桩基础课程设计 - 图文

桩基础课程设计

一、工程概况

1.1 地形：

拟建建筑场地地势乎坦，局部堆有建筑垃圾。地下水类型为潜水，水位位于地表下3m。地下水对结构无腐蚀作用。场地所处位置抗震设防烈度为7度。场地内无液化砂土、粉土。

1.2 工程地质资料

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＝80kPa． 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＝120 kPa。 ④号土层：粉质黏土，层厚4.2m，湿，可塑，承载力特征值fak＝185 kPa。

⑤号土层：粉砂层，钻孔末穿透，中密一密实．承载力特征值fak＝280 kPa。

1.3上部结构资料

某写字楼为钢筋混凝土框架结构，楼高如干层，基础尺寸如图1，采用桩基础。底层平面见示意图。框架柱截面尺寸为500×500，各柱荷载值如下：

1

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二、桩基础设计 2.1 设计荷载

（1）题号：65号

（2）柱底荷载效应标准组合值如下： 轴号 A B C 2167 2167 2167 ①、⑥ F（kN） M(kN.m) 83 83 83 V(kN) 100 100 100 2583 2583 2583 ②、⑤ F（kN） M(kN.m) 100 100 100 V(kN) 125 125 125 3000 3000 3000 ③、④ F（kN） M(kN.m) V(kN) 117 117 117 150 150 150 （3）柱底荷载效应基本组合值如下： 轴号 A B C 2600 2600 2600 ①、⑥ F（kN） M(kN.m) 100 100 100 V(kN) 120 120 120 3100 3100 3100 ②、⑤ F（kN） M(kN.m) 120 120 120 V(kN) 150 150 150 3600 3600 3600 ③、④ F（kN） M(kN.m) 140 140 140 V(kN) 180 180 180 注：仅设计A(B、C)-③（④）轴柱下桩基础作完整过程，其他柱下基础用Excel表格统计计算。

2.2 地层条件及其参数

地层条件及其参数详见桩基础课程设计任务书

2.3 预制桩基设计

根据表中数据，该建筑物桩基属于丙级建筑桩基，拟采用直径为400mm的混凝土预制圆状。 依据地基土的分布，第⑤层是粉砂层，承载力特征值大，作为桩端持力层。桩端全断面进入持力层1.0m（>2d），设计桩长为14m。初步设计承台高位1m，承台地面埋置深度为-1.80m，桩顶伸入承台50mm。

2.4单桩承载力计算

根据以上数据，桩顶标高为-1.8m，桩底标高为-15.8m，桩长为14m。 1.按经验参数法确定单桩竖向承载力极限承载力标准值：

Quk?Qsk?Qpk?u?qskili??PskAP

=0.4?*（3.0*29+6.6*45+4.2*65+0.2*75）+0.2*0.2*?*2400

=844+301=1145kN 基桩竖向承载力特征值

承台底部地基土为较松散的填土，压缩性大，因此本工程不考虑承台土效应，即取有

R?Ra?Quk1145??573kN K2?c?0，则

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最大轴力组合的荷载：F＝2294kN,M=78kN?m，Q＝47kN

初步估算桩数,由于柱子是偏心受压，故考虑一定的系数，规范中建议取1.1~1.2， 现在取1.1的系数，即：

F3000n??1.1??1.1?5.7?根?R2573 取n＝6根，即设计桩数为6根。

2.5 桩基础竖向承载力的验算

根据《建筑桩基础技术规范》（JGJ94-2008），当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取

其效应的标准组合值。由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化沙土、粉土问题，因此可以不进行地震效应的竖向承载力验算。

根据桩数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台（见图右），取承台边长为2.2m*3.3m，矩形布桩，桩中心距取3.5d，则s=3.5*400=1400mm。桩心距承台边缘为400mm承台及其上填土的总重为

Gk?2.2?3.6?1.8?20?232.3kN

计算时取荷载的标准组合，则

?Gk3000?232.3Nk?Fk??538.7kN?R(?573kN)n6

Nmax?Nk?

=538.7+（117+150×1.0）×1.4÷（4×1.4×1.4）+117×0.7÷（6×0.7×0.7）=614.2kN

?My??Mx（x）?(y)?

max2imax2imaxNmin?Nk

=538.7-（117+150×1.0）×1.4÷（4×1.4×1.4）-117×0.7÷（6×0.7×0.7） =463.2kN 因此

Nmax?614.2kN?1.2R(?1.2?573?687.6kN) Nmin?463.2kN?0

满足设计要求，故初步设计是合理的。

MyMx????(y)??(x)2imax2i2.6承台设计

由上述得承台尺寸为2.2m×3.6m，预估承台厚1.0m。承台混凝土选用C25，ft=1.27N/mm2，

fc=11.9N/mm2，承台钢筋选用HRB335级钢筋，fy=300N/mm2。

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1、承台内力计算

承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合设计值，则基桩净反力设计值为

N'max?Nk?

=3600÷6+（140+180×1.0）×1.4÷（4×1.4×1.4）+140×0.7÷（6×0.7×0.7）=690.5kN；

?My??Mx（x）?(y)?

max2imax2imax2imax2iN'min?Nk =3600÷6-（140+180×1.0）×1.4÷（4×1.4×1.4）-140×0.7÷（6×0.7×0.7）=509.5kN；

MyMx????(y)??(x) N'?

F3600??600.0kN n6 2、承台厚度及受冲切承载力验算

初步设计承台厚度为1.0m。保护层厚度至少为50mm，则h0=1000-60=940mm。分别验算对柱边冲切和角桩冲切来确定承台厚度的合理性

（1） 柱对承台的冲切

承台受桩冲切的承载力应满足：

Fl?2[?ox(bc?aoy)??oy(hc?aox)]?hpftho

由于Fl?F??Ni=3600-0=3600kN，则冲垮比 为： ?ox?aox0.25??0.34 ho0.74 ?oy?aoyho?0.95?1.28?1.0,取?oy=1.0。 0.74 冲切系数为 ?ox=

0.840.84=1.56 ?oy==0.7

?ox?0.2?oy?0.2 则

2[?ox(bc?aoy)??oy(hc?aox)]?hpftho

=2[1.56×（0.5+0.95）+0.7×（0.5+0.25）]×1×1270×0.94 =6654.2kN＞Fl?F??Ni=3600kN

故厚度为1.0m承台能够满足柱对承台的冲切要求。

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(2) 角桩对承台的冲切

承台受角桩冲切的承载力应满足：

N?[?1x(c2?'a1y2)??1y(c1?a1x)]?hpftho 2' 由于Nl?Nmax?690.5kN ，从角桩内边缘至承台外边缘距离为

C1=C2=0.6m

a1x=0.25m a1y=0.94m ?1x=

a1y0.94a1x0.25??0.27 ?1y=??1.0 h。0.94h。0.94 ?1x=

0.560.56=1.19 ?1y==0.47

?1x?0.2?1y?0.2a1y2)??1y(c1?a1x)]?hpftho 2 则[?1x(c2? =[1.19×（0.6+0.94÷2）+0.47×（0.6+0.25÷2）]×1×1270×0.94

' =11926.9kN＞Nmax=690.5kN

故厚度为1.0m的承台满足角桩的冲切要求。

（3）斜截面抗剪验算

①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1-1短截面，有： ?oy?aoyho?0.95?1.01（介于0.25到3之间） 0.94 剪切系数为 ??1.751.75??0.87 ?oy?11.01?1 受剪切承载力高度影响系数计算：由于ho=940mm，取?hs=1-140÷1200×0.1=0.99 1-1截面剪力为

‘ V?Nmax+566.6=690.5+566.6=1257.1kN

则

?hs?ftb0h0=0.99×0.87×1270×2.2×0.94=2262kN＞V 故满足抗剪切要求。

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?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2-2长截面，有： ?oy?aoyho?0.25?0.27（介于0.25到3之间） 0.94 剪切系数为 ??1.751.75??1.38 ?oy?10.27?1 受剪切承载力高度影响系数计算：由于ho=940mm，取?hs=1-140÷1200×0.1=0.99 2-2截面剪力为

‘ V?Nmax+566.7+509.5=690.5+548.8+509.5=1748.8kN

则

?hs?ftb0h0=0.99×1.38×1270×3.6×0.94=5871kN＞V 故满足抗剪切要求。

（4）受弯计算

承台计算截面弯矩如下。

?对于1-1截面，取基桩净反力取690.5kN与566.6kN之和进行计算，则 yi=1400-250=1150mm=1.15m

Mx=?Niyi=（690.5+566.6）×1.15=1445.7kN·m AS1?Mx?1455.7×106÷（0.9×300×940)=5735.6mm2

0.9fyho 因此，承台长边方向选用?22@150，则钢筋根数为 n?2200150?1?16

取16?22@150，实配钢筋 As?6082mm2，满足要求。

?对于2-2截面，取基桩净反力取690.5kN、548.8kN、509.5kN之和进行计算，则 xi=700-250=450mm=0.45m

My=?Nixi=（690.5+548.8+509.5）×0.45=786.96kN·m AS2?My0.9fyho?786.96×106÷（0.9×300×940)=3100.7mm2

因此，承台长边方向选用?16@240，则钢筋根数为

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?1?16 n=n?36002002 取16?16@240，实配钢筋As?3217.6mm，满足要求。

（5）承台构造设计

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，与承台顶平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高500 mm，梁内主筋上下共4?12通长配筋，箍筋采用

?8@200。承台底做100mm厚C10素混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。

2.7桩身结构设计计算 预制桩的桩身混凝土强度等级选用为C30，钢筋采用HRB335级，则fc?14.3N/mm2；

fy?300N/mm2

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定： Nmax???cfcA

140?180?1）?1.4140?0.7F?GMyyiMxxi3600?1.2?232.3（???736.9kN ????222264?1.46?0.7n?yi?xiNmax 计算桩身轴心抗压强度时，一般不考虑区压影响，故取稳定系数??1；对于预制桩，基桩施工工艺系数为 ?c?0.85;C30级混凝土，fc?14.3N/mm2，则

??cfcA?1?0.85?14.3?106???0.22?1526 kN?Nmax（?736.9kN）2.8吊装验算

由于桩的长度不大，桩身吊装时采用二点起吊，吊点位置如图所示，

起吊点距桩两端距离为

a?0.207l?0.207?14?2.90m 则起吊时，桩身最大弯矩为 M1?0.0214kql2

（??0.22?25）?142?17.12kN ?0.0214?1.3?桩身配筋验算：混凝土采用C30级，钢筋采用HRB335级，则fc?14.3N/mm2；fy?300N/mm2,

ho?400?40?360mm由于r=200mm，，

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??fyAsfcA?300?153.7?8?0.205

14.3???2002 查附录D得m=0.166。

Mu?fcArm?14.3?1.256?105?200?0.166?59.62kN 所以

Mu?M1 故桩身配筋满足吊装要求。

2.9桩基础水平承载力验算

当桩的水平承载力由水平位移控制，且缺少单桩水平静荷试验资料时，可按下式估算预制桩的单桩水平承载力特征值：

Rha?0.75?3EIvx?oa

对钢筋混凝土桩

EI?0.85EcIo

对圆形截面：

Io?Wod/2?

?d264[d?2(?E?1)?gd]?22o?0.4264[0.42?2(6.67?1)?0.98%?0.342]?1.36?10?3m4

即EI?0.85EcIo?0.85?3?107(kN/m2)?1.36?10?3(m4)?3.47?104kN?m2

3mb4.5?10?0.99o5 ??5??0.66 4EI3.47?10则

Rha?0.75?3EIvx?oa0.663?3.47?104?0.75??0.01?30.7kN

2.441V150??25kN， n6又因为Rha?30.7kN?Hik?所以满足要求。

2.10桩基础沉降验算 采用长期效应组合的荷载标准值进行桩基础的沉降计算。由于桩基础的桩中心距小于6d，所以可以采用分

层总和法计算最终沉降量。

竖向荷载标准值F?3600kN

基础及其回填土的总重G??GAd?20?2.2?3.6?1.8?285.1kN

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基底处压力p?F?G3600?285.1??490.5kPa A2.2?3.6 基底自重压力?c?1.5?17.5?0.3?18.4kPa?31.8kN 基底处的附加应力po?p??c?490.5?31.8?458.7kPa

桩端平面下的土的自重应力?c和附加应力?z（?z?4?p0）计算如下： ①．在z=0时：

?c???ihi?17.5?1.5?18.4?1.5?（18.4?10）?1.8?（17.8?10）?6.6?（19.1?10）?4.2?（19.5?10）?1.2 ?170.1kN l

b?1.8?1.6,2z?0,??0.25,?z?4?p0?4?0.25?458.7?458.7kPa

1.1b②．在z?2m时： ?c? l??hii?170.1?2?9.5?189.1kPa

b?1.6,2z?4?1.8,??0.124,?z?4?p0?4?0.124?458.7?227.5kPa

b2.2 ③．在z?2.8m时：

?c???ihi?170.1?2.8?9.5?196.7kPa

l?1.6,2z?5.6?2.5,??0.0835,?z?4?p0?4?0.0835?458.7?153.2kPa

bb2.2④．在z?5.9m时

?c???ihi?170.1?5.9?9.5?226.2kPa

l?1.6,2z?11.8?5.4，??0.025,?z?4?p?4?0.025?458.7?45.9kPa bb2.2将以上计算资料整理如下表格

?c,?z的计算结果

Z(m) 0 2 2.8 5.9 在z=6.0m处，

?c(kPa) 170.1 189.1 196.7 220.5 l b1.6 1.6 1.6 1.6 2z b0 1.8 2.5 5.4 ? 0.25 0.124 0.0835 0.025 ?z(kPa) 458.7 227.5 153.2 45.9 ?z44.0?0.193?0.2，所以本基础取Zn?5.9m计算沉降量。 ?c?227.1计算如下表格

计算沉降量

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Z(mm) l b1.6 1.6 1.6 1.6 2z b0 1.8 2.5 5.4 ?i 0.25 0.1994 0.1722 0.1039 ?izi(mm)?izi??i?1zz?1 Esi(kPa) 0 398.8 482.2 613.0 398.8 83.4 130.8 16800 16800 16800 p0? Ei(?izi??i?1zi?1)?Si?4 43.6 9.1 14.3 0 2000 2800 5900 ' S?43.6?9.1?14.3?67mm

桩基础持力层性能良好，去沉降经验系数??1.0。

?35，承台的长宽比短边方向桩数nb?2，等效距径比Sa?A?2.2?3.6?3.0，长径比l?14d0.4dnd6?0.4LcBc?3.62.2?1.6，，查表：C0?0.077,C1?1.535,C2?8.761

?e?C0?nb2?1?0.077??0.174

C1(nb?1)?C21.535(2?1)?8.761所以，四桩桩基础最终沉降量

S???eS'=1.0?0.174?67?11.7mm?0.002lo?0.002?14000?28mm 满足要求

三、估算A(B或C)—①（⑥）、②（⑤）下的桩数

（1）桩数估算

设计A(B或C)—①（⑥）、②（⑤）下的桩数和设计A(B、C)-③（④）轴柱下桩基数的方法相同，单桩极限承载力标准值为1145kN,桩基竖向承载力特征值为573kN。

A(B或C)—①（⑥）柱下荷载标准组合值为Fk?2167 kN、Mk?83kN、Vk?100kN。根据荷载初步估算柱下桩数，即 n?Fk2167??1.1?4.2， R573则A(B或C)—①（⑥）轴柱下桩数为5根。

A(B或C)—②（⑤）轴柱下荷载标准值为Fk?2583 kN、Mk?100kN、Vk?125kN。根据荷载初步估算柱下桩数，即 n?Fk2583??1.1?4.9， R573则A(B或C)—②（⑤）轴柱下桩数为5根。

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（2）承台平面尺寸确定 根据估算的桩数和承台构造要求，设计轴A(B或C)—①（⑥）承台平面尺寸和设计轴A(B或C)—②（⑤）承台尺寸为2.8m?2.8m，（如下图）。桩中心矩取1.4m，桩心与承台边缘距离0.4m。

（3）用Excel表格处理数据 1.桩基验算 G F kkMk Vk 100 125 maxNk Nmax 556.3 644.4 Nmin 423.3 481.9 A(B、C)-①282.24 2167 83 （⑥）承台 A(B、C)-②283.24 2583 100 （⑤）承台 小结： 2.承台内力计算 A(B、C)-①（⑥）承台 A(B、C)-②（⑤）承台

489.8 563.1 Nk=563.1<573kN,N=644.4<1.2R=687.6kN.符合要求 F 2600 3100 M 100 120 V 120 150 N 520 620 N'max 600 717.5 N'min 440 522.5 11

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（1）柱对承台的冲切验算 aox aoy ho ?ox ?oy ?ox ?oy 受柱冲切承载力 4647 4647 A(B、C)-①0.5（⑥）承台 5 A(B、C)-②0.5（⑤）承台 5 小结： 0.55 0.94 0.59 0.59 0.55 0.94 0.59 0.59 1.07 1.07 1.07 1.07 4647kN?Fl?3100kN(2600kN)， 满足要求 （2）角桩对承台的冲切 a1x a1y ho ?1x ?1y ?1x ?1y 受角桩冲切的承载力 A(B、C)-①0.8 0.8 0.94 0.85 0.85 （⑥）承台 A(B、C)-②0.8 0.8 0.94 0.85 0.85 （⑤）承台 小结：1272.1kN?717.5kN(600kN),满足要求。

（3）承台受剪承载力计算 0.53 0.53 0.53 1272.1 0.53 1272.1 ? ?hs bo ho 0.94 0.94 ?hs?ftboho 3676.9 3677.9 II-III-I截截面剪面剪力 力 1145.0 1175.0 1367.5 1405.0 A(B、C)-①1.1 0.99 2.8 （⑥）承台 A(B、C)-②1.1 0.99 2.8 （⑤）承台 小结：

3676.9kN?1145kN(1175kN);3377.9kN?1367.5kN(1405kN)； 满足要求。 12

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（4）承台受弯承载力计算 Mx Mx AS1?0.9fyho3472 选用钢筋 15 18@200； As=3810mm2 17 18@180；My AS2?My0.9fyho 选用钢筋 15 18@200； A(B、C)-①881.2 （⑥）承台 A(B、C)-②1053.8 （⑤）承台 3.桩身结构设计计算 A(B、C)-①（⑥）承台 A(B、C)-②（⑤）承台 小结 858.7 3383 As=3810mm2 17 18@180；4152 1025.As=4326mm2 6 4041 As=4326mm2 fc A 0.1256 ??cfcA Nmax F?GMyyiMxxi???2ny?i?xi214.3 1526 655.8 14.3 0.1256 1526 873.3 1526kN?655.8kN;1526kN?878.3kN,满足要求。 13

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9ek8.html