[土力学与地基基础]课程设计

《土力学与地基基础》课程设计

柱下钢筋混凝土独立基础设计

一、柱下钢筋混凝土独立基础设计任务书

（一）设计题目

某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，试设计该基础。

（二）设计资料 ⑴工程地质条件

该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：持力层为粘性土，土的天然重度为18 kN/m3，地基承载力特征值fk=230kN/m2，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m（根据地区而定，可以调整）。 ⑵给定参数

柱截面尺寸为350mm×500mm，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。 ⑶材料选用

混凝土：采用C20（可以调整）（ft=1.1N/mm2） 钢筋：采用HPB235（可以调整）（fy=210 N/mm2） （三） 设计内容

⑴确定基础埋置深度 ⑵确定地基承载力特征值 ⑶确定基础的底面尺寸 ⑷确定基础的高度 ⑸基础底板配筋计算 ⑹绘制施工图（平面图、详图） （四）设计要求

⑴计算书要求：书写工整、数字准确、图文并茂。

⑵制图要求：所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸 上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。

⑶设计时间：一周。

二、柱下钢筋混凝土独立基础课程设计指导书

（一） 确定基础埋置深度d 同前所述 （二）确定地基承载特征值f同前所述

ffkbb3d0d0.5

（三）确定基础的底面面积

F

A0

fGD

式中各符号意义同前所述

（四）持力层强度验算

FG6emax

pmin1≤1.2f

Alppmin

≤f pmax

2

式中 p——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值(kPa)； pmax——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值(kPa)； pmin ——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值(kPa)； F——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值kN)； G——基础自重和基础上的土重(kN)； A0——基础底面面积(m2)； e——偏心距(m)；

f——修正后的地基承载力特征值(kPa)； l——矩形基础的长度(m)。

（五）确定基础的高度

Fl≤0.7hpftamh0 式中 Fl——相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值(kN)； βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取 1.0；当大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用； ft——混凝土轴心抗拉强度设计值(kPa)；

am——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度(m)；

h0——基础冲切破坏锥体的有效高度(m)。

（六）底板配筋计算

M1

As ； MIla022bb0pg,maxpgI

0.9h0fy48 As

M1

bb022la0pg,maxpg,min ； MII

0.9h0fy48

式中 AsI、AsII ——分别为平行于l、b方向的受力钢筋面积(m2)；

MI 、MII——分别为任意截面I-I 、II-II处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值(kN·m)；

l、b——分别为基础底面的长边和短边(m)； fy——钢筋抗拉强度设计值(N/mm2)；

pg，max、pg，min ——相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地 基净反力设计值（kPa）；

pgI、pgII ——任意截面I-I 、II-II处相应于荷载效应基本组合时的基础底面地基净反力设计值（kPa）；

a0、b0——分别为平行于基础长边和短边的柱边长(m)；

（七）绘制施工图（2号图纸一张） 合理确定绘图比例（平面图1：100、详图1：20~1：30）、图幅布置；符合《建筑制图标准》。

三、参考文献

1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）. 北京：中国建筑工业出版社，2002

2.孙维东主编. 土力学与地基基础. 北京：机械工业出版社，2003

3.中华人民共和国国家标准. 砌体结构设计规范（GB50003-2001）. 北京：中国建筑工业出版社，2002

4.沈克仁主编. 地基与基础. 中国建筑工业出版社，1993

四、设计实例

1.设计题目 某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来的轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。柱永久荷载效应起控制作用，柱截面尺寸为350mm×500mm，试设计该基础。

该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：持力层为粘性土（ηb=0、ηd=1.0），土的天然重度为18 kN/m3，fk =230kN/m2，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深Z0=为1.0m（根据地区而定）。 3.基础设计

⑴确定基础的埋置深度d

d=Z0+200 =（1000 +200）mm=1200 mm

根据GB50007-2002规定，将该独立基础设计成阶梯形，取基础高度为650 mm，基础分二级，室内外高差300mm，如图4-8所示。

a

假设

b＜3m,因d=1.2m＞0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正,

ffkd0(d0.5)2301.0181.20.5kN/m2242.6kN/m2

⑶确定基础的底面面积

1.21.5

Dm1.35m

2F680

m23.15m2 A0≥

fGD242.6201.35

考虑偏心荷载影响，基础底面积扩大20%，于是 A1.2A1.23.15m23.78m2 取矩形基础长短边之比l/b=1.5，即l=1.5b

A3.781.59m b

1.51.5

取b=1.6 m则l=1.5b=2.4 m

A= l×b=2.4×1.6 m=3.84 m2

⑷持力层强度验算

作用在基底形心的竖向力值、力矩值分别为

FG680kNGAD(680203.841.35)kN783.68kN MkMVh(80100.65)kNm86.5kNm

Mk86.5em0.11m＜l2.4m0.4m

FG783.6866符合要求。

2FG6e783.6860.112260.21kN/mp 11kN/m2Al3.842.4147.96kN/m

＜1.2f=1.2×242.6kN/m2=291.12kN/m2

ppmin260.21147.96pmaxkN/m2204.09kN/m2

22

＜f=242.6kN/m2 故持力层强度满足要求。

⑸基础高度验算

现选用混凝土强度等级C20，HPB235钢筋，查得混凝土ft=1.1N/mm2=1100 kN/m2，钢筋fy=210 N/mm2。 地基净反力

F6e68060.11

pg,max(1)(1)225.78kPa

bll1.62.42.4F6e68060.11

pg,min(1)(1)128.39kPa

bll1.62.42.4

由图4-8可知，h=650mm，h0=610mm；下阶h1=350mm，h01=310mm；a1=1200mm，b1=800mm。

1) 柱边截面

b0+2h0=(0.35+2×0.61)m=1.57m＜b=1.6m

maxmin

labbA0h0b0h0

2222

2

22.40.51.60.352

0.611.60.61m

22222

0.5438mA1b0h0h0

0.350.610.61m2

0.5856m2

F1Apg,max0.5438225.78kN122.78kN 0.7hpftA10.71.011000.5856kN450.91kN＞F1=122.78kN

符合要求。

2) 变阶处截面

b1+2 h01=(0.8+2×0.31)m=1.42m＜b=1.6m

labbA1h01b1h01

2222

2

22.41.21.60.820.311.60.31m

2222

0.4559m2

A1b1h01h01

0.80.310.31m2

0.3441m2

F1A1pjmax0.4559225.78kN102.93kN

0.7hpftA20.71.011000.3441kN264.96kN＞F1=102.93kN 符合要求。

⑹基础底板配筋计算

1）计算基础的长边方向， I-I截面，柱边地基净反力

la0

pg,maxpg,minpgIpg,min2l

2.40.52

225.78128.39128.39kN/m 22.4

187.23kN/m2

1

la022bb0pg,maxpgIMI481

2.40.5221.60.35225.78187.23kNm 

48

110.27kNm

MI110.27106

mm2956.45mm2 AsI

0.9fyh00.9210610

III-III截面：

pgIIIpg,min

la1

pg,maxpg,min2l

2.41.22

225.78128.39128.39kN/m22.4

201.94kN/m2

1

la122bb1pg,maxpg,IIIMIII481

2.41.2221.60.8225.78201.94kNm 

48

51.33kNmMIII51.33106

mm2876.09mm2 AsIII

0.9fyh00.9210310

比较AsI和ASIII，应按AsI配筋，在平行于l方向1.6m宽度范围内配9φ12@140（As=1017mm2>956.45mm2）。

2) 计算基础的短边方向，II-II截面

1

bb022la0pg,maxpg,minMII481

1.60.35222.40.5225.78128.39kNm 

48

61.10kNm

MII61.10106

mm2530.0mm2 AsII

0.9fyh00.9210610

Ⅳ-Ⅳ截面

1

bb122la1pg,maxpg,min481

1.60.8222.41.2225.78128.39kNm 

48

28.33kNmMsIV28.33106

mm2483.59mm2 AsIV

0.9fyh00.9210310

MIV

比较AsII和ASIV，应按AsII配筋，但面积仍较小，故在平行于b方向2.4m宽度范围内按构造配10φ10@200（As=596.25mm2>530.0mm2）。 （7）绘制施工图。

《土力学与地基基础》课程设计

柱下钢筋混凝土独立基础设计

一、柱下钢筋混凝土独立基础设计任务书

（一）设计题目

某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，试设计该基础。

（二）设计资料 ⑴工程地质条件

该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：持力层为粘性土，土的天然重度为18 kN/m3，地基承载力特征值fk=230kN/m2，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m（根据地区而定，可以调整）。 ⑵给定参数

柱截面尺寸为350mm×500mm，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。 ⑶材料选用

混凝土：采用C20（可以调整）（ft=1.1N/mm2） 钢筋：采用HPB235（可以调整）（fy=210 N/mm2） （三） 设计内容

⑴确定基础埋置深度 ⑵确定地基承载力特征值 ⑶确定基础的底面尺寸 ⑷确定基础的高度 ⑸基础底板配筋计算 ⑹绘制施工图（平面图、详图） （四）设计要求

⑴计算书要求：书写工整、数字准确、图文并茂。

⑵制图要求：所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸 上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。

⑶设计时间：一周。

二、柱下钢筋混凝土独立基础课程设计指导书

（一） 确定基础埋置深度d 同前所述 （二）确定地基承载特征值f同前所述

ffkbb3d0d0.5

（三）确定基础的底面面积

F

A0

fGD

式中各符号意义同前所述

（四）持力层强度验算

FG6emax

pmin1≤1.2f

Alppmin

≤f pmax

2

式中 p——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值(kPa)； pmax——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值(kPa)； pmin ——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值(kPa)； F——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值kN)； G——基础自重和基础上的土重(kN)； A0——基础底面面积(m2)； e——偏心距(m)；

f——修正后的地基承载力特征值(kPa)； l——矩形基础的长度(m)。

（五）确定基础的高度

Fl≤0.7hpftamh0 式中 Fl——相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值(kN)； βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取 1.0；当大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用； ft——混凝土轴心抗拉强度设计值(kPa)；

am——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度(m)；

h0——基础冲切破坏锥体的有效高度(m)。

（六）底板配筋计算

M1

As ； MIla022bb0pg,maxpgI

0.9h0fy48 As

M1

bb022la0pg,maxpg,min ； MII

0.9h0fy48

式中 AsI、AsII ——分别为平行于l、b方向的受力钢筋面积(m2)；

MI 、MII——分别为任意截面I-I 、II-II处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值(kN·m)；

l、b——分别为基础底面的长边和短边(m)； fy——钢筋抗拉强度设计值(N/mm2)；

pg，max、pg，min ——相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地 基净反力设计值（kPa）；

pgI、pgII ——任意截面I-I 、II-II处相应于荷载效应基本组合时的基础底面地基净反力设计值（kPa）；

a0、b0——分别为平行于基础长边和短边的柱边长(m)；

（七）绘制施工图（2号图纸一张） 合理确定绘图比例（平面图1：100、详图1：20~1：30）、图幅布置；符合《建筑制图标准》。

三、参考文献

1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）. 北京：中国建筑工业出版社，2002

2.孙维东主编. 土力学与地基基础. 北京：机械工业出版社，2003

3.中华人民共和国国家标准. 砌体结构设计规范（GB50003-2001）. 北京：中国建筑工业出版社，2002

4.沈克仁主编. 地基与基础. 中国建筑工业出版社，1993

四、设计实例

1.设计题目 某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来的轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。柱永久荷载效应起控制作用，柱截面尺寸为350mm×500mm，试设计该基础。

该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：持力层为粘性土（ηb=0、ηd=1.0），土的天然重度为18 kN/m3，fk =230kN/m2，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深Z0=为1.0m（根据地区而定）。 3.基础设计

⑴确定基础的埋置深度d

d=Z0+200 =（1000 +200）mm=1200 mm

根据GB50007-2002规定，将该独立基础设计成阶梯形，取基础高度为650 mm，基础分二级，室内外高差300mm，如图4-8所示。

a

假设

b＜3m,因d=1.2m＞0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正,

ffkd0(d0.5)2301.0181.20.5kN/m2242.6kN/m2

⑶确定基础的底面面积

1.21.5

Dm1.35m

2F680

m23.15m2 A0≥

fGD242.6201.35

考虑偏心荷载影响，基础底面积扩大20%，于是 A1.2A1.23.15m23.78m2 取矩形基础长短边之比l/b=1.5，即l=1.5b

A3.781.59m b

1.51.5

取b=1.6 m则l=1.5b=2.4 m

A= l×b=2.4×1.6 m=3.84 m2

⑷持力层强度验算

作用在基底形心的竖向力值、力矩值分别为

FG680kNGAD(680203.841.35)kN783.68kN MkMVh(80100.65)kNm86.5kNm

Mk86.5em0.11m＜l2.4m0.4m

FG783.6866符合要求。

2FG6e783.6860.112260.21kN/mp 11kN/m2Al3.842.4147.96kN/m

＜1.2f=1.2×242.6kN/m2=291.12kN/m2

ppmin260.21147.96pmaxkN/m2204.09kN/m2

22

＜f=242.6kN/m2 故持力层强度满足要求。

⑸基础高度验算

现选用混凝土强度等级C20，HPB235钢筋，查得混凝土ft=1.1N/mm2=1100 kN/m2，钢筋fy=210 N/mm2。 地基净反力

F6e68060.11

pg,max(1)(1)225.78kPa

bll1.62.42.4F6e68060.11

pg,min(1)(1)128.39kPa

bll1.62.42.4

由图4-8可知，h=650mm，h0=610mm；下阶h1=350mm，h01=310mm；a1=1200mm，b1=800mm。

1) 柱边截面

b0+2h0=(0.35+2×0.61)m=1.57m＜b=1.6m

maxmin

labbA0h0b0h0

2222

2

22.40.51.60.352

0.611.60.61m

22222

0.5438mA1b0h0h0

0.350.610.61m2

0.5856m2

F1Apg,max0.5438225.78kN122.78kN 0.7hpftA10.71.011000.5856kN450.91kN＞F1=122.78kN

符合要求。

2) 变阶处截面

b1+2 h01=(0.8+2×0.31)m=1.42m＜b=1.6m

labbA1h01b1h01

2222

2

22.41.21.60.820.311.60.31m

2222

0.4559m2

A1b1h01h01

0.80.310.31m2

0.3441m2

F1A1pjmax0.4559225.78kN102.93kN

0.7hpftA20.71.011000.3441kN264.96kN＞F1=102.93kN 符合要求。

⑹基础底板配筋计算

1）计算基础的长边方向， I-I截面，柱边地基净反力

la0

pg,maxpg,minpgIpg,min2l

2.40.52

225.78128.39128.39kN/m 22.4

187.23kN/m2

1

la022bb0pg,maxpgIMI481

2.40.5221.60.35225.78187.23kNm 

48

110.27kNm

MI110.27106

mm2956.45mm2 AsI

0.9fyh00.9210610

III-III截面：

pgIIIpg,min

la1

pg,maxpg,min2l

2.41.22

225.78128.39128.39kN/m22.4

201.94kN/m2

1

la122bb1pg,maxpg,IIIMIII481

2.41.2221.60.8225.78201.94kNm 

48

51.33kNmMIII51.33106

mm2876.09mm2 AsIII

0.9fyh00.9210310

比较AsI和ASIII，应按AsI配筋，在平行于l方向1.6m宽度范围内配9φ12@140（As=1017mm2>956.45mm2）。

2) 计算基础的短边方向，II-II截面

1

bb022la0pg,maxpg,minMII481

1.60.35222.40.5225.78128.39kNm 

48

61.10kNm

MII61.10106

mm2530.0mm2 AsII

0.9fyh00.9210610

Ⅳ-Ⅳ截面

1

bb122la1pg,maxpg,min481

1.60.8222.41.2225.78128.39kNm 

48

28.33kNmMsIV28.33106

mm2483.59mm2 AsIV

0.9fyh00.9210310

MIV

比较AsII和ASIV，应按AsII配筋，但面积仍较小，故在平行于b方向2.4m宽度范围内按构造配10φ10@200（As=596.25mm2>530.0mm2）。 （7）绘制施工图。