扩展基础设计计算书

邮电与信息工程学院课程设计说明书课题名称：钢筋混凝土扩展基础设计学生学号：专业班级：学生姓名：学生成绩：指导教师：苏滔课题工作时间：2017.6.8 至2017.6.19钢筋混凝土拓展基础设计计算书一、基础结构布置的选择本工程是办公大楼，上部结构采用框架结构体系。

根据附图1中的结构平面尺寸及上部结构传至基础的荷载和表1中的工程地质情况，该办公大楼基础拟采用浅基础中的扩展基础或联合基础，且扩展基础为柱下钢筋混凝土独立基础。

与柱下条形基础、柱下交叉条形基础 、筏型基础、箱形基础和壳体基础等相比较，柱下钢筋混凝土独立基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。

与无筋基础相比，柱下钢筋混凝土独立基础高度较小，适宜在基础埋置深度较小时使用，该条件符合该办公楼的工程地质情况，由于⑦号轴线的基础距离原建筑物边线只有0.4m ，若设计为独立基础，其基础底面面积过小，导致其承载力不足，设计为⑥号轴线与⑦号轴线二柱矩形联合基础较为经济、合理。

其余①～⑤轴线设计为钢筋混凝土独立基础。

由于柱网对称且方便施工，取轴线④中轴力最大两个基础为1G 和2G ，⑥号轴线与⑦号轴线二柱矩形联合基础来设计基础。

二、持力层的选择及基础埋深的确定综合分析《岩土工程勘察报告》和气象资料，该办公大楼宜采用“宽基础埋深”方案，以便加大基底至软弱下卧层的距离。

三、钢筋混凝土柱下独立基础1G 的相关计算1、计算钢筋混凝土柱下独立基础的初步尺寸：对于1G 基础，即传递于基础顶面的竖向力值为k =1531.7KN F 。

（1）地基承载力特征值的修正：设基础埋深 1.2d m =（基础底面到室外地面的距离），此时由附表一可知地基持力层粉质粘土层，故承载力特征值200ak f kpa =，又因埋深 1.20.5d m m =>,故还要对ak f 进行修正。

由表一可知粉质粘土层的空隙比0.6700.85e =<，且液性指数0.620.85L I =<，重度为319.6/KN m γ=，地表土层为素填土，重度318.7/KN m γ=，查《承载力修正系数表》可知0.3b η=， 1.6d η=。

故基础底面以上土的加权平均重度为：318.5 1.019.60.218.7/1.2m kN m γ⨯+⨯==故修正后的地基承载力特征值为：(0.5)200 1.618.7(1.20.5)221a ak d m f f d kpa ηγ=+-=+⨯⨯-=（2）初步确定基础底面尺寸由于地基深度范围内没有地下水，即0w h =，则得基础底面积为：21531.77.7822120 1.2k a G F A m f d γ≥==--⨯ 取2l d =，即有 1.97b m ≥=，取2b m =，则4l m =，由于23b m m =<，故不必进行承载力宽度修正。

对于一般实体基础，基础自重2024 1.2192k G G Ad KN γ==⨯⨯⨯=，基底平均压力为1531.7192215.522124k k k a F G p kPa f kPa A ++===<=⨯（可以） 2、地基的计算（1）地基软弱下卧层承载力验算由附表一可知，粉质黏土的压缩模量为18s E Mpa =，下一层土的压缩模量为2 2.54s E Mpa =，故12/ 3.1s s E E =，因为软弱下卧层的深度为4米，故基底至软弱下卧层顶面的距离为4 1.2 2.8z m =-=，又因为基础的底面宽度为2b m =，所以有/ 2.8/2 1.40.5z b ==>，即查《地基压力扩散角值表》可知23θ=，tan 0.424θ=，下卧层顶面处的附加压力为：()42[215.5(1.018.50.219.6)]55.4(2tan )(2tan )(42 2.80.424)(22 2.80.424)k c z lb p p p kpa l z b z θθ-⨯⨯-⨯+⨯===+++⨯⨯+⨯⨯下卧层顶面处的自重压力为：18.5 1.019.6 3.077.3cz p kpa =⨯+⨯=下卧层承载力特征值为：377.319.3/1.2 2.8cz m p KN m d z γ===++ 进行深度修正：(0.5)80 1.619.3(40.5)188.1az akz d m f f d z kpaηγ=++-=+⨯⨯-=再进行验算判断基础是否满足要求：77.355.4132.7188.1cz z az p p kpa f kpa +=+=<=（可以），故基础底面尺寸及埋深满足要求。

（2）地基的变形（沉降）验算 1）求基底压力和基底附加应力基础及回填土的总重：2024 1.2192G G Ad KN γ==⨯⨯⨯=； 基底平均压力： 1.351531.7192282.524F G P kPa A +⨯+===⨯ 基地处的土中自重应力：18.7 1.222.4cz m d kpa σγ==⨯= 基底平均附加应力：0282.522.4260.1cz P P kpa σ=-=-=2)用分层总和法计算地基沉降结合表1中相关数据，可知第一、二层土和第三层土的附加应力分别为：0~10.21α=、20.60α=，查《建筑地基基础设计规范法》可知第i 层土体的压缩量如下式：11()i i i i siP s z z E αα--'∆=- （公式1）式中0P --对应于荷载永久效应组合时的基底附加压力（kpa ）；si E --基底底面下第i 层土的压缩模量（Mpa ），应取土的自重应力至土的自重应力与附加应力之和的应力段计算；i z 、1i z ---分别为基础底面至第i 层土、第-1i 层土底面的距离；i α、1i α---分别为基础底面至第i 层土、第-1i 层土底面范围内平均附加应力系数，可查表；根据公式和附表1中的数据，计算结果如下表所示：表3.1 分层总和法计算地基最终沉降为了提高计算精确度，规范法规定地基总沉降按上式采用分层总合法得到各层土体压缩量之和后尚需乘以沉降计算经验系数，于是得到沉降计算表达式为：11()sins s i i i i E siP s s z z E ψψαα--'==-∑（公式2） 式中s '--按分层总和法计算出的地基变形（沉降）量；s ψ--沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料以及经验确定，也可以采用规范推荐的数值；沉降计算经验系数见下表所示：表3.2 沉降计算经验系数表又因为()111110.54/ii i i i s iii ii i si A zz E Mpa A E z z E αααα-----===⎛⎫-⎪⎝⎭∑∑∑∑，且00.75ak P f >，查表3.2根据内插法求得 1.0-0.41.0(10.547)=0.86515-7s ψ=--⨯，故基础最终沉降量为： 0.865124.30107.5mm s i s s ψ==⨯=∑四、1G 基础的结构和构造设计1、计算确定基础高度A 1图4.1 基础冲切计算示意图基底净反力设计值为:1.351531.7258.524j F p kpa bl ⨯===⨯ 初选定柱截面尺寸为：300400c c a b ⨯=⨯，600h mm =，由于选用C25混凝土，300HPB 级钢筋，21.27/t f N mm =，2270/y f N mm =，其最小保护层厚度为45c mm =，忽略钢筋边缘到钢筋中心的距离，则基础的有效高度为060045555h mm =-=，见上图4.1所示，左边阴影部分的面积为：2220040.320.4()()(0.555)2(0.555) 2.522222222c c l a b l b A h b h m =-----=--⨯---=则混凝土的冲切力为：258.5 2.5646.25l j l F P A KN ==⨯=由于矩形基础一般沿柱短边一侧先产生冲切破坏，所以只需根据短边一侧的冲切破坏条件确定基础高度，即要求：00.7l hp t m F f b h β≤ （公式3）式中 hp β--受冲切承载力截面高度影响系数，当基础高度h 不大于800mm 时，hp β取1.0；当h 大于等于2000mm 时，hp β取0.9,其间按线性内插法取用；t f --混凝土轴心抗拉强度设计值；m b --冲切破坏锥体斜裂面上、下（顶、底）边长t b 、b b 的平均值；0h --基础的有效高度；故抗冲切力为：30000.70.7()0.7 1.0 1.2710(0.40.555)0.555hp t m hp t c f b h f b h h ββ=+=⨯⨯⨯⨯+⨯471.2618.96l KN F KN =<=（不成立）故需要加大基础高度，重新取基础高度800h mm =，则080045755h mm =-=，又020.420.755 1.912c b h m b m +=+⨯=<=，则此时的抗冲切力为：30000.70.7()0.7 1.0 1.2710(0.40.755)0.755hp t m hp t c f b h f b h h ββ=+=⨯⨯⨯⨯+⨯775.2618.96l KN F KN =>=（成立）因构造要求，基础分两级，下阶1400h mm =，0140045355h mm =-=，取12l m =，11b m =。

变阶处截面：1012120.355 1.72b h b m +=+⨯=<=冲切力为：211max 0101[()()]2222j l bl b p h b h -----24221258.5[(0.355)2(0.355)]3282222KN =⨯--⨯---=抗冲切力为：3101010.7()0.7 1.0 1.2710(10.355)0.355hp t f b h h β+=⨯⨯⨯⨯+427.6328KN KN =>（成立）2、基础底板的配筋计算IIIIIIIV图4.2 基础俯视图（1）计算基础长边方向的弯矩设计值，取I I -截面（见上图4.2所示）2211()(2)258.5(40.3)(220.4)648.82424I j c c M p l a b b KN m =-+=⨯⨯-⨯⨯+=⋅ 6210648.81035360.90.9270755I S y M A mm f h ⨯===⨯⨯ （2）基础短边方向的弯矩，取II II -截面（见上图4.2所示）2211()(2)258.5(20.4)(240.3)228.92424II j c c M p b b l a KN m =-+=⨯⨯-⨯⨯+=⋅ 620228.91012480.90.9270755II SII y M A mm f h ⨯===⨯⨯ （3）在III III -截面上有：221111()(2)258.5(42)(221)215.42424III j M p l l b b KN m =-+=⨯⨯-⨯⨯+=⋅ 6201215.41024970.90.9270355III SIIIy M A mm f h ⨯===⨯⨯ （4）在IV IV -截面上有：122111()258.5(21)(242)107.722424j IV p KN m M b b l l ⨯⨯-=⨯⨯+-+=⋅（）= 6201107.71012480.90.9270355IV SIVy M A mm f h ⨯===⨯⨯ 综上所述，比较SI A 和SIII A ,223536 2497SI SIII A mm A mm =>=，故按照1S A 配筋，所在2.0米范围内配1418Φ，23560.8s A mm =,满足最小配筋率要求，比较SII A 和SIV A ,2212481248SII SIV A mm A mm ===，按构造要求配1312Φ,21470As mm =,满足相关要求,配筋图见下：10图4.3 基础板平面配筋图13A 1214A 18a =300图4.4基础板剖面配筋图五、钢筋混凝土柱下独立基础2G 的相关计算对于1G 基础，即传递于基础顶面的竖向力值为k =930.4KN F 。