基 础 工 程 学 课 程 设 计
题 目
班 级
学 号
学生姓名
指导教师
时 间
框架结构桩基础设计
工程管理二班
1145513214
李波华 王炳辉 2014/6/19
目录
1. 设计题目…………………………………………………………………………1 2. 设计荷载…………………………………………………………………………1 3. 地层条件及其参数………………………………………………………………1 1）.地形…………………………………………………………………………..1 2）.工程地质条件………………………………………………………………..1 3）.岩土设计技术参数…………………………………………………………..2 4）.水文地质条件………………………………………………………………..2 5）.场地条件……………………………………………………………………..2 6）.上部结构资料………………………………………………………………..2 4. 预制桩基设计……………………………………………………………………3 1). 单桩承载力计算………………………………………………………………...3 2). 桩基竖向承载力特征值………………………………………………………...4 3). 桩基竖向承载力验算…………………………………………………………...4 4). 承台设计………………………………………………………………………...5 5). 承台厚度及受冲切承载力验算.................................…………………………..6 （1）.柱的向下冲切验算…………………………………………………………..6 （2）.角桩的冲切验算……………………………………………………………..6 6). 承台受剪承载力验算……………………………………………………….…..6 7). 承台受弯承载力计算…………………………………………………………...7 8).承台构造设计…………………………………………………………………….7 9).桩身结构设计…………………………………………………………………….7 10).桩身构造设计……………………………………………………………….…..8 5. 估算B.C轴线柱下桩数………………………………………………………....9 1). 桩数估算………………………………………………………………………...9 2). 承台平面尺寸确定……………………………………………………………...9 6. 参考文献………………………………………………………………………...10
基础工程课程设计
1
1.设计题目
本次课程实际题目：框架结构桩基础设计
2.设计荷载
题号：14号设计B轴柱下桩基，A,C,D轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数 （1） 柱底荷载效应标准组合值如下。
A轴荷载：Fk=1870kN Mk=205kN.M Vk=139kN ○
B轴荷载：Fk=2160kN Mk=204kN.M Vk=149kN ○
C轴荷载：Fk=2080kN Mk=213kN.M Vk=134kN ○
D轴荷载：Fk=2000kN Mk=263kN.M Vk=141kN ○
(3) 柱底荷载效应基本组合值如下。
A轴荷载：F=2320kN M=215kN.M V=181kN ○
B轴荷载：F=3310kN M=214kN.M V=166kN ○
C轴荷载：F=2780kN M=238kN.M V=174kN ○
D轴荷载：Fk=2803kN Mk=222kN.M Vk=174kN ○
3.设计资料
1）.地形
拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。
2）.工程地质条件
自上而下土层依次如下：
① 号土层：素填土，厚度1.5m，稍湿，松散，承载力特征值fak=95kPa。 ② 号土层：淤泥质土，厚度3.3m，流塑，承载力特征值fak=65kPa。 ③ 号土层：粉砂，厚度6.6m，稍密，承载力特征值fak=110kPa。 ④ 号土层：粉质粘土，厚度4.2m，湿，可塑，承载力特征值fak=165kPa。 ⑤ 号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值fak=280kPa。
2
3）.岩土设计技术参数
表1 地基岩土物理力学参数 土层编号 土的名称 ① ② ③ ④ ⑤ 素填土 淤泥质土 粉砂 粉质粘土 粉砂层 孔隙比 e - 1.04 0.81 0.79 0.58 含水量 W（%） - 62.4 27.6 31.2 - 液性指数 Il - 1.08 - 0.74 - 标准灌入压缩模量 锤击数 Es N（次） - - 14 - 31 5.0 3.8 7.5 9.2 16.8 表2 桩的极限侧阻力标准值qsk 土层编号 ① ② ③ ④ ⑥ 4）.水文地质条件
１． 拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。 ２． 地下水位深度：位于地表下2.5m。 5）.场地条件
建筑物所处场地抗震设防烈度７度，场地内无液化砂土，粉土。 6).上部结构资料
拟建建筑物为六层钢筋混凝土结构，长30m，宽9.6m。室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱截面尺寸均为400×400，横向承重，柱网布置如图1所示。
土的名称 素填土 淤泥质土 粉砂 粉质粘土 粉砂层 桩的侧阻力qsk 22 28 45 60 75 桩的端阻力qpk - - - 900 2400 3
４．预制桩基设计
建筑物基础设计方案采用混凝土预制桩，具体设计方案如下：室外地坪标高为-0.45m,自然地面标高同室外地坪标高。该建筑桩基属丙级建筑基桩，拟采用
5号土层粉质粘土为持力层，截面为直径400mm的混凝土预制圆桩，以○桩尖深入
1.6m，设计桩长14.4m，初步设计承台高0.8m，承台底面埋置深度-1.60m，桩顶伸入承台50mm。
1）.单桩承载力计算
根据以上设计，桩顶标高为-1.6m，桩底标高为-16m，桩长14.4m。 单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：
Quk= Qsk+ Qpk = up∑qsikli+ Apqpk
由于
Qsk=3.14×0.4×（3.2×28+6.6×45+4.2×60+0.4×75）=839.76kN Qpk=3.14×0.2×0.2×900=113.04kN
则 Quk=839.76+113.04=952.8kN 2）.桩基竖向承载力特征值
承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑成太土效应取ηc=0，则有
QukR= Ra==952.8/2=476.4kN
K
4
根据上部荷载初步估计粧数为 n=1.1*取设计桩数为6根。 3）.桩基竖向承载力验算
Fk=2376/476.4=4.99 Ra 根据《建筑桩基技术规范》，当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应标准组合值。由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土，因此不进行地震效应的承载力验算。
根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台，取承台变长为2.0m×2.0m，矩形布桩，桩中心距取3.0d，则s=3×400=1200mm，取s=1200mm，桩心距承台边缘为400mm。
承台及其上土壤的总重为 Gk =3.2×2.0×1.6×20=204.8kN 计算时取荷载的标准组合，则
FkGkQk==(2160+204.8)/6=394.13﹤R（=476.4）
nQkmax= Qk+
Mymax
=394.13+(204+149×1.6) ×0.6/(6×0.6×2
y
0.6)=394.13+122.=517.02
Qkmin=Qk-因此
Mymin=394.13-122.=258.44 2yQkmax=517.02＜1.2R(=1.2*476.4=571.68) Qkmin=258.44＞0
满足设计要求,故初步设计是合理的。
4）.承台设计
根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸3.2×2.0m，预估承台厚0.6m，承台选用等级为C40的混凝土，混凝土的抗拉强度为ƒt=1.71N/mm2，抗压强度为ƒc=19.1N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，ƒy=300N/mm2.
承台内力计算：
承台的内力计算采用荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为
Qmax=+
MyyiFnMyyiy=3310/6+(214+166×1.6) ×0.6/6×0.6×0.6=684. Qmin=-
i2Fny
=3310/6-133.22=418.45kN
5
i2Fn5）.承台厚度及受冲切承载力验算
为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度，初步设计厚度0.8m，承台底保护层厚度80mm，则h0=800-80=720mm。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。 （1）.柱的向下冲切验算
承台受桩冲切的承载力应满足下式：
N==3310/6=551.67kN
Fl≤2{β0x（bc+aoy）+βoy（ac+aox）}βhpƒth0
式中：aox=0.24 λox= aox/ h0=0.33 β0x=0.84/(0.2+λox)=1.58 aoy=0.84
λoy= aoy/ h=1.0 β0y=0.84/(0.2+λoy)=0.70 bc=ac=0.4m βhp=1.0
0
2{β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）}βhpƒth0
=2×{1.58×（0.4+0.84）+0.7×（0.4+0.24）}×1×1710×0.72 =5927.49kN＞Fl（=3310kN）
故厚度为0.6m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。 （2）.角桩的冲切验算
承台受角桩的承载力应满足下式：
N≤{β1x（c2+
/
a1y2）+β1y（c1+
a1x）}βhpƒth0 2由于Nl=Nmax=551.67kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为
c1=c2=0.6m a1x=0.24m a1y=0.84m λ1x=λ1y=
a1yh0a1x=0.24/0.72=0.33 h0=1.0 β1x=
0.560.56=0.56/(0.33+0.2)=1.06 β1y==0.47
1x0.21y0.2a1y2抗冲切力={β1x（c2+）+β1y（c1+
a1x,
）}βhpƒth0=1747.81kN＞Nma（=551.67kN） 2故厚度为0.8m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。 6）.承台受剪承载力验算
承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，剪切力V必须不大于抗剪切力，即满足:
V≤βhsβƒtbh0 ,对于I-I截面： A1x=0.24m λx=
a1x=0.24/0.72=0.33 β=1.75/λ+1=1.31 h06
βhs=(800/ h0)=1.03 b=2.0m V=2×551.67=1103.34kN 抗剪切力=1.03×1.31×1710×2.0×0.72=3322.52kN>1103.34N 故满足抗剪切要求。 对于II-II截面：
a1y=0.84m λy=0.84/0.52=1.0 β=1.75/λ+1=0.86 βhs=(800/ h0)=1.03 b=3.2m V=3×551.67=1655.01kN 抗剪切力=1.03×1.710×1×3.2×0.72=4058.04kN>1655.01kN 故满足抗剪切要求。
7）.承台受弯承载力计算 承台计算截面弯矩如下:
对于I-I截面，取基桩净反力最大值N/max=551.67进行计算，则 xi=600-200=400mm=0.4m My=∑Nixi=2×551.67×0.4=441.34kN.m Asl=
1/4
1/4
My0.9yh0=441.3×106/(0.9×300×720)=2270 mm2
因此，承台x轴方向选用三级钢筋6@200，钢筋数为 n=2000/200+1=11 取，116@200实际钢筋As=3102mm2，满足要求。
对于II-II截面，取基桩净反力平均值N=551.67进行计算，此时 xi=1200-200=1000mm=1m
则 Mx=∑Niyi=3×551.67×1=1655.01kN.m
As=
Mx=1655.01 ×106/(0.9×300×720)=8513.42mm2
0.9yh0因此，承台y轴方向选用三级直径25@110，钢筋根数为 n=2000/110+1=19， 取19根三级直径25@110，实际钢筋As=8524mm2，满足要求。 8）.承台构造设计
混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm，两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.8m，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共四根一级钢筋直径12通长配筋，箍筋采用一级钢筋直径为8间距为200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。 9).桩身结构设计
预制桩的桩身混凝土强度等级选用C40，钢筋选用HRB335级。 根据《建筑桩基技术规范》，桩顶轴向压力应符合下列规定：
Nmax≤φψcƒcaps Nmax=
FGn+
Myyiy=(3310+204.8)/6+(214+166×1.6) ×0.2/6×
i2 7
0.04=573+399.67=972.67KN
计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数φ=1；对于预制桩，基桩施工工艺系数ψc=0.85；C40级混凝土，ƒc=19.1N/mm2，则
ΦψcƒcA=1×0.85×19.1×106×0.42
=2597.6kN＞Nmax（=972.67kN）
故桩身轴向承载力满足要求。 10).桩身构造设计
了桩身按构造要求配筋，选用8根直径为14的HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选用直径为6的HPB300级钢筋，间距200mm，距桩顶2m范围内间距50mm，距桩顶2-4m范围内间距100mm。采用打入法沉桩，桩顶设置三层直径为6，间距为50mm的钢筋网，桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖0.6m范围内箍筋加密，间距50mm，桩身主筋混凝土保护层厚30mm。 11).吊装验算
由于桩的长度不大，桩身吊装时采用二点起吊， 起吊点距桩两端距离为
a=0.207L=0.207×14.4=2.981m
则吊起时桩身最大弯矩为
Ml=0.0214kql2=0.0214×1.2×（0.4×25）×14.4=21.30kN.m
2
2
桩身配筋验算；混凝土采用C40级，钢筋采用HRB335级，则ƒc=19.1N/mm2，ƒy=300N/mm2，由于b=400mm，h0=400-40=360mm，每边配3根直径为14的三级钢筋,As=461N/mm2，则
X=fyAS/α1ƒcb=(300×461)/(1.0×19.1×400)=18.10mm
x2 =1.0×19.1×400×18.10×(360-18.10/2)
Mu=α1ƒcbx（h0-） =48.53×106N.mm =48.53kN.m
所以Mu＞Ml
故桩身配筋满足吊装要求。
8
5.估算A.C.D轴线柱下粧数
1).桩数估算
A轴柱下荷载标准组合值为Fk=1870kN Mk=205kN Vk=139kN ○
根据○A轴下荷载初步估算○A轴柱下根数，
n=
Fk=1870/476.4=4.08 取n=5 R则○A轴下设计桩数为5根。○C
C轴柱下荷载标准组合值为Fk=2080kN Mk=213kN Vk=134kN ○
根据○C轴下荷载初步估算○C轴柱下根数，
Fk n==2080/476.4=4.5 取n=5
R则轴○C下设计桩数为5根。
D轴柱下荷载标准组合值为Fk=2000kN Mk=263kN Vk=141kN ○
根据○D轴下荷载初步估算○D轴柱下根数，
n=
Fk=2000/476.4=4.3 取n=5 R则轴○D下设计桩数为5根。
6.参考文献
(1)《基础工程学》（第二版）陈国兴，樊良本等，中国水利水电出版社，2013. (2)《建筑地基基础规范技术规范》GB50007-2002. (3)《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008).
(4)《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010).
(5)《预应力混凝土管桩基础技术规程》DGJ/TJ109-2010. (6)《预应力混凝土管桩》国家建筑标准设计图集10G409. (7)《钢筋混凝土承台设计规程》CECS88:97 设计说明：
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1.图中单位未作说明均以mm计。
4号土粉质粘土作为持力层，采用2.根据工程地质报告，该工程采用预制桩基，○
400mm×400mm钢筋混凝土预制圆桩，设计桩长11m，桩尖进入持力层不低于1.2m，单桩竖向极限承载力标准值 Quk=6.04kN，基桩承载力特征值R=344.52kN。 3.材料、混凝土：C40级钢筋，承台及预制桩纵向钢筋为HRB335级，预制桩箍筋为HPB300级。
4.保护层：承台80mm，预制桩30mm。
5.承台下做100mm厚C10混凝土垫层，出承台边100mm。桩顶嵌入承台50mm
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