基礎(chǔ)工程課程設(shè)計計算書

基礎(chǔ)工程課程設(shè)計計算書?一、課程設(shè)計目的本次基礎(chǔ)工程課程設(shè)計旨在通過實際工程案例，讓學生綜合運用所學的基礎(chǔ)工程知識，進行基礎(chǔ)類型的選擇、地基承載力的計算、基礎(chǔ)尺寸的確定以及基礎(chǔ)內(nèi)力的分析等，培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力，加深對基礎(chǔ)工程基本概念和設(shè)計方法的理解。

二、工程概況某六層辦公樓，總建筑面積為8000平方米，建筑高度為22米。場地位于城市郊區(qū)，地形平坦。工程地質(zhì)條件如下：第一層：雜填土，厚度約1.5米，重度γ=18kN/m3，地基承載力特征值fak=80kPa。第二層：粉質(zhì)黏土，厚度約4.0米，重度γ=19kN/m3，孔隙比e=0.8，液性指數(shù)IL=0.6，地基承載力特征值fak=180kPa。第三層：粉土，厚度約6.0米，重度γ=20kN/m3，孔隙比e=0.7，地基承載力特征值fak=220kPa。第四層：中砂，厚度約8.0米，重度γ=21kN/m3，地基承載力特征值fak=350kPa。

地下水位在地面以下3.0米處。

三、基礎(chǔ)類型選擇根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的形式（框架結(jié)構(gòu)）、荷載大小以及工程地質(zhì)條件，初步選擇柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)。這種基礎(chǔ)形式傳力明確，施工方便，能較好地適應(yīng)柱荷載的變化和地基土的不均勻性。

四、地基承載力計算1.持力層承載力計算對于粉質(zhì)黏土層，采用修正后的地基承載力特征值fa?；A(chǔ)寬度b≤3m時，不考慮寬度修正；基礎(chǔ)埋深d＞0.5m時，需進行深度修正?；A(chǔ)埋深d=1.5+0.5=2.0m。由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB500072011）查得，粉質(zhì)黏土的ηb=0.3，ηd=1.6。修正后的地基承載力特征值fa為：fa=fak+ηbγ(b3)+ηdγm(d0.5)其中，γm為基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，γm=(18×1.5+19×0.5)/2=18.5kN/m3。fa=180+0×18×(b3)+1.6×18.5×(20.5)=180+1.6×18.5×1.5=180+44.4=224.4kPa2.軟弱下臥層承載力驗算當基礎(chǔ)底面以下存在軟弱下臥層時，需驗算軟弱下臥層的承載力。對于本工程，粉土層為軟弱下臥層。計算軟弱下臥層頂面處的附加壓力pz和自重壓力pcz之和不超過軟弱下臥層地基承載力特征值faz?；A(chǔ)底面處的平均壓力值p：設(shè)柱荷載標準組合值Fk=1200kN，基礎(chǔ)及其上土的自重標準值Gk=γGAd，取γG=20kN/m3，基礎(chǔ)底面積A=3.0m×3.0m=9m2。p=(Fk+Gk)/A=(1200+20×9)/9=153.3kPa計算軟弱下臥層頂面處的附加壓力pz：采用角點法計算?；A(chǔ)底面尺寸為3m×3m，軟弱下臥層頂面距基礎(chǔ)底面的距離z=4m，基礎(chǔ)底面長度l=3m，寬度b=3m。由規(guī)范查得，地基壓力擴散角θ=23°。則pz=l0b0(ppcz)/(l0+2ztanθ)(b0+2ztanθ)其中，l0=l+2ztanθ=3+2×4×tan23°≈6.4m，b0=b+2ztanθ=3+2×4×tan23°≈6.4m，pcz=18×1.5+19×0.5+20×4=106kPa。pz=3×3×(153.3106)/(6.4×6.4)≈10.2kPa軟弱下臥層頂面處的自重壓力pcz=106kPa。軟弱下臥層地基承載力特征值faz：查規(guī)范得，粉土的ηb=0.1，ηd=1.0，γm=(18×1.5+19×0.5+20×4)/6=19.3kN/m3。faz=fak+ηbγ(b3)+ηdγm(d+z0.5)=220+0×20×(b3)+1.0×19.3×(2+40.5)=220+1.0×19.3×5.5=220+106.15=326.15kPa因為pz+pcz=10.2+106=116.2kPa＜faz=326.15kPa，所以軟弱下臥層承載力滿足要求。

五、基礎(chǔ)尺寸確定1.初步估算基礎(chǔ)底面尺寸根據(jù)地基承載力計算公式p≤fa，可得：A≥(Fk+Gk)/fa取Gk=γGAd，γG=20kN/m3，假設(shè)基礎(chǔ)埋深d=2m。A≥1200/(224.420×2)A≥6.3m2初步選取基礎(chǔ)底面尺寸為3m×3m。2.調(diào)整基礎(chǔ)尺寸計算基礎(chǔ)底面實際壓力p：p=(Fk+Gk)/A=(1200+20×3×3×2)/9=173.3kPa由于p＜fa=224.4kPa，基礎(chǔ)底面尺寸滿足要求，無需調(diào)整。

六、基礎(chǔ)內(nèi)力計算1.計算基底反力采用剛性基礎(chǔ)的簡化計算方法，假設(shè)基底反力呈線性分布。對于軸心受壓基礎(chǔ)，基底平均反力p=(Fk+Gk)/A=173.3kPa。2.計算基礎(chǔ)彎矩以柱邊為計算截面，設(shè)柱截面尺寸為0.6m×0.6m。對于x方向彎矩Mx：取基礎(chǔ)長度方向為x方向，計算截面至基底邊緣的距離a1=1.2m。Mx=1/12×p×b×l21/12×p×(b0.6)×(l0.6)2=1/12×173.3×3×321/12×173.3×(30.6)×(30.6)2≈156kN·m對于y方向彎矩My：取基礎(chǔ)寬度方向為y方向，計算截面至基底邊緣的距離a2=1.2m。My=1/12×p×l×b21/12×p×(l0.6)×(b0.6)2=1/12×173.3×3×321/12×173.3×(30.6)×(30.6)2≈156kN·m3.計算基礎(chǔ)配筋根據(jù)受彎構(gòu)件正截面承載力計算公式進行配筋計算。對于x方向：已知彎矩Mx=156kN·m，混凝土強度等級采用C20，fc=9.6MPa，鋼筋采用HRB400，fy=360MPa。由單筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計算公式M≤α1fcbx(h0x/2)，可得：156×10^6≤1.0×9.6×10^3×3000×x(550x/2)通過求解上述方程，可得到受壓區(qū)高度x。假設(shè)x=100mm，則：1.0×9.6×10^3×3000×100×(550100/2)=1.512×10^9N·mm=1512kN·m＞156kN·m說明假設(shè)成立。再根據(jù)As=α1fcbx/fy，可得：As=1.0×9.6×10^3×3000×100/360=8000mm2對于y方向，配筋計算方法與x方向相同，可得Asy=8000mm2。

實際配筋時，還需考慮最小配筋率等構(gòu)造要求。對于HRB400鋼筋，最小配筋率ρmin=0.2%。基礎(chǔ)底面面積A=3×3=9m2，每方向所需最小配筋面積Asmin=ρminbh=0.002×3000×550=3300mm2＜8000mm2，滿足要求。

最終基礎(chǔ)每方向配置16根直徑為25mm的HRB400鋼筋，As=7854mm2，滿足計算要求。

七、結(jié)論通過本次基礎(chǔ)工程課程設(shè)計，完成了某六層辦公樓柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)的設(shè)計計算。經(jīng)過地基承載力計算、基礎(chǔ)尺寸確定和基礎(chǔ)內(nèi)力分析等步驟