桩基础课程设计预制桩.docx
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桩基础课程设计预制桩
设计题目
本次课程设计题目:
预制桩基设计
设计荷载
(1)柱底荷载效应标准组合值如下:
④轴荷载:
Fk=1632kN
Mk=195kN?
m
V
k=86kN
③轴荷载:
Fk=1980kN
Mk=164kN?
m
V
k=93kN
①轴荷载:
Fk=1342kN
Mk=187kN?
m
V
k=96kN
2)柱底荷载效应基本组合值如下:
①轴荷载:
F=2203.2kN
M=263.3kN
?
m
V=116.1kN
GB轴何载:
F=2673kN
M=221.4kN
?
m
V=125.5kN
①轴荷载:
F=1811.7kN
M=252.5kN
?
m
V=129.6kN
设计B轴柱下桩基,A,C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。
设计资料、地层条件及其参数
某住宅楼,六层钢筋混凝土框架结构体系,建筑场地位于城郊建筑室内地面标高为±0.00,室外地面标高为-0.15m地下水位位于地表以下3.3m,柱底标高-0.7m。
地基基础设计等级:
乙级工程地质条件:
该建筑物地处二级阶地,土层分布、物理力学性质指标见下表
设计规范:
建筑地基基础设计规范(GB50007-2002);
混凝土结构设计规范(GB50010--2002);建筑桩基技术规范(JGJ94--2008)
土层
编号
土层名称
层厚
/m
丫
/kN/m3
w
/%
e
Il
c
/kPa
/°
Es
/MPa
地基承载
力特征值
fak/kPa
1
填土
0.8
18.0
33.25
2
褐黄色粉质黏土
1.8
18.0
27.8
0.81
0.48
30
25.5
6.4
3
灰色淤泥质粉质黏土
2.0
17.8
38.8
1.09
1.18
14
19.3
4.5
4
灰色淤泥质黏土
3.5
17.0
53.1
1.51
1.29
12
10.5
2.1
5
褐色粉质黏土
4.0
18.0
35.4
1.02
0.80
16
18.5
4.8
250
6
草黄色粉质黏土
>20.0
18.5
24.7
0.71
0.31
36
25.0
7.8
320
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-0.15m,自然地面标高同室外地坪标高。
该建筑桩基属乙级建筑基桩,拟采用截面为400mm*400m的混凝土预制方桩,以6号土层草黄色粉质黏土为持力层,桩尖深入1.2m,
设计桩长11.0m,初步设计承台高0.8m,承台底面埋置深度-1.50m,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-1.5m,装底标高为-12.6m,桩长11m
(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:
由于
Qk=4X0.4X(78X1.25+32X2+32X3.5+50
X4.0+78X0.25)=789kN
QPk=0.4x0.4x2800=448kN
Quk=789+448=1237kN
(2)基桩竖向承载力特征值
本工程不考虑承台土效应,取nc=0,则有
根据上部荷载初步估计粧数为
电=J980=3.20
Ra618.5
承台平面布置圈
2、桩基竖向承载力验算
根据建筑桩基技术规范(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。
本工程不进行地震效应的承载力验算。
根据桩数及承台构造要求初步设计为矩形承台,取承台边长
为2.4mX2.4m,矩形布桩,桩中心距取4d,则s=4X400=1600mm取s=1600mm桩心距承台边缘为400mm
承台及其上填土的总重为
Gk=2.4X2.4X1.5x20=172.8kN
计算时取荷载的标准组合,则
M=FL_Gk=1980172.8=538.2kN n4 Nma>=N+MymX=538.2+(93x°.8164)x0.8=538.2+74.5=612.7kNy4X08X0.8 Nmin二Nk-Mym^=538.2-74.5=463.7kN 2 y 因此 MmaX=612.7kNv1.2R(=1.2X618.5=742.2kN) Mmin=463.7kN>0 满足设计要求,故初步设计是合理的。 3、承台设计 根据以上桩基设计及构造要求,承台尺寸为2.4X2.4m,预估 承台厚0.8m,承台混凝土选用C25,? t=1.27N/mm,? c=11.9N/mm;承台钢筋选用HRB335级钢筋,? y=300N/mm (1)承台内力计算 承台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 F丄Myyi_2673(125.6X0.8221.4)X0.8 Nnax+— ny^44X0.8X0.8 =668.3+100.6=768.9kN fMy Nmin=F-匕=668.3-100.6=567.7kN nyj2 N=F=2673=668.3kN n4 (2) 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50mrp则h°=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。 3柱对承台冲切 承台受桩冲切的承载力应满足下式: FW2[Box(bc+a°y)+Boy(bc+aox)][3hp? tho 由于F=F-Ni=2673-0=2673kN,则冲垮比为 入Ox=aox=2.4=0.54 ho0.74 入oy二更=里=0.54 h00.74 冲切系数为 Box=竺4=竺4=1.135 0x0.20.540.2 0.840.84 Boy===1.135 0y0.20.540.2 2[30x(bc+aoy)+3oy(bc+aox)]3hp? th。 =2X[1.135x(0.4+0.4)+1.135x(0.4+0.4)]x1X1270X0.74=3413.4kN>Fl(=2673kN 故厚度为0.8m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。 ②角桩冲切验算 承台受角桩的承载力应满足下式: Nlw{31x(C2+^_)+31y(C1+^^)}3hp? th° 由于N=Nnax=768.9kN,从角桩内边缘至承台边缘距离为 C1=C2=0.6m a1x=0.4m a1y=0.4m 入』竝=空=0.54 h00.74 入1y=aiy二-04=0.54 h00.74 B恢二一056==0.575 lx0.20.740.2 Bix=0.56=0.56=0.5751y0.21.00.2 [B1x(C2+^_)+B1y(Cl+ai^)]Bhp? tho 22 =1259.2kN>N.ax(=768.9kN) 故厚度为0.8m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。 ③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 1-1截面 入0『=氈二卫: 4=0.54(介于0.25-3之间)ho0.74 剪切系数为 1.751.75 a===1.136 10.541 受剪切承载力高度影响系数计算: 由于h0<800mm故取Bha=1 1-1截面剪力为 V=2Nmax=2X768.9=1537.8kN 则 Bhsa? tb°h0=1X1.136x1.27x1000X2.4x0.74 =2562.3kN>V=1537.8kN 故满足抗剪切要求。 4承台受弯承载力计算 承台计算截面弯矩如下: 对于1-1 截面,取基桩净反力最大值NU=768.9kN进行计算,则 y i=800-200=600mm=0.6m M x=ENlyi=2X768.9x0.6=922.7kN? m A 6 sl=Mx=922710=4618mm 0.9fyh°0.9300740 选用15? 20@160平行y轴布置,实际钢筋A=4713mm满足要求。 对于ll-ll 截面,取基桩净反力平均值N=668.3kN进行计算,则 x i=800-200=600mm=0.6m M y二刀Nx=2x668.3x0.6=802kN? m A My8021062 s2=—==4014mm O.9fyh00.9300740 选用16q18@150平行x轴布置,实际钢筋As=4072mrp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-0.7m,与承台平齐,根据构造要求,梁宽250mm梁高400mm梁内主筋上下共4©12通长配筋,箍筋采用©8@200.承台底做100mn厚C10混凝土垫层,垫层挑出承台边缘100mm 四、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》(JGJ94-2008)第5.8.2条的规定, 桩顶轴向压力应符合下列规定: Max=「+灶 nyj2 _26731.2172.8丄(221.4125.60.8)0.8 + 440.80.8 =720.1+100.6 =820.7kN 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©=1;对于预制桩,基桩施工工艺系数pc=0.85;C30级混 凝土,? c=14.3N/mm,则 ①pc? cA=1X0.85x14.3X103x0.42 =1944.8kN>Nnax(=820.7kN) 故桩身轴向承载力满足要求。 五、桩身构造设计 桩身按构造要求配筋,选用8①14的HRB335级钢筋通长配筋;箍筋选用©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采用打入法沉桩,桩顶设置三层©6@50的钢筋网,层距为50mm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 六、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=0.207x11=2.28m 则吊起时桩身最大弯矩为 Mi=0.0214kql2 22 =0.0214x1.3x(0.4x25)x11 =13.46kN•m 桩身配筋验算;混凝土采用C30级,钢筋采用HRB335级,则? c=14.3N/mm,? y=300N/mni,由于b=400mmho=4OO-4O=36Omm每边配3o14,As=461mm,贝卩 x= M =1.0 f^=300461=24.18mm 1fcb1.014.3400 u=a1? cbx(h0-—) 2 x14.3x400x24.18x(360-2418) 2 6 =48.12x10N.mm=48.12kN.m 所以 u>Ml 故桩身配筋满足吊装要求。 七、估算GA、㊉轴线柱下桩数 1、桩数估算 设计@、㊉轴线下的桩基础的方法和Ob轴线下相同。 单桩极限 承载力标准值为1237kN,基桩竖向承载力特征值为618.5kN。 O轴柱下荷载标准组合值为Fk=1632kNMk=195kN? mVk=86kN 根据O轴荷载初步估算O轴柱下桩数, n=5^=2632=2.64取n=4 R618.5 则O轴下设计桩数为4根。 O轴柱下荷载标准组合值为F=1811.7kNM=252.5kN? m V=129.6kN 根据O轴下荷载初步估算OC轴柱下桩数, n二fl=1342=2.17取n=4 R618.5 则O轴下设计桩数为4根。 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O、O轴线承台与◎轴线承台相同,承台边长为2.4m,桩中心距取1600mm桩心与承台边缘距离400mm O、O轴承台布置同O轴 八、桩基沉降验算对GB轴验算 1、计算Po G=YoAd=20X2.4x2.4x1.5=172.8kN P=F-G=1980172.8=374kPa(Tc=18x1.5=27kPa A2.4X2.4 Po=P-(Tc=374-27=347kPa 2、计算QB轴承台中心下附加应力。 z,确定沉降计算深度,如下 表: B轴承台中心 占 八、、 l/b z(m) z/b acl (Tz=4acIPo 0 1 0 0 0.25 347 1 1 1.2 1 0.175 242.9 2 1 2.4 2 0.084 116.592 3 1 3.6 3 0.045 62.46 4 1 4.8 4 0.027 37.476 5 1 6 5 0.018 24.984 6 1 7.2 6 0.013 18.044 7 1 8.4 7 0.009 12.492 8 1 9.6 8 0.007 9.716 考虑相邻承台的影响,计算如下表: B轴相邻影响 占 八、、 l/b z(m) z/b ac (Tz=4(ac1-ac2)Po 0 6 4 0 0 0.25 0.25 0 1 6 4 1.2 1 0.204 0.204 0 2 6 4 2.4 2 0.137 0.135 2.776 3 6 4 3.6 3 0.097 0.093 5.552 4 6 4 4.8 4 0.073 0.067 8.328 5 6 4 6 5 0.057 0.05 9.716 6 6 4 7.2 6 0.046 0.039 9.716 7 6 4 8.4 7 0.038 0.031 9.716 8 6 4 9.6 8 0.031 0.025 8.328 相邻AC承台,以最不利相邻B承台代替计算,则 第8点: 。 z=9.716+2x8.238=26.372kPa (rc=0.8x18+1.8x18+0.7x17.8+1.3x7.8+3.5x7+4 X8+(12.5-12.1+9.6)x8.5 =210.9kPa 0.2(Tc=42.18kPa>z=26.372kPa 计算深度满足要求。 3、计算S,如下 基础 相邻基础的諮向 考虑影响 Zia-Zi-L□ Esi Asi XZZksi 1A 2/b a 1/b z/b a OL za. 0 1 0 1 0 0 1 0 1..2 1 1 6,4 1 0.0008 0.9016 1.08192 1.08192 7.8 48.132 48.132 2.4 1 2 0. G,4 2 0.0024 0,7008 1.62192 0, 7,S 26.的2 ? 4.824 N6 1 3 0.548 6,4 3 0.OOS8 0.5564 2.00304 0,32112 7.8 14,286 89.11 d8 1 4 0,44$ 4 Q・0144 0,46 2・208 0.2Q49& 7.8 9・1181 98.228 6 1 5 0.374 &,4 S 0,C2 0.394 2.364 0.156 7.8 6.94 10L17 7..2 1 6 0.322 6,4 6 0.024 0.346 2.4912 0.1272 7.8 5.6588 110.83 8-4 1 7 0.282 &沁 7 C.0272 0.3Q92 2.59滋 0.1CW 7,3 4.71$2 115.55 9.6 1 8 0.251 &4 8 O・0296 0.2804 2.69184 0,0945& 7.8 4.2067 119.? B 因E=7.8<10。 查表®=1.2 nb=nBc/Lc=...4X2.4/2.4=2 Sa/d=1.6/0.4=4l/d=11/0.4=27.5Bc/Lc=1 查表使用内插法,得 G=0.059C1=1.459C2=6.4785 则 ①e=Co+也=0.059+「=0.185 C1(nb-1)C21.459x(2-1)6.4784 S=^Wes=1.2x0.185x119.75=26.58mm<200mm 满足要求。
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