柱下独立基础设计计算

柱下独立基础课程设计 ......................................... 错误！未定义书签。 1.1、设计资料 .................................................. 错误！未定义书签。 1.1.1、地形 ................................................. 错误！未定义书签。 1.1.2、工程地质条件 ................................. 错误！未定义书签。 1.1.3、岩土设计参数 ................................. 错误！未定义书签。 1.1.4水文地质条件 .................................... 错误！未定义书签。 1.1.5上部结构资料 .................................. 错误！未定义书签。 1.1.6设计要求 .......................................... 错误！未定义书签。 1.1.7设计内容 .......................................... 错误！未定义书签。 1. 1. 8参考资料 .......................................... 错误！未定义书签。

1.2独立基础设计 ............................................................................... 5 1.2.1选择基础材料 ..................................................................... 5 1.2.2选择基础埋置深度 ............................................................. 5 1.2.3求地基承载力特征值fa .................................................... 5 1.2.4初步选择基底尺寸 ............................................................. 6 1.2.5验算持力层地基承载力 ..................................................... 6 1.2.6计算基底反力 ..................................................................... 6 1.2.7柱边基础截面抗冲切验算 ................................................. 7 1.2.8变阶处抗冲剪验验 ............................................................. 8 1.2.9配筋计算 ............................................................................. 9 1.2.10基础配筋大样图 ............................................................. 10 1. 2. 11计算基础沉降量.............................................................. 12 1.2.12设计图纸 ......................................................................... 17

1

选题一、柱下独立基础设计

（一）设计资料

1、地形

拟建建筑场地平整。 2、工程地质条件 自上而下土层依次如下：

①号土层，杂填土，层厚0.6m，含部分建筑垃圾。

②号土层，粉质黏土，层厚1.5m，软塑，潮湿，承载力特征值fak150kPa。 ③号土层，黏土，层厚1.8m，可塑，稍湿，承载力特征值fak190kPa。 ④号土层，细砂，层厚2.0m，中密，承载力特征值fak240kPa。 ⑤号土层，强风化砂质泥岩，厚度未揭露，承载力特征值fak310kPa。 3、岩土设计技术参数

地基岩土物理力学参数如表1.1所示。

表1.1 地基岩土物理力学参数

土层编号 ① ② ③ ④ ⑤ 液性指数IL 重度 土的名称 (kN/m3) 孔隙比e 粘聚力内摩擦压缩 模量ES c(kPa) 角() (MPa) 标准贯入锤击数N 6 11 16 22 承载力 特征值fak(kPa) 杂填土 粉质黏土 黏土 细砂 强风化 砂质泥岩 17.8 19.5 18.9 20.5 22 0.65 0.58 0.62 0.84 0.78 35 25 14 25 30 7.5 8.2 11.6 18 150 190 240 310 4、水文地质条件

（1）拟建场区地下水对混凝土结构有腐蚀性。 （2）地下水位深度：位于地表下1.5m。 5、上部结构资料

拟建建筑物为多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为400mm400mm。室外地坪标高同自然地面，室内外高差350mm。柱网布置如图1.1所示。

2

图1.1 柱网平面图

6、上部结构作用在柱底的荷载效应标准组合值如表1.2所示。

表1.2 柱底荷载效应标准组合值 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A轴 1032 1090 1150 1218 1282 1339 1402 1534 1598 1659 1720 Fk(kN) B轴 C轴 1615 1252 1730 1312 1815 1370 1873 1433 1883 1496 1970 1560 2057 1618 2140 1677 2205 1727 2268 1778 2330 1831 D轴 1362 1208 1170 1281 1359 1679 1502 1487 1645 1560 1458 Mk(kNm) Vk(kN) A轴 B轴 C轴 D轴 A轴 B轴 C轴 D轴 164 125 221 160 55 60 52 56 190 150 242 185 62 66 57 64 210 175 271 192 71 73 67 72 235 193 297 228 80 83 74 82 257 218 325 246 86 90 83 88 284 242 355 275 96 95 89 94 311 266 377 226 102 104 98 100 335 288 402 304 109 113 106 112 365 309 428 355 120 117 114 118 405 329 446 286 130 121 132 106 448 351 468 269 142 125 150 102 近似取荷载效应基本组合值为标准组合值的1.35倍，荷载效应准永久组合值为标准组合值的0.8倍。

7、混凝土的强度等级C25~C30，钢筋采用HPB235、HRB335级。 （二）设计分组

根据以上所给资料及题号，每个班级只容许一个10-11人的小组选此题目，

3

每人一个题号（1~11）。两个班级选取不同的柱距：土木18-2（横向柱列间距4800，纵向柱列间距：5600,2100,5600）；土木18-4（横向柱列间距5400，纵向柱列间距：6000,2400,6000）； （三）设计要求

每人根据所在组号和题号，完成指定轴线的独立基础设计。对于另外3根轴线的基础，只要根据所给荷载确定基础底面尺寸，以便画出基础平面图。要求分析过程详细，计算步骤完整，设计说明书的编写应具有条理性，图纸整洁清晰。 （四）设计内容

1、确定基础埋深；

2、按持力层承载力特征值确定基础底面尺寸； 3、计算地基变形值，验算地基变形特征值；

4、基础结构设计：拟定基础剖面尺寸，进行地基梁正截面和斜截面设计及底板抗剪验算和配筋设计，并满足构造设计要求。

5、绘制基础施工图，包括基础平面布置图、独立基础大样图，并提出必要的技术说明。 （五）设计成果

1、设计计算书

设计计算书包括以下内容： （1） 确定地基持力层和基础埋深。

（2） 确定基础底面尺寸，验算地基承载力。 （3） 对基础进行抗冲切承载力验算，确定基础高度。

（4） 对基础进行正截面受弯承载力验算，确定基础底板配筋。 2、设计图纸

设计图纸包括以下内容： （1） 基础平面布置图。 （2） 独立基础大样图。 （3） 必要的设计说明。

4

1.2独立基础设计

1.2.1选择基础材料

基础采用C30混凝土，HRB335级钢筋，预估基础高度0.6m。

1.2.2选择基础埋置深度

地下水对混凝土结构有腐蚀性，地下水位于地表下1.5m。

取③号土层为持力层，去室外地坪到基底的距离为3.9m即基础埋深为3.9m，由此得基础剖面示意图，如图

1.1

求地基承载力特征值fa

根据e=0.58，液性指数=0.78，均小于0.85，查表得b=0.3，d=1.6。基底以上土的加权平均重度为：

m值）

17.80.619.50.99.50.618.9100.9313.98KN/m3 持力层承载力特征值fa（预计设基础宽度不超过3m，不考虑对基础宽度修正

5

f

afakddm0.51901.613.9830.5245.92KPa1.2.4初步选择基底尺寸

已知柱底荷载标准值Fk1032KN,Mk164KNm,Vk55KN

按中心荷载初步估计基础面积

AFfakG10325.0m2245.9215由于偏心不大，基础底面积按50％增大，即

A1.5A01.557.5m2

初步选定基础底面积Alb3.02067.8m2，且b=3.0m3.0m不需要再对fa进行修正。

1.2.5验算持力层地基承载力

基础和回填土重为

偏心距

ekMk140460.8l0.133m0.5mFkGk975354.96FkGklb6ek1l975354.960.133215.8531KPa7.83125.147 基底最大压力：

Pk,maxk,minPk(FkGk)／A（215.853+125.147）／7.8=174.067KPa

Pk,max215.853KPa1.2fa289.44KPa所以l3.0m,b2.6m ，满足设计要求。

1.2.6计算基底反力

取柱底荷载效应基本组合设计值：

F1317KN,M190KNm,V63KN。

静偏心距为

M190630.8e0.183mn,0 F13176

基础边缘处的最大和最小净反力为

Pn,maxn,minF6en,0131760.183230.64411KPalbl7.83107.048基础底板厚度的确定（采用阶梯形基础） 因为b=3m，所以特征值不必进行宽度修正。

1.2.7柱边基础截面抗冲切验算

图1.2

﹙a﹚ 柱下冲切

abat2h00.420.752.100mb3.0m，取ab2.100m

aabamt1250mm 2因偏心受压，Pn取Pn,max230.644KPa。 冲切力：

2lacbbcFlPn,maxh0bh0227 22

230.42.60.4230.6440.752.60.75301.6KN2222

抗冲切力

0.7hpftamh00.71.012701.250.75833.4KN301.6KN

满足要求。

1.2.8变阶处抗冲剪验验

图1.3

atb11.3m,a11.5m,h0145050400mm at2h011.320.42.1mb3.0m,取ab2.1m aab1.52.1amt1.8m 22冲切力： 2la1bb1 FlPn,maxh01bh012222

231.52.61.3281.8770.43.00.4195.47KN22228

抗冲切力：

0.7hpftamh010.71.012701.80.4640.08KN195.47KN 因此满足要求。

1.2.9配筋计算

选用HPB235钢筋，fy300N/mm2。 基础长边方向。对于Ⅰ-Ⅰ截面，柱边净反力为

PnⅠ,Pn,minlacPn,maxPn,min2l3.00.4107.048230.644107.048177.1KPa23.0

悬臂部分净反力平均值为

11Pn,maxPnⅠ230.644177.1203.872KPa,22弯矩为

MⅠ1Pn,maxPnⅠ2,2bbclac24212203.8723.00.422.60.4321.574KNm24MⅠ321.574106AsⅠ1588.3mm2,0.9fyh00.9300750对于Ⅲ-Ⅲ截面（变阶处），有

la1Pn,maxPn,min2l

31.5107.048230.644107.048199.748KPa弯矩为

23 1Pn,maxPn,Ⅲ22bb1MⅢla1242

1230.644199.748231.522.60.4113KNm242 MⅢ113106 As,Ⅲ1046.3mm20.9fyh010.9300400

Pn,ⅢPn,min比较AsⅠ,和As,Ⅲ，应取AsⅠ,配筋，实际配612@180

As1808mm21588.3mm2

9

基础短边方向

因为该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取

因此按As,Ⅱ在短边方向配筋，实际配610@160

As1413mm21315mm2

Pn1Pn,minPn,max1230.644107.048168.846KPa22与长边方向的配筋计算方法相同，对于Ⅱ-Ⅱ截面（柱边）的计算

MⅡAs,Ⅱ1Pn,maxPn,min22lacbbc24212168.8643.00.422.60.4266.3KNm24MⅡ266.31061315mm20.9fyh00.9300750对于Ⅱ-Ⅱ截面的计算

MⅣ1Pn,maxPn,min22la1bb124212168.8463.01.522.61.3102.9KNm24MⅣ1102.9106952.8mm20.9fyh010.9300400As,Ⅳ1.2.10基础配筋大样图

10

11

1.2.11 计算基础沉降量

地基分层：

每层厚度按hi0.4b=0.96m，但是地下水位处、土层分界面处单独划分。 地基竖向自重应力czi的计算：

0点（基地处） cz014.5442.739.27kpa

71点 cz139.28.90.6kpa44 .618.90.6kpa49 .9510.51kpa60 .4510.51kpa70 .952点 3点 cz2cz344.6149.9554点 cz460.4地基竖向附加应力zi的计算： 基地压力： PkmaxFkGkA6ek1l

60.133170.51215.853kpa 3 PkminFkGk6ek60.1331170.51 4p7a125.1kAl3基地附加应力：

p0

maxpmaxrd215.85339.2739.2717k6p.a583

p0minpminrd125.14785kp.8a773.6求取值，则附加应力zp0。 利用角点法，根据l/b和z/b查表3.4、1点：（z0.6m）

矩形Ⅰ：z/b0.6/1.30.46，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.233，

0.233485.877kp8a0. zⅠ

矩形Ⅱ：z/b0.6/1.30.46，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.233，

0.233245.353kp2a1. zⅡ

三角形Ⅲ：z/b0.6/1.30.46，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.0623， zⅢ0.0623245.353kpa5 . 三角形Ⅳ：z/b0.6/1.30.46，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.0401，

1245.353kpa3 zⅣ0.040 .80.0421.135.653.6k6pa110.48 z1

12

2点：（z1.2m）

矩形Ⅰ：z/b1.2/1.30.92，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.1915，

0.1915485.877kp6a5. zⅠ

矩形Ⅱ：z/b1.2/1.30.92，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.1915，

0.1915245.353kp1a7. zⅡ

三角形Ⅲ：z/b1.2/1.30.92，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.1239， zⅢ0.1239245.353kp1a1.

三角形Ⅳ：z/b1.2/1.30.92，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.07，

245.353kpa6 zⅣ0.07 .8 z265.717.3711.246.k3pa 100.693点：（z2.2m）

矩形Ⅰ：z/b2.2/1.31.7，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.1131，

1485.877kp3a zⅠ0.113 8. 矩形Ⅱ：z/b2.2/1.31.7，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.1131，

12 zⅡ0.11332 zⅢ0.0645.353kp1a 0.45.353kp5a .7 三角形Ⅲ：z/b2.2/1.31.7，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.063， 三角形Ⅳ：z/b2.2/1.31.7，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.05，

245.353kp4a zⅣ0.05 .55 z338.84点：（z3.2m）

10.265.714.5k4pa 59.36 矩形Ⅰ：z/b3.2/1.32.5，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.067，

7485.87k7pa zⅠ0.06 2 矩形Ⅱ：z/b3.2/1.32.5，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.067， 72 zⅡ0.0645.35k3pa 6. 三角形Ⅲ：z/b3.2/1.32.5，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.0353，

zⅢ0.03532 zⅣ0.0316245.35k3pa 3 三角形Ⅳ：z/b3.2/1.32.5，l/b1.5/1.31.15查表得1=0.0316，

45.353kpa2 .3.2kp3a5 .172.87 z4236.1地基分层自重应力平均值和附加应力平均值的计算： 自重应力平均值：1点：（39.27+44.61）/ 2=41.94kpa 2点：（44.61+49.95）/ 2=47.28kpa

13

3点：（49.95+60.45）/ 2=55.2kpa 4点：（60.45+70.95）/ 2=65.7kpa 附加应力平均值：1点：（134.8+31.4）/ 2=83.1kpa 2点：（31.4+25.8）/ 2=28.6kpa 3点：(25.8+15.2）/ 2=20.5kpa 4点：（15.2+9.2）/ 2=12.2kpa 地基沉降计算深度zn的确定：zn2.9m 地基各分层沉降量的计算： s1 s2 s3 s44z1z2z3z43h1/ES183.10.6/8.210cm 0.613h2/ES228.60.6/8.210cm 0.21h3/ES320.51/11.3610cm 0.18h4/ES412.21/11.3610cm 0.11计算基础总沉降量：

1 ssi0.6i10.210.180.1cm1 1.11底尺寸B.C.D轴的计算 B轴：

取柱底荷载标准值Fk1548KN,Mk100KNm,Vk48KN计算基础和回填土重GK时的基础埋置深度为

d12.73.052.875m 2

基础底面积为

A

fFakG15487.9m2241.245.5由于偏心不大，基础底面积按40％增大，即

A1.4A01.47.911.06m2

初步选定基础底面积Alb3.73.011.1m2，且b=3.0m3.0m不需要再对

fa进行修正。

验算持力层地基承载力

基础和回填土重为

14

GkGdA201.675101.211.1505.05KN

偏心距

ek

Mk100480.8l0.067m0.5mFkGk1548505.056 基底最大压力：

Pk,maxk,minFkGklb6ek1l1548505.0560.0672051KPa11.13.7165 Pk(FkGk)／A（205+165）／11.1=185KPa

Pk,max260.512KPa1.2fa1.2fa289.44KPa所以l3.7m,b3.0m ，满足设计要求。

C轴

取柱底荷载标准值Fk1187KN,Mk198KNm,Vk44KN计算基础和回填土重GK时的基础埋置深度为

1d2.73.052.875m2基础底面积为

A

fFakG11876.1m2241.245.5由于偏心不大，基础底面积按40％增大，即

A1.4A01.46.18.54m2

初步选定基础底面积Alb3.13.09.3m2，且b=3.0m3.0m不需要再对

fa进行修正。

验算持力层地基承载力

基础和回填土重为

GkGdA201.675101.29.3423.15KN

偏心距

Mk198440.8lek0.145m0.5mFkGk1187423.156 基底最大压力：

Pk,maxk,minFkGk6ek1187423.1560.145223.31KPa1lbl9.33.112315 

Pk(FkGk)／A（1187+423.15）／9.3=173.1KPa

Pk,max223.3KPa1.2fa289.44KPa所以l3.1m,b3.0m ，满足设计要求。

D轴

取柱底荷载标准值Fk1200KN,Mk130KNm,Vk47KN计算基础和回填土重GK时的基础埋置深度为

d12.73.052.875m 2

基础底面积为

A

fFakG12006.13m2241.245.5由于偏心不大，基础底面积按40％增大，即

A1.4A01.46.138.582m2

初步选定基础底面积Alb339m2，且b=3.0m3.0m不需要再对fa进行修正。

验算持力层地基承载力

基础和回填土重为

GkGdA201.675101.29409.5KN

偏心距

ek

Mk130470.8l0.104m0.5mFkGk1200409.56 基底最大压力：

Pk,maxk,minFkGk6ek1200409.560.1042161KPa1lbl93141.6 Pk(FkGk)／A（1200+409.5）／9=178.83KPa

Pk,max216KPa1.2fa289.44KPa所以l3m,b3m ，满足设计要求。

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1.2.12设计图纸

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