樁基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例

樁根底設(shè)計(jì)計(jì)算3.1選擇樁型、樁端持力層、承臺(tái)埋深選擇樁型因框架跨度大而且不均勻，柱底荷載大，不宜采用淺根底。又由于施工場(chǎng)地、地基條件以及場(chǎng)地周圍的環(huán)境條件，應(yīng)選擇樁根底，為減小對(duì)周圍環(huán)境的污染，并采用靜壓預(yù)制樁。這樣可以較好的保證樁身質(zhì)量，并在較短施工工期完成沉樁任務(wù)，同時(shí)當(dāng)?shù)氐氖┕ぜ夹g(shù)力量、施工設(shè)備及材料供給也為采用靜壓樁提供了可能性。3.1.2選擇樁的幾何尺寸及承臺(tái)埋深依據(jù)地基土的分布，選擇第=4\*GB3④層為樁端持力層。樁端全斷面進(jìn)入持力層1.0m〔>2d〕，工程樁入土深度為23.1m。承臺(tái)底進(jìn)入第=2\*GB3②層土0.3m，所以承臺(tái)埋深為2.1m，樁基的有效樁長(zhǎng)即為21m。樁截面尺寸選用450mm×450mm，由施工設(shè)備要求，樁分為兩節(jié)，上段長(zhǎng)11m，下段長(zhǎng)11m〔不包括樁尖長(zhǎng)度在內(nèi)〕，實(shí)際樁長(zhǎng)比有效樁長(zhǎng)大1m，這是考慮持力層可能有一定的起伏以及樁需嵌入承臺(tái)一定長(zhǎng)度而留有的余地。樁基及土層分布示意圖見圖3.1。3.2確定單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值本設(shè)計(jì)屬于二級(jí)建筑樁基，采用經(jīng)圖3.1樁基及土層分布示意圖驗(yàn)參數(shù)法和靜力觸探法估算單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)單橋探頭靜力觸探資料ps按圖1.2確定樁側(cè)極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值：ps<1000kPa時(shí)，qsk=0.05psps>1000kPa時(shí)，qsk=0.025ps+25樁端阻力的計(jì)算公式為psk=αpsk=α〔Psk1+βPsk2〕根據(jù)樁尖入土深度〔H=23.1m〕，由表1.2取樁端阻力修正系數(shù)α=0.83；psk1為樁端全斷面以上8倍樁徑范圍內(nèi)的比貫入阻力平均值，計(jì)算時(shí)由于樁尖進(jìn)入持力層深度較淺，并考慮持力層可能的起伏，所以這里不計(jì)持力層土的psk，psk2為樁端全斷面以下4倍樁徑范圍內(nèi)的比貫入阻力平均值，故psk1=860kPa，psk2=3440kPa；β為折減系數(shù)，因?yàn)閜sk1/psk2<5，取β=1。根據(jù)靜力觸探法求，根據(jù)圖3.1和表2.1〔附件〕的數(shù)據(jù)〔各層土的值〕,有如下：第二層：;;第三層：；第四層：依據(jù)靜力觸探比貫入阻力和按土層及物理指標(biāo)查表法估算的極限樁側(cè)，樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值列于表3.1表3.1極限樁側(cè)、樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值層序靜力觸探法經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法qsk〔kPa〕αpsk〔kPa〕qsk〔kPa〕αpsk〔kPa〕=2\*GB3②粉質(zhì)粘土15〔h6〕3635=3\*GB3③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土4329=4\*GB3④粉質(zhì)粘土1111784.5552200按靜力觸探法確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值=4×0.45×〔15×3.9+36×4.1+43×12+111×1〕+×1784.5=1500+361=1861kN估算的單樁豎向極限承載力設(shè)計(jì)值〔==1.60〕=+==1663kN按經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值=4×0.45×〔35×8+29×12+55×1〕+×2200=1229+446=1675kN估算的單樁豎向極限承載力設(shè)計(jì)值〔==1.65〕=1015kN最終按經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法計(jì)算單樁承載力設(shè)計(jì)值，采用R2=1015kN，初步確定樁數(shù)。3.3確定樁數(shù)和承臺(tái)底面尺寸由于兩柱間距較小，荷載較大，故將此做成聯(lián)合承臺(tái)。最大軸力組合的荷載：B柱荷載：3354kN，18kN.m，14kNC柱荷載：4978kN，24kN.m，49kN合力作用點(diǎn)距C軸線的距離取x=1.2m估算樁數(shù)〔根〕取n=10，樁距，取=1.4m，承臺(tái)底尺寸為，樁位平面布置如圖3.2圖3.2聯(lián)合承臺(tái)3.4確定復(fù)合基樁豎向承載力設(shè)計(jì)值該樁基屬非端承樁，并n＞3，承臺(tái)底面下并非欠固結(jié)土、新填土等，故承臺(tái)底不會(huì)與土脫離，所以宜考慮樁群、土、承臺(tái)的相互作用效應(yīng)，按復(fù)合基樁計(jì)算豎向承載力設(shè)計(jì)值。承臺(tái)凈面積：Ac=6.5×2.3-10×0.452=12.93m2承臺(tái)外區(qū)凈面積：A=6.5×2.3-〔〕〔〕=3.76m2承臺(tái)內(nèi)區(qū)凈面積：A=12.93-3.76=9.17m2==3.1==0.11查表得==1.65c=0.11×+0.63×=0.26 ck==323.25kN復(fù)合樁基豎向承載力設(shè)計(jì)值R=0.81×+1.61×+0.26×=1088kN3.5樁頂作用效應(yīng)的驗(yàn)算3.5.1荷載取組合B柱：FB=3354kN，MB=18kN·m，B=14kN，C柱：FC=4978kN，MC=24kN·m，C=49kN設(shè)承臺(tái)承臺(tái)厚度H=1.0m，承臺(tái)埋深d=2.4m作用在承臺(tái)底形心處的豎向力F+G=3354+4978+20×6.5×2.3×2.4×1.2=8332+861=9193kN作用在承臺(tái)底形心處的彎矩∑M=18+24+〔14+49〕×1.0=105kN·m∑y=4×〔2.82+1.42〕=39.2m20Nmax=+=919.3+7.5=926.8kN＜1.2R0==919.3kN＜R=1088kN0Nmin=919.3-7.5=911.8kN＞0滿足要求荷載取組合B柱荷載：2733kN，159kN.m，68kNC柱荷載：4657kN，509kN.m，121kN滿足要求。3.6樁根底沉降計(jì)算采用長(zhǎng)期效應(yīng)組合的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行樁根底沉降計(jì)算。因本樁根底的樁中心距小于6d，可采用等效作用分層總和法計(jì)算最終沉降量。豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值：2580kN3829kN基底壓力：自重應(yīng)力和附加應(yīng)力計(jì)算見表3.3表3.3、的計(jì)算結(jié)果〔聯(lián)合樁根底〕(kpa)(kpa)0206.92.800.250440.344.3246.02.83.70.064112.735.5257.72.84.80.04477.507.5277.12.86.50.02747.56取，在該處/=47.56/277.1=0.17<0.2。計(jì)算沉降量結(jié)果見表3.4表3.4計(jì)算沉降量〔聯(lián)合樁根底〕Z(mm)l/b2x/bααz(mm)αz-αz(mm)E(kPa)Δ=4〔αz-αz〕02.800.2500043002.83.70.1505647.2647.21150099.1375002.86.50.1039779.3132.1860027.06=99.13+27.06=126.19mm=2，/=1.4/0.45=3.1，/=46.7，LC/BC=2.8查附錄五表，得0=0.096，1=1.768，2=8.745，e=0.096+=0.191=1.0=1.0×0.191×126.19=23.98mm滿足要求兩樁根底的沉降差Δ=23.98-10.2=13.78m兩樁根底的中心距離=7800mm變形容許值[Δ]=0.002=15.6mm＞Δ=13.78mm滿足設(shè)計(jì)要求3.7樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算兩段樁長(zhǎng)各11m，采用單位點(diǎn)吊立的強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行樁身配筋設(shè)計(jì)。吊點(diǎn)位置在距樁頂、樁端平面0.293L〔L=11m〕處，起吊時(shí)樁身最大正負(fù)彎矩Mmax=0.0429KqL2，其中，K=1.3；=0.452×25×1.2=6.075kN/m，為每延長(zhǎng)米樁的自重〔1.2為恒荷載分項(xiàng)系數(shù)〕。樁身長(zhǎng)采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，Ⅱ級(jí)鋼筋，故Mmax=0.0429×1.3×6.075×112=41.0kN.m樁身截面有效高度=0.45-0.04=0.41m===0.033查表得s=0.98，樁身受拉主筋配筋量===329.2mm2選用2Ф18，因此整個(gè)截面的主筋為4Ф18〔=1017mm2〕，其配筋率==0.55℅>min=0.4℅。其他構(gòu)造鋼筋見施工圖。樁身強(qiáng)度=1.0×〔1.0×15×450×410+310×1017〕=3352.8kN＞R滿足要求3.8承臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C20C柱截面尺寸900×600mm2，B柱截面尺寸600×600mm2。柱對(duì)承臺(tái)的沖切1〕按圖3.3，對(duì)每個(gè)柱分別進(jìn)行沖切驗(yàn)算。圖3.3兩柱腳下的沖切破壞椎體承臺(tái)厚度H=1.0m，計(jì)算截面處的有效高度h0=1.0-0.08=0.92m.對(duì)B柱：==0.6m=1.0-0.3-0.225=0.475m=1.8-0.3-0.225=1.275m＞取=0.92m=0.7-0.3-0.225=0.175mFl=FB=3354kN沖跨比===0.516===1.0===0.19＜0.2取=0.2沖切系數(shù)==1.006==0.6==1.8所以[(+)+(+)+(2++)]=[1.006×(0.175+0.6)+0.6×(0.175+0.6)+1.8×(2×0.6+0.475+0.92)]×1100×0.92=5987kN＞0Fl=3354kN對(duì)C柱：=0.6m=0.9m=1.2-0.225-0.45=0.525m=1.6-0.225-0.45=0.925m＞0.92m取=0.92m=0.175mFl=Fc=4978kN沖跨比==0.571=1.0==0.19＜0.2取=0.2沖切系數(shù)==0.934=0.6=1.8所以[(+)+(+)+(2++)]=[0.934×(0.175+0.6)+0.6×(0.175+0.6)+1.8×(2×0.9+0.525+0.92)]×1100×0.92=7114kN＞0Fl=4978kN滿足要求2〕對(duì)雙柱聯(lián)合承臺(tái)，除應(yīng)考慮在每個(gè)柱腳下的沖切破壞錐體外，尚應(yīng)按圖3.4考慮在兩個(gè)柱腳的公共周邊下的沖切破壞情況。圖3.4雙柱下公共周邊的沖切破壞椎體由圖3.4知，=0.3+0.45+3.0=3.75m=0.6m=0.475m=0.925m＞0.92m取=0.92m=0.175m沖切力Fl=FB+FC=3354+4978=8332kN沖跨比=0.516=1.0=0.2沖切系數(shù)=1.006=0.6=1.8故[(+)+(+)+(2++)]=[1.006×(0.6+0.175)+0.6×(0.6+0.175)+1.8×(2×3.75+0.475+0.92)]×1100×0.92=17463kN＞0Fl=8332kN滿足要求3.8.2角柱對(duì)承臺(tái)的沖切〔圖3.5〕圖3.5雙柱下的角柱沖切沖切力Fl==-=926.8-=840.7kN對(duì)樁1=0.475m=0.175m==0.45+×0.45=0.675m沖跨比==0.516==0.19＜0.2取=0.2沖切系數(shù)==0.670=1.2所以[(+)+(+)]=[0.67×(0.675+×0.175)+1.2×(0.675+0.475)]×1100×0.92=1625.1kN＞0Fl=840.7kN對(duì)樁2=0.925m＞0.92m取=0.92m=0.175m==0.675m沖跨比=1.0=0.2沖切系數(shù)=0.4=1.2所以[(+)+(+)]=[0.4×(0.675+×0.175)+1.2×(0.675+0.92)]×1100×0.92=1687.0kN＞0Fl=840.7kN滿足要求3.8.3斜截面抗剪驗(yàn)算將承臺(tái)沿長(zhǎng)向視作一靜定梁，其上作用柱荷載和樁凈反力，梁的剪力值見圖3.6〔c〕、〔d〕，可知柱邊最不利截面為Ⅰ-Ⅰ和Ⅰ/-Ⅰ/，另一方向的不利截面為Ⅱ-Ⅱ[圖3.6〔a〕]。(a)(b)(c)(d)(e)(f)圖3.6雙柱承臺(tái)的剪力、彎矩計(jì)算示意圖對(duì)Ⅰ-Ⅰ截面剪力=2=1681.4kNⅠ=0.925m剪跨比===1.005剪切系數(shù)===0.09所以，=0.09×10×103×2.3×0.92=1904kN＞0=1681.4kN對(duì)Ⅰ/-Ⅰ/截面剪力=1681.4kNⅠ/=1.2-0.225-0.45=0.525m剪跨比==0.571剪切系數(shù)==0.138所以，=0.138×10×103×2.3×0.92=2920.1kN＞0對(duì)Ⅱ-Ⅱ截面剪力=5=5(-)=5×(919.3-)=4166kN=0.175m剪跨比==0.19＜0.3取=0.3剪切系數(shù)==0.2所以，=0.2×10×103×6.5×0.92=11960kN＞0＝4166kN故抗剪強(qiáng)度能滿足要求，不需配箍筋。3.8.4受彎計(jì)算：配置長(zhǎng)向鋼筋取圖3.7〔he〕中截面Ⅰ/-Ⅰ/處的彎矩值，=2294.8kN·m===9238.3mm2選用1925〔=9327.1mm2〕配置短向鋼筋取用Ⅱ-Ⅱ截面處的彎矩。=5×0.4=5×1666.4×0.4=3332.8kN·m===13639.5mm2選用4520〔=14139mm2〕3.8.5承臺(tái)局部受壓驗(yàn)算對(duì)B柱Aln=At=0.36m2