较AsII和ASIV，应按AsII配筋，但面积仍较小，故在平行于b方向2.4m宽度范围内按构造配12φ10@200（As=942mm2>715.5mm2）。

（7）绘制施工图如图4-9所示。

图4-9独立基础平面图、剖面图