基础工程课程设计.docx

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基础工程课程设计

广东工业大学课程设计任务书

题目名称

基础工程课程设计

系部名称

城建学部

专业班级

土木工程班

姓名

学号

预制桩组：

题号7，设计（A）轴柱下桩基础。

一、课程设计的目的

基础工程课程设计是土木工程专业教育的一个重要教学环节，是全面检验和巩固基础工程课程学习效果的一个有效方式。

通过本次课程设计使学生能够运用已学过基础工程设计理论和方法进行一般形式的基础的设计，进一步理解基础工程设计的基本原理。

设置课程设计的目的是加强学生对本课程及相关课程知识的理解，培养学生综合分析问题的能力和运用基础理论知识解决实际工程问题的能力，为毕业设计打下坚实的基础，也有助于学生毕业后能尽早进入“工程角色”。

多年来的教学实践反映了课程设计这一教学环节对学生能力的培养起到了一定的作用。

二、课程设计的内容

题目框架结构桩基础设计

一、设计资料

1.地形

拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。

2.工程地质条件

自上而下土层依次如下：

①号土层：

素填土，层厚1.5m，稍湿，松散，承载力特征值fak=95KPa。

②号土层：

淤泥质土，层厚3.3m，流塑，承载力特征值fak=65KPa。

③号土层：

粉砂，层厚6.6m，稍密，承载力特征值fak=110KPa。

④号土层：

粉质黏土，层厚4.2m，湿，可塑，承载力特征值fak=165KPa。

⑤号土层：

粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值fak=280KPa。

3.岩土设计技术参数

岩土设计技术参数如表1和表2所示。

4.水文地质条件

①拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。

②地下水位深度：

位于地表下3.5m。

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。

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，室内外高差450mm。

柱截面尺寸均为400X400，横向承重，柱网布置如图1所示。

7.上部结构作用

上部结构作用在柱底的荷载效应标准组合值如表3所示，该表中弯矩MK,水平力VK均为横向方向。

上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值如表4所示，该表中弯矩M，水平力V均为横向方向。

8.材料

混凝土强度等级为C25-C30，钢筋采用HPB235,和HRB335级。

三、设计要求

每人根据所在组号和题号，完成指定桩型和指定轴线的桩基础设计。

对于另外两根轴线的基础，只要求根据所给荷载确定承台尺寸和桩数，以便画出桩基平面布置图。

要求分析过程详细，计算步骤完整，设计说明书的编写应具有条理性，图纸整洁清晰。

四、设计内容

（1）设计桩基础，包括选定桩长和截面尺寸，确定单桩承载力特征值，确定桩数并进行桩的布置，进行桩身和承台的计算并满足构造设计要求，编写设计计算书。

（2）绘制桩基础施工图，包括桩基平面布置图，桩和承台大样图，并提出必要的技术说明。

五、设计成果

1.设计计算书

设计计算书包括以下内容：

（1）确定桩的选型，确定单桩竖向承载力。

（2）估算桩的根数，布桩，确定承台尺寸。

（3）桩基础验算。

（4）桩承台设计，包括抗冲切，抗剪和抗弯的强度计算。

（5）桩身设计，对预制桩，进行吊装验算并满足构造配筋要求；

对灌注桩，一般按构造配筋。

2.设计图纸

设计图纸包括以下内容：

（1）桩基平面布置图。

（2）承台大样图。

（3）桩身大样图。

（4）设计说明。

三、预制桩基设计

建筑物基础设计方案采用混凝土预制桩，具体设计方案如下：

室外地坪标高为450mm,自然地面标高同室外地坪标高。

该建筑桩基属丙级建筑基桩，拟采用截面为400m*400m的混凝土预制方桩，以④号土层粉质粘土为持力层，桩尖深入1.2m，设计桩长12.0m，初步设计承台高1.0m，承台底面埋置深度-1.60m，桩顶伸入承台50mm。

1.单桩承载力计算

根据以上设计，桩顶标高为-1.6m，装底标高为-13.6m，桩长12m。

1.单桩竖向极限承载力标准值

单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：

Quk=Qsk+Qpk=up∑qsikli+Apqpk

由于

Qsk=4×0.4×（0.4×22+3.3×28+6.6×45+1.75×60）=805.12kN

Qpk=0.4×0.4×900=144kN

则

Quk=805.12+144=949.12kN

2.桩基竖向承载力特征值

承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑成太土效应取

ηc=0，则有

R=Ra=

=

=474.56kN

根据上部荷载初步估计粧数为

n=

=

=5.4164

则设计粧数为6根。

3.桩基竖向承载力验算

根据《建筑桩基技术规范》，当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应标准组合值。

由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土，因此不进行地震效应的承载力验算。

根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台，取承台变长为2.50m×2.5m，矩形布桩，桩中心距取3.0d，则s=2.5×400=1000mm，取s=900mm，桩心距承台边缘为300mm。

承台及其上土壤的总重为

Gk=2.5×2.5×1.6×20=200kN

计算时取荷载的标准组合，则

Nk=

=

=461.33﹤R（=474.56）

Nkmax=Nk+

=461.33+88.75=550.08

Nkmin=Nk-

=461.33-88.75=372.58

因此

Nkmax=550.08＜1.2R（=1.2*474.56=569.472）

Nkmin=372.58＞0

满足设计要求,故初步设计是合理的

4.承台设计

根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.5×2.5m，预估承台厚1.0m，承台选用选用C25，ƒt=1.27N/mm2，ƒc=11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，ƒy=300N/mm2.

1.承台内力计算

承台你内力计算采用荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为

Nmax=

+

=

+

=538.33+107.29=645.62kNNmin=

-

=

-

=538.33-107.29=431.04kN

N=

=

=538.33kN

5.承台厚度及受冲切承载力验算

为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度，初步设计厚度0.8m，承台底保护层厚度60mm，则h0=800-60=740mm。

分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。

6.柱对承台冲切

承台受桩冲切的承载力应满足下式：

Fl≤2{β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）}βhpƒth0

由于Ft=F-

3230-0=3230kN，则冲垮比为

λox=

=

=0.372

λoy=

=

=1.25>1.0

取λoy=1.0

冲切系数为

Β0x=

=

=1.47

Β0y=

=

=0.7

2{β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）}βhpƒth0

=2×{1.47×（0.4+0.925）+0.7×（0.4+0.275）}×1×1270×0.74

=4549kN＞Fl（=2180kN）

故厚度为0.8m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。

7.角桩冲切验算

承台受角桩的承载力应满足下式：

N1≤{β1x（c2+

）+β1y（c1+

）}βhpƒth0

由于Nl=Nmax427.75kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为

c1=c2=0.525m

a1x=0.275m

a1y=0.74m

λ1x=

=

=0.37

λ1y=

=

=1.0

β1x=

=

=0.98

β1x=

=

=0.47

{β1x（c2+

）+β1y（c1+

）}βhpƒth0

=1116.9kN＞N/max（=427.75kN）

故厚度为0.8m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。

8.承台受剪承载力验算

承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于I-I截面

λoy=

=

=1.25（介于0.25-3之间）

剪切系数为

β=

=

=0.78

受剪切承载力高度影响系数计算：

β=（800/h0），β=800/7401.081故取βha=1

I-I截面剪力为

V=2N/max=2×645.62=1291.24KN

Βhsαƒtb0h0=1×0.78×1.27×1000×2.0×0.74

=1466kN＞V

故满足抗剪切要求。

（1）承台受弯承载力计算

承台计算截面弯矩如下。

对于I-I截面，取基桩净反力最大值N/max=645.62KN进行计算，则

yi=1300-200=1100mm=1.1m

Mx=∑Niyi=2×645.62×1.1=1420.364kN.m

Asl=

=

=5924.107mm2

因此，承台长边方向选用二级钢筋25@80，钢筋数为

n=2000/140+1=16

取，16Φ25@80实际钢筋As=6133mm2，满足要求

对于II-II截面，取基桩净反力平均值N=363.33进行计算

此时

ho=800-80=720mm

xi=650-200=450mm=0.45m

则

My=∑NiXi=3×363.33×0.45=490kN.m

Asl=

=

=2100mm2

因此，承台短边方向选用18二级直径14@200，钢筋根数为

n=3300/200+1=18，

取18二级直径14@200`，实际钢筋As=2100mm2，满足要求

9．台构造设计

混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm，两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.8m，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共四根一级钢筋直径12通长配筋，箍筋采用一级钢筋直径为8间距为200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。

10.桩身结构设计

预制桩的桩身混凝土强度等级选用C30，钢筋选用HRB335级。

根据《建筑桩基技术规范》，桩顶轴向压力应符合下列规定：

Nmax≤φψcƒcaps

Nmax=

+

=

+

=405.6+64.42

=627.29kN

计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数φ=1；对于预制桩，基桩施工工艺系数ψc=0.85；C30级混凝土，ƒc=14.3N/mm2，则

ΦψcƒcA=1×0.85×14.3×106×0.352

=1489kN＞Nmax（=627.29KN）

故桩身轴向承载力满足要求。

11.桩身构造设计

桩身按构造要求配筋，选用8根直径为14的HRB400级钢筋通长配筋；箍筋选用直径为6的HPB235级钢筋，间距200mm，距桩顶2m范围内间距50mm，距桩顶2-4m范围内间距100mm。

采用打入发沉桩，桩顶设置三层直径为6的间距为50mm的钢筋网，桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖0.6m范围内箍筋加密，间距50mm，桩身主筋混凝土保护层厚30mm。

12装验算

由于桩的长度不大，桩身吊装时采用二点起吊。

起吊点距桩两端距离为

a=0.207L=0.207×12=2.484m

则吊起时桩身最大弯矩为

Ml=0.0214×10.8×（0.42×25）×122

=9.86kN.m

桩身配筋验算；混凝土采用C30级，钢筋采用HRB335级，则ƒc=14.3N/mm2，ƒy=300N/mm2，由于b=400mm，h0=400-40=310mm，每边配3根直径为14的二级钢筋，As=461N/mm2，则

x=

=

=24.18mm

Mu=α1ƒcbx（h0-

）

=1.0×14.3×400×24.18×（360-

）

=48.12×106N.mm

=48.12kN.m

所以

Mu＞Ml

故桩身配筋满足吊装要求。

13.A轴线柱下粧数

单桩极限承载力标准值为949.12KN，基桩竖向承载力特征值为474.56KN.

轴柱下荷载标准组合值为Fk=2568KNMK=293KN.MVK=174KN

根据

轴下荷载初步估算

轴柱下根数，

n=

=

=5.411取n=6

则A轴下设计桩数为6根。

14.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