基础工程课程设计
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一、设计任务书
(一)、设计资料
1、建筑场地土层按其成因土的特征和力学性质的不同自上而下划分为5层,物理力学指标见下表。勘查期间测得地下水混合水位深为2.1m,本场地下水无腐蚀性。 建筑安全等级为2级,已知上部框架结构由柱子传来的荷载。
承台底面埋深:D = 2.1m。
附表一:土层主要物理力学指标
(二)、设计要求:
1、单桩竖向承载力标准值和设计值的计算;
2、确定桩数和桩的平面布置图;
3、群桩中基桩的受力验算
4、承台结构设计及验算;
5、桩及承台的施工图设计:包括桩的平面布置图,桩身配筋图,
承台配筋和必要的施工说明;
6、需要提交的报告:计算说明书和桩基础施工图。
二、桩基持力层,桩型,桩长的确定
根据设计任务书所提供的资料,分析表明,在柱下荷载作用下,天然地基基础难以满足设计要求,故考虑选用桩基础。由地基勘查资料,确定选用第四土层黄褐色粉质粘土为桩端持力层。
根据工程请况承台埋深2.1m,预选钢筋混凝土预制桩断面尺寸为450㎜×450㎜。桩长21.1m。
三、单桩承载力确定
(一)、单桩竖向承载力的确定:
1、根据地质条件选择持力层,确定桩的断面尺寸和长度。
根据地质条件以第四层黄褐色粉土夹粉质粘土为持力层,
采用截面为450×450mm的预置钢筋混凝土方桩,桩尖进入持力层1.0m;镶入承台0.1m,桩长21.1 m。承台底部埋深2.1 m。
2、确定单桩竖向承载力标准值Quk可根据经验公式估算:
Quk= Qsk+ Qpk=µ∑qsikli+qpkAp
桩周长:µ=450×4=1800mm=1.8m
桩横截面积:Ap=0.45²=0.2025㎡
桩侧土极限摩擦力标准值qsik:查表得:用经验参数法:
粉质粘土层:=0.95,取qsk=35kPa
淤泥质粉质粘土:qsk=29kPa
粉质粘土:=0.70,取qsk=55kPa
桩端土极限承载力标准值qpk,查表得:qpk=2200 kPa
用经验参数法求得Quk1=1.8×(35×8.0+29×12.0+1.0×55) +2200×0.2025=1674.9KN
用静力触探法求得Quk2=1.8×(36×8.0+43×12.0+1.0×111) +1784.5×0.2025=2008.4KN
3、确定单桩竖向承载力设计值R, 并且确定桩数n和桩的布置
先不考虑群桩效应,估算单桩竖向承载力设计值R为:
R=Qsk/rs+Qpk/rp
用经验参数法时:查表rs=rp=1.65
R1=Qsk/rs+Qpk/rp=1229.4/1.65+445.5/1.65=1015.09KN
用静力触探法时:查表rs=rp=1.60
R2=Qsk/rs+Qpk/rp=1647/1.60+361.4/1.60=1255.25KN
Rz=min(R1,R2)= 1015.09 KN
四、桩数布置及承台设计
根据设计资料,以轴线⑦为例。
1、⑦轴A柱:Nmax=4239, Mmax=193KN.m,Vmax=75KN.m
柱的截面尺寸为:600×600mm;
按照轴力P和R粗估桩数n1为:
n1=P/R=4239/1015.09=4.18,由于没有考虑弯矩M,基础及承台上土重,以及承台底土分担荷载作用桩数,n=1.1n1=4.6≈5根
由于n1>3,应按考虑群桩效应和承台效应确定单桩竖向承载力设计值R
先取桩数n=5根,桩的布置按梅花式排列,桩距Sa=(3~4)d=(3~4)×0.45=1.35~1.8m,取边桩中心至承台边缘距离为1d=0.45 m
2、⑦轴D柱:Nmax=4159, Mmax=324KN.m,Vmax=79KN.m
柱的截面尺寸为:600×600mm;
按照轴力P和R粗估桩数n1为:
n1=P/R=4159/1015.09=4.10,由于没有考虑弯矩M,基础及承台上土重,以及承台底土分担荷载作用桩数,n=1.1n1=4.51≈5根
由于n1>3,应按考虑群桩效应和承台效应确定单桩竖向承载力设计值R
先取桩数n=5根,桩的布置按梅花式排列,桩距Sa=(3~4)d=(3~4)×0.45=1.35~1.8m,取边桩中心至承台边缘距离为1d=0.45 m。
五桩承台布置图如下:
3、⑦轴B、C柱(因为柱距近,故设置复合桩基):Nmax=8782KN, Mmax=593KN.m,Vmax=165KN.m
⑴柱的截面尺寸为:600×900mm;
按照轴力P和R粗估桩数n1为:
n1=P/R=8782/1015.09=8。7,由于没有考虑弯矩M,基础及承台上土重,以及承台底土分担荷载作用桩数,n=1.1n1=9.57≈10根
由于n1>3,应按考虑群桩效应和承台效应确定单桩竖向承载力设计值R
先取桩数n=10根,桩的布置排列见图5,桩距Sa=(3~4)d=(3~4)×0.45=1.35~1.8m,取边桩中心至承台边缘距离为1d=0.45 m。承台布置如下图:
五:复合桩基荷载验算
根据上面承台布置,按下式计算复合桩基。
1、5桩承台
1).A柱
由及,查表8.16:
; 查表8.17:
得:
查表:预制桩
(1) 按中心荷载计算
(2) 按偏心荷载计算
满足要求。
2).D柱
单桩承载力与A柱相同,但外荷载小于A柱,且承台设计与A柱相同,因此,D柱单桩受力验算也符合要求。
2、联合承台
由及,查表8.16:
; 查表8.17:
得:
查表8.9:预制桩
桩基验算:
(3) 按中心荷载计算
(4) 按偏心荷载计算
满足要求。
六、桩身设计
混凝土为C30,轴心抗压强度设计值= 14.3MPa,抗拉强度设计值为=1.43MPa,主筋采用:4Φ16,强度设计值:=310Mpa。其余按结构图集《预制钢筋混凝土方桩》要求。
七:承台设计
承台设计选C30混凝土,轴心抗压强度设计值为=14.3MPa,轴心抗拉强度设计值为
=1.43MPa。
1、五柱承台
A柱:
(1) 柱对承台得冲切
满足要求。
(2) 角柱对承台的冲切
满足要求。
D柱:和A柱受力近似,故可以不验算承台抗冲切。
2、联合承台
(1)单独考虑每个柱对承台得冲切
B柱
满足要求。
C柱
满足要求。
(2)考虑B、C柱共同作用对承台的冲切作用
满足要求。
(3) 角柱对承台得冲切作用
冲切力
柱1:
满足要求
柱2:
满足要求
八、沉降计算
1、五桩承台
A柱:
由于弯矩较小,故可按轴心受压计算。
等效作用面位于桩端平面,等效作用面积为桩承台投影面积,等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。
(1)基底接触压力:
(2)基底附加应力 :
(3)确定地基手压层深度:
故分两层,第一层:4.3m
第二层:1.715m
(4) 计算基础中心下地基中的附加应力:
(5) 计算压缩模量:
(6) 软土地区且桩端无良好持力层时,当桩长l≤25m时,ψ取1.7;
查附表H:
桩基等效沉降系数
(7) 计算A桩基沉降量:
D:柱
由于弯矩较小,故可按轴心受压计算。
等效作用面位于桩端平面,等效作用面积为桩承台投影面积,等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。
(1)基底接触压力:
(2)基底附加应力 :
(3)确定地基手压层深度:
故分两层,第一层:4.3m
第二层:1.715m
(4) 计算基础中心下地基中的附加应力:
(5) 计算压缩模量:
(6) 软土地区且桩端无良好持力层时,当桩长l≤25m时,ψ取1.7;
查附表H:
桩基等效沉降系数
(7) 计算A桩基沉降量:
2、联合承台
B、C桩基可认为是承受沿7轴线方向的偏心。等效作用面位于桩端平面,等效作用面积为桩承台投影面积,等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。
(1) 求基底接触压力:
(2) 求基底附加压力
求出最大附加压力处的沉降和最小附加压力处的沉降,便可求出沉降差(略)
(3)确定地基手压层深度:
故分两层,第一层:4.3m
第二层:1.715m
(4)计算联合承台中心沉降:
软土地区且桩端无良好持力层时,当桩长l≤25m时,ψ取1.7;
查附表:
桩基等效沉降系数
3、计算沉降差
(1)A、BC桩基沉降差:
(2)BC、D桩基沉降计算:
满足要求。
九、施工图
参考文献:1.《预制钢筋混凝土方桩图集》(97G361)
2. 建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)
3.《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
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