柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)例題

PAGEPAGE8設(shè)計(jì)題目某教學(xué)樓為多層現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，底層平面圖布置如圖一所示，已知上部結(jié)構(gòu)傳遞至樁頂?shù)暮奢d設(shè)計(jì)值為軸力N=1150KN，彎矩M=200KN·m，柱截面尺寸為800mm*600mm,土層分布及各土層的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示，地下水距離地表2.0m,試設(shè)計(jì)此鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。圖1底層平面布置表1各土層物理力學(xué)指標(biāo)土層序號(hào)土層名稱層底埋深（m）容重γ（KN/m3）含水量ω（%）孔隙比e液性指數(shù)I粘聚力（kpa）內(nèi)摩擦角φ（°）壓縮模量E（Mpa）①淺黃色粘土5.019.427.80.790.2333.01811.9②褐黃色粉質(zhì)粘土8.020.021.80.640.3720.021.08.1③強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖15.025.068.025.024.9主要內(nèi)容（1）確定基礎(chǔ)埋置深度（2）確定地基承載力特征值（3）確定基礎(chǔ)地面尺寸（4）確定基礎(chǔ)的高度（5）基礎(chǔ)底板的配筋計(jì)算（6）繪制施工圖（平面圖，詳圖）具體要求（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須依據(jù)最新出版的有關(guān)技術(shù)規(guī)范或教程，設(shè)計(jì)圖紙必須符合建筑制圖國家標(biāo)準(zhǔn)，圖面整潔美觀，可采用手工或者Autocad軟件繪制。（2）設(shè)計(jì)說明書要求論據(jù)充分、調(diào)理清楚、文正句通，可采用手工抄寫或電腦打印。（3）必須嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)紀(jì)律，獨(dú)立按時(shí)完成指導(dǎo)教師制定的各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，不得無故缺席或從事與設(shè)計(jì)無關(guān)的其它事務(wù)，有特殊情況必須經(jīng)知道教師同意，否則作違紀(jì)處理。完成后應(yīng)上交的材料（1）基礎(chǔ)平面布置圖（1:100）（2）基礎(chǔ)詳圖（底板配筋圖、平面圖、剖面圖）（1:50）（3）設(shè)計(jì)說明書參考文獻(xiàn)（1）《基礎(chǔ)工程》，莫海鴻、楊小平等主編，中國建筑工業(yè)出版社。（2）《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）中國建筑工業(yè)出版社。（3）《土力學(xué)》（陳仲頤、周景星、王洪瑾編著，清華大學(xué)出版社）。指導(dǎo)教師簽名日期年月日系主任審核日期年月日設(shè)計(jì)過程：一、確定基礎(chǔ)埋置深度由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB500007-2002）（下稱《規(guī)范》）可知，在滿足地基穩(wěn)定和變形要求的前提下，地基宜淺埋，而基礎(chǔ)埋深不宜小于0.5m和基礎(chǔ)宜埋置在地下水位以上。故取基礎(chǔ)埋深為h=1.0m。則持力層為淺黃色粘土層。二、確定地基承載力特征值《土力學(xué)》（陳仲頤、周景星、王洪瑾編著，清華大學(xué)出版社）表8-6，由淺黃色粘土力學(xué)指標(biāo)e和I查得淺黃色粘土的承載力基本值f=245kPa.由于埋深大于0.5m，需要對(duì)地基承載力進(jìn)行修正（此處暫時(shí)忽略基礎(chǔ)寬度的修正）：f=f+ηγ（d-0.5）=245+1.6*19.4*（1.0-0.5）=261kPaη=1.6，查《基礎(chǔ)工程》承載力修正系數(shù)表得知三、確定基礎(chǔ)底面尺寸計(jì)算基礎(chǔ)及其上土的重力G的基礎(chǔ)埋置深度為：d=（1.0+1.0）/2=1.0m由于埋深范圍內(nèi)沒有地下水，h=0，初步基礎(chǔ)底面面積為：A=F/(f-γd)=1150/(261-20*1)=4.772㎡考慮荷載偏心，將基底面積初步增大20%，得：A=1.2A=1.2*4.772=5.726㎡取基底長短邊之比n=l/d=1.4，于是：b===2.02，取b=2.0m則l=1.4b=2.8m因b=2.0m<3.0m，故f無需作寬度修正。驗(yàn)算荷載偏心距e：基底處的總豎向力：F+G=1150+20*2.8*2*1=1262kN基底處的總力矩：M=200kN·m偏心距：e=M/（F+G）=200/1262=0.16m<l/6=0.47m故可以。驗(yàn)算基底最大壓力PP=（F+G）（1+6e/l）/bl=1262*（1+6*0.16/2.8）/2.8*2=303kN<1.2f=313kN可行，不需要調(diào)整底面尺寸。四、確定基礎(chǔ)的高度采用C20混凝土，HPB235級(jí)鋼筋，查得f=1.10N/mm，f=210N/mm。墊層用C10混凝土，厚度100mm，各邊伸出基礎(chǔ)底面100mm。計(jì)算基底凈反力設(shè)計(jì)值：P=F/bl=1150/(2*2.8)=205.4kPa凈偏心距：e=M/F=200/1150=0.174m基底最大和最小凈反力設(shè)計(jì)值：P=F(1+6e/l)/bl=205.4*(1+6*0.174/2.8)=282kPaP=F(1+6e/l)/bl=205.4*(1-6*0.174/2.8)=129kPa基礎(chǔ)高度①柱邊截面取h=800mm，由于基礎(chǔ)下面有墊層，混凝土保護(hù)層的厚度取45mm，故h=755mm，則b+2h=0.6+2*0.755=2.11m>b=2.0m故用公式P（l/2-a/2-h）b≤0.7βf[(b+h)h-（b/2+h-b/2）]進(jìn)行驗(yàn)算。式子左邊：P（l/2-a/2-h）b=282*(2.8/2-0.8/2-0.755)*2=138.18kN式子右邊：0.7βf[(b+h)h-（b/2+h-b/2）]=0.7*0.98*1100*[(0.6+0.755)*0.755-(0.6/2+0.755-2/2)]=880.6kN>138.18kN故滿足要求。（β—受沖切承載力截面高度影響系數(shù)，當(dāng)基礎(chǔ)高度h不大于800mm時(shí)，β取1.0,；當(dāng)h大于或等于2000mm時(shí)，β取0.9，其間按線性內(nèi)插法取用，此處取0.98。）有《規(guī)范》可知，當(dāng)基礎(chǔ)高度大于等于600mm而小于900mm時(shí)，階梯型基礎(chǔ)分兩級(jí)，所以下階h=400mm，h=355mm，取l=1.6m，b=1.2m。②變階處截面b+2h=1.2+2*0.355=1.91m<b=2.0m故用公式P[(l/2-l/2-h)b-（b/2-b/2-h）]≤0.7βf(b+h)h進(jìn)行驗(yàn)算。式子左邊：P[(l/2-l/2-h)b-（b/2-b/2-h）]=282*[(2.8/2-1.6/2-0.355)*2-(2/2-1.2/2-0.355)]=137.6kN式子右邊：0.7βf(b+h)h=0.7*0.98*1100*(1.2+0.355)*0.355=416.6kN>137.6故滿足要求。五、基礎(chǔ)底板的配筋計(jì)算計(jì)算基礎(chǔ)長邊方向的彎矩設(shè)計(jì)值，取1-1截面P=P+(l+a)(P-P)/2l=129+(2.8+0.8)*(282-129)=227.4kPaM=1/48*[(P+P)(2b+b)+(P-P)b](l-a)=1/48*[(282+227.4)*(2*2+0.6)+(282-227.4)*2](2.8-0.8)=204.37kN·m計(jì)算配筋面積：A=M/(0.9fh)=204.37/0.9*0.210*0.755=1432.2mm3-3截面P=P+(l+l)(P-P)/2l=129+(2.8+1.6)*(282-129)=249.2kPaM=1/48*[(P+P)(2b+b)+(P-P)b](l-l)=1/48*[(282+249.2)*(2*2+1.2)+(282-249.2)*2](2.8-1.6)=84.8kN·m計(jì)算配筋面積：A=M/(0.9fh)=84.8/0.9*0.210*0.355=1263.9mm比較A和A，應(yīng)按A配筋。鋼筋根數(shù)n=(2000-200)/200+1=10，所以現(xiàn)于2.0m寬度范圍內(nèi)配10φ14，放置下排，A=1539mm>1432.2mm。計(jì)算基礎(chǔ)短邊方向的彎矩設(shè)計(jì)值，取2-2截面M=1/24*P(b-b)(2l+a)=1/24*205.4*(2-0.6)*(2*2.8+0.8)=107.4kN·m計(jì)算配筋面積:A=M/(0.9fh)=107.4/[0.9*0.210*(0.755-0.014)]=764.8mm4-4截面M=1/24*P(b-b)(2l+l)=1/24*205.4*(2-1.2)*(2*2.8+1.6)=39.4kN·m計(jì)算配筋面積：A=M/(0.9fh)=39.4/[0.9*0.210*(0.355-0.014)]=607.8mm比較A和A，應(yīng)按A配筋。又因?yàn)橛伞兑?guī)范》知，底板受力鋼筋的最小直徑不宜小于10mm，間距不宜大于