土力學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、 目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū).11 樁的類型及尺寸選擇.22 確定單樁豎向承載力特征值.2 2.1 計(jì)算公式.2 2.2 計(jì)算參數(shù)確定.2 2.3 單樁豎向承載力特征值確定.33 確定樁的數(shù)目及布置方式.34 計(jì)算基樁的承載力和沉降.4 4.1.1 計(jì)算公式.4 4.1.2 計(jì)算參數(shù)確定.4 4.1.2.1 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù).4 4.1.2.2 樁側(cè)阻、端阻群樁效應(yīng)系數(shù)、.4 4.1.3 單樁豎向承載力特征值確定.55 樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).5 5.1 內(nèi)力計(jì)算.6 5.1.1雙點(diǎn)起吊時(shí)的內(nèi)力.6 5.1.2單點(diǎn)起吊時(shí)的內(nèi)力.6 5.2 斜截面受剪驗(yàn)算.6 5.3 正截面受彎計(jì)算.76 承臺(tái)設(shè)計(jì).8 6.1 承

2、臺(tái)選型及布置.8 6.2 抗沖切驗(yàn)算.9 6.2.1 柱邊沖切驗(yàn)算.9 6.2.2 角樁抗沖切驗(yàn)算.9 6.3 承臺(tái)抗剪切驗(yàn)算.10 6.3.1 柱邊抗剪切驗(yàn)算.10 6.3.2 梯形錐體頂端平臺(tái)邊緣抗剪驗(yàn)算.11 6.4 承臺(tái)正截面配筋計(jì)算.13 6.4.1沿著承臺(tái)長(zhǎng)度方向的配筋計(jì)算.13 6.4.2沿著承臺(tái)寬度方向的配筋計(jì)算.137 個(gè)人小結(jié).14課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師： 工作單位：題 目: 柱下樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 初始條件：某承重柱，柱橫截面尺寸為0.7×0.7 m2，柱底的中心荷栽設(shè)計(jì)值F=7000 kn，彎矩很小。地基表層為耕植土，厚度1.0米，r=18kn/

3、m3，Es=3Mpa；第二層為粉土，厚2.5米，rsat=19.0kn/m3，e=0.65，w=15%，Es=9Mpa；第三層為粉細(xì)砂，厚3.0米，中密狀態(tài)；第四層為淤泥，厚4.0米，rsat=18.6kn/m3，w=50%， Es=1.8Mpa；其下為中砂，厚度大于15.0米，密實(shí)狀態(tài)；地下水位深1.9米要求完成的主要任務(wù):1課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)要求有詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟，設(shè)計(jì)合理，計(jì)算結(jié)果正確；書(shū)寫(xiě)工整（打印最佳），步驟明確，表述清楚，文理通順2課程設(shè)計(jì)圖紙手工繪制A2圖紙1-2張；圖面布局合理，比例適當(dāng)；書(shū)寫(xiě)工整，線條粗細(xì)分明，應(yīng)用得當(dāng)；圖面整潔，符合制圖標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間安排：序號(hào)階段內(nèi)容所需天數(shù)（

4、天）1熟悉設(shè)計(jì)步驟 內(nèi)容 原理 方法 12閱讀工程地質(zhì)勘察報(bào)告書(shū) 0.53根據(jù)地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 24編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15繪制施工圖及施工說(shuō)明 0.56合計(jì) 5指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日1 樁類型及尺寸選擇 根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，施工場(chǎng)地地下水埋藏深度為1.9m，埋藏較淺。施工要求采用樁基（深基礎(chǔ)），考慮到灌注樁施工是在施工現(xiàn)場(chǎng)成孔、灌注混凝土而成，樁身質(zhì)量不易控制，地下水對(duì)樁的質(zhì)量影響較大（除沉管灌注樁是封閉施工，不受地下水影響）。如采用灌注樁，則必須采取相應(yīng)措施以減小或是排除地下水的影響。且土層分布較為均勻，因此 ，樁基采用預(yù)制樁。根據(jù)地質(zhì)勘查

5、報(bào)告，在地下10m內(nèi)有一淤泥層，其承載力極弱，不宜作為樁端的持力層。淤泥層以下是密實(shí)中砂土，其承載力較高，可選做樁端的持力土層，宜選擇適當(dāng)樁長(zhǎng)以穿過(guò)淤泥層，避開(kāi)軟弱層。 初步擬定為樁長(zhǎng)L=12m的圓柱樁，樁身為0.42m ×0.42m的方形普通鋼筋混凝土預(yù)制樁。初步擬定承臺(tái)的尺寸為 4.0m ×2.4m ，承臺(tái)埋置深度為 d=1.5m（0.6m< d=1.5m < 1.9m ,滿足構(gòu)造要求）2 確定單樁豎向承載力特征值2.1 計(jì)算公式根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定單樁承載力特征值。 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值：Quk= Qsk+ Qpk=qsikLi+qpkAp 單樁豎向承載

6、力特征值： 2.2 計(jì)算參數(shù)確定采用混凝土預(yù)制樁，故=1.65 ,樁長(zhǎng)L=12.0m，樁端持力層為密實(shí)的中沙層。各層計(jì)算參數(shù)如下：第一層土，粉土層：L1=2.5m-0.5m=2.0m e=0.65<0.75,故=6688kpa，取=70kpa第二層土，粉細(xì)砂層：L2=3.0m 中密狀態(tài)，故=4866kpa，取=50kpa第三層土，淤泥土層：L3=4m=1420kpa ，取=15kpa第四層土，中砂層（厚度大于15m）：L4=12m-4m-3m-2m-0.05m=2.95m 密實(shí)狀態(tài)，=7495kpa ，取 =80kpa第四層土作為樁端持力層，=55007000kpa ，取=6000kpa

7、2.3 單樁豎向承載力特征值確定= = 0.42m×4×（70kpa×2m+50kpa×3m+15kpa×4m+80kpa×2.95m）=984.48 KN=6000kpa×0.42m×0.42m=1058.4 KN+=596.65KN+641.45KN=1238.1KN3 確定樁的數(shù)目及布置方式 =5.9 取n=6，考慮到承臺(tái)受到的是中心荷載作用，所受的彎矩值極小。因此，不再考慮偏心的影響作用，樁的數(shù)目不再調(diào)整放大，取n=6 。布置如下圖1.1 樁心距最小值：3.5d=3.5×0.42m=1.47m 承

8、臺(tái)長(zhǎng)度最小值：a=2×(1.47m+0.42m)=2.78m，實(shí)際取值a=4.0m>3.78m 承臺(tái)寬度最小值：b=2×0.42m+1.47m=2.31m，實(shí)際取值b=2.4m>2.31m 承臺(tái)邊緣挑出寬度：400mm-0.5×420mm=190mm>150mm，均是滿足要求的。 均是滿足構(gòu)造要求的。 圖1.1 承臺(tái)尺寸及樁的布置圖4 驗(yàn)算基樁的承載力和沉降 由于樁基礎(chǔ)的沉降量很小，一般都能滿足沉降量要求，故在此不再進(jìn)行計(jì)算。僅進(jìn)行基樁的承載力驗(yàn)算。4.1 計(jì)算公式及計(jì)算參數(shù)確定4.1.1 計(jì)算公式基樁承載力特征值： 4.1.2 計(jì)算參數(shù)確定4.

9、1.2.1 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，故結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) =1.04.1.2.2 樁側(cè)阻、端阻群樁效應(yīng)系數(shù)、混凝土預(yù)制樁，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定承載力特征值，故有樁心距：=1600mm=1.6m ，=1600mm=1.6m， 樁徑d=0.42m，承臺(tái)寬度=2.4m，樁長(zhǎng)L=12.0m ，淤泥層：=0.88 ；粉土層、粉細(xì)砂層、中砂：=1.12 ，在實(shí)際采用時(shí)，粉土層和粉細(xì)砂層處于非密實(shí)狀態(tài)，故=1.12 ，中砂層處于密實(shí)狀態(tài)，要予以折減，中砂層實(shí)際取用=1.12×（1-5）=1.06 ；密實(shí)中砂層作為樁端持力土層時(shí)，=1.20，在實(shí)際取用時(shí)予以折減，故實(shí)際采用=1.20×（

10、1-5）=1.14 。4.1.3 單樁豎向承載力特征值確定=639.17 kn+731.26 kn =1370.43 kn=1214.7 kn=1.0×1214.7 kn=1214.7 kn <=1370.43 kn承載力富余量百分比：，富余量12.8%可作為樁基承載力的安全儲(chǔ)備，且余量較小。故不再考慮調(diào)整樁的尺寸、數(shù)目及承臺(tái)基底尺寸。因?yàn)闃抖顺至ν翆用軐?shí)中砂的厚度大于15.0m，故而不再考慮持力層下是否存在下臥軟層對(duì)樁基承載力的影響。5 樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 樁長(zhǎng)L=12.0m<20m，起吊時(shí)采用雙點(diǎn)起吊，在打樁架立時(shí)，則采用單點(diǎn)起吊。為使得樁身受到的最大彎矩值取得最小，則是使

11、起吊時(shí)樁身的最大正負(fù)彎矩值相等，如下圖5.1 圖 5.1 樁吊點(diǎn)布置及內(nèi)力圖 樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)按構(gòu)造取為C30，受力主筋選用HRB335級(jí)鋼筋，箍筋選用HPB235級(jí)鋼筋。C30：，在HRB335級(jí)鋼筋下，；HPB235級(jí)鋼筋：。5.1 內(nèi)力計(jì)算5.1.1雙點(diǎn)起吊時(shí)的內(nèi)力 = 0.0214×1.3×25×0.42m×0.42m×12m×12m = 17. 7 kn=1.3×25×0.42m×0.42m×0.207×12m = 14.2 kn5.1.2單點(diǎn)起吊時(shí)的內(nèi)力 = 0.0429

12、×1.3×25×0.42m×0.42m×12m×12m = 35.4 kn=1.3×25×0.42m×0.42m×0.293×12m = 20.2 kn5.2 斜截面受剪驗(yàn)算=420mm-35mm=385mm，=420mm，=0.92<4 ，=0.25×1.0×14.3×420mm×385mm=578 kn樁身最大剪力設(shè)計(jì)值：1.35×=1.35×20.2 kn=27.27 kn= 27.27 kn < =578

13、kn，即樁身截面滿足受彎構(gòu)件最小截面尺寸要求。=385mm<800mm，故，（按=800mm取用）0.7×1.0×1.43×420mm×385mm = 161.9 kn=27.27 kn < 161.9 kn 故斜截面抗剪配筋（箍筋）按構(gòu)造配置即可滿足要求。詳見(jiàn)施工圖。5.3 正截面受彎計(jì)算 單點(diǎn)起吊時(shí)的彎矩值最大，故按單點(diǎn)起吊時(shí)的內(nèi)力（彎矩）進(jìn)行配筋計(jì)算。重力荷載是不利因素，在此處取其荷載分項(xiàng)系數(shù) 。=1.35×35.4=47.79 kn.m0.0537 =0.0537 < =0.39880.055<=0.55(滿足要

14、求)424mm取314（=461） 0.26%因?yàn)樽畲笳?fù)彎矩值相等，即 ,所以按照對(duì)稱配筋?？偟呐浣盥?2×0.26%=0.52%< 。（構(gòu)造要求一般最小配筋率達(dá)到1%）故按照構(gòu)造要求進(jìn)行配筋：2=1%×420mm×420mm=1764，=882 。實(shí)際每側(cè)選用320（=942）。受力主筋按通長(zhǎng)布置，樁尖所有受力主筋焊接在一根圓鋼上，配有12mm×100mm×100mm的鋼板。樁上埋設(shè)吊環(huán)，雙點(diǎn)起吊時(shí)的兩個(gè)吊環(huán)距兩端距離為實(shí)際設(shè)置為2490mm；單點(diǎn)起吊時(shí)，吊環(huán)距離樁，實(shí)際設(shè)置為3520mm 。樁的兩側(cè)面配置兩根的構(gòu)造筋，形成鋼筋骨架。

15、正截面配筋示意圖如圖5.2 。 圖 5.2 樁正截面配筋示意圖6 承臺(tái)設(shè)計(jì)6.1 承臺(tái)選型及布置承臺(tái)選擇梯形形式，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，受力主筋為HRB335級(jí)鋼筋。承臺(tái)尺寸及布置如圖6.1 。C35：，HRB335：。 圖 6.1 承臺(tái)尺寸布置圖承臺(tái)頂?shù)降孛娴木嚯x為：1500mm-1000mm=500mm >100mm，滿足要求。6.2 抗沖切驗(yàn)算6.2.1 柱邊沖切驗(yàn)算如圖6.1所示，沿著承臺(tái)長(zhǎng)度方向上，柱邊和承臺(tái)交接處與樁頂內(nèi)邊緣連線的夾角值，即夾角近似為，沿著承臺(tái)的長(zhǎng)度方向上，柱邊和承臺(tái)交接處與樁頂內(nèi)邊緣連線的夾角值是大于的。因此，可按照柱邊沖切破壞錐體與承臺(tái)底面的夾角大于等于

16、的情況進(jìn)行計(jì)算。1000mm-70mm-50mm-=870mm（初設(shè)承臺(tái)主筋直徑為20mm），1040mm，1.20>1.0，?。?40mm，0.28> 0.25，取 0.7 ，1.75700mm，800mm<<2000mm，因此，受沖切剪力截面高度的影響系數(shù)0.98，截面抗沖切承載力為：= 9913.5 kn滿足柱邊抗沖切要求。6.2.2 角樁抗沖切驗(yàn)算四根角樁是對(duì)稱布置的，因此，只需驗(yàn)算一根角樁的抗沖切強(qiáng)度即可。計(jì)算過(guò)程如下。角樁向上沖切，從角樁內(nèi)邊緣至承臺(tái)外邊緣的距離： 610mm角樁沖切截面有效高度：904mm 904mm-70mm-50mm-774mm沖跨：9

17、50mm（是成立的），240mm。1.23>1.0，故取1.0 ，0.470.31>0.20，故取0.31，1.10截面高度，因此，受沖切剪力截面高度影響系數(shù) 0.99。受沖切截面的抗沖切承載力為：角樁沖切力為：=1214.7 kn ，角樁處滿足抗沖切要求。6.3 承臺(tái)抗剪切驗(yàn)算6.3.1 柱邊抗剪切驗(yàn)算截面有效高度：1000mm-70mm-50mm-870mm，??；，取 ，沿承臺(tái)寬度方向上斜截面受剪承載力：此方向上斜截面上的剪力設(shè)計(jì)值：即滿足抗剪要求。沿承臺(tái)長(zhǎng)度方向上斜截面受剪承載力：此方向上斜截面上的剪力設(shè)計(jì)值：即滿足抗剪要求。6.3.2 梯形錐體頂端平臺(tái)邊緣抗剪驗(yàn)算 截面有效高度 1000mm-70mm-50mm-870mm（初擬底板配筋直徑為20mm），梯形斜坡坡高250mm，承臺(tái)長(zhǎng)度，錐頂長(zhǎng)度，承臺(tái)寬度，錐頂長(zhǎng)度。承臺(tái)長(zhǎng)度方向斜截面的計(jì)算寬度：承臺(tái)寬度方向斜截面的計(jì)算寬度：，?。?，取 ，沿承臺(tái)寬度方向上斜截面受剪承載力：此方向上斜截面上的剪力設(shè)計(jì)值：即滿足抗剪要求。沿