地基基础设计实例

地基基础设计实例

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《地基基础》课程设计

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。

（二)设计资料

⑴工程地质条件如图4－２所示。

杂填土 3

KN/m 16=γ

粉质粘土 3

KN/m 18=γ

3.0=b η a MP 10=s E

6.1=d η 2KN/m 196=k f

淤泥质土a 2MP =s E

2

KN/m 88=k f

⑵室外设计地面-0.6m ，室外设计地面标高同天然地面标高。

图4-1平

图4-2工程地

⑶由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙∑F １K ＝558.5７ｋＮ,山墙∑Ｆ２Ｋ

=168.６1kN ，内横墙∑F 3K =1６２.68kN ，内纵墙∑F ４Ｋ=１５3３.1５k Ｎ。

⑷基础采用两种方案：（１） 采用M5水泥砂浆砌毛石;(2） 采用水泥砂浆M ５, 砌 M Ｕ１0砖基础。标准冻深为１．20m 。

(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。 （四）设计要求

⑴计算书要求 书写工整、数字准确、图文并茂。

(2)绘制施工图（两种方案的基础平面图和基础剖面图）

(3)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。

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1m 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 ｍin ＝Ｚd －h ｍａx 或经验确定d min ＝Z 0+(10０~２００)m ｍ。 式中 Z d ——设计冻深,Z d = Z ０·ψz ｓ·ψzw ·ψz ｅ； Z ０——标准冻深;

ψz ｓ——土的类别对冻深的影响系数,按规范中表5.1.7-1;

ψｚw ——土的冻胀性对冻深的影响系数,按规范中表5.１.７-２;

ψｚｅ ——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f a

)5.0()3(m d b ak a -+-+=d b f f γηγη

式中 f a ——修正后的地基承载力特征值（k Ｐa)； f ak ——地基承载力特征值(已知)(kPa ）;

ηｂ、ηb ——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数(已知）； γ——基础底面以下土的重度,地下水位以下取浮重度(kN/m 3)；

γm ——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/m 3)； 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

ｂ≥h f F ?-γa k

H 0≥[]022

0/tan 2H b b b b =-α

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1m 长度内的轴向力（kN ／ｍ)算至室内地面标高处;

γ——基础及基础上的土重的平均重度，

取γ=20 kN/m 3；当有地下水时， 取γ＇=２0－9.8=１0.２ kN ／m 3；

h ——计算基础自重及基础上的土自重ＧK 时的平均高度（m ）。 b ２——基础台阶宽度(m ）; H 0——基础高度(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

cz z p p + ≤az f

式中 p z ——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

（k Ｐa ）;

ｐc ｚ——软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值（kP a ）

；

f az——软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值(ｋP a)。

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 200mm ×５０0mm,伸入墙内240 ｍm,梁间距为3．3 m,外墙及山墙的厚度为３70 mm,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∑F 1Ｋ=５58．57ｋN,山墙∑F 2K =168.6１kN,内横墙∑F ３Ｋ=162．68kN,内纵墙∑Ｆ４K =1533.１5k Ｎ。

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—②轴线之间两门中心间的墙体。 山墙、横墙:分别取１ m 宽墙体。

2）荷载计算

外纵墙:取两窗中心线间的距离3．３ m 为计算单元宽度

则m /kN 26.169kN/m 3

.357

.5583.31k 1k ==

∑=F F 山墙：取1 m 为计算单元宽度

则m /kN 61.168m /kN 1

61

.16812k 2k ==

∑=F F 内横墙：取1 m 为计算单元宽度

则m /kN 68.162m /kN 1

68

.16213k 3k ==

∑=F F 内纵墙:取两门中心线间的距离８.２6m 为计算单元宽度

图4-3 墙的计

则m /kN 61.185m /kN .26

815

.1533.2684k 4k ==∑=

F F ⑵确定基础的埋置深度d

ｄ＝Z 0+20０ =（1200 +２00）mm=14０0 mm

⑶确定地基承载特征值f a

假设ｂ<３m,因d =１.4m>0.５m 故只需对地基承载力特征值进行深度修正

33m m /kN 29.17m /kN 0.9

0.59

.0185.016=+?+?=γ

⑷确定基础的宽度、高度 1)基础宽度

外纵墙：ｂ1≥

m 877.0m 4.12089.22026

.169a 1k =?-=?-h

f F γ 山墙:b ２≥

m 874.0m 4

.12089.22061

.168a 2k =?-=?-h f F γ 内横墙:b 3≥

m 843.0m 4

.12089.22068

.162a 3k =?-=?-h f F γ 内纵墙：ｂ4≥

m 962.0m 4

.12089.22061

.185a 4k =?-=?-h f F γ

故取b =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

0.16m m 3

1

224.022.12=???? ??-=b (符合构造要求) 查GB ５000７-２002允许台阶宽高比［b 2/Ｈ0=１/1.5]，则每层台阶的高度为

H 0≥

[]m 24.0m 5.1/116

.0/022==H b b 综合构造要求，取H ０＝0. 4m 。

最上一层台阶顶面距室外设计地坪为

(1. ４-０. 4×３)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ｂ≤[][]0.267m m 4.05.1/1/002==H H b

又因单侧三层台阶的总宽度为（1.２-0.3７）ｍ /2=0．4１5 m 故取三层台阶的宽度分别为0.115 ｍ、0.1５ ｍ、０．15 m,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

(1．4-0．4×３）ｍ = ０.2m ＞0．1m 符合构造要求。(如图4－5所示）

()[]22m d ak a m /kN 89.220m /kN 5.04.129.176.1196)5.0(=-??+=-+=d f f γη

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

2

2m k

k c k 0158.47kN/m m /kN )4.129.171

2.14

.112.12061.185(

=?-????+=-+=-=d

A

G F p p p γ 2）下卧层顶面处附加压力

因Z /ｂ＝4.1/1.2=3.４＞０.５，E ｓ1/E s2＝10/2=5 故由ＧB5000７-２0０２中表5.2.７查得θ=25°则

220z m /kN 85.37m /kN tan25

4.121.2158.47

2.1tan 2=??+?=+=

θz b bp p 3）下卧层顶面处自重压力

22cz 98kN/m 5)kN/m 185.016(=?+?=p

４)下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值

33m m /kN 82.17m /kN 5

0.55185.016=+?+?=γ

()()[]22m d ak az kN/m 1.177m /kN 5.055.082.170.1885.0=-+??+=-++=z d f f γη５)验算下卧层的强度

22kN/m 85.135kN/m )9885.37(=+=+cz z p p

?第二部分 柱下钢筋混凝土独立基础设计

图4-4内墙基础图4-5外墙基

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

=１.１Ｎ/mm2)

混凝土:采用C２0（可以调整）(f

ｔ

钢筋:采用HPＢ235（可以调整）（f y=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

(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设计时间五天。

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f a 同前所述

)5.0()3(-+-+=d b f f m d b ak a γηγη (三)确定基础的底面面积

A ≥h

f F ?-γa k

式中各符号意义同前所述

(四)持力层强度验算

??? ??±+=l e A G F p 0k k k max

k min

61≤１.2f ａ 2

k min

k max k p p p +=≤f ａ

式中 p k ——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值(k Ｐａ)； p ｋｍａｘ——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值(k Ｐa); p km ｉn ——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); G k ——基础自重和基础上的土重(k Ｎ); A ——基础底面面积(m 2)； e 0——偏心距(m)；

f ａ——修正后的地基承载力特征值(k Ｐa ）; ｌ——矩形基础的长度(m)。

(五）确定基础的高度

Ｆl ≤0.70m t hp h a f β 式中 F ｌ——相应于荷载效应基本组合时作用在A l 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２00０m ｍ时,βｈp 取0.9，其间按线性内插法取用； f t ——混凝土轴心抗拉强度设计值(kPa ）；

a m ——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度（m)；

h 0——基础冲切破坏锥体的有效高度（m ）。

(六)底板配筋计算

y 0s 9.0f h M A I I =

; ()()()jI jmax z 2z I 2481

p p b b a l M ++-= y

0s 9.0f h M A I I I I =

； ()()()jmin max z 2z II 2481

p p a l b b M j ++-= 式中 A sI 、A sII ——分别为平行于ｌ、b 方向的受力钢筋面积（m ２);

M I 、M I Ｉ——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 ）; f y ——钢筋抗拉强度设计值(N/mm 2)；

ｐjmax 、p ｊmin ——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);

p ｊI 、p j ＩI ——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)；

a z 、

b z ——分别为平行于基础长边和短边的柱边长(m)；

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(G Ｂ 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

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。

⑵确定地基承载特征值f ａ

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, ()[]22m d ak a m /kN 6.242m /kN 5.02.1180.1230)5.0(=-??+=-+=d f f γη ⑶确定基础的底面面积

m 35.1m 2

1.5

2.1=+=h

A ≥22a k

m 11.3m 35

.1186.242680

=?-=?-+h f P F k γ 考虑偏心荷载影响,基础底面积初步扩大12%,于是 22m 73.3m 11.32.12.1=?=='A A

取矩形基础长短边之比ｌ／b ＝1.5，即l =1.5ｂ

m 58.15

.173.35.1===

A b 取ｂ＝1.6 m 则ｌ=1.5b =２．4 m

A = ｌ×b =2.４×１.6 m ＝3.84 m 2

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

kN 68.783kN )35.184.320680(kN 680K K =??+=+=+h A G F γ m kN 5.86m )kN 65.01080(k ?=??+=+=Vh M M

m 11.0m 68

.7835.86k k 0==+=k G F M e

m

4.26==l 符合要求。

2m /60.21kN 22m

/47.96kN 1m /kN 4.211.06184.368.7836120k k k max k min =??? ???±=??? ??±+=l e A G F p ＜１.2f ａ=１.2×242．6ｋN ／ｍ2=291.12ｋＮ／m 2

图4-8基础高度

22k min k max k m /kN 09.204m /kN 2

96

.14760.2122=+=+=

p p p

＜ｆa =242.6kN/m ２ 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f t ＝1.1N/mm ２=1１０0 k Ｎ/m 2，钢筋f ｙ=210 N ／ｍｍ2。 地基净反力

2

2K max max max m /kN 83.314m /kN ).84

335

.184.32035.121.26035.1(35.135.1=???-?=-

=-=A

G p A G

p p k j

2

2K min min min m /kN 3.163m /kN ).84

335

.184.32035.196.14735.1(35.135.1=???-?=-

=-=A

G p A G

p p k j

由图4－8可知，h =65０mm ，h 0＝610ｍm;下阶h 1=35０m ｍ,h 0１=３１０ｍｍ;a z1=１200mm,b z1=80０m ｍ。

１) 柱边截面

b z +２ h 0=(0．35+２×0.61)m=1.５7m<ｂ=1．6ｍ

2

222

0010.5438m m 61.0235.026.16.161.025.024.22222=??????????? ??---???? ??--=?

?

? ??---??? ??--=h b b b h a l A z z ()()220

02m 5856.00.61m 61.035.0=?+=+=h h b A z

kN 2.171kN 83.3145438.0max 11=?==j p A F

kN 91.450kN 5856.011000.17.07.02t hp =???=A f β＞F １＝171.2ｋＮ

符合要求。

2) 变阶处截面

b z １+２ h 01＝(0.8＋２×0.3１)m ＝1．42ｍ

2

222

01101110.4559m m 31.028.026.16.131.022.124.22222=??????????? ??---???? ??--=?

?

? ??---??? ??--=h b b b h a l A z z

()()2

201

0112m 3441.00.31m 31.08.0=?+=+=h h b A z

kN 53.143kN 83.3144559.0max 11=?==j p A F

kN 96.264kN 3441.011000.17.07.02t hp =???=A f β>F 1=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

()()2

2

min j max j z

min jI m /kN 85.254m /kN 3.16383.3144.225.04.23.1632=??

????-?++=-++=p p l

a l p p j

()()()()()()m

kN 1.152m kN 85.25414.83335.06.125.04.248

1

2481

2jI jmax z 2z I ?=?++?-=++-=

p p b b a l M 226

0y I sI mm 28.1319mm 610

2109.0101.1529.0=???==h f M A

II Ｉ-I ＩI 截面：

()()2

2min j max j 1

min jIII m /kN 95.276m /kN 3.16383.3144.222.14.23.1632=??

????-?++=-++

=p p l

a l p p z j

()()()()()()m kN 01.71m kN 95.27683.3148.06.122.14.248

1

2481

2jIII jmax z121III ?=?++?-=++-=p p b b a l M z 226

0y III sIII mm 98.1211mm 310

2109.0101.0179.0=???==h f M A

比较ＡｓI 和A SIII ，应按A ｓI 配筋，在平行于l 方向１.６m 宽度范围内配12φ12@１4０(A s =1356ｍm 2>131９.28mm 2)。

2) 计算基础的短边方向,II －II 截面

()()()()()()m

kN 49.82m kN 3.16383.3145.04.2235.06.148

1

2481

2jmin jmax z 2II ?=?++?-=++-=p p a l b b M z

226

0y II sII mm 5.715mm 6102109.01049.829.0=???==h f M A

Ⅳ-Ⅳ截面

()()()()()()m

kN 25.38m kN 3.16383.3142.14.228.06.148

1

2481

2jmin jmax z12z1IV ?=?++?-=++-=

p p a l b b M 226

0y sIV sIV mm 84.652mm 310

2109.01025.389.0=???==h f M A

比较A ｓＩI 和A SIV ，应按A sI Ｉ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(A ｓ＝94２mm 2>７15.５ｍｍ２

)。