某单层厂房1号柱下基础设计课程设计

某单层厂房1号柱下基础设计目 录1 概述11.1 设计任务11.2 设计资料21.2.1 工程概况21.2.2 地勘资料62.2.3 设计荷载122 方案比选142.1 浅基础优缺点142.2 桩基础优缺点143 浅基础设计方案153.1 确定基础埋深及持力层的承载力153.2 确定基底尺寸153.3 承载力及偏心距验算153.4 基础的抗冲切计算以及配筋设计计算164 桩基础设计方案174.1 桩基础设计174.3.5 施工方案184.2 进度计划安排参考18规范及参考书201 概述1.1 设计任务本设计对象为某机械厂的装配车间。厂房基础顶面以上部分的建筑和结构设计工作已经完成。本课程设计的任务是完成柱下基础与地基的设计与检算。要求选择一个基础，按给定的条件完成相关的设计和计算工作，具体要求如下：1设计计算：（1）综合分析设计资料，对三种常用的房屋基础类型（无筋扩展基础、钢筋混凝土扩展基础和桩基础）的技术合理性进行比较，选择较为合理的基础方案。确定所选柱下基础的类型，平面尺寸及埋深；（2）完成该基础（包括地基）的计算，要求分别采用扩展基础和桩基础共两种方案完成设计计算；（3）初步决定修筑基础的施工方案。2图纸：每种设计方案，都必须绘出如下图纸：（1）基础总平面布置图；（2）基础结构图（应包含图纸说明和工程数量表），包括平面图、立面图及剖面图（三者均需给出），同时在剖面图中，必须给出基础底面的位置（表示出埋深）。因此，每种设计方案需要上交总平面布置图（占1张图纸）和基础结构图（含平面图、立面图及剖面图，占1张图纸）共2张图纸，两套方案共需上交4张图纸（浅基础2张、桩基础2张）。3将上述成果整理成设计计算说明书。设计计算说明书应制做成Word文档。整个说明书应满足计算过程完整、计算步骤清楚、文字简明、符号规范和版面美观的要求，图纸应用CAD制作而且应该表达正确，布局合理，比例合适和尺寸齐全。1.2 设计资料1.2.1 工程概况某装配车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m，柱距6m，车间内有2对30吨中级工作制桥式吊车。建筑平面图见图2-1。规定室内地面标高为0.00，相当于黄海高程455.00m，室外地面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为9.80m。柱子编号为（18），柱子的类别为角柱Z2。柱在基础顶面处的截面形状为矩形，尺寸为：角柱Z2： 长宽=1000400mm；基础梁的横截面尺寸如图1-1，梁与柱之间的净距为20mm，置于柱子外侧的基础顶面（浅基础）或承台（桩基础）上。图1-1 基础梁的横截面尺寸示意图（单位：mm）（单位：mm）1图1-2 装配车间平面图 /mm1.2.2 地勘资料简化后的建筑场地“工程地质勘察报告”如下。XX工程地质勘察报告拟建工程为XX机械厂的装配车间，建筑场地位于该机械厂厂区内，厂房平面尺寸为42m24m，采用钢筋混凝土排架结构，结构的设计跨度为24m，柱距为6m。勘察工作按施工图设计阶段的要求进行。自X年X月X日开始，至X年X月X日结束。共完成钻孔6个，并结合钻孔取原状土样X个进行了室内土工实验。场地处地面平坦。据钻探揭露，各地层的情况如下：第层：人工填土。分布于场地表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。厚约0.51.2m，结构疏松，土质不均，平均天然重度为17.1kN/m3。第层：粉质粘土。呈棕红色，各孔均有，厚度9.510.1m。硬塑可塑，土质较均匀。第层：粘土。呈黄黑色，各孔均可见到，没有钻透，据调查厚度在10m以上。土质均匀，可塑硬塑。场区地下水属潜水，初见水位在2.53.1m深处，稳定水位在2.93.9m深处。地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。根据钻探及室内土工实验的情况分析，第层杂填土不宜用作建筑物地基。建议把基础埋置在强度较高的第层粉质粘土或第层粘性土中。其地基承载力标准值分别为：第层：fk=200kPa第层：fk=220kPa 报告人 ：XXX X年X月X日18图1-3 地质钻孔平面布置图9图1-4 II地质剖面（m） 10图1-5 IIII地质剖面（m）图1-6 IIIIII剖面和图例（m）2.2.3 设计荷载基础梁上的荷重（包括基础梁自重）按30kN/m计算。各柱底位于室内地面以下0.5m处，各柱在地面处的截面内力取值如下：（1）角柱Z2：（横向计算）荷载组合编号： L21 L22 上述所谓纵向是指沿车间的长轴方向，横向是指沿车间的短轴方向。弯矩M以柱子的外侧受拉为正，剪力H以指向车间内部为正。在荷载组合编号“Lij”中，“i”表示柱的类别，边柱、角柱、抗风柱分别用1、2、3表示，“j”表示荷载效应的组合类别，“1”表示标准组合、“2”表示基本组合。各荷载项中带下标K者表示荷载效应的标准组合，否则为荷载效应的基本组合。1表1-1 某机械厂装配车间土工试验结果汇总表试样编号取样深度/m土的分类名称天然含水量/%天然重度/kN/m3比重天然孔隙比液限/%塑限/%塑性指数液性指数压缩系数/MPa-1内摩擦角粘聚力/kPa1孔-13.003.40粉土32.919.52.720.85432.626.46.21.050.391615.62-29.009.40粉质粘土29.0619.42.740.8130.4920.1710.320.8610.3323395.96-316.6017.00粘土26.120.22.750.71843.1520.6522.50.2420.2719205.40-421.0021.40粘土27.1219.72.730.78639.0821.7617.320.3090.2515487.222孔-12.603.00粉质粘土24.420.12.70.68133.8121.3112.50.250.1925156.22-28.008.40粉质粘土25.3520.32.710.68731.572110.570.4120.2216558.64-311.0011.40粘土25.5120.42.720.66937.7120.1117.60.250.1718418.84-415.0015.40粘土26.5919.92.70.71843.122.1920.910.210.2316129.263孔-15.005.40粉质粘土23.0820.12.710.62933.9620.0413.920.2180.2120156.224孔-14.104.50粉质粘土22.9419.92.730.68737.4323.9613.4700.2122296.045孔-17.507.90粉质粘土26.6420.12.720.74130.819.2711.530.6390.2320277.26-213.1013.50粘土28.9519.52.730.80548.329.6418.6600.2316519.606孔-13.203.60粉质粘土24.5020.12.710.69230.319.8510.450.4450.2220567.0822 方案比选2.1 浅基础优缺点本设计对象为某铁路的特大型桥梁，该桥梁的上部结构设计已经完成，本课程设计的任务是完成桥墩基础与地基的设计与检算。要求同学选择（或由指导教师分配）一个基础，按给定的条件完成相关的设计和计算工作，具体要求如下：1综合分析设计资料，对三种常用的桥梁基础类型（刚性扩大基础、桩基础和沉井基础）的技术合理性进行比较（限于课时，本次课程设计不考虑造价因素），选择较为合理的基础方案。2对选定的基础方案进行详细设计。3初步决定修筑基础的施工方案。4将以上全部成果整理成设计计算说明书和设计施工图。设计计算说明书应制作成Word文档。整个说明书应满足计算过程完整、计算步骤清楚、文字简明、符号规范和版面美观的要求，图纸应用CAD制作而且应该表达正确、布局合理和尺寸齐全。说明书用16开纸张打印，和图纸一起装订成册，交指导老师评阅。2.2 桩基础优缺点该桥梁系某I级铁路干线上的特大桥（单线），线路位于直线平坡地段。该地区地震烈度较低，不考虑地震设防问题。桥梁及桥墩部分的设计已经完成，桥跨由8孔32m预应力钢筋混凝土梁，1孔48m下承式钢桁梁和9孔32m预应力钢筋混凝土梁组成，见图3-1和图3-3。场地处的地质剖面见图3-2，相关土工试验资料见表3-1。水文资料见图3-1。由上部结构传至各桥墩设计低水位（高程22.00m）处的设计荷载如表3-2所示。3 浅基础设计方案3.1 确定基础埋深及持力层的承载力根据地层情况，选择第层粉质粘土作为持力层，基础埋深d初拟为1.5m。因基底尺寸尚待确定，故先计算深度修正后的承载力 3.2 确定基底尺寸先按中心荷载计算，有 将基底面积扩大为，基底尺寸拟为。此外，由于基底的最小尺寸为3.2m，故前面计算得到的不需要再进行宽度修正。3.3 承载力及偏心距验算竖向力 弯矩 满足要求。满足要求。因此，基底尺寸3.5m*3.2m能够满足承载力要求。3.4 基础的抗冲切计算以及配筋设计计算（1） 计算基底净反力 （2） 确定基础高度。初步拟定基础高度h=1000mm,按地基规范要求，铺设 垫 层时保护层厚度不小于40mm，因此假设钢筋重心到混凝土外表面的距离为50mm故钢筋有效高度。 抗冲切破坏验算公式为 首先计算。如图中所示 故 近似的取，得到 式中，故，基础混凝土采用C20，其， 故h=1000mm能够满足抗冲切承载力的要求。（3） 内力计算。台阶的宽高比为且偏心距，显然，控制截面在柱边处，此时有 （4） 抗弯钢筋的配置。采用HPB235级钢筋，其。沿长边方向，由，宽度3200mm，按梁进行配筋，可得选用（钢筋总面积为）。 沿短边方向的钢筋通常置于长边钢筋之上，并假设采用钢筋，故再由，宽度3500mm，可得，选用（钢筋总面积为）。3.6 地基稳定性验算大多数基础在设计时不做稳定性检算，本单层工业厂房满足稳定性要求，不做需做稳定性检算。3.7 浅基础施工方案1.建筑定位：根据房屋建筑的布置由建筑总平面图确定。宜先确定主轴线然后逐步进行细部定位。2.基础放线：在不受施工影响的地方设置基线和水准点，布置测量控制网。根据轴线，放出基槽开挖的边线。考虑到上步填土层，故采用适当放坡，根据现场开挖实际调整，但不宜过大。3.土方开挖：由于设计地面高于实际地面，故开挖的土方宜在周围堆积保留，由于基坑小而数量多且基坑较浅，故宜分组人工开挖。4.基槽验收：开挖完成后由勘察、设计、施工人员共同进行。检查槽平面位置、断面尺寸、底部高程等是否符合要求。特别注意是否有古河道、古墓穴等地基土异常情况，并做好记录。5.基础施工：验槽完成后应及时施做垫层，防止水对基地土扰动和浸泡，然后再垫层上定出基础的外边线。然后支侧模板，放置钢筋，最后浇注混凝土，浇注前进行隐蔽工程验收。6.基槽回填：基础施工完成后，应及时进行回填。回填应时与地下管线的埋设等工作统筹安排。最后进行压实。就此开始上部主体结构的的施工。7.主要施工机具：铁铲等人工挖土器具、卷尺、测量仪器。挖掘机、推土机、卡车、吊车。混凝土搅拌器、混凝土罐车、振捣器、模板。4 桩基础设计方案4.1设计荷载对3号柱，其设计荷载为：,，。,， 基础梁作用荷载： 。4.2 确定桩端持力层及承台尺寸根据地质资料选用低承台确定承台埋深1.2m(相对于外部地面)。并初步选定采用钢筋混凝土预制方桩，桩的截面尺寸选为300mm300mm,根据2#-1粉质黏土层的液性指数,压缩性指数，可见该粉质黏土层从上到下的该土层属于硬塑的低压缩性土，可作为持力层，桩端进入持力层的深度，对于黏性土不宜小于2d,故选用桩长8m。混凝土选用：混凝土，钢筋选用：级钢筋，。4.3 初步确定桩的数目 采用公式 桩侧桩端都是2#-1粉质黏土层，因上侧，桩端，取其平均值，查表，得， 根据桩基规范得单桩竖向承载力设计值4.4 计算复合基桩竖向承载力特征值R 1.初步确定桩的数目：由于桩的布置和桩数还未知，先不考虑承台效应和群桩效应，根据公式可知： 因此，取n=4，即采用4根桩。2. 确定桩位布置和确定承台尺寸：因桩距，所以，取a=1.80+20.3=2.40m, b=1.20+20.3=1.80m,采用矩形形式。埋深d=1.2m,承台高0.8m，桩顶深入承台50mm，承台有效高度取为：。3.考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值R。 由和，查表取 所以。验算： 满足要求。图4-1 桩基布置图4.5 计算桩顶荷载取承台及其上土的平均重度，则桩顶平均竖向力为： 满足要求。承台拟采用C20级砼，配筋为HRB335（）级钢筋，桩身砼等级为C30符合规范有关要求，桩的布置和承台平面尺寸如附图所示。桩顶水平力, 水平力和竖向力的合力与铅垂线的夹角为： ，故可以不验算基桩的水平承载。4.6 承台受冲切承载力验算1.柱边冲切。求冲垮比与冲切系数：，因h=800mm，故可取。 式中，满足要求。2.角桩向上冲切验算从角柱内边缘至承台外边缘距离，。 因 经验算，可以。4.7 承台受剪计算剪跨比与以上冲跨比相同，故对斜截面：故剪切系数：因，故可取，得满足要求。斜截面按0.3计有，其受剪承载力更大，也满足要求。4.8 承台受弯计算选用14B18，则，沿平行轴方向均匀布置。沿y方向，选用直径14mm。 选用16B14，则，沿平行轴方向均匀布置4.9 桩基施工方案1.桩基础施工方案桩施工采用静压沉入方式。2.施工流程测量放线安装桩尖检查桩位桩机就位调整桩机水平度调整桩机垂直度桩基吊桩对位施压计压力值测量贯入度测回弹值受压下一桩位。承台施工参照扩展基础的施工方案。3.施工工具压桩机，挖掘机，水准仪，经纬仪，发电机。5.施工图 施工图见附录。规范及参考书1 中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范，GB 5000720022 中华人民共和国国家标准建筑桩基技术规范，JGJ94-943中华人民共和国行业标准铁路桥涵地基和基础设计规范，TB 10002.520054吴兴序主编. 基础工程西南交通大学出版社，20075赵明华主编，徐学燕副主编基础工程高等教育出版社，20036李克钏主编，罗书学副主编基础工程中国铁道出版社，200010