《土力学与地基基础》课程设计docx.docx
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《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。
§
1如qi800]50qi800J50qi800均0Q1800]50qiR00J50Q1800J500kl800]50W800J50qi800J50Q1800]500」R00]500|』800J50qi800』09C
1
1|
h120
33003300
330033003300
33003300I3300I3300
330033003300
图4-1平面图
(二)设计资料
(1)工程地质条件如图4-2所示。
杂填土》=16KN/m3
粉质粘土7=18KN/m3
n=0.3Es=10MPa
n=1.6A=196KN/m2
淤泥质土E,=2MPa
fk=88KN/m2
⑵室外设计地面-0.6m,j图伞2工程地质剖面图虻面标高。
⑶由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙I:
FiK=558.57kN,山墙I:
F2K=168.61kN,内横墙£F3K=162.68kN,内纵墙£F4K=1533.15kNo
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Im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d^Z^-h^或经验确定dmin=Z0+(100-200)mm。
式中Zd设计冻深,Zd=Zo・Wzs*Vzw•Vze;
Zo标准冻深;
Vzs——土的类别对冻深的影响系数,按规范中表5.1.7-1;
Vzw——土的冻胀性对冻深的影响系数,按规范中表5.1.7-2;
Vze——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£
Z,=Ak+-3)+IM*-0.5)
式中fa——修正后的地基承载力特征值(kPa);
而——地基承载力特征值(已知)(kPa);
化、%——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数(已知);
Y基础底面以下土的重度,地下水位以下取浮重度(kN/m3);
j’m——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
bN—
A-E
2tana\b21H^\
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Im长度内的轴向力(kN/m)算至室内地面标高处;
_Y——基础及基础上的土重的平均重度,取Y=20kN/m3;当有地下水时,取=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);
Hq基础iWj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
Pz+PczW/z
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);
锅——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
200mmX500mm,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£FiK=558.57kN,山墙XF2K=168.61kN,内横墙EF3K=162.68kN,内纵墙SF4K=1533.15kNo
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①一②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F,.==558.57=169.26kN/m
lk3.33.3
山墙:
取Im为计算单元宽度
则Ek=兰^=捋旦kN/m=168.61kN/m
内横墙:
取Im为计算单元宽度
则-^YL-^|^kN/m-162.68kN/m
内纵墙:
取两门中心线间的距离8.26m为计算单元宽度
则巳=坦L=1533.15=185.61kN/m
4k8.268.26
⑵确定基础的埋置深度d
d=Zo+2OO=(1200+200)mm=1400mm
⑶确定地基承载特征值儿
假设6<3m,因6/=1.4m>0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正
16x0.5+18x0.9,,T.3ircci'T/3
=kN/m3^17.29kN/m3
m0.5+0.9
fa=fak+(d-0.5)=[196+1.6x17.29x(1.4-0.5)]kN/m2=220.89kN/m2
⑷确定基础的宽度、高度
1)基础宽度
外纵墙:
.rFlk169.26
b\3==m=0.877m
X-/xh220.89-20x1.4
.〜F*168.61_o_.
山墙:
先3==m=0.874m
f&-yxh220.89-20x1.4
内横墙:
.r琮162.68
ba3土==m=0.843m
h—"h220.89-20x1.4
>F4k185.61cc"
内纵墙:
方43=m=0.962m
故取Z>=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
1.20.24
22-
h—"h220.89-20x1.4
x』m=0.16m(符合构造要求)
3
查GB50007-2002允许台阶宽高比[施/侦)=1/1.5],则每层台阶的高度为
Ho3?
————=°」、m=0.24m
[bJH0]1/1.5
综合构造要求,取Ho=O.4m。
最上一层台阶顶面距室外设计地坪为
(1.4-0.4X3)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方W\b2/Hq]Hq=[l/1.5]0.4m=0.267m
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
(1.4-0.4X3)m=0.2m>0.1m符合构造要求。
(如图4-5所示)
1:
30
图4-4内墙基础详图
图4-5外墙基础详图
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
Fk+Gk,
Po=Pk—Pc=
185.61+20x1.2x1x1.4、亦-2
=(17.29xl.4)kN/m2
1.2x1
=158.47kN/m2
2)下卧层顶面处附加压力
因Z"=4.1/1.2=3.4>0.5,瓦1/压2=10/2=5
故由GB50007-2002中表5.2.7查得。
=25°贝U
p,=—匝——=——L2x'58.47——场命=37.85kN/m2b+2ztan01.2+2x4.1xtan25°
3)下卧层顶面处自重压力
Pc?
-(16x0.5+18x5)kN/m2=98kN/m2
4)下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值
16x0.5+18x53ires…3
=kN/m3=l7.82kN/m3
m0.5+5
faz=Ak+时m(d+z-0.5)=[88+1.0x17.82X(0.5+5-0.5)]kN/m2-177.1kN/m25)验
算下卧层的强度
pz+pc:
=(37.85+98)kN/m2=135.85kN/n?
^^nV.lkN/m2
符合要求。
⑹绘制施工图如图4-6所示。
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
(-)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A=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350mmX500mm,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)(>l.lN/mm2)
钢筋:
采用HPB235(可以调整)(^=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
(-)确定基础埋置深度d同前所述
(2)确定地基承载特征值,同前所述
fa=fak+"b-3)+",(d-0.5)
(3)确定基础的底面面积
A~/xh
式中各符号意义同前所述
(4)持力层强度验算
源嚣=七^“±7卜1.牛
_Pkmux+Pkmin*
Pk=2F
式中辨一相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压力值(kPa);
Amax——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(n?
);
eo偏心距(m);
fa——修正后的地基承载力特征值(kPa);
I—矩形基础的长度(m)。
(5)确定基础的高度
FM0.7膈『囱
式中Fi——相应于荷载效应基本组合时作用在4上的地基土净反力设计值(kN);
0hp受冲切承载力截面高度影响系数,当不大于800mm时,Shp取
1.0;当大于等于2000mm时,0hp取0.9,其间按线性内插法取用;
R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)。
(6)底板配筋计算
4i=nQ,1r;捋=土(/_弓)~(2方+久)(。
峥+四)
。
•如0
4)11=09异;MlI=m(b—6)2(2/+az)(p)max+Pjmin)
式中义I、义ii——分别为平行于/、D方向的受力钢筋面积(n?
);
Mi、Mi——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);
I、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/mn?
);
Pjmax、Amin——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
基净反方设计值(kPa);
PH、pm——任意截面1-1、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有(kPa);
冬、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10kNo柱永久荷载效应起控制作用,柱截面尺寸为350mmX500mm,试设计该基础。
图4-7柱网布置图
右Zo+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。
(a)塞础高度
⑶基础底m
图4-8基础高度和底板配筋示意
⑵确定地基承载特征值嘉
假设方V3m,因d=1.2m>0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正,X=总+〃成皿以―0.5)=[230+1.0x18x(1.2—0.5)]kN/m2=242.6kN/m2
⑶确定基础的底面面积
h=12+15m=1.35m
680
2
m2=3.11m2
Q氏+左
h—Vxh242.6-18x1.35
考虑偏心荷载影响,基础底面积初步扩大12%,于是
/'=1.2/=1.2x3.lln?
-3.73m2
取矩形基础长短边之比l/b=\.5,即1=1.5b
=1.58m
b=
V1.5V1.5
取Z>=1.6m则7=1.56=2.4m
A=/X6=2.4X1.6m=3.84m2
⑷持力层强度验算
作用在基底形心的竖回力值、力矩值分别为
Fk+Gk=680kN+yAh=(680+20x3.84x1.35)kN=783.68kN
JW;=M+〃=(80+10x0.65)kN•m=86.5kN•m
e0=———=863m=0.11m oFk+Gk783.68<7=°-4m KK00 符合要求。 kmax Pkmin Pk= 1土冬l]kN/m2=260.21kN/m; 24)147.96kN/m2 <1.24=1.2X242.6kN/m2=291.12kN/m2 Pkmax+Pkmin260.21+147.96,XT.,, =kN/nr=204.09kN/nr 1+ 783.68 3.84 22 <4=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y;=l.lN/mm2=1100kN/n? 钢筋方=210N/mm2o 地基净反力 _1.35Gk Pjmax=Pmax~=~ AA ..〜1-35x20x3.84x1.35.,KT,。 =(1.35x260.21)kN/m- maxJrmax 3.84 =314.83kN/m2 G…1.35Gk P/min=Pm\n~~=L35p顷n JAA 1.35x20x3.84x1.35、〔/2 =(1.35x147.96)kN/m2 3.84 =163.3kN/m2 由图4-8可知,/z=650mm,/2o=61Omm;下阶/? i=350mm,/? oi=31Omm;(7zi=1200mm,/)zi=800mmo 1)柱边截面 Z)z+2/zo=(O.35+2XO.61)m=1.57m)=1.6m 2 翌—匹—0.61xl.6— 22J 里冬0.61 22 m2 =0.5438m2 A2=(b2+h0)h0 =(0.35+0.61)x0.61m2 =0.5856m2 F[=4/? ymax=0.5438x314.83kN=171.2kN 0.7瓦=0.7x1.0x1100x0.5856kN=450.9IkN>Fi=171.2kN符合要求。 2)变阶处截面 如+2hoi=(O.8+2XO.31)m=1.42m 1-aA-h0\-<2201J <2201 24-12-0.31|xl.6- 22J "8—o.31 m2 =0.4559m2 =但1+"()1)”(H =(0.8+0.31)x0.31m2 =0.3441m2 F[==0.4559x314.83kN=143.53kN 0.7”hp九4=0.7xl.0xl100x0.344IkN=264.96kN>Fi=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 I*&( Pfl=Pjmin■,另一"jmax-Pjmin (314.83-163.3)kN/m2 =163.3+2-4+°'5 _2x2.4 =254.85kN/m2 M=&(/一弓》(2力+瓦)(Pjmax+Pjl) 4o =—(2.4-0.5)2但x1.6+0.35)(314.83+254.85)kN•m48 =152.IkN-m M[152.1X1062“mW2 ! —=mm=1319.28mm 0.9"。 0.9x210x610 Ill-Ill截面: ("jmax—Pjmin l+a-〕 Pjiu=E21 (314.83-163.3)kN/m2 "24+12 =163.3+-——- _2x2.4 =276.95kN/m2 "ill=&"—"zl)2(2b+如)(pjmax+Pjlll)4o =—(2.4-1.2)2(2x1.6+0.8)(314.83+276.95)kN•m48 =71.01kNm 71.01xl06,, A,,,==mm-=1211.98mm- 0.9fyhQ0.9x210x310 比较义i和&iii,应按瓦i配筋,在平行于I方向1.6m宽度范围内配124)12@140(^s=1356mm2>1319.28mm2)o 2)计算基础的短边方向,II-II截面 Mu=—{b~by(21+弓)(pjmax+Pjmin)48 =—(1.6-0.35)2(2x2.4+0.5)(314.83+163.3)kN•m48 =82.49kN•m Mn82.49xlO6,nu, A,.==mm一=715.5mm- s11O.9/y/7o0.9x210x610 IV-IV截面 Miv=石("一如)~(2,+弓1)(Pjmax+Pjmin)48 =土(1.6—0.8)2@*2.4+1.2)(314.83+163.3)kN•m =38.25kN-m sIV Mg38.25xlO6,匕, =——=mm-=652.84mm- sl0.9人加0.9x210x310 比较&和,siv,应按&配筋,但面积仍较小,故在平行于D方向2.4m宽度范围内按构 造配1210@200(y4s=942mm2>715.5mm2)o (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 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(么=0、知=1.0),土的天然重度为18kN/m23,而=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
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