地基基础设计

基础工程学课程设计

题目框架结构桩基础设计

班级工程管理二班

学号1145513214

学生姓名李波华

指导教师王炳辉

时间2014/6/19

目录

1. 设计题目 (1)

2. 设计荷载 (1)

3. 地层条件及其参数 (1)

1）.地形 (1)

2）.工程地质条件 (1)

3）.岩土设计技术参数 (2)

4）.水文地质条件 (2)

5）.场地条件 (2)

6）.上部结构资料 (2)

4. 预制桩基设计 (3)

1). 单桩承载力计算 (3)

2). 桩基竖向承载力特征值 (4)

3). 桩基竖向承载力验算 (4)

4). 承台设计 (5)

5). 承台厚度及受冲切承载力验算 (6)

（1）.柱的向下冲切验算 (6)

（2）.角桩的冲切验算 (6)

6). 承台受剪承载力验算 (6)

7). 承台受弯承载力计算 (7)

8).承台构造设计 (7)

9).桩身结构设计 (7)

10).桩身构造设计 (8)

5. 估算B.C轴线柱下桩数 (9)

1). 桩数估算 (9)

2). 承台平面尺寸确定 (9)

6. 参考文献 (10)

基础工程课程设计

1.设计题目

本次课程实际题目：框架结构桩基础设计

2.设计荷载

题号：14号设计B轴柱下桩基，A,C,D轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数（1）柱底荷载效应标准组合值如下。

○A轴荷载：Fk=1870kN Mk=205kN.M Vk=139kN

○B轴荷载：Fk=2160kN Mk=204kN.M Vk=149kN

○C轴荷载：Fk=2080kN Mk=213kN.M Vk=134kN

○D轴荷载：Fk=2000kN Mk=263kN.M Vk=141kN

(3)柱底荷载效应基本组合值如下。

○A轴荷载：F=2320kN M=215kN.M V=181kN

○B轴荷载：F=3310kN M=214kN.M V=166kN

○C轴荷载：F=2780kN M=238kN.M V=174kN

○D轴荷载：Fk=2803kN Mk=222kN.M Vk=174kN

3.设计资料

1）.地形

拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。

2）.工程地质条件

自上而下土层依次如下：

①号土层：素填土，厚度1.5m，稍湿，松散，承载力特征值fak=95kPa。

②号土层：淤泥质土，厚度3.3m，流塑，承载力特征值fak=65kPa。

③号土层：粉砂，厚度6.6m，稍密，承载力特征值fak=110kPa。

④号土层：粉质粘土，厚度4.2m，湿，可塑，承载力特征值fak=165kPa。

⑤号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值fak=280kPa。

3）.岩土设计技术参数

4）.水文地质条件

１．拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。

２．地下水位深度：位于地表下2.5m。

5）.场地条件

建筑物所处场地抗震设防烈度７度，场地内无液化砂土，粉土。

6).上部结构资料

拟建建筑物为六层钢筋混凝土结构，长30m，宽9.6m。室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱截面尺寸均为400×400，横向承重，柱网布置如图1所示。

４．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-0.45m,自然地面标高同室外地坪标高。该建筑桩基属丙级建筑基桩，拟采用

截面为直径400mm 的混凝土预制圆桩，以○5号土层粉质粘土为持力层，桩尖深入

1.6m ，设计桩长14.4m ，初步设计承台高0.8m ，承台底面埋置深度-1.60m ，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-1.6m ，桩底标高为-16m ，桩长14.4m 。 单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：

Q uk = Q sk + Q pk = u p ∑q sik l i + A p q pk

由于

Q sk =3.14×0.4×（3.2×28+6.6×45+4.2×60+0.4×75）=839.76kN Q pk =3.14×0.2×0.2×900=113.04kN

则 Q uk =839.76+113.04=952.8kN 2）.桩基竖向承载力特征值

承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑成太土效应取ηc=0，则有

R= R a ==952.8/2=476.4kN

K

Q uk

根据上部荷载初步估计粧数为 n=1.1*=2376/476.4=4.99 取设计桩数为6根。 3）.桩基竖向承载力验算

根据《建筑桩基技术规范》，当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应标准组合值。由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土，因此不进行地震效应的承载力验算。

根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台，取承台变长为2.0m ×2.0m ，矩形布桩，桩中心距取3.0d ，则s=3×400=1200mm ，取s=1200mm ，桩心距承台边缘为400mm 。

承台及其上土壤的总重为 G k =3.2×2.0×1.6×20=204.8kN 计算时取荷载的标准组合，则

Q k ==(2160+204.8)/6=394.13﹤R （=476.4）

Q kmax = Q k +

=394.13+(204+149×1.6) ×0.6/(6×0.6×0.6)=394.13+122.89=517.02

Q kmin =Q k -=394.13-122.89=258.44 因此

Q kmax =517.02＜1.2R(=1.2*476.4=571.68) Q kmin =258.44＞0

满足设计要求,故初步设计是合理的。

4）.承台设计

根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸3.2×2.0m ，预估承台厚0.6m ，承台选用等级为C40的混凝土，混凝土的抗拉强度为?t=1.71N/mm2，抗压强度为?c=19.1N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，?y=300N/mm2.

承台内力计算：

承台的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

Q max =+

=3310/6+(214+166×1.6) ×0.6/6×0.6×0.6=684.89 Q min =-

=3310/6-133.22=418.45kN

a

k

R F n

G F k

k +∑2

y

My max

∑

2y My min

n

F ∑2

i i

y y

y M n

F ∑2

i i

y y y M

N==3310/6=551.67kN

5）.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80mm ，则h 0=800-80=720mm 。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。 （1）.柱的向下冲切验算

承台受桩冲切的承载力应满足下式：

F l ≤2{β0x （b c +a oy ）+βoy （a c +a ox ）}βhp ?t h 0

式中：a ox =0.24 λox = a ox / h 0=0.33 β0x =0.84/(0.2+λox )=1.58 a oy =0.84

λoy = a oy / h 0

=1.0 β0y =0.84/(0.2+λoy )=0.70 b c =a c =0.4m βhp =1.0

2{β0x （b c +a oy ）+βoy （b c +a ox ）}βhp ?t h 0

=2×{1.58×（0.4+0.84）+0.7×（0.4+0.24）}×1×1710×0.72 =5927.49kN ＞F l （=3310kN ）

故厚度为0.6m 的承台能够满足柱对承台的冲切要求。 （2）.角桩的冲切验算

承台受角桩的承载力应满足下式：

N /

≤{β1x （c 2+

）+β1y （c 1+

）}βhp ?t h 0 由于Nl=Nmax=551.67kN ，从角桩内边缘至承台边缘距离为

c 1=c 2=0.6m a 1x =0.24m a 1y =0.84m λ1x ==0.24/0.72=0.33 λ1y =

=1.0 β1x =

=0.56/(0.33+0.2)=1.06 β1y ==0.47

抗冲切力={β1x （c 2+

）+β1y （c 1+

）}βhp ?t h 0=1747.81kN ＞N ,

ma （=551.67kN ） 故厚度为0.8m 的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。 6）.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，剪切力V 必须不大于抗剪切力，即满足:

V ≤βhs β?t bh 0 ,对于I-I 截面： A 1x =0.24m λx =

=0.24/0.72=0.33 β=1.75/λ+1=1.31 n

F 2

a 1y 2

a 1x

1x

h a 0

y 1h a 2.056.0x 1+λ2

.056

.0y 1+λ2

a 1y 2

a 1x 0

1x

h a

βhs =(800/ h 0)1/4

=1.03 b=2.0m V=2×551.67=1103.34kN 抗剪切力=1.03×1.31×1710×2.0×0.72=3322.52kN>1103.34N 故满足抗剪切要求。 对于II-II 截面：

a 1y =0.84m λy =0.84/0.52=1.0 β=1.75/λ+1=0.86 βhs =(800/ h0)1/4

=1.03 b=3.2m V=3×551.67=1655.01kN 抗剪切力=1.03×1.710×1×3.2×0.72=4058.04kN>1655.01kN 故满足抗剪切要求。

?7）.承台受弯承载力计算 承台计算截面弯矩如下:

对于I-I 截面，取基桩净反力最大值N/max=551.67进行计算，则 x i =600-200=400mm=0.4m M y =∑N i x i =2×551.67×0.4=441.34kN.m A sl =

=441.3×106/(0.9×300×720)=2270 mm 2

因此，承台x 轴方向选用三级钢筋6@200，钢筋数为 n=2000/200+1=11 取，116@200实际钢筋As=3102mm 2，满足要求。

对于II-II 截面，取基桩净反力平均值N=551.67进行计算，此时 x i =1200-200=1000mm=1m

则 M x =∑N i y i =3×551.67×1=1655.01kN.m

A s =

=1655.01 ×106/(0.9×300×720)=8513.42mm 2

因此，承台y 轴方向选用三级直径25@110，钢筋根数为 n=2000/110+1=19， 取19根三级直径25@110，实际钢筋As=8524mm 2，满足要求。 ?8）.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-0.8m ，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm ，梁高400mm ，梁内主筋上下共四根一级钢筋直径12通长配筋，箍筋采用一级钢筋直径为8间距为200.承台底做100mm 厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm 。 ?9).桩身结构设计

预制桩的桩身混凝土强度等级选用C40，钢筋选用HRB335级。 根据《建筑桩基技术规范》，桩顶轴向压力应符合下列规定：

N max ≤φψc ?c a ps N max =

+=(3310+204.8)/6+(214+166×1.6) ×0.2/6×0

y y h 9.0M ?0

y x

h 9.0M ?n G F +∑2

i i

y y y M

0.04=573+399.67=972.67KN

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φ=1；对于预制桩，基桩施工工艺系数ψc=0.85；C40级混凝土，?c=19.1N/mm2，则

Φψc?c A=1×0.85×19.1×106×0.42

=2597.6kN＞N max（=972.67kN）

故桩身轴向承载力满足要求。

10).桩身构造设计

了桩身按构造要求配筋，选用8根直径为14的HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选用直径为6的HPB300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，桩顶设置三层直径为6，间距为50mm的钢筋网，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。

11).吊装验算

由于桩的长度不大，桩身吊装时采用二点起吊，起吊点距桩两端距离为

a=0.207L=0.207×14.4=2.981m

则吊起时桩身最大弯矩为

M l=0.0214kql2=0.0214×1.2×（0.42×25）×14.42=21.30kN.m

桩身配筋验算；混凝土采用C40级，钢筋采用HRB335级，则?c=19.1N/mm2，

=400-40=360mm，每边配3根直径为14的三级?y=300N/mm2，由于b=400mm，h

钢筋,As=461N/mm2，则

X=f y A S/α1?c b=(300×461)/(1.0×19.1×400)=18.10mm

x）

M u=α1?c bx（h0-

2

=1.0×19.1×400×18.10×(360-18.10/2)

=48.53×106N.mm

=48.53kN.m

所以M u＞M l

故桩身配筋满足吊装要求。

5.估算A.C.D 轴线柱下粧数

1).桩数估算

○

A 轴柱下荷载标准组合值为Fk=1870kN Mk=205kN Vk=139kN 根据○A 轴下荷载初步估算○A 轴柱下根数，

n=

=1870/476.4=4.08 取n=5 则○A 轴下设计桩数为5根。○C

○

C 轴柱下荷载标准组合值为Fk=2080kN Mk=213kN Vk=134kN 根据○C 轴下荷载初步估算○C 轴柱下根数，

n==2080/476.4=4.5 取n=5

则轴○C 下设计桩数为5根。

○

D 轴柱下荷载标准组合值为Fk=2000kN Mk=263kN Vk=141kN 根据○D 轴下荷载初步估算○D 轴柱下根数，

n=

=2000/476.4=4.3 取n=5 则轴○D 下设计桩数为5根。

6.参考文献

(1)《基础工程学》（第二版）陈国兴，樊良本等，中国水利水电出版社，2013. (2)《建筑地基基础规范技术规范》GB50007-2002. (3)《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008).

(4)《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010).

(5)《预应力混凝土管桩基础技术规程》DGJ/TJ109-2010. (6)《预应力混凝土管桩》国家建筑标准设计图集10G409. (7)《钢筋混凝土承台设计规程》CECS88:97 设计说明：

R

F k

R F k

R

F k

1.图中单位未作说明均以mm计。

2.根据工程地质报告，该工程采用预制桩基，○4号土粉质粘土作为持力层，采用400mm×400mm钢筋混凝土预制圆桩，设计桩长11m，桩尖进入持力层不低于1.2m，

单桩竖向极限承载力标准值Q uk=689.04kN，基桩承载力特征值R=344.52kN。

3.材料、混凝土：C40级钢筋，承台及预制桩纵向钢筋为HRB335级，预制桩箍筋为HPB300级。

4.保护层：承台80mm，预制桩30mm。

5.承台下做100mm厚C10混凝土垫层，出承台边100mm。桩顶嵌入承台50mm