基础工程课程设计计算书

基础工程课程设计

说明书

二零一三年六月

土木工程

某框架结构条形基础设计计算书

一、工程概况

威海近郊五层两跨钢筋混凝土框架结构（相当于七层以上民用建筑），车间有三排柱，柱截面尺寸为400×600mm2，平面图如图1。作用在基础顶面的荷载特征值如表1，弯矩作用于跨度方向。室内外高差。

图1混凝土框架结构平面图

表1 荷载效应特征值

荷载效应

柱位荷载类

标准组合准永久组合基本组合

F1400kN1350 kN1750 kN A轴

M（顺时针）200 kN-m170 kN-m250 kN-m

F1600 kN1450 kN2000 kN B轴

M（顺时针）140 kN-m130 kN-m175 kN-m

C 轴

F

1200 kN 1100 kN 1500 kN M （顺时针）

170 kN-m

150 kN-m

212 kN-m

二、地 质 资 料

1. 综合地质柱状图如表2，地下水位在细砂层底，标准冻深为2m ；

2. 冻胀类别为冻胀。

表2 综合地质柱状图

图 例 土层厚度

土 层 描 述

人工填土、含煤灰

317kN/m γ=

黄褐色粘性土，低压缩性

147kPa ,0.7

ak f e ==，

8500kPa,s E =326%,18%,34%,19kN/m p L w w w γ====

淤泥质粘土

110kPa ak f =

1.10e =，318kN/m γ=， 1.0L I =，7500kPa s E =

黄色细砂、中密、稍湿

12000kPa s E =

三、设 计 要 求

1. 设计柱下钢筋混凝土条形基础；

2. 计算该条形基础相邻两柱的沉降差；

3.绘制基础平面图（局部），基础剖面图，配筋图。

四、设计步骤

1.考虑冻胀因素影响确定基础埋深；

2.持力层承载力特征值修正；

3.计算基础底面尺寸，确定基础构造高度；

4.计算条形基础相邻两柱的沉降差；

5.按倒梁法计算梁纵向内力，并进行结构设计；

6.计算基础的横向配筋及翼缘高度；

7.绘制施工图。

五、工作量

1.设计柱下钢筋混凝土条形基础；

2.计算该条形基础相邻两柱的沉降差；

3.完成课程设计计算说明书一份；

4.完成铅笔绘制2号施工图一张；

5.配合教师安排进行答辩。

六、内力计算

(一) 确定基础埋深

根据地质资料进入土层1.2m 为粘土层，其基本承载力特征值为147kPa ak f =,可知其为最优持力层，基础进入持力层大于30cm 。又有考虑冻胀因素的影响，根据规范可知，其设计冻深d z 应按下式计算：0 2.0 1.00.90.95 1.71m ...zs zw ze d

z z ψψψ=???==，基

础埋深应在设计冻深以下，据此可初步确定基础埋深为2.3m 。根据基础埋深

2.3m>0.5m d =需进行持力层承载力特征值的深度修正，持力层为黄褐色粘性土层。液性

指数2618

0.50.853418

p L L p

w w I w w --=

=

=<--，又0.70.85e =<，查表可得，承载力修正系数

0.3, 1.6b d ηη==，基础底面以上土的加权平均重度m γ=

317 1.2190.8

17.8kN/m 2.0

?+?=，

条形基础的基础埋深一般自室内底面算起，室内外高差为0.3m ，取 2.30.3 2.6m d =+=，则可得修正值为：(0.5)147 1.617.8(2.60.5)206.81kPa a ak d m f f d ηγ=+-=+??-=。

(二) 确定基础梁的高度、长度和外伸尺寸

根据规范要求，柱下条形基础梁的高度应该取为柱距的1/81/4:倍 ，又有此处柱距取为6500mm ，故可得到基础梁的高度(1/81/4)6200(7751550)mm h =?=::，取

1500mm h =，即为 1.5m h =。根据构造要求，条形基础端部外伸长度应为边跨跨距的

1/41/3:倍，故考虑到柱端存在弯矩及其方向，可以得到基础端部左侧延伸

1(1/41/3)(1/41/3)6200(15502067)mm l l ==?=:::，取1 2.0m l =。计算简图如图

2所示：

图2.计算简图

为使荷载形心与基底形心重合，右端延伸长度为2l ，2l 计算过程如下： a.确定荷载合力到C 点的距离o x ：

014002 6.21600 6.2200140170

6.37m 140016001200

x ??+?---=

=++

b.确定右端延伸长度2l ：

2 2.00.

3 6.22 6.3720.3 1.66m l =++?-?-=

c..确定基础梁的总长度l ：

(2.00.3 6.22 6.37)216.66m l =++?-?=

d..确定基础梁基底的宽度b ：

计算基础及其上土的重力k G 时的基础埋深为：(2.3 2.6)/2 2.45m d =+=

140016001200

1.60m (20)

16.66(206.8120 2.45)

k

F

b l f d ++=

=

=-?-?∑，取作 1.8m 3m b =<，

故无需作宽度修正。

(三) 持力层和软弱下卧层的验算

基底的平均压力：

140016001200

20 2.45189.06kPa<206.81kPa 16.66 1.8

k

k

k a F

G p f A

+++=

=

+?==?∑

故持力层满足要求。

对于软弱下卧层：

() 1.8{189.06(1.217 1.119)}

51.39kPa 2tan 1.82 3.9tan 23

k cd z b p b z σσθ-?-?+?=

==++??o

1.217519115.4kPa cz σ=?+?=

软弱下卧层顶面处经深度修正后承载力特征值： 经查表得 0, 1.0b d ηη==，

12

115.4

18.6kPa 1.2 5.0

cz

m h h σγ=

=

=++

则有(3)(0.5)110 1.018.6(6.20.5)216.02kPa az ak b d m f f b d ηγηγ=+-+-=+??-=

51.39115.4166.79kPa<216.02kPa z cz az f σσ+=+==

故软弱下卧层满足要求。

经验算，基础底面尺寸及埋深满足要求。

(四) 肋梁的弯矩和剪力计算

(175020001500)/16.66315.1kN/m j bp =++=

按照静定分析方法计算柱下条形基础的内力： 对于A 点

2=0.5315.1 2.3=833.4kN.m Al M ?? 逆时针方向

315.1 2.3724.73kN l A V =?=（↓）

A 833.42501083.4kN.m r M =+= 逆时针方向 724.7317501025.27kN r A V =-=-（↑）

对于B 点

20.5315.18.51750 6.2250782.99kN.m Bl M =??-?+=逆时针方向 315.1.1(2.3 6.2)1750928.35kN l B V =?+-=（↓）

782.99175957.99kN.m Br M =+=逆时针方向

928.3520001071.65kN r B V =-=-（↑）

对于C 点

20.5315.114.71750 6.222000 6.2250175364.98kN.m Cl M =??-??-?++=

逆时针方向 315.1(2.3 6.22)175********.97kN l

C V =?+?--=（↓）

364.98212576.98kN.m Cr M =+=逆时针方向 881.71500618.03kN r C V =-=-（↑）

AB 跨中：

21750 3.1315.1 5.40.5250580.84kN.m AB M =?-??-=顺时针方向

BC 跨中：

217509.32000 3.1315.111.60.5175250850kN.m BC M =?+?-??--=

顺时针方向

计算简图及弯矩图和剪力图如图3所示：

图3.计算简图及内力图

七、配筋计算

(一) 基础配筋计算

1. 基础梁配筋计算：

①材料选择 混凝土30C ，21.43N/mm t f =； 2

14.3N/mm c f =；钢筋采用二级钢

HPB235；'2210N/mm y y f f ==；垫层10C ，100mm 厚。

②基础梁宽度500mm b =；/1500/5003h b ==，符合2.0 3.5:的规定。 ③验算截面最小尺寸 考虑到钢筋可能为双排布置，故1500801420mm o h =-=，

max 1071.57kN 0.250.2514.350014202538.25kN c c o V f bh β=≤=???=，满足要求。

④配筋计算表格。

2. 正截面受弯配筋计算 计算配筋如表3所示：

表3正截面受弯配筋计算

注：等效矩形应力图形系数1 1.0α=；1420mm o h =；min ρ取

0.45t y o

f h

f h 及0.2%大值， 基础梁选配钢筋：顶部 8A22全长贯通，腰筋按构造设置，详见简图，

底部 8A25全长贯通，大于底部总面积的1/3，

3. 箍筋计算

①截面尺寸符合要求（第1步第③项已经验算）； ②根据纵筋布置及根数确定为4肢箍，选用A 10@200； 22

1

4(10)314.16mm 4

sv A π=??= ③斜截面受剪承载力u V ；

0.7 1.25sv

u cs t o yv

o A V V f bh f h s

==+ 314.16

0.7 1.435001420 1.2521014201296.41kN 200

u V =???+??

?= 由于1296.41kN>1071.65kN u V =且1296.41kN>928.35kN u V = 承载力满足要求。故箍筋无需加密，只需按A 10@200配置箍筋即可。

(二) 基础底板配筋计算

翼板按斜截面抗剪强度验算设计高度；翼板端部按固定端计算弯矩，根据弯矩配置横向钢筋（横向钢筋采用A 10, 2

210N/mm y f =）。

1. 翼缘板的高度如计算简图所示，计算简图如图4所示：

图4.计算简图

取1.0m 宽度翼板作为计算单元， 剪力设计值：

175.061.00.65= 1.00.6563.22kN 1.8 1.8

j p V =????=

斜截面受剪承载力 0.70.7 1.431.0(30040)260.26kN>63.22kN u

c t o V V f bh ===???-= 满足要求。

2. 横向钢筋计算

弯矩设计值221175.06

()0.650.50.6520.55kN.m 21.8 1.8

j p M =?=??＝； 配筋计算：①截面抵抗矩系数6

22

120.55100.0211.014.31000260

s c o M f bh αα?===???

②相对受压区高度 11211

20.0210.021s ξ

α=--=--?=；

③内力矩的力臂系数10.510.50.0210.99s

γξ=-=-?=

④钢筋面积6

220.5510380.2mm 2100.99260

s y s o M

A f h γ?===??

实配A 10@200， 22

393mm 380.2mm s A =>，分布筋A 8@200。

八、沉降差的计算

1. 土层分层情况如下图5所示：

图5.土层分层图

沉降计算采用荷载准永久组合,用角点法将计算区域进行划分。

2. 沉降计算点

a. 边基础自身沉降计算简图如图6所示：

图6. 计算简图

地基变形计算深度n Z 算至黄色细砂土层，则10.0m n Z =，按GB50007-2002规定2m

b <时0.3m z ?=且应满足''

0.025n i s s ?≤∑?

B1点1

11111111,,,,,()()()()z B

z B z B z B z B abB h cdB h dfgB begB σσσσσ=+++

120.9m ,8.16m ,8.5m B L L ===

013501450110016.66 1.820 2.3

(17 1.219 1.1)134.75kPa 16.66 1.8

p +++???=

-?+?=?

B1点自身基础沉降计算表格如表4所示：

表4 B1点沉降计算

(m)i Z

/L B

/i Z B

i α

11i i i i Z Z αα---

a (MP )

si E 'i

s ?()mm

''(mm)

i s s =∑?

0 0 10

12

计算沉降经验系数

首先计算变形计算深度范围内压缩模量的当量值s E

0.30730.12740.0049

5.0MPa 0.30730.12740.0049

8.5 2.512i s i si

A E A E ∑++=

==++∑

根据GB50007-2002表 ，得0.9s ψ=

所以边基础1B 点基础最终沉降量计算'

0.983.7375.36mm s s s

ψ==?=

0.3m z ?=，'

'0.41mm 0.0250.02587.73 2.1933mm n

i s s ?=≤∑?=?=， 满足GB5007-2002公式要求。

b .相邻基础的影响沉降计算简图如图7所示：

图7. 相邻基础的影响沉降计算简图

地基变形计算深度n Z 算至黄色细砂土层，则10.2m n Z =，按GB50007-2002规定

4m 8m b <<时0.8m z ?=且应满足'

'0.025n

i s s ?≤∑? B1点22

22

2

2

22

1

11111111,,,,,d ()()()()h z B z B z B B z B z B B B gc d ga b B f

he b σσσσσ=-+-

013501450110016.66 1.820 2.3

(17 1.219 1.1)134.75kPa 16.66 1.8

p +++???=

-?+?=?

B1点相邻基础沉降影响计算表格如表5、6、7、8所示：

7.9m ,8.5m B L ==

表5

==

B L

6.1m,8.5m

表6

==

7.9m,8.16m

B L

表7

==

6.1m,8.16m

B L

表8

'75.1270.7373.8869.678.6mm s =-+-=

计算沉降经验系数

首先计算变形计算深度范围内压缩模量的当量值s E

0.58000.5480

3.7MPa 0.14900.1404i s i si

A E A E ∑-=

==-∑ 根据GB50007-2002表 ，得 1.05s ψ=

所以边基础1B 点相邻基础影响沉降量计算'

1.058.69.03mm s s s

ψ==?=

0.8m z ?=，'

'1.03mm 0.0250.02572.2 1.805mm n

i s s ?=≤∑?=?=， 满足GB5007-2002公式要求。

所以边基础1B 最终沉降量为：75.369.0384.39mm s +==

C. 2B 点因受力情况与1B 点相同，则同理2B 点的最终沉降量为：

75.369.03293.42mm s +?==。

d. 1B 点和2B 点沉降差

1B 点最终总沉降量与2B 点最终总沉降量S ?之差 210.93mm<0.0020.002620012.4mm B B S S S l ?=-==?=

满足GB5007-2002表要求。