6.土力学与地基基础课程设计 柱下钢筋混凝土独立基础设计 参考资

《土力学与地基基础》课程设计

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18 kN/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=210 N/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

fa?fak??b?(b?3)??d?m(d?0.5) （三）确定基础的底面面积

A≥

Fkfa???h

式中各符号意义同前所述

（四）持力层强度验算

pkmin?kmax6e0?Fk?Gk??1??Al??≤1.2fa

pk?pkmax?pkmin2≤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?hpftamh0 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

As??M?0.9h0fyM?? ； MI? ； MII?148148?l?az?2?2b?bz??pjmax?pjI? pj As???0.9h0fy?b?bz?2?2l?az??pjmax?min?

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（GB 50007-2002）. 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18 kN/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=1200 mm

根据GB50007-2002规定，将该独立基础设计成阶梯形，取基础高度为650 mm，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,

22fa?fak??d?m(d?0.5)??230?1.0?18??1.2?0.5??kN/m?242.6kN/m

⑶确定基础的底面面积 h? A≥

1.2?1.52m?1.35m

680m2Fk?Pkfa???h?242.6?18?1.35?3.11m

2考虑偏心荷载影响，基础底面积初步扩大12%，于是 A??1.2A?1.2?3.11m2?3.73m2 取矩形基础长短边之比l/b=1.5，即l=1.5b b?A1.5?3.731.5?1.58m

取b=1.6 m则l=1.5b=2.4 m

A= l×b=2.4×1.6 m=3.84 m2

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

FK?GK?680kN??Ah?(680?20?3.84?1.35)kN?783.68kNMk?M?Vh?(80?10?0.65)kN?m?86.5kN?m

e0?MkFk?Gk?86.5783.68m?0.11m＜

l6?2.4m6?0.4m

符合要求。

pkmaxkmin26e0?783.68?Fk?Gk?6?0.11?2260.21kN/m ??1????1??kN/m?2Al3.842.4????147.96kN/m ＜1.2fa=1.2×242.6kN/m2=291.12kN/m2

pk?pkmax?pkmin2?260.21?147.962kN/m2?204.09kN/m

2 ＜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=1100 kN/m2，钢筋fy=210 N/mm2。 地基净反力

pjmax?pmax?GA?1.35pkmax?1.35GKA3.841.35GKA3.84)kN/m2?(1.35?260.21??314.83kN/mpjmin?pmin?GA21.35?20?3.84?1.35)kN/m2

?1.35pkmin??(1.35?147.96??163.3kN/m21.35?20?3.84?1.35

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+2 h0=(0.35+2×0.61)m=1.57m＜b=1.6m

a?l??bb?A1???z?h0?b???z?h0?22?2??2?2

2??2.40.5??1.60.35??2?????0.61??1.6????0.61??m2222????????

?0.5438mA2??bz?h0?h02

??0.35?0.61??0.61m22

?0.5856m F1?A1pjmax?0.5438?314.83kN?171.2kN

0.7?hpftA2?0.7?1.0?1100?0.5856kN?450.91kN＞F1=171.2kN

符合要求。

2) 变阶处截面

bz1+2 h01=(0.8+2×0.31)m=1.42m＜b=1.6m

a?l??bb?A1???z1?h01?b???z1?h01?22?2??2?22??2.41.2??1.60.8??2?????0.31??1.6????0.31??m2222????????

?0.4559mA2??bz1?h01?h012??0.8?0.31??0.31m22

?0.3441m F1?A1pjmax?0.4559?314.83kN?143.53kN

0.7?hpftA2?0.7?1.0?1100?0.3441kN?264.96kN＞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

pjI?pjm?inl?az2l?pjmax?pjmin?

2.4?0.5???314.83?163.3??kN/m2 ??163.3?2?2.4???254.85kN/m1?l?az?2?2b?bz??pjmax?pjI??48?1482MI ?2.4?0.5?2?2?1.6?0.35??314.83152.1?106?254.85?kN?m

?152.1kN?m AsI?III-III截面：

MI0.9fyh0?0.9?210?610mm2?1319.28mm

2pjIII?pjmin?l?az12l?pjmax?pjmin?2.4?1.2???314.83?163.3??kN/m2 ??163.3?2?2.4???276.95kN/m1?l?az1?2?2b?bz1?48?1482MIII??pjmax?pjIII??m

?2.4?1.2?2?2?1.6?0.8??314.83?276.95?kN71.01?106?71.01kN?m AsIII?MIII0.9fyh0?0.9?210?310mm2?1211.98mm

2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

MII??148148?b?bz?2?2l?az??pjmax?pjmin??m ?1.6?0.35?2?2?2.4?0.5??314.83?163.3?kN82.49?106

?82.49kN?m AsII?Ⅳ-Ⅳ截面

MIVMII0.9fyh0148148?0.9?210?610mm2?715.5mm2

???b?bz1?2?2l?az1??pjmax?pjmin??m ?1.6?0.8?2?2?2.4?1.2??314.83?163.3?kN38.25?106

?38.25kN?m AsIV?MsIV0.9fyh0?0.9?210?310mm2?652.84mm

2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

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