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单层厂房柱下基础设计

2021-03-20 来源:二三四教育网


单层厂房柱下基础设计

学号:班级:

姓名:

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目录

第一章 概述.......................................................................................................... 4

1、设计任务.................................................................................................. 4

1.1工程概况.......................................................................................... 4 1.2工程名称.......................................................................................... 5 1.3场地位置.......................................................................................... 5 1.4上部结构的类型、尺寸.................................................................. 5 1.5场地描述.......................................................................................... 5 1.6土层描述.......................................................................................... 5

第二章,浅基础设计与计算................................................................................ 9

1.二十号桩设计 (抗风桩) ............................................................................ 9

1.1确定地基承载力:.......................................................................... 9 1、2按中心荷载初估基地面积:..................................................... 10 1、3验算基地压力:......................................................................... 10 1.4基底净压力的计算:.................................................................... 10 1.5基础冲剪验算:............................................................................ 10 1.6验算冲切破坏面的抗剪承载力................................................. 11 1.7柱边基础弯矩计算:................................................................. 11 2、七号桩.................................................................................................... 12

按中心荷载初估基地面积.................................................................. 12 验算基地压力:.................................................................................. 12 基底净压力的计算.............................................................................. 13 基础冲剪验算...................................................................................... 13 验算冲切破坏面的抗剪承载力.......................................................... 13 柱边基础弯矩计算:.......................................................................... 13 3、 一号桩.................................................................................................. 14

按中心荷载初估基地面积:.............................................................. 14 验算基地压力:.................................................................................. 14 基底净压力的计算:.......................................................................... 15 基础冲剪验算:.................................................................................. 15

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验算冲切破坏面的抗剪承载力.......................................................... 15 柱边基础弯矩计算:.......................................................................... 15

第三章 桩基础的设计和计算............................................................................ 16

I.十七号桩 ................................................................................................... 16

估算单桩承载力特征值...................................................................... 17 群桩基础中单桩承载力验算:.......................................................... 17 抗弯与配筋.......................................................................................... 18 角桩的冲切验算:.............................................................................. 20 承台抗剪验算:.................................................................................. 21 桩的配筋:.......................................................................................... 21 II.十八号桩 .................................................................................................. 22

群桩基础中单桩承载力验算:.......................................................... 22 抗弯与配筋:...................................................................................... 22 柱的冲切验算...................................................................................... 23 角桩冲切验算:.................................................................................. 23 承台抗剪验算:.................................................................................. 23 桩的配筋:.......................................................................................... 24 配筋:.................................................................................................. 24

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第一章 概述

1、设计任务:某单层厂房柱下基础设计 1.1工程概况

该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1-1。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。

600060006000460005600060006000B123Z290020Q=30T (两台)Z3Z319240004200Z3104200注:Z1,Z2,Z3表示柱子的编号Z3900Z2Z2171615A18Z1141312115003000150015004200050012345678图1-1 装配车间平面图(mm)

各柱在基础顶面处的截面形状为矩形,尺寸为:

边柱Z1: 长宽=1000400mm; 角柱Z2: 长宽=1000400mm; 抗风柱Z3: 长宽=700400mm;

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900090090099000Z1678Z2

1.2工程名称

某机械厂的装配车间,建筑场地位于该机械厂厂区内。 1.3场地位置

厂房位于城郊地区,附近建筑较少,地势较平坦。场区地下水属潜水,初见水位在2.5~3.1m深处,稳定水位在2.9~3.9m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。 1.4上部结构的类型、尺寸

厂房基础顶面以上部分的建筑和结构设计工作已经完成。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1-1。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。

基础梁的横截面尺寸如图1-1,梁与柱(或杯口外壁)之间的净距为20mm,置于柱子外侧的基础顶面上。 2502520025300 图1-1 基础梁的横截面尺寸示意图(单位:mm) 设计中纵向受力钢筋选用HRB335,fy=300Mpa。基础混凝土采用C30,其fC=13.4Mpa。 1.5场地描述 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42m24m,采用钢筋混凝土排架结构,结构的设计跨度为24m,柱距为6m。 1.6土层描述

场地处地面平坦。据钻探揭露,各地层的情况如下:

第①层:人工填土。分布于场地表面,以灰黑色粉土为主,伴有

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碎砖,炉渣等杂物的填土层。厚约0.5~1.2m,结构疏松,土质不均,平均天然重度为17.1kN/m3。

第②层:粉质粘土。呈棕红色。除1#孔外各孔均有,厚度9.5~10.1m。硬塑~可塑,土质较均匀。

第③层:粉土。呈褐黄色。仅在1#孔可见到,厚约3.3m,流塑。 第④层:淤泥。呈黑色,流塑。含大量有机质,有臭味。仅在1#孔见到,厚度约8.0m。

第⑤层:粉质粘土。呈灰黄色,仅在1#孔见到,厚约3.6m,夹有粉砂薄层,流塑。

第⑥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2.5~3.1m深处,稳定水位在2.9~3.9m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①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②层粉质粘土或第⑥层粘性土中。其地基承载力标准值分别为:

第②层:fk=180kPa 第⑥层:fk=220kPa 建议:

受古河道影响的几个柱基采用桩基础; 其余基础可采用柱下现浇独立基础。

土性指标,见表1-1。

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图1-2 地质钻孔平面布置图

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2#454.503#8轴线位置454.404#0.610.711.5454.801.00.5①②10.610.4442.4011.5443.30⑥16.5438.30

图1-3 I-I地质剖面图

图1-4 II—II地质剖面

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图1—5 III – III 地质剖面图

第二章,浅基础设计与计算

1.二十号桩设计 (抗风桩)

尺寸为:700mm×400mm

位于III——III地质剖面图,持力层定在粉质粘土层。标准组合:Fn=600Kn MN=27 KN·M HK=38 KN 各粉质粘土层GS W  WP WL的平均值

GS=(2.74+2.7+2.71+2.71+2.73+2.72)÷6=2.72

W=(29.06+24.4+25.35+23.08+22.94+26.64)÷6=25.25%

 =(19.4+20.1+20.3+20.1+19.9+20.1)÷6=20 KN/M3

eGS(1W)w12.72(10.2525)9.8=20-1=0.671

WP=(20.17+21.31+21+20.04+23.96+19.27)÷6=21% WL=(30.49+33.81+31.57+33.96+37.43+30.8)÷6=33%

ILWWP25.2521W0.354LWP3321

查表2—15可知:

b0.3d1.6

1.1确定地基承载力:

初定b=3m d=3m w=18.91KN/M3

水位:3.4m

fafkbm(d0.50.15)

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=180+1.6×18.91×(3-0.5-0.15)251.10kpa

1、2按中心荷载初估基地面积:

A1FP=(600+30×12.75)÷(251.1-20×3)=5.141m2

fad2

由偏心影响将面积扩大1.3倍 则 A=6.684m 采用基础尺寸为3m×2.4m

1、3验算基地压力:

基础及回填土重:

GdA =20×(3-0.075)×7.2=421.4KN

基础的总垂直荷载:

F+G+P=600+421.4+30×12.75=1403.9KN 基底总弯矩:

M=27+38×3-30×12.75=48.34kn 总荷载偏心:

e=48.34÷1403.9=0.034PMAX=FGPM=1403.9648.34208.4Kpa<1.2fa=301.32kpa 符合

AW7.2332.4要求

基本组合:F=1326.375Kn M=65.259 KN·M H=51.3kn

1.4基底净压力的计算:

荷载偏心:eM=51.3÷1326.375=0.039AW202.34kn =1326.37565.2596166.0947.2332.41.5基础冲剪验算:

- 1 -

取保护层厚度为50mm 则 h0=550mm 采用c30 混凝土

2

ft=1430KN/M A

230.722aacbbc2.40.4==m (h0)b(--0.55)-1.2375(h0)(--0.55)阴影

22222222FlA阴影Pemax=1.2375×202.34=250.40kn

1.6验算冲切破坏面的抗剪承载力

h0=550mm<800mm

则 h=1.0 bp=bc+h0=400+550=950mm

1.7柱边基础弯矩计算:

V0.7h ftbph0=0.7×1.0×1430×0.95×0.55=523kn>F

l

对于I-I截面;asac1(aac)=0.7+0.5×(3-0.7)=1.85m

2Pei(Pemaxpemin)asPemin

as=(202.34-166.094)×1.85÷3+166.094=188.446kpa

1MI(aac)2(pemaxpei)(2bbc)(PemaxPei)b

48 =(3-0.7)((202.34+188.46)(2x2.4+0.4)+

(202.34-188.446)x2.4)/48=227.6KN·M

2

6MI227.610As1532.6m2 配筋:=0.9fvh00.9300550配14根直径是12mm的钢筋,面积为1582m垂直于I-I截面,

Sn=159mm 满足要求。

2

- 1 -

对于II-II截面

PeMII(2aac)(bbc)2

242

=188.446(2x3+0.7)(2.4-0.4)÷24=210.447KN·M 配筋:

AsMII0.9fvh0=1417m

2

2

配16根直径是16mm的钢筋 面积为1808mm垂直于II-II截面 Sn=171mm 满足要求。

2、七号桩

尺寸:1000mm×400mm

位于I-I地质剖面图上 持力层定为粉质粘土 标准组合:Fn=1562kn Mk=247 KN·M Hk=48KN 地基承载力:fa=251.10kpa 按中心荷载初估基地面积

A1FPfad2

=

30615629.12m2

251.10203由偏心扩大1.1倍

则 A=10.02m 初步采用3m×3.6m 的基础。

验算基地压力:

基础及回填土重:

GdA=20

×(3-0.0075)×10.8=631.8kn

基础的总垂直荷载:

F+G+P=1562+631.8+60X3=2373.8KN 基底总弯矩:

M=247+48×3-30×6×(0.125+0.5+0.02)=275.9KN·M 总荷载偏心:

Me=275.9÷2373.8=0.116FGP基底边缘最大应力:

Pemax=FGPM=2373.8275.96262.38kpa<1.2fa=301.32pka

AW10.83.63.63- 1 -

满足要求。

P=FGP=219.8KpaA基本组合:F=2351.71Kn M=372.465 KN·M H=64.8kn

基底净压力的计算:

荷载偏心:eMF=372.465÷2351.7=0.158mPA

maxFGPMmin=

A235.16372.465275.23160.27kpa =

W10.83.63.63基础冲剪验算:

2aacbbc(h0)(h0) 阴影=

2222223.61.030.4=(--0.55)3(---0.55)1.6875m 2222FlA阴影Pemax=1.6875×275.23=464.45kn

验算冲切破坏面的抗剪承载力

V0.7h ftbph0

=0.7×1.0×1430×(0.4+0.55)×0.55 =523.02kn >Fl 满足要求。

柱边基础弯矩计算:

对于I-I 截面:

1asac(aac)=1.0+0.5(3.6-1.0)=2.3m

2Pei(Pemaxpemin)asPemin

as

=(275.23-160.27)×2.3÷3.6+160.27=233.72kpa

1MI(aac)2(pemaxpei)(2bbc)(PemaxPei)b48=(3.6-1)((275.23+233.72)(2x2+0.4)+(275.23-233.72)x 3/48

=332.90Kn

2

- 1 -

6MI332.90102As2241.7mm配筋: 0.9fvh0=0.9300550配21根直径为12mm的钢筋,面积为2373mm 垂直于I-I截面,

Sn=130.8mm 满足要求。 对于II-II截面

2

PeMII(2aac)(bbc)2

24 =233.72(2×3.6+1)(3-0.4)÷24 =539.8KN·M

MII539.81062As2241.7mm 0.9fvh0=0.93005502

配21根直径为12mm的钢筋,面积为4221mm,垂直于II-II截面, Sn=155mm

3、 一号桩

2

尺寸为:1000mm×400mm

位于I-I地质剖面图上,持力层定为粉质粘土层。 标准组合:FN=936Kn Mk=327KN·M Hk=41kn 地基承载力为:fa=251.10kpa

按中心荷载初估基地面积:

A1FP=9363035.37m2

fad251.1-203根据偏心将面积扩大1.3倍

2

A=1.3×5.37=6.981m 采用3m×3m 作为基础尺寸

验算基地压力:

基础及回填土重:

GdA=20×9×(3-0.075)=526.5kn

基底总弯矩:

M=327-30×3×0.645+41×3=391.95KN·M 基底边缘最大应力:

Pmax=FGPM=1447.26391.95247.9kpa<1.2fa=301.32kpa满

AW9333足要求。

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P=FGP=172.5KpaA基本组合:F=1385.1Kn M=529.13KN·M H=55.35Kn

基底净压力的计算:

荷载偏心:e基底净力:PMF=529.13÷1385.1=0.382maxFGPMmin=AW1385.16529.13579.28344.12kpa =9333基础冲剪验算:

2aacbbc(h0)(h0) A阴影=

22223130.422(--0.55)3(---0.55)0.7875m = 2222FlA阴影Pemax=579.28×0.7875=456.18kn

验算冲切破坏面的抗剪承载力

V0.7h ftbph0

=0.7×1.0×(0.4+0.55)×0.55=523.02kn>Fl 满足要求。

柱边基础弯矩计算:

对于I-I截面

1asac(aac)=1+0.5(3-1)=2m

2(Pemaxpemin)asPeiPemin

as(579.28344.12)2344.12500.89kpa =

31MI(aac)2(pemaxpei)(2bbc)(PemaxPei)b48

2

=(3-1)((579.28+344.12)(2x3+0.4)+(579.28-344.12)x3)/48 =551.27KN·M

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MIAs0.9fvh0551.271063712mm2 =

0.93005502

配21根直径为16mm的钢筋,面积为4221mm垂直于I-I截面。 Sn=126mm.

对于II-II截面

PeMII(2aac)(bbc)2

24 =500.89(2×3+1)(3-0.4)/24 =987.6KN·M

MIIAs0.9fvh02

=

987.61066650mm2

093005502

配18根直径为22mm的钢筋。面积为6843mm,垂直于II-II截面,

Sn=144mm.

第三章 桩基础的设计和计算

I.十七号桩

尺寸为:1000mm×400mm

持力层定在第六层的粘土层,初定桩的承台尺寸为2m×3m,厚为1m,取承台及其以上土

3

的容重为20kn/m ,桩的尺寸为300mm×300mm 桩身长为16m, 该桩所在的地质剖面图为II-II。

基础及回填土重:GdA=20×3×2×1.7=204kn

Fk=Q+Fn=30×6+1562=1742kn

查课本P156和P161表4-2和表4-3. 粉土:e=0.854 中密,qsk为46~66 淤泥: qsk为14~20

粉质粘土:Il=0.861 软塑 qsk为45~55

粘土:Il=0.276 硬可塑 qsk为70~86 qpk=2300~

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3300

安全系数为2,则可取的以下值:

粉土:qsia=28 淤泥:qsia=9 粉质粘土:qsia=25 粘土:qsia=40 qpa=1500

估算单桩承载力特征值

RaqpaApupqsiahi

=1500×0.09+1.2(2.8×28+8x9+3.6x25+1.6x40) =500.28kpa

GkFK2041742n3.89 则n取为4.

Ra500.28确定承台尺寸为2.6m×1.6m

群桩基础中单桩承载力验算:

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GdA=2.6×1.6×1.7×20=141.441kn

My=247+48×1.7-180×0.645=212.5 KN·M 单桩平均竖向力:

FkGKQk=(141.44+1742)/4 =470.86n单桩偏心荷载下的最大竖向力:

FkGKMyXi211.51Qkmax523.985KN<1.2Ra 2470.86nXi41由于水平力Hk=48kn 较小,可不做验算。

抗弯与配筋:(各桩不计承台及以上土的自重)

基本组合:F=2351.7kn M=286.875 KN·M H=64.8kn

FN各桩平均竖向力:=2351.7/4 =587.925kn

n最大竖向力:

FMyXmax286.8751Nkmax587.925659.64KN 2nXi241配筋:采用HRB335钢筋,fy=300N/mm,取保护层厚度为70mm

2

则h0=930mm 混凝土采用C30 ft=1430N/m

2

- 1 -

对于I-I截面 Xi=500mm

MyXiNi2NmaxXi

=2×659.64×0.5=659.64KN·M

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AsMy0.9fvh0659.641062627mm2 =0.93009302

配14根直径为16mm的钢筋,面积为2627mm,平行于X轴,Sn=150mm

对于II-II截面

MxYiNi2Nyi

=2×587.925×0.3=352.755KN·M

AsMx0.9352.7551405mm2 =fvh00.93009302

配16根直径为12mm的钢筋,面积为1808mm,平行于y轴,

Sn=150mm.

承台的冲切验算:

采用公式为:Fl20

ox(bcaoy)oy(acaoy)hpfth0

aox=350÷930=0.376 hoaox =350mm>0.2h=186mm ox0.84oxox0.2=0.84÷(0.376+0.2)=1.46

aoy=150mm<0.2h

0

aoy=186mm oy=0.2

oy=2.1

hp=0.989

2ox(bcaoy)oy(acaoy)hpfth0

=2((1.46(0.4+0.186)+2.1(1+0.35))0.989X1430X0.93 =9708KN > FL=2351.7KN 满足要求。

角桩的冲切验算:

采用公式:Nla1ya1x21x(C2)1y(c1)hpfth0

22

c1=c2=450mm a1x=0.35mm a1y

1x=0.376

=0.186mm 1y=0.2mm 1y =1.4

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1x=0.97

a1ya1x21x(C2)1y(c1)hpfth0

22=((0.97(0.45+0.5X0.186)+1.4X

(0.45+0.15))0.989X1430X0.93 =1843.6KN>Nl=659.64kn 满足要求。

承台抗剪验算:

对于I-I截面

ax =0.35mm x=0.375 =1.273 hs=0.963 hsftbh00.9631.27314301.80.93

2934.6kn>2Nmax=1319.28kn 满足要求。 对于II-II截面 ay=0.186mm

y=0.2 =1.46

hsftbh00.9631.4614302.80.935235.4kn>2N=1175.85KN 满足要求。

桩的配筋:

查表m取10MN/mb0=1.5b+0.5=105×3+0.5=0.95m

4244-44

E=3.0×10N/mm I=b/12=0.3/12=6.75×10m

6mb10100.950550.860 104EI3106.75104

MQe2471800.645M032.70KNm

n4H0=H/n=40/4=10KN

M032.7则CH0.86102.08 查表,取CII=1.028

0- 1 -

Mmax=C IIM0=1.028×32.7=41.9KN·m

2

配筋:HRB335,fy=300N/mm

AsMx0.941.9106182.4mm2 =fvh00.93008502

取4根直径为16mm的钢筋,面积603mm ,

As6030.67%满足最小配筋率 2bs300采用箍筋直径6mm,桩顶至桩下1.25m采用sv=100mm,其余200mm。

II.十八号桩

标准组合:Fn=936kn Mk=327 KN·M Hk=41kn Ra=500.28kn

GkFKnRa=(1041+204)/500.28 =2.49

取n = 4 承台尺寸为1.6×2.6m 桩的布置于十七号桩完全一致 则:

群桩基础中单桩承载力验算:

2

Gk=141,44kn My=328.975 KN·M 单桩的平均竖向力:

FkGKQk=(936+141,44)/4 =269.36KN FkGKMyXi328.9751Qkmax351.60KN<1.2Ra 2269.362nXi41由于水平力Hk=41kn较小,可不验算单桩水平承载力。

抗弯与配筋:

基本组合:F=1405.35kn M=444.12KN·M H=55.35kn F各桩平均竖向力:N=1405.35/4 =351.34kn

n最大竖向力:

- 1 -

FMyXmaxNkmaxnXi2=351.34+444.12/4 =462.37 KN·M

对于I-I截面

MyXiNi 2NmaxXi

=2×462.37×0.5=462.37 KN·M

AsMy0.9fvh462.371061841.4mm200.93009302

配12根直径为14mm的钢筋,面积为1846mm垂直于y轴。

Sn=102mm

对于II-II截面

MxYiNi2Nyi

=2×351.34×0.3=210.804 KN·M

210.8041062839.5mm 0.9fvh0 0.93009302

配14根直径为10mm的钢筋,面积为1100mm垂直于x轴Sn=175mm

柱的冲切验算:

AsMx2ox(bcaoy)oy(acaoy)hpfth0

=9708kn >Fl=1405.35kn 满足要求。

角桩冲切验算:

a1ya1x21x(C2)1y(c1)hpfth0

22= 1834.6 kn >Nl =Nmax =462.37kn 满足要求。

承台抗剪验算:

对于I-I截面

hsftbh02934.6kn>V=2N

max

=924.74kn满足

- 1 -

要求.

对于II-II截面

hsftbh05235.4kn>2N满足要求。

桩的配筋:

4

=702.68KN

查表m取10MN/mb0=1.5b+0.5=105×3+0.5=0.95m

4244-44

E=3.0×10N/mm I=b/12=0.3/12=6.75×10m

6mb10100.950550.860 104EI3106.7510MQe328.98M082.2KNm

n4H0=H/n=40/4=10KN

M082.2则CH0.86107.07 查表,取CII=1.031

0Mmax=C IIM0=1.031×82.2=106.9KN·m

配筋:

HRB335,fy=300N/mm

2

AsMx0.9106.9106466mm2 =fvh00.93008502

取4根直径为16mm的钢筋,面积603mm ,

As6030.67%满足最小配筋率 2bs300采用箍筋直径6mm,桩顶至桩下1.25m采用sv=100mm,其余200mm。

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