课程设计主要内容

前言：

本学期学院为我们土木工程专业开学生设了基础工程课程，通过一学期紧张而又忙碌的学习，我深刻了解到了基础工程对于土建而言的重要性。期末来临之际，王老师给我们布置了设计柱下钢筋混凝土独立基础的课程设计，我也欣然接受，并将此看成对我一学期学习成果的试金石。在本次课程设计过程中，得到了王老师的悉心指导，谨此表示感谢！

摘要：

一般来说，所有的建筑物均可分为上部结构和地下基础两大部分，任何建筑物都必须有牢固的基础，地基基础是建筑物的根本。本课程设计是设计一个砌体承重结构的柱下钢筋混凝土独立基础，通过计算基础的埋置深度、基底面积、基底净反力以及对基础的稳定性和变形进行验算，从而得出满足强度要求的基础尺寸及其配筋。

（Generally speaking, all the buildings can be divided into upper and underground foundation of two parts, any building must have a solid foundation, the foundation is the root of the building. The course design is the design of a masonry load-bearing structure of the reinforced concrete independent foundation under column, by calculating the embedded depth of foundation, basal area, basal net reaction and the stability of foundation and deformation checking, so that can meet the basic dimensions and reinforcement strength requirements.）

一、工程概况和设计任务

1.1 工程概况

地基和基础是建筑体系的重要组成部分。因为基础埋置于地基之中，两者之间密切相关，设计时必须认真考虑其相互间的影响，所以在实际工作中通常将两者合并在一起进行设计。

地基基础设计的目的是根据上部结构的使用功能和结构形式在确定的场地条件下选择适宜的地基基础方案并确定其技术细节，使设计的地基基础在预定的使用期限内和规定的使用条件下能够安全正常地工作，在此基础上满足降低造价

和保护环境的要求。

地基基础设计的总体目标可以概括为：安全适用、技术先进、经济合理、确保质量和保护环境。

1.2 设计任务

1.2.1 方案设计：

方案设计的目的是确定地基基础的技术方案，包括地基持力层的选取和基础结构形式的确定。

1.2.2技术设计：

技术设计包括地基检算和基础结构设计两者。其任务是通过力学计算和结构措施两方面的手段来保证所设计的地基基础满足设计总体目标的要求。地基和基础是建筑的体系的重要组成。

1.3设计题目：

在第2-8题(课本P52)的场地上有一柱下独立基础，柱的截面尺寸为400mm 3600mm,荷载效应的标准组合下，传至±0.00标高（室内地面）的竖向荷载Fk=2400kN,弯矩Mk=210kN2m,水平力Vk=180kN(与M同方向)，室外地面标高为-0.15m。试设计柱下的混凝土独立基础。

1.4场地条件：

建设地点的标准冻深1.5m，场地条件如下：天然地面下4.5m厚粘土层，其下为30m厚中密稍湿状态的中沙，粘土层fak=210kPα,e=0.730,γ=19kN/m^3,w=28%,wl=39%,wp=18°中沙的fak=180kPα,γ=18kN/m^3,φk=30°

二、确定地基持力层及埋置深度

由于建设地点的标准冻深1.5m,而粘土层深4.5m,故持力层为粘土层，埋深d=1.5m

三、按持力层承载力确定基地面积

初取A=5.4m32.7m

Il=(w-wp)/(wl-wp)=0.47＜0.85查表得ηb=0.3,ηd=1.6

fα=fαk+ηbγ(d-0.5)+ ηdγm(b-0.5)=242kN

总竖向力：Fk+Gk=2400+2035.432.731.5=2837.4kN

总力矩： M=210+18031.2=426kNm

基地平均压力：Pk=( Fk+Gk)/A=2837.4/(2.735.4)=194.61＜fα满足条件偏心距： e=M/( Fk+Gk)=426/2837.4=0.15＜L/6=0.9 满足条件

基地最大压力：Pkmax=(( Fk+Gk)/A)(1+6e/b)=194.613（1+630.15/2.7）=259.48＜1.2 fα满足条件

四、软弱下卧层验算

建筑物场地土大多是成层的，一般土层的强度沿深度增加，而外荷载引起的附加应力则沿深度减小，因此，只要基础地面持力层承载力满足设计要求即可。而本设计持力层下士中沙，承载力大，变形小，故不用验算。

五、稳定性验算

5.1 基础倾覆稳定性验算

理论和实践证明，基础倾覆稳定性与其受到的合力偏心距有关，合力偏心距愈大，则基础抗倾覆的安全储备愈小。

外力合力偏心距：e0=0.15

最大一边的距离：y=b/2=1.35

抗倾覆稳定系数：K=y/ e0=9＞1.5 满足条件

5.2 地基抗水平滑动的稳定性验算

在水平荷载较大而竖向荷载较小的情况下才需要验算，故本设计不用验算

六、地基变形验算

6.1 基底的垂直压力与水平压力计算

基底的垂直压力与水平压力的计算结果绘于附图。

6.1.1基底垂直压力

Pjmax =F/lb(1±6e/l)=192.04kPα

Pjmin =37.17 kPα

6.1.2基底水平压力

Ph=180/(5.432.7)=12.35kPα

6.2基底附加压力

基底各点附加压力用式p0=P-γD计算，式中D为由原地面至基底的距离，D=1.5m,γD==30kPα,算得p0分布如图附图。

6.3 地基中土的自重应力计算

由原地面起计算自重应力，不同深度的自重应力为：

基础底面处σsz(-1.5)=2031.5=30kPα

中密沙层顶面处σsz(-4.5)= 30+1933=87kPα

6.4 地基中的附加压力计算

由三角形铅直荷载pt=192.04-137.17=54.87kPα,均布铅直荷载

p=137.17-30=107.17kPα以及由均布水平荷载ph=12.35kPα所应起的附加应力值见表-1 。

表-1

6.5 确定压缩层深度

由题意知，下卧层中密砂层的压缩量可忽略不计。上层土为粘土层，压缩性大，故易计算此层整层产生的压缩量，，参照图附图所示的自重应力和附加应力分布，将地基粘土层分为一层：h1=3m

6.6 基础的1点变形计算

计算各分层的自重应力和附加应力平均值，该值可取各分层次的顶面和底面的应力平均值。其中第一层的应力平均值为：

σsz=1/23（30+87）=58.5kPα

σz=1/23（28.76+26.17）=27.47 kPα

根据荷载P1=σsz=58.5kPα,P2=σsz+σz=85.97kPα,有e-p曲线分别查出

相应的e1=0.83, e2=0.78

则易求得ΔS=[( e1- e2)/( e1+ e2)]Δh=9.32cm

故S=∑ΔS=9.32cm.

6.7 基底第3点的变形计算

在计算3点时，由于在最大边上，作出附图，根据应力叠加原理三角形可以求得：Kt=Kc(Ⅰ)+Kc(Ⅱ)-Kt(Ⅰ)-Kt(Ⅱ)在Z=0时

Kc(Ⅰ)=0。25，Kc(Ⅱ)=0.25，Kt(Ⅰ)=0，Kt(Ⅱ)=0

Kt=0.5，σt=27.44 kPα

在Z=3m时，Kt=0.25, σt=13.72 kPα，见表-2。

表-2

计算各分层的自重应力和附加应力平均值，该值可取各分层次的顶面和底面的应力平均值。其中第一层的应力平均值为：

σsz=1/23（30+87）=58.5kPα

σz=1/23（56.16+35.78）=45.97kPα

根据荷载P1=σsz=58.5kPα,P2=σsz+σz=104.47kPα,有e-p曲线分别查出相应的e1=0.83, e2=0.76

则易求得ΔS=[( e1- e2)/( e1+ e2)]Δh=13.2cm

故S=∑ΔS=13.2cm

1点和3点的沉降差是3.8cm.

6.8 基础中点的变形记算

与上述方法相同，采用叠加法进行计算，得出的变形量为: S=∑ΔS=17.2cm，满足条件

七、基础设计

采用混凝土C20，f t=1.10N/mm^2，采用钢筋HRB335,f y=300N/mm^2 荷载设计值：F=1.35F k=1.3532400=3240kN

7.1 基底净反

P jmax =F/lb(1±6e/l)=259.23kPα

P jmin =185.17kPα

P j=F/A=222.2kPα

P jI= P jmin+(l+α)/2l(P jmax-P jmin)=226.31 kPα

7.2基础高度：

柱边截面h=1200mm,h0=1155

[V] =0.7βhP ft αm h0=0.730.983110 03(0.4+1.155)31.155 =1355.28kN

Fl = PjAl= Pjmax[(l/2-αc/2- h0)b-(b/2-bc/2- h0)^2]

=259.233[(5.4/2-0.6/2-1.155)2.7-(2.7/2-0.4/2-1.155)^2] =871.40kN

Fl＜[V] 满足条件。

7.3配筋计算

MⅠ =1/12α^2[(2l+αˊ)( Pjmax+ PjI)+( Pjmax –PjI)l] =1/123{(5.4-0.6)/2}^23[(232.7+0.4)

(259.23+226.31)+(259.23-226.31)32.7]

=1394.4kNm

AsⅠ= MⅠ/0.9 fy h0=4471.38

配钢筋26Φ15，As=1809.6＞1790.38,平行于基底长边布置

MⅡ=1/48(l-αˊ)(2b+bˊ)( Pjmax+ Pjmin)=558.33 kNm

AsⅡ= MⅡ/0.9 fy h0=1790.38

配钢筋16Φ12，As=1809.6＞1790.38，平行于基底短边布置

八、附图

详见附页。