扩展基础设计计算书.doc

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 一、课程设计的任务或学年论文的基本要求：1、设计条件某办公大楼基础拟采用独立柱基或联合基础，有关设计条件和资料如下：1）结构平面尺寸及上部结构传至基础的荷载如附图1所示；2）工程地质条件根据工程场地岩土工程勘察报告， 各土层物理力学指标如表1所示。表1 各土层物理力学指标序号土层名称层厚m含水量重度kN/m3孔隙比比重液限塑性指数液性指数固结快剪压缩性指标承载力特征值fakkPaCkPa度a1-2MPa-1Es1-2MPa1素填土1.018.52粉质粘土3.022.719.60.6702.7427.111.50.6226.412.20.218.02003淤泥质粘土2.540.517.81.1602.7239.018.01.0211.014.00.602.54804砂土2419.80.7102.7416.614.00.5736.315.10.286.452203）材料：C25混凝土，基础板及基础连梁内纵向受力钢筋采用HPB300或HRB335级。2、设计说明书内容及要求1）确定基础结构布置方案；2）在结构布置方案的基础上进行基础板的内力计算及截面配筋设计；3）地基验算；4）写出完整的计算书，字迹要工整美观，并用钢笔写或打印，插图可用铅笔画。设计计算应符合现行有关规范规定；5）每个学生完成1号图纸1张的基础施工图绘图工作量，内容有：(1)基础平面布置图；(2)基础板及基础连梁配筋图。6、施工图应与计算书的内容相符合，构造合理，便于施工。7、施工图计算机或手绘完成，字宜用仿宋字体，线形、尺寸标注方法、图例等均应符合房屋建筑制图统一标准和建筑结构制图标准 指导教师签字： 年 月 日 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，设计为号轴线与号轴线二柱矩形联合基础较为经济、合理。其余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，取轴线中轴力最大两个基础为和，号轴线与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：对于基础，即传递于基础顶面的竖向力值为。（1）地基承载力特征值的修正：设基础埋深（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，又因埋深,故还要对进行修正。由表一可知粉质粘土层的空隙比，且液性指数，重度为，地表土层为素填土，重度，查承载力修正系数表可知，。故基础底面以上土的加权平均重度为：故修正后的地基承载力特征值为：（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，则得基础底面积为： 取，即有，取，则，由于，故不必进行承载力宽度修正。 对于一般实体基础，基础自重，基底平均压力为（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，下一层土的压缩模量为，故，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，又因为基础的底面宽度为，所以有，即查地基压力扩散角值表可知，下卧层顶面处的附加压力为：下卧层顶面处的自重压力为：下卧层承载力特征值为：进行深度修正： 再进行验算判断基础是否满足要求：（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：；基底平均压力：基地处的土中自重应力：基底平均附加应力：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：、，查建筑地基基础设计规范法可知第层土体的压缩量如下式： （公式1）式中-对应于荷载永久效应组合时的基底附加压力（）； -基底底面下第层土的压缩模量（），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； 、-分别为基础底面至第层土、第层土底面的距离；、-分别为基础底面至第层土、第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点号（mm）（mm）0000.210000011.80.900.210.3780.3780.03212.1012.1024.32.150.601.501.1220.10112.20124.30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： （公式2）式中-按分层总和法计算出的地基变形（沉降）量；-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 地基附加应力2.54.07.015.020.01.41.31.00.40.21.11.00.70.40.2又因为，且，查表3.2根据内插法求得，故基础最终沉降量为：四、基础的结构和构造设计1、计算确定基础高度图4.1 基础冲切计算示意图基底净反力设计值为: 初选定柱截面尺寸为：，由于选用C25混凝土，级钢筋，其最小保护层厚度为，忽略钢筋边缘到钢筋中心的距离，则基础的有效高度为，见上图4.1所示，左边阴影部分的面积为：则混凝土的冲切力为：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： （公式3）式中 -受冲切承载力截面高度影响系数，当基础高度不大于时，取1.0；当大于等于时，取0.9,其间按线性内插法取用；-混凝土轴心抗拉强度设计值；-冲切破坏锥体斜裂面上、下（顶、底）边长、的平均值；-基础的有效高度；故抗冲切力为： （不成立）故需要加大基础高度，重新取基础高度，则，又，则此时的抗冲切力为：（成立）因构造要求，基础分两级，下阶，取，。变阶处截面：冲切力为：抗冲切力为：（成立）2、基础底板的配筋计算 图4.2 基础俯视图（1）计算基础长边方向的弯矩设计值，取截面（见上图4.2所示） （2）基础短边方向的弯矩，取截面（见上图4.2所示） （3）在截面上有：（4）在截面上有：综上所述，比较和,，故按照配筋，所在米范围内配，,满足最小配筋率要求，比较和,，按构造要求配, ,满足相关要求,配筋图见下： 图4.3 基础板平面配筋图 图4.4基础板剖面配筋图五、钢筋混凝土柱下独立基础的相关计算对于基础，即传递于基础顶面的竖向力值为。（1）地基承载力特征值的修正：设基础埋深（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，又因埋深,故还要对进行修正。由表一可知粉质粘土层的空隙比，且液性指数，重度为，地表土层为素填土，重度，查承载力修正系数表可知，。故基础底面以上土的加权平均重度为：故修正后的地基承载力特征值为：（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，则得基础底面积为： 取，即有，取，则，由于，故不必进行承载力宽度修正。 对于一般实体基础，基础自重，基底平均压力为（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，下一层土的压缩模量为，故，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，又因为基础的底面宽度为，所以有，即查地基压力扩散角值表可知，下卧层顶面处的附加压力为：下卧层顶面处的自重压力为：下卧层承载力特征值为：进行深度修正： 再进行验算判断基础是否满足要求：（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：；基底平均压力：基地处的土中自重应力：基底平均附加应力：六、基础结构和结构设计1、计算确定基础高度基底净反力设计值为: 初选定柱截面尺寸为：，由于选用C25混凝土，级钢筋，其最小保护层厚度为，忽略钢筋边缘到钢筋中心的距离，则基础的有效高度为，见图4.1所示，左边阴影部分的面积为：则混凝土的冲切力为：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： 式中 -受冲切承载力截面高度影响系数，当基础高度不大于时，取1.0；当大于等于时，取0.9,其间按线性内插法取用；-混凝土轴心抗拉强度设计值；-冲切破坏锥体斜裂面上、下（顶、底）边长、的平均值；-基础的有效高度；故抗冲切力为： （成立）因构造要求，基础分两级，下阶，取，。变阶处截面：冲切力为：抗冲切力为：（成立）2、基础底板的配筋计算（1）计算基础长边方向的弯矩设计值，取截面（见图4.2所示） （2）基础短边方向的弯矩，取截面（见图4.2所示） （3）在截面上有：（4）在截面上有：综上所述，比较和,，故按照配筋，所在米范围内配，,满足最小配筋率要求，比较和,，按构造要求配,满足相关要求,配筋图见下：图6.1 基础板平面配筋图图6.2 基础板剖面配筋图七、联合基础的相关计算1、确定地基持力层确定基础埋深（基础底面到室外地面的距离），柱子尺寸均为，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，又因埋深,故还要对进行修正。2、确定地基承载力特征值由表一可知粉质粘土层的空隙比，且液性指数，重度为，地表土层为素填土，重度，查承载力修正系数表可知，。故基础底面以上土的加权平均重度为：故修正后的地基承载力特征值为：3、基础高度计算 取4、计算基地形心位置及基础长度对柱2的中心取矩，由得： 5、计算基础底面宽度（荷载采用荷载效应标准组合）柱荷载标准组合值可近似取基本组合值除以1.35，于是有： 6、计算基础内力 净反力设计值为： 由剪力和弯矩的计算结果绘制出图如下所示： 图7.1 联合基础示意图图7.2 联合基础剪力图图7.3 联合基础弯矩图图6.4 联合基础俯视图取柱1冲切破坏锥体底面边缘处截面为计算截面，计算该截面的剪力设计值为：（可以）见上图5.2所示。 7、配筋计算（1）纵向配筋（采用级钢筋）柱间负弯矩，所需钢筋面积为： 最大正弯矩取，所以所需钢筋面积为： 故基础顶面配（）其中三根通长布置；基础底面配（），其中三根通长布置。（2）横向配筋（采用级钢筋）柱2处等效梁宽为：拆成每米板宽内的配筋面积为：。柱1处等效梁宽为：拆成每米板宽内的配筋面积为：由于等效梁的计算配筋面积均小于构造配筋面积，现沿基础全长按构造要求配（），基础顶面配横向构造钢筋。整体配筋图如下：图7.5 联合基础梁配筋图