高層建筑基礎(chǔ)課程設(shè)計任務(wù)書

1、高層建筑基礎(chǔ)課程設(shè)計任務(wù)書樁 基 礎(chǔ) 設(shè) 計一、設(shè)計任務(wù) 某廠房樁基礎(chǔ)設(shè)計二、設(shè)計資料 該廠房上部結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計值為軸力N=7460KN，彎矩M=840KN·M，柱截面尺寸為600mm×800mm。建筑場地位于城郊，土層分布情況及各土層的物理、力學(xué)指標(biāo)如表1所示。地下水位離地表0.5m，從各測點的靜力觸探結(jié)果看場地土具有不均勻性，東部區(qū)域的PS平均值要高于西部，局部地區(qū)有明浜，埋深將近2m。1、地基各土層的分布及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，見表1：表1 各土層的物理、力學(xué)指標(biāo)土層序號土層名稱層底埋深（m）容重（kN/m3）含水量w（%）孔隙比e液性指數(shù)IL抗剪強度壓縮模量Es1-2（M

2、Pa）比貫阻力PS（MPa）粘聚力（kPa）內(nèi)磨擦角（°）褐黃色粉質(zhì)粘土2.018.027.80.810.4830(21)25.5(18.5)6.40.59(0.54)灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土6.017.838.81.091.1814(9.8)19.3(13.5)4.50.57(0.38)灰色淤泥質(zhì)粘土14.917.053.11.511.2912(8.4)10.5(7.5)2.10.62(0.41)灰褐色粉質(zhì)粘土20.018.035.41.020.8016(11.2)18.5(13.2)4.82.27(1.77)暗綠色草黃色粉質(zhì)粘土24.018.524.70.710.3136(25.2)2

3、5.0(18.0)7.84.76(3.86)灰色粉質(zhì)粘土>34.018.035.51.020.8722(13.4)22.1(13.0)4.9注 表中括號內(nèi)為西區(qū)的數(shù)值2、樁側(cè)及樁端極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，見表2：表2 樁側(cè)、樁端極限摩阻力的標(biāo)準(zhǔn)值層序土層名稱極限阻力靜力觸探估算方法經(jīng)驗參數(shù)法東部西部淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土qsk(kPa)151525淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土qsk(kPa)3120.521粉質(zhì)粘土qsk(kPa)81.7569.2547粉質(zhì)粘土qpk(kPa)281222523200注：由于樁尖進入持力層深度較淺，考慮到持力層有一定起伏，表中第層土僅計樁端阻力。三、設(shè)計內(nèi)容1、基礎(chǔ)持力層、樁型、承

4、臺埋深選擇；2、單樁豎向承載力的確定；3、樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算；4、確定樁數(shù)和承臺尺寸；5、群樁承載力驗算；6、群樁沉降計算；7、承臺設(shè)計計算；8、繪制單樁及承臺配筋圖；四、設(shè)計要求 要求完成全部的設(shè)計內(nèi)容，完成設(shè)計計算及報告一份，報告插圖及設(shè)計圖紙應(yīng)手工繪制完成。五、參考資料(1)高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計，陳國興主編中國建筑工業(yè)出版社，2000.(2)高層建筑基礎(chǔ)分析與設(shè)計，宰金珉、宰金璋主編，中國建筑工業(yè)出版社，1999.(3)地基基礎(chǔ)設(shè)計手冊，沈杰編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1998.(4)樁基工程手冊，樁基工程手冊編委會，中國建筑工業(yè)出版社，1995.(5)簡明建筑基礎(chǔ)計算與設(shè)計手冊，張季容、朱向榮

5、編著，中國建筑工業(yè)出版社，1997.(6)樁基礎(chǔ)設(shè)計指南，林天健、熊厚金、王利群編著，中國建筑工業(yè)出版社，1999.(7)高層建筑設(shè)計與施工，何廣乾、陳祥福、徐至鈞主編，科學(xué)出版社，1994(8)樁基礎(chǔ)設(shè)計與計算，劉金礪，中國建筑工業(yè)出版社，1990.樁基礎(chǔ)設(shè)計一、設(shè)計任務(wù) 某廠房樁基礎(chǔ)設(shè)計二、設(shè)計資料 該廠房上部結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計值為軸力N=7460KN，彎矩M=840KN·M，柱截面尺寸為600mm×800mm。建筑場地位于城郊，土層分布情況及各土層的物理、力學(xué)指標(biāo)如表1所示。地下水位離地表0.5m，從各測點的靜力觸探結(jié)果看場地土具有不均勻性，東部區(qū)域的PS平均值要高于西部，

6、局部地區(qū)有明浜，埋深將近2m。1、地基各土層的分布及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，見表1：表1 各土層的物理、力學(xué)指標(biāo)土層序號土層名稱層底埋深（m）容重（kN/m3）含水量w（%）孔隙比e液性指數(shù)IL抗剪強度壓縮模量Es1-2（MPa）比貫阻力PS（MPa）粘聚力（kPa）內(nèi)磨擦角（°）褐黃色粉質(zhì)粘土2.018.027.80.810.4830(21)25.5(18.5)6.40.59(0.54)灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土6.017.838.81.091.1814(9.8)19.3(13.5)4.50.57(0.38)灰色淤泥質(zhì)粘土14.917.053.11.511.2912(8.4)10.5(7.5)2

7、.10.62(0.41)灰褐色粉質(zhì)粘土20.018.035.41.020.8016(11.2)18.5(13.2)4.82.27(1.77)暗綠色草黃色粉質(zhì)粘土24.018.524.70.710.3136(25.2)25.0(18.0)7.84.76(3.86)灰色粉質(zhì)粘土>34.018.035.51.020.8722(13.4)22.1(13.0)4.9注 表中括號內(nèi)為西區(qū)的數(shù)值2、樁側(cè)及樁端極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，見表2：表2 樁側(cè)、樁端極限摩阻力的標(biāo)準(zhǔn)值層序土層名稱極限阻力靜力觸探估算方法經(jīng)驗參數(shù)法東部西部淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土qsk(kPa)151525淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土qsk(kPa)3120.

8、521粉質(zhì)粘土qsk(kPa)81.7569.2547粉質(zhì)粘土qpk(kPa)281222523200注：由于樁尖進入持力層深度較淺，考慮到持力層有一定起伏，表中第層土僅計樁端阻力。三、設(shè)計內(nèi)容1、基礎(chǔ)持力層、樁型、承臺埋深選擇；2、單樁豎向承載力的確定；3、樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算；4、確定樁數(shù)和承臺尺寸；5、群樁承載力驗算；6、群樁沉降計算；7、承臺設(shè)計計算；8、繪制單樁及承臺配筋圖；四、樁基持力層、樁型、承臺埋深選擇 1）持力層確定 由于樁基礎(chǔ)荷載較大，持力層應(yīng)選在較為密實的土層上。從土層分布情況分析，淺部第層土較好，但厚度較薄，且有明浜切割。、土層較差，不宜選作持力層，作為樁基礎(chǔ)的基礎(chǔ)形式，

9、第層土是樁基礎(chǔ)的理想持力層。2）樁長的確定及承臺埋深的選擇 樁尖進入持力層的深度為1m，工程樁的入土深度為2m。另考慮，到明浜埋深及承臺埋深確定為2m，故樁基的有效長度為19m。3）樁型及截面尺寸由于建設(shè)場地在郊區(qū)，周圍環(huán)境不要求限制振動、噪聲，因此，因優(yōu)先采用施工速度快，施工質(zhì)量容易保證的打入樁，樁的截面尺寸選用450mm×450mm鋼筋混凝土預(yù)制方樁，并在每個柱子下設(shè)一獨立承臺樁基礎(chǔ)。五、單樁承載力 單樁豎向承載力的計算，是基礎(chǔ)設(shè)計最主要的內(nèi)容，也是最主要的設(shè)計參數(shù)。單樁豎向承載力，是指單樁只具有的承受豎向荷載的能力。單樁極限承載力，是指單樁只具有的承受豎向荷載最大的承載能力。單

10、樁豎向承載力包括： 地基土對樁的支撐能力 樁的結(jié)構(gòu)強度可允許的最大軸向荷載當(dāng)選取不同的樁基持力層、不同的樁長、不同的樁截面、不同的樁材，強度時，地基土對樁的支承能力與結(jié)構(gòu)強度提供的承載能力，二者之比的比值就會發(fā)生變化，好的設(shè)計應(yīng)當(dāng)選取合適的樁長和截面，使上述倆種極限狀態(tài)比較接近，以達到最經(jīng)濟的目的。1、 靜載荷試驗對樁逐級施加豎向荷載，測完樁在各級荷載作用下不同時刻的樁頂位移，求解樁的荷載與位移、時間的關(guān)系，以分析確定單樁的極限承載力。2、 規(guī)范經(jīng)驗參數(shù)法 建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-1994 對于一般的混凝土預(yù)制樁、鉆孔灌注樁，用經(jīng)驗參數(shù)法計算單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，表達式為 式中、單樁極限摩

11、擦阻力標(biāo)準(zhǔn)值、單樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（KN）； 、樁的橫截面周長（m）和樁底面積（）； 樁周各層土的厚度（m) 樁周第i層土的單位極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值（KPa),可查表； 樁底土的單位極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（KPa),可查表； 靜力觸探法 靜力觸探法是一種土的原位測試方法，因無需鉆孔而高效便捷，所獲數(shù)據(jù)可用確定樁的承載力。 靜力觸探法分單橋探頭和雙橋探頭倆種，單橋探頭只能測比貫入阻力，雙橋探頭可測探頭摩阻力和探頭阻力。（略） 根據(jù)單橋探頭靜力觸探比貫入阻力資料，鋼筋混凝土預(yù)制樁的單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計算， 式中：樁身周長（m） 用靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值估算的樁周第i層土的極限樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值（k

12、pa) 樁穿過第i層土的厚度（m） 樁端阻力修正系數(shù)； 樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa） 樁端面積（） 標(biāo)準(zhǔn)貫入法（略） 動力法 考慮到場地土的不均勻性，單樁承載力的驗算采用了經(jīng)驗參數(shù)法和靜力觸探法倆種估算（見表2）。 1、規(guī)范法計算 根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-94，樁側(cè)的極限側(cè)阻力 標(biāo)準(zhǔn)值可按下式估算 1000kpa時，取0.05， 時，取0.025， 樁端阻力的計算公式為：上式根據(jù)樁尖入土深度（本項設(shè)計h=21m），樁端阻力修正系數(shù)取0.8； 樁端全截面以上8倍樁徑范圍內(nèi)的比貫入阻力平均值； 樁端全截面一下4倍樁徑范圍內(nèi)的比貫入阻力平均值； 折減系數(shù)，由于/5，故取5，故

13、取，樁入土深度（m）樁端阻力修正系數(shù) 0.750.750.90.9注：樁入土深度時，值按h值直接使用內(nèi)插法；h為基底至樁端全截面的距離（不包括樁尖高度）。折減系數(shù)值712.51 2、靜力觸探法計算單樁總極限側(cè)阻力,端部阻力 東部： = =1355.1KN =2812 =569.43KN 西部: =1028.25KN單樁豎向承載力的設(shè)計值（承臺底下為淤泥質(zhì)軟土，不考慮承臺效應(yīng)）； 東部： = =1202.8KN 西部： =927.6KN 單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值： 單樁豎向承載力設(shè)計值： 3、經(jīng)驗參數(shù)法確定的單樁豎向承載力設(shè)計值R =947.88KN =648KN =967.2KN六、樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計和

14、計算 采用二點吊，吊點位置在距樁頂、樁尖0.207(樁長）處，起吊時樁身最大正負(fù)彎矩，其中,為每延長米樁的自重。所以，樁身截面彎矩設(shè)計值（在這里為恒載分項系數(shù)）。樁身混凝土強度采用C35，樁身受拉主筋面積配筋量，僅需2根或鋼筋3根，因此整個截面的主筋為，其它鋼筋構(gòu)造參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圖集。由于樁基入土不深，穿越的土層主要是軟土，單樁承載力不高，打樁過程中的錘擊拉應(yīng)力和使用過程中的樁身抗壓強度可不進行驗算。8、 確定樁數(shù)和承臺尺寸根據(jù)軸心荷載設(shè)計值N和基樁承載力R估算樁數(shù)，分別代人上述三個單樁承載力設(shè)計值代入； 取7根 取9根 取9根根據(jù)樁數(shù)，樁型及穿越土層情況，查表獲得最小間距為3.0d（東西區(qū)，d

15、為方樁邊長或圓樁直徑）。因此，西區(qū)承臺下可采用9根樁，按布置，樁距1.5m，故承臺的平面尺寸可按設(shè)計，如圖： 如圖1 樁基及承臺結(jié)構(gòu)計算簡圖東西倆區(qū)承臺尺寸相同，布置方式相似，但東區(qū)承臺下采用7根樁，如果試樁后東區(qū)樁的截面達不到預(yù)估值，空缺的倆根樁位可留作補樁用。七、群樁承載力驗算（以東區(qū)7根樁的群樁基礎(chǔ)驗算） 1、承臺及上覆蓋的重量G，基礎(chǔ)的總重量N+G 承臺及承臺上土的平均重度，取 A承臺底面面積4m4m D承臺埋置深度D=2m 注：分項系數(shù)按不利情況考慮，可取1.2 2、樁頂作用效應(yīng)驗算 450mm方樁的等效直徑d=500mm， 7根樁的群樁距徑比 式中：樁中心距 b樁邊長 承臺底凈面積

16、 n樁數(shù) 承臺寬度 L有效樁長 由群樁效應(yīng)系數(shù)，和，查表獲得樁側(cè)阻、樁端阻的群樁效應(yīng)系數(shù)分別為 ，。故考慮群樁效應(yīng)后的基樁承載力設(shè)計值為： = =1261.2KN R， 1.2=1.21261.2=1513.44KN = =1175.43140 與相差約三分之一，但不出現(xiàn)反向拉張區(qū)。 均滿足設(shè)計安全要求。 3、軟弱下臥層強度驗算 樁端平面以下受力層有軟弱下臥層時，應(yīng)對軟弱下臥層進行承載力驗算，驗算分倆種情況 、整體沖剪破壞情況 樁距的群樁基礎(chǔ)，一般按整體沖剪破壞考慮，即要求沖剪錐體底面壓應(yīng)力的設(shè)計值不超過軟弱下臥層承載力設(shè)計值，故對下臥層頂面處的應(yīng)力滿足下式要求： 式中：軟弱層頂面以上各土層容

17、重按土層厚度計算的加權(quán)平均值； Z底面至軟弱層頂面的深度； 軟弱下臥層強深度修正的地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值； 地基承載力分項系數(shù)，可??； 樁端硬持力層壓力擴散角； 樁群外圍樁邊包括 內(nèi)矩形面積的長、短邊長； t硬層厚度； 、樁基沖剪破壞情況 樁距且持力層厚度的群樁基礎(chǔ)以及單樁基礎(chǔ)，按基樁單獨沖剪破壞考慮。下臥層頂面處的附加應(yīng)力仍應(yīng)滿足的要求，而下臥層頂面處的附加應(yīng)力的表達式為 式中：N樁頂軸向壓力設(shè)計值 樁端等代直徑，對于圓形樁端（樁徑），方樁（b為樁的邊長） 當(dāng)按下表確定時，應(yīng)力擴散角3510注：為上層土的壓縮模量；為下層土的壓縮模量；取，必要時宜由試驗確定。 本設(shè)計按整體沖剪破壞考慮。 驗算公

18、式： 代人上式：注：上式中為建筑物重要性系數(shù)，本工程安全等級為二級，；，即群樁外緣矩形面積的邊長，t=3m內(nèi)持力層最薄處的厚度，。持力層與軟弱下臥層的壓縮模量比；因此查表及。軟土頂面以上各土層的加權(quán)容重：故： 由建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范表3查得，軟弱下臥層的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為Kpa，深度修正后的地基容許承載力為：故軟弱下臥層強度驗算結(jié)果，滿足安全要求。八、群樁沉降計算 、基底壓力 = 、基底的附加壓力 樁端平面下壓縮層厚度按應(yīng)力比法確定，即（為土樁基持力層性能良好，取沉降經(jīng)驗系數(shù)；短邊方向樁數(shù)，根據(jù)等效距徑比，長徑比；承臺長寬比，查表內(nèi)插 ; ; 樁基等效沉降系數(shù) =修正后樁基的沉降差東西區(qū)群樁的沉降差3.48-3.4838=-0.0038 沉降差極小，滿足要求。九、承臺設(shè)計計算 承臺重；G=4 樁頂?shù)淖畲髢舴戳Γ?初設(shè)承臺高1.5m，邊緣高1.6m，采用C30混凝土。 1、受彎計算 如圖1樁基及承臺結(jié)構(gòu)計算簡圖所示，AA截面柱邊緣承臺最大彎矩為承臺計算截面處的有效高度，承臺底主筋的保護層厚度為10cm查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB500102002）表，的II級鋼， 的II級鋼，承臺受壓寬度，所以 =或故設(shè)計采用27根鋼筋。BB截面柱邊緣處承臺