基礎(chǔ)工程課程設(shè)計指導

基礎(chǔ)工程課程設(shè)計指導書題 目：柱下獨立基礎(chǔ)課程設(shè)計指導教師：姚?；郯碴柟W院土木工程與建筑學院2012年6月2日柱下獨立基礎(chǔ)課程設(shè)計指導書地基基礎(chǔ)設(shè)計是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分，必須根據(jù)上部結(jié)構(gòu)條件（建筑物的用途和安全等級、建筑布置、上部結(jié)構(gòu)類型等）和工程地質(zhì)條件（建筑場地、地基巖土和氣候條件等），結(jié)合考慮其他方面的要求（工期、施工條件、造價和節(jié)約資源等），合理選擇地基基礎(chǔ)方案，因地制宜，精心設(shè)計，以確保建筑物和構(gòu)筑物的安全和正常使用。一、 獨立基礎(chǔ)的設(shè)計內(nèi)容與步驟（1） 初步設(shè)計基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)型式、材料與平面布置；（2） 確定基礎(chǔ)的埋置深度d；（3） 計算地基承載力特征值fk，并經(jīng)深度和寬度修正，確定修正后的地基承載力特征值f；（4） 根據(jù)作用在基礎(chǔ)頂面荷載F和深寬修正后的地基承載力特征值，計算基礎(chǔ)的底面積；（5） 計算基礎(chǔ)高度并確定剖面形狀；（6） 若地基持力層下部存在軟弱土層時，則需驗算軟弱下臥層的承載力；（7） 地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲、乙級建筑物和部分丙級建筑物應計算地基的變形；（8） 驗算建筑物或構(gòu)筑物的穩(wěn)定性（如有必要時）；（9） 基礎(chǔ)細部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計；（10） 繪制基礎(chǔ)施工圖。如果步驟（1）?（7）中有不滿足要求的情況時，可對基礎(chǔ)設(shè)計進行調(diào)整，如采取加大基礎(chǔ)埋置深度d或加大基礎(chǔ)寬度b等措施，直到全部滿足要求為止。二、 地基基礎(chǔ)設(shè)計基本規(guī)定地基基礎(chǔ)設(shè)計等級根據(jù)地基復雜程度、建筑物規(guī)模和功能特征以及由于地基問題可能造成建筑物破壞或影響正常使用的程度，將地基基礎(chǔ)設(shè)計分為三個設(shè)計等級，設(shè)計時應根據(jù)具體情況，按表1選用。表1地基基礎(chǔ)設(shè)計等級設(shè)計等級建筑和地基類型甲級重要的工業(yè)與民用建筑物30層以上的高層建筑體型復雜，層數(shù)相差超過10層的高低層連成一體建筑物大面積的多層地下建筑物（如地下車庫、商場、運動場等）對地基變形有特殊要求的建筑物復雜地質(zhì)條件下的坡上建筑物（包括高邊坡）對原有工程影響較大的新建建筑物場地和地基條件復雜的一般建筑物位于復雜地質(zhì)條件及軟土地區(qū)的二層及二層以上地下室的基坑工程乙級除甲級、丙級以外的工業(yè)與民用建筑物丙級場地和地基條件簡單、荷載分布均勻的七層及七層以下民用建筑及一般工業(yè)建筑物；次要的輕型建筑物地基計算的規(guī)定根據(jù)建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計等級及長期荷載作用下地基變形對上部結(jié)構(gòu)的影響程度，地基基礎(chǔ)設(shè)計應符合下列規(guī)定:（1） 所有建筑物的地基計算均應滿足承載力計算的有關(guān)規(guī)定。（2） 設(shè)計等級為甲級、乙級的建筑物，均應按地基變形設(shè)計。（3） 表2所列范圍內(nèi)設(shè)計等級為丙級的建筑物可不作變形驗算，如有下列情況之一時，仍應作變形驗算：地基承載力特征值小于130kPa，且體型復雜的建筑：在地基基礎(chǔ)上及其附近有地面堆載或相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大，可能引起地基產(chǎn)生過大的不均勻沉降時；軟弱地基上的建筑物存在偏心荷載時；相鄰建筑距離過近，可能發(fā)生傾斜時；地基內(nèi)有厚度較大或厚薄不均的填土，其自重固結(jié)未完成時。（4） 對經(jīng)常受水平荷載作用的高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和擋土墻等，以及建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構(gòu)筑物，尚應驗算其穩(wěn)定性。（5） 基坑工程應進行穩(wěn)定性驗算。（6） 當?shù)叵滤癫剌^淺，建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問題時，尚應進行抗浮驗算。表2可不作地基變形計算的設(shè)計等級為丙級建筑物范圈地基主要受力層的情況地基承載力特征值fJak60f<808°f<100100Vfak<130130<fak<160160<fak<200200<fak<300建筑類型各土層坡度/%W5<5<10<10<10<10砌體承重結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)（層數(shù)）W5<5<5<6<6<7單層排架結(jié)構(gòu)單跨吊車額定起重量/t5?1010?1515?2020?3030?5050?100廠房跨度/m<12<18<24<30<30<30多跨吊車額定起重量/t3?55?1010?1515?2020?3030?75廠房跨度/m<12<18<24<30<30<30煙囪高度/m<30<40<50<75<100水塔高度/m<15<20<30<30<30容積m3<5050?100100?200200?300300?500500?1000注：①地基主要受力層系指條形基礎(chǔ)底面下深度為3b（b為基礎(chǔ)底面寬度），獨立基礎(chǔ)下為1.5b，且厚度均不小于5m的范圍（二層以下一般的民用建筑除外）；地基主要受力層中如有承載力特征值y<130kPa的土層時，表中砌體承重結(jié)構(gòu)的設(shè)計，應符合《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007一2002）第7章的有關(guān)要求；表中砌體承重結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)均指民用建筑。對于工業(yè)建筑可按廠房高度、荷載情況折合成與其相當?shù)拿裼媒ㄖ訑?shù)；表中吊車額定起重量、煙囪高度和水塔容積的數(shù)值系指最大值。荷載效應最不利組合與相應的抗力限值在地基基礎(chǔ)設(shè)計時，荷載效應最不利組合與相應的抗力限值應按下列規(guī)定采用：按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋置深度時，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的標準組合。相應的抗力應采用地基承載力特征值。計算地基變形時，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的準永久組合，不應計入風荷載和地震作用。相應限值應為地基變形允許值。計算擋土墻土壓力、地基或斜坡穩(wěn)定及滑坡推力時，荷載效應應按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，但其分項系數(shù)均為1.0。在確定基礎(chǔ)高度、配筋和驗算材料強度時，上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應組合和相應的基底反力，應按承載力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數(shù)。三、地基承載力特征值的確定確定地基承載力特征值的方法主要有以下幾種：按載荷試驗確定根據(jù)地基土的抗剪強度指標，按理論公式確定應用地區(qū)建筑經(jīng)驗，采取工程地質(zhì)類比法確定當基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，從載荷試驗或其他原位測試、經(jīng)驗值等方法確定的地基承載力特征值，尚應按下式修正：fa=七+七Y(b-3)+七y皿(d-0.5)式中：f一修正后的地基承載力特征值(KPa)；f人——地基承載力特征值(KPa)；門「門d—基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)，按基底下土的類別查表3；——基底以下土的重度，地下水位以下取浮重度y'(kN/m3)；”——基底以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度(kN/m3)；B 基礎(chǔ)底面寬度(m)；當寬度小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；d——基礎(chǔ)埋置深度(m)；當埋深小于0.5m時按0.5m取值，一般自室外地面標高算起。在填方整平地區(qū)，可自填土地面標高算起，但填土在上部結(jié)構(gòu)施工后完成時，應從天然地面標高算起。對于地下室，如采用箱形基礎(chǔ)或筏基時，基礎(chǔ)埋置深度自室外地面標高算起；當采用獨立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時.應從室內(nèi)地面標高算起。

表3承載力修正系數(shù)土的類別門b門d淤泥和淤泥質(zhì)土01.0人工填土01.0?；騃L大于等于0.85的粘性土含水比a>0.8W01.2紅粘土 人—含水比a<0.8W0.151.4壓實系數(shù)大于0.95、粘粒含量P>10%的粉土01.5大面積壓實填土 , ,02.0最大干密度大于2.1t/m3的級配砂石粘粒含量P°>10%的粉土0.31.5粉土粘粒含量P°<10%的粉土0.52.0e或/l均小于0.85的粘性土0.31.6粉砂、細砂（不包括很濕與飽和時的稍密狀態(tài)）2.03.0中砂、粗砂、礫砂和碎石土3.04.4注：①強風化和全風化的巖石，可參照所風化成的相應土類取值，其他狀態(tài)下的巖石不修正；②地基承載力特征值按建筑地基規(guī)范附錄深層平板載荷試驗確定時門d取0。四、柱下獨立基礎(chǔ)設(shè)計基礎(chǔ)底面尺寸的確定：確定基礎(chǔ)底面尺寸時，首先應滿足地基承載力要求，包括持力層土的承載力計算和軟弱下臥層的驗算；其次，對部分建（構(gòu)）筑物，仍需考慮地基變形的影響，驗算建（構(gòu)）筑物的變形特征值，并對基礎(chǔ)底面尺寸作必要的調(diào)整?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002根據(jù)“所有建筑物的地基計算均應滿足承載力”的基本原則，按持力層的承載力特征值計算所需的基礎(chǔ)底面尺寸。要求符合下式要求：七-f七ma"I，2f式中：pk一相應于荷載效應標準組合時，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值（KPa）；pkmax一相應于荷載效應標準組合時，基礎(chǔ)底面邊緣的最大壓力值（KPa）；f——修正后的地基承載力特征值（KPa）。（1） 軸心荷載作用下的基礎(chǔ)：由：p=Fk+Gk=F*疽日=孔+yd<fkA AAG■

得：A得：A>fa-YGd式中：匕一相應于荷載效應標準組合時，上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面處的豎向力值（KPa）；Yg—基礎(chǔ)及回填土的平均重度，一般取20kN/m3,地下水位以下取10kN/m3；d——基礎(chǔ)平均埋深（m）；A 基底面積（m2）；按上式計算出A后，先選定b或l，再計算另一邊長，使A=l-b，一般取l/b=1.0~2.0。必須指出，在按上式計算A時，需要先確定修正后的地基承載力特征值f，但f值又與基礎(chǔ)底面尺寸A有關(guān)，也即上式中的A與f都是未知數(shù)，因此，可能要通過反復試算確定。計算時，可先對地基承載力只進行深度修正，計算fa值；然后按計算所得的A=l-b,考慮是否需要進行寬度修正，使得A、f間相互協(xié)調(diào)一致。（2） 偏心荷載作用下的基礎(chǔ)：偏心荷載作用下的基底壓力計算公式：p =烏壬+'=F^L（i+%kmax AWl-b lkmin當偏心矩七>l/6時，基礎(chǔ)邊緣的最大壓力按下式計算：_2（F+Gk）kmax3ba式中 Mk——相應于荷載效應標準組合時，上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面處的力矩值（KN）；W——基礎(chǔ)底面的抵抗矩（m3）；e 偏心矩，e=M/（F+G）（m）；l一力矩作用方向的矩形基礎(chǔ)底面邊長（m）；b——垂直于力矩作用方向的矩形基礎(chǔ)底面邊長（m）；a——偏心荷載作用點至最大壓力作用邊緣的距離（m），a=（l/2）-e^。偏心荷載作用下，按下列步驟確定基礎(chǔ)底面尺寸：先不考慮偏心，按軸心荷載條件初步估算所需的基礎(chǔ)底面積；根據(jù)偏心距的大小，將基礎(chǔ)底面積增大（10?40）%，并以適當比例選定基礎(chǔ)長度和寬度，即取基礎(chǔ)寬度b為：b=(1.1~1.4人 Fk \n(fa-YGd)式中：n為基礎(chǔ)的長寬比，n=l/b，對矩形截面，一般取n=1.2~2.0；由調(diào)整后的基礎(chǔ)底面尺寸計算基底最大壓力p,和最小壓力p.，并使其滿足p<f和pkma<1.2f的要求。如不滿足要求，或壓力過小，地基承載力未能充分發(fā)揮，應調(diào)整基礎(chǔ)尺寸，直至最后確定合適的基礎(chǔ)底面尺寸。通常，基底的最小壓力不宜出現(xiàn)負值，即要求偏心距匕<l/6，但對于低壓縮性土及短暫作用的荷載，可適當放寬至ek<l/4。（3）抗震承載力驗算驗算天然地基地震作用下的豎向承載力時，按地震作用效應標準組合值的基礎(chǔ)底面平均壓力pk和邊緣最大壓力pkmax應符合下列各式要求：pk-faEPkmax<I，2匕fEff式中fe——調(diào)整后的地基抗震承載力f——修正后的地基承載力特征值（KPa）。匚——地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2002）采用。軟弱下臥層的驗算當?shù)鼗鶋嚎s層范圍內(nèi)存在有軟弱下臥層時，應按下式驗算軟弱下臥層承載力：%+冬<fz式中 pz——軟弱下臥層頂面處的附加壓力設(shè)計值（KPa）；p一軟弱下臥層頂面處土的自重壓力標準值（KPa）；pczfa——軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后地基承載力設(shè)計值（KPa）。圖1軟弱下臥層承載力驗算圖當上層土與下臥土層的壓縮模量比值大于或等于3時，對條形基礎(chǔ)和矩形基礎(chǔ)，上式中的p值可按式簡化計算： 'lb(p—yd)

"z(l+2ztan0)(b+2ztan0)式中：b——矩形基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)底邊的寬度(m)；l一矩形基礎(chǔ)底邊的長度(m)；y一基埋深范圍內(nèi)土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度(kN/m3)；mz——基礎(chǔ)底面至軟弱下臥層頂面的距離(m)；0——為地基壓力擴散角，可按表4采用；表4 地基壓力擴散角0ES1/Es2z/b0.250.5036°23°510°25°1020°30°注：①E為上層土壓縮模量，E為下層土壓縮模量；②z/b<0.25時取0=0，必要時，宜由試驗確定；z/b>0.50時0值不變。選擇基礎(chǔ)底面尺寸后，必要時還要對地基的變形或穩(wěn)定性進行驗算。地基變形驗算：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007—2002)按不同建筑物的地基變形特征，要求：建筑物的地基變形計算值，不應大于地基變形允許值，即：s<[s]式中s——地基變形計算值，為地基廣義變形值，可分為沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜等；[s]——地基變形允許值，它是根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點，使用條件和地基土的類別而確定的,其值請參見《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007—2002)中的表5.3.4。對于因建筑地基不均勻、荷載差異大及體形復雜等因素引起的地基變形，在砌體承重結(jié)構(gòu)中應由局部傾斜控制；在框架結(jié)構(gòu)和單層排架結(jié)構(gòu)中應由相鄰柱基的沉降差控制；在多層、高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)中應由傾斜值控制。一般建筑物在施工期間完成的沉降量，對于砂土可認為其最終沉降量已基本完成，對于低壓縮性粘性土可認為已完成最終沉陷量的50%?80%，對于中壓縮粘性土可認為已完成20%?50%,對于高壓縮粘性土可認為已完成5%?20%。根據(jù)預估的沉降量，可預留建筑物有關(guān)部分之間的凈空，考慮連接方法和施工順序等?；A(chǔ)高度的確定:當A<fflt+2Ao時圖2中心受壓柱基礎(chǔ)底板厚度的確定基礎(chǔ)高度由柱邊抗沖切破壞的要求確定，設(shè)計時先假設(shè)一個基礎(chǔ)高度h，然后再驗算抗沖切能力。中心荷載作用下：Fi<0.7Phfah0

a=(a+a)/2F=pA^式中P受沖切承載力截面高度影響系數(shù)，當h<800mm時，P取1.0;當h>1200mm時，

P?取0.9；其間按線性內(nèi)插法取用;f——混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值（N/mm2）；h 基礎(chǔ)沖切破壞錐體的有效高度（m）；沖切破壞錐體最不利一側(cè)計算長度（m）;at——沖切破壞錐體最不利一側(cè)斜截面的上邊長，當計算柱與基礎(chǔ)交接處的受沖切承載力時，取柱寬；當計算基礎(chǔ)變階處的受沖切承載力時，取上階寬;沖切破壞錐體最不利一側(cè)斜截面在基礎(chǔ)底面積范圍內(nèi)的下邊長，當沖切破壞錐體的底面落在基礎(chǔ)底面以內(nèi)（圖2b），計算柱與基礎(chǔ)交接處的受沖切承載力時，取柱寬加兩倍基礎(chǔ)有效高度；當計算基礎(chǔ)變階處的受沖切承載力時，取上階寬加兩倍該處的基礎(chǔ)有效高度。當沖切破壞錐體的底面在l方向落在基礎(chǔ)底面以外，即a+2h°>b時（圖p逐一扣除基礎(chǔ)自重及其上土重后相應于荷載效應基本組合時的地基土單位面積凈反力;沖切驗算時取用的部分基底面積（圖2b、c中的陰影面積）;ria)rbb\A=- c-hb--c-hi12207122072F一相應于荷載效應基本組合時作用在Ai上的地基土凈反力設(shè)計值。偏心荷載作用下：與中心荷載作用下基礎(chǔ)底板厚度計算基本相同，只需將公式Fi=PnA｛中的

pn用基礎(chǔ)邊緣處最大地基土單位面積凈反力p^max代替即可；PNjnaxPNjnax式中： 一一凈偏心距，基礎(chǔ)底板配筋由于單獨基礎(chǔ)底板在地基凈反力作用下，在兩個方向均發(fā)生彎曲，所以兩個方向都要配受力鋼筋。鋼筋面積按兩個方向的最大彎矩分別計算。圖3中心受壓柱基礎(chǔ)底板配筋計算（a）椎形基礎(chǔ)；（b）階梯形基礎(chǔ)（1）中心荷載作用下：圖3中各種情況的最大彎矩計算公式：（a） 柱邊（I-I截面）：虬=務（7-打（為+土）I（b） 柱邊（II-II截面）：嶺=務0-切滬⑵+%）

d-jI（c） 階梯高度變化處（m—m截面）：沮頁=令（「灼）氣網(wǎng)+妃（d） 階梯高度變化處（IV-IV截面）：I注：兩個方向截面處的h0相差一個鋼筋直徑，如果Asi在下面（先計算），則II-II截面處ho為（h0-9A1）根據(jù)以上所算截面彎矩及對應的基礎(chǔ)有效高度h0,按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2002）正截面受彎構(gòu)件承載力計算公式，可以求出每邊所需鋼筋面積，或按下式簡化計算：MA s0.9fh0（2）偏心荷載作用下：I-I截面處的彎矩按下式計算:

M= [(p+p)(21+b)+(p-p)b](l-a)2I48jmaxjl c jmaxjl cp=p+'+a(