土力學(xué)與基礎(chǔ)工程___課程設(shè)計

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計指 導(dǎo) 書指導(dǎo)教師：趙振華 戴自然貴州師范大學(xué)材料與建筑工程學(xué)院2015-12基礎(chǔ)工程課程設(shè)計任務(wù)書一、教學(xué)要求根據(jù)本課程教學(xué)大綱的要求，學(xué)生應(yīng)通過本設(shè)計掌握天然地基上的淺基礎(chǔ)設(shè)計的原理與方法，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、實際運(yùn)算和繪制施工圖的能力，以鞏固和加強(qiáng)對基礎(chǔ)設(shè)計原理的理解。二、設(shè)計任務(wù)設(shè)計某辦公樓的基礎(chǔ)，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)及地基條件用柱下獨立基礎(chǔ)。三、設(shè)計要求設(shè)計依據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2002）和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50010-2002）。四. 設(shè)計資料1、上部結(jié)構(gòu)資料：上部結(jié)構(gòu)為四層框架，層高，框架、主梁、次梁、柱為現(xiàn)澆整體，主梁，次梁,樓板厚,柱截面,室

2、內(nèi)外高差。2、下部地基資料：該建筑位于非地震區(qū),不考慮地震影響。建筑場地地質(zhì)情況復(fù)雜，地質(zhì)由雜填土、亞粘土、淤泥質(zhì)亞粘土及細(xì)粉砂組成（表1）。各層地基土的物理力學(xué)指標(biāo)見下表。圖1 柱網(wǎng)平面圖土層編號土層名稱層底深度 （m）kN/m3 (%)ILEskPaCkPa°fakPa人工填土1.518亞粘土6.519.535.30.950.6551002816180淤泥質(zhì)亞粘土13.11836.01.101.012002411105粉、細(xì)砂19.119950030160注:地下水位于粉、細(xì)砂層底3、基礎(chǔ)選用材料：基礎(chǔ)混凝土選用，鋼筋選用，墊層采用素混凝土，100厚。五設(shè)計步驟1、根據(jù)地質(zhì)條件確

3、定基礎(chǔ)的埋置深度2、根據(jù)地基承載力與荷載計算基底面積，并進(jìn)行軟弱下臥層驗算：對于偏心受壓基礎(chǔ)兩邊長之比一般L/B2，最大不超過3。3、根據(jù)建筑層數(shù)及地質(zhì)條件確定基礎(chǔ)類型4、地基變形驗算5、基礎(chǔ)剖面設(shè)計與結(jié)構(gòu)計算（1）按沖切強(qiáng)度要求，設(shè)計底板高度。（2）根據(jù)柱邊或變階處的彎矩值進(jìn)行底板配筋計算。6、繪制基礎(chǔ)施工圖，編寫施工說明書。設(shè)計要求：1、設(shè)計A、B、C柱下獨立基礎(chǔ)；2、計算A、B、C柱下獨立基礎(chǔ)；3、繪制施工圖（基礎(chǔ)平面圖（局部）,基礎(chǔ)詳圖）及編寫施工說明。提示 ：1、熟悉題目要求及場地工程地質(zhì)條件；2、選擇持力層、確定基礎(chǔ)埋深；3、確定基礎(chǔ)類型及材料；4、按容許承載力確定基礎(chǔ)尺寸；5、下

4、臥層強(qiáng)度驗算；6、分別計算A、B、C柱基礎(chǔ)沉降；7、按允許沉降差調(diào)整基底尺寸；8、基礎(chǔ)高度驗算；9、配筋計算；10、繪制施工圖。六設(shè)計參考進(jìn)度第一天：布置設(shè)計任務(wù)，閱讀設(shè)計任務(wù)書、指導(dǎo)書及設(shè)計例題，復(fù)習(xí)有關(guān)課程內(nèi)容。第二天第三天：進(jìn)行基礎(chǔ)計算；第四天第五天：繪制基礎(chǔ)施工圖。七設(shè)計成果要求1、設(shè)計說明書要求寫出完整的計算說明書，包括荷載計算，基礎(chǔ)類型及材料選擇、埋深確定、底面尺寸確定、剖面尺寸確定及配筋量計算。2、圖紙繪制A3號圖（獨立基礎(chǔ)平面、剖面圖）。一張為手繪。注：1、彎矩作用于跨度方向； 2、無深基施工機(jī)具。八設(shè)計成果要求成績評定與考核標(biāo)準(zhǔn)實踐技能考核實行等級制，分優(yōu)秀、良好、及格、不及

5、格四個等級。技能考核不及格者，需重新進(jìn)行技能訓(xùn)練，然后進(jìn)行補(bǔ)考，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)等級為止。關(guān)于技能考核成績等級的界定：優(yōu)秀：能獨立、熟練掌握該項技能。良好：能獨立掌握該項技能。及格：基本掌握該項技能。不及格：不能掌握該項技能（凡不及格者不能畢業(yè)）。課程設(shè)計的目的是使學(xué)生鞏固所學(xué)的專業(yè)理論知識，結(jié)合具體（或模擬）工程，初步掌握方案的設(shè)計程序，掌握設(shè)計說明書的編寫方法，設(shè)計圖紙的繪制。初步訓(xùn)練學(xué)生查閱規(guī)范、手冊標(biāo)準(zhǔn)圖集、產(chǎn)品樣本等設(shè)計資料的能力。1、優(yōu)秀A課程設(shè)計內(nèi)容完整，分析問題正確，計算準(zhǔn)確。B設(shè)計中能正確地綜合運(yùn)用本課程基礎(chǔ)知識，熟練正確掌握課程設(shè)計方法，能做到理論聯(lián)系實際。C全面完成規(guī)定的設(shè)計

6、任務(wù)，說明書內(nèi)容完整，分析透徹，字跡工整，有關(guān)計算準(zhǔn)確清晰。設(shè)計圖紙符合制圖標(biāo)準(zhǔn)要求，質(zhì)量高。2、良好A課程設(shè)計內(nèi)容完整，分析問題正確，計算準(zhǔn)確。B能完成規(guī)定的全部設(shè)計任務(wù)，說明書內(nèi)容完整，分析較全面，書寫整潔，有關(guān)計算正確。設(shè)計圖紙符合制圖標(biāo)準(zhǔn)要求，質(zhì)量較高。3、中等介于良好和及格的評分標(biāo)準(zhǔn)之間。4、及格A課程設(shè)計內(nèi)容完整，分析問題基本正確，計算無原則性錯誤。B能完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)，說明書內(nèi)容基本完整，計算基本正確。設(shè)計圖紙基本符合制圖標(biāo)準(zhǔn)要求，質(zhì)量一般。5、不及格A課程設(shè)計內(nèi)容不完整，有嚴(yán)重的原則性錯誤，設(shè)計內(nèi)容沒有達(dá)到基本要求或沒有完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)。B設(shè)計時不加消化地照搬照抄。設(shè)計圖紙

7、不符合制圖標(biāo)準(zhǔn)要求，質(zhì)量差。13目錄1 基本條件確定12 確定基礎(chǔ)埋深13 確定基礎(chǔ)類型及材料14 確定基礎(chǔ)底面尺寸14.1 確定A柱基底尺寸24.2持力層承載力驗算25 軟弱下臥層驗算26 計算柱基礎(chǔ)沉降36.1 確定基礎(chǔ)沉降計算深度Zn36.2 沉降計算36.3 Zn校核46.4 確定沉降經(jīng)驗系數(shù)47 基礎(chǔ)高度驗算47.1 計算基底反力47.2基礎(chǔ)高度（選用階梯形基礎(chǔ)）47.3變階處抗沖切驗算57.3.1第一階基礎(chǔ)截面抗沖切驗算（見附錄2）57.3.2 第二階基礎(chǔ)截面抗沖切驗算（見附錄3）58 配筋計算68.1 基礎(chǔ)長邊方向68.2基礎(chǔ)短邊方向7附錄1柱與基礎(chǔ)交接處8 附錄2基礎(chǔ)第一變階處

8、9附錄3基礎(chǔ)第二變階處10附錄4基礎(chǔ)配筋及尺寸111 基本條件確定人工填土不能作為持力層，選用亞粘土作為持力層。柱標(biāo)準(zhǔn)組合準(zhǔn)永久組合基本組合A柱N（kN）204018352758M（kN.m）298268465土層編號土層名稱層底深度 （m）kN/m3 (%)ILEskPaCkPa°fakPa人工填土1.518亞粘土6.519.535.30.950.6551002816180淤泥質(zhì)亞粘土13.11836.01.101.012002411105粉、細(xì)砂19.1199500301602 確定基礎(chǔ)埋深選擇基礎(chǔ)埋深根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中給出的數(shù)據(jù)，人工填土d=1.5m，因持力層應(yīng)選在亞粘土層處，故

9、取d=2.0m。3 確定基礎(chǔ)類型及材料 基礎(chǔ)類型為：柱下獨立基礎(chǔ)基礎(chǔ)材料：混凝土采用C20，鋼筋采用HPB335。墊層采用素混凝土 ，100mm厚。4 確定基礎(chǔ)底面尺寸根據(jù)亞粘土e=0.95，IL=0.65，查表得d=0，b=1.0，因d=2.0m?；A(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度： 01=18.0×1.5+19.5×2.0-1.52.0=18.375 KNm3地基承載力特征值（先不考慮對基礎(chǔ)寬度進(jìn)行修正）：fa=fa1+d.m1d-0.5=180+1.0×18.375×2.0-0.5=207.56 KPa4.1 確定A柱基底尺寸A0FKfa-Gd=2040

10、207.56-20×2.0=12.17 m2 由于偏心力矩不大，基礎(chǔ)底面面積按30增大，即A=1.3A0=15.82 m2，一般l/b=1.22.0，初步選擇基礎(chǔ)底面尺寸：A=lb=5.3×3.0=15.90m2。4.2持力層承載力驗算基礎(chǔ)和回填土重：G=ddA=20×2.0×15.90=636 KN 偏心距：ek=2982040+636=0.111 m<l6=5.36=0.883 m 基礎(chǔ)底面處的平均壓力值： Pk=FK+GKA=2040+63615.90=168.3 KPa<fa=207.56 KPa基礎(chǔ)底面邊緣的最大壓力值：Pk max

11、=Fk+GkA1+6el=168.3×1+6×0.1115.3=189.45 kPa<1.2fa=249.07 kPa基礎(chǔ)底面邊緣的最小壓力值：Pk max=Fk+GkA1-6el=168.3×1-6×0.1115.3=147.15 KPa>0滿足要求。確定該柱基礎(chǔ)底面長l=5.3m，b=3.0m。5 軟弱下臥層驗算軟弱下臥層頂面處自重應(yīng)力：Pcz=18.0×1.5+19.5×6.5=153.75 kPa軟弱下臥層頂面以上土的加權(quán)平均重度：m2=153.758.0=19.22 kN/m2由淤泥質(zhì)亞粘土e=1.10，IL=1

12、.0，查表得：d=1.0，b=0faz=105+1.0×19.22×8.0-0.5=249.15 kPa由Es1Es2=52001200=4.25，以及zb=8.0-2.03.0=1.54>0.5，查表得地基壓力擴(kuò)散角=24.25°軟弱下臥層頂面處的附加壓力：Pz=lbPK-mdl+2ztanb+2ztan =5.3×3.0168.3-18.375×2.05.3+2×6.0×tan24.25°3.0+2×6.0×tan24.25°=23.24 kPa驗算：Pz+Pcz=23.24

13、+153.75=176.99 kPa<faz=249.15 kPa（滿足）6 計算柱基礎(chǔ)沉降基礎(chǔ)底面處的自重應(yīng)力：cz=md=18.375×2.0=36.75 kPa 基底壓力：P=F+GA=1835+63615.90=156.54 kPa 基底附加壓力：P0=P-CZ=156.54-36.75=119.79 kPa 6.1 確定基礎(chǔ)沉降計算深度Zn因為不存在相鄰荷載的影響，可按下式估算基礎(chǔ)沉降計算深度Zn：Zn=b2.5-0.4lnb=3.0×2.5-0.4ln3=6.18 m取6.2m因 ，故 。按該深度，沉降量計算至淤泥質(zhì)亞粘土層。6.2 沉降計算沉降見表。其中

14、應(yīng)用 “角點法”，即將基礎(chǔ)分為4塊相同的小面積，查得的平均應(yīng)力系數(shù)應(yīng)乘以4。A柱基礎(chǔ)最終沉降量計算表點號P0Esi105.33.0=1.77040.2500=1.000024.02.6740.1691=0.67642705.62705.60.2303760.3235.63.7340.1389=0.55563111.36405.760.230379.3546.24.1340.1256=0.50243114.883.520.999750.3572.020.0049 6.3 Zn校核根據(jù)規(guī)范規(guī)定，計算出Sn=0.049mm，并除以72.02mm），得0.00490.0250，表明所取=6.2m符合要

15、求。6.4 確定沉降經(jīng)驗系數(shù)Es=AiAiEsi=P0zii-zi-1i-1P0zii-zi-1i-1Esi =3114.880.60127=5180.5 kPa=5.18MPaP0=119.79<0.75fak=0.75×180=135 kPa，查表得=0.882則基礎(chǔ)最終量： S=SSi=0.882×72.02=63.52 mm7 基礎(chǔ)高度驗算7.1 計算基底反力偏心距：eno=MF=4052758=0.147 m <b6=3.06=0.5 m 基礎(chǔ)邊緣處的最大和最小凈反力： Pnminnmax=Flb1±6enol=27585.3×3.

16、01±6×0.1475.3= 144.59 kPa202.33 kPa7.2基礎(chǔ)高度（選用階梯形基礎(chǔ)）柱邊基礎(chǔ)截面抗沖切驗算（見附錄1）l=5.3m,b=3.0m,at=bc=0.4m,ac=0.5m，初步選擇基礎(chǔ)高度h=1000，從下至上分300，300，400三個臺階，（有保護(hù)層）， 。at+2h0=0.4+2×0.95=2.3m<b=3.0m，取ab=2.，因偏心受壓沖切力：Fl=Pnmaxl2-ac2-h0b-b2-bc2-h02 =202.33×5.32-0.62-0.95×3-3.02-0.420.952=825 kN抗沖切力

17、：0.7hpftamh0=0.7×0.987×1.10×103×0.95×0.55=974.69 kN>825 kN?？梢浴＝Y(jié)論：柱邊對基礎(chǔ)抗沖切強(qiáng)度滿足要求。7.3變階處抗沖切驗算7.3.1第一階基礎(chǔ)截面抗沖切驗算（見附錄2）h1=600mm，hp=1.0，h01=600-50=550mm，a1=2.2m，b1=at=1.4m，at+2h01=1.4+2×0.55=2.5m,<b=3.0m，取ab=2.5m,am=at+ab2=1.4+2.52=1.95m沖切力：Fl=Pnmaxl2-ac2-h01b-b2-bc2-h0

18、12 =202.33×5.32-2.22-0.55×3.0-3.02-1.52-0.552=598.9 kN抗沖切力：0.7hpftamh0=0.7×0.987×1.10×103×1.95×0.55=825.8 kN>598.9 kN。可以。7.3.2 第二階基礎(chǔ)截面抗沖切驗算（見附錄3）h2=300mm，hp=1.0，h02=300-50=250mm，a2=3.8m，b2=at=2.2m，at+2h02=2.2+2×0.25=2.7m,<b=3.0m，取ab=2.7m,am=at+ab2=2.2+2.

19、72=2.45m沖切力Fl=Pnmaxl2-ac2-h01b-b2-bc2-h012 =202.33×5.32-3.82-0.25×3.0-3.02-2.22-0.252=298.9 kN抗沖切力：0.7hpftamh0=0.7×0.987×1.10×103×2.45×0.55=471.6 kN>298.9 kN?？梢?。8 配筋計算選用HPB335鋼筋，fy=300 N/mm2 A柱配筋計算（見附錄4）8.1 基礎(chǔ)長邊方向-截面（柱邊）柱邊凈反力:Pn=Pnmin+l+ac2lPnmax-Pnmin=144.59+5.

20、3+0.52×5.3202.33-144.59=176.18 kPa懸臂部分凈反力平均值:12Pnmax+Pn=12×202.33+176.18=189.26 kPa彎矩:M=124Pnmax+Pn2l-ac22b+bc =124×189.26×5.3-0.522×3.0+0.4=1162.8 kNmAs=M0.9fyh0=1162.8×1060.9×300×950=4533.3 mm2-截面（第一變階處）Pn=Pnmin+l+a12lPnmax-Pnmin=118.9+5.3+2.22×5.3202.33-144.59=185.44 kPaM=124Pnmax+Pn2l-a122b+b1 =124×202.33+185.4425.3-2.222×3.0+1.4=574.5 kNmAs=M0.9fyh0=574.5×1060.9×300×550=3575.4 mm2-截面（第二變階處）Pn=Pnmin+l+a22lPnmax-Pnmin=118.9+5.3+3.82×5.3202.33-144.59=194.16 kPaM=124Pnmax+Pn2l-a222b+b2 =124×202.33+194.1625.3-3