1、基础工程课程设计0桩基础设计题高层框架结构（二级建筑）的某柱截面尺寸为1250850mm ，该柱传递至基础顶面的荷载为：F=9200kN ，M=410kNm ，H=300kN ，采用 6-8 根800 的水下钻孔灌注桩组成柱下独立桩基础，设地面标高为0.00m，承台底标高控制在-2.00m ，地面以下各土层分布及设计参数见附表，试设计该柱下独立桩基础。设计计算内容：1. 确定桩端持力层，计算单桩极限承载力标准值 Quk；2. 确定桩中心间距及承台平面尺寸；3. 计算复合基桩竖向承载力特征值 Ra 及各桩顶荷载设计值N，验算基桩竖向承载力；计算基桩水平承载力 RHa 并验算；4. 确定单桩配筋量
2、；5. 承台设计计算；项湿孔液性压缩 承载力层重隙指数模量 特征值厚目度比钻孔灌注桩桩基参数极限侧 极限端地基土水平抗阻力 阻力力系数的比例标准值 标准值eILEsfaKqsikqPK系数4)6. 绘制桩基结构图。kN/m3MPakPamkPakPam(MN/m层粉土19.00.9026.0804.3236层粉细砂19.60.9006.51053.8209层细砂19.80.8607.81252.82813层粉土19.60.81010.51402.34015层 粉细砂119.70.857.01154.42812层粉细砂19.70.77016.01703.04885028层粉质粘土19.80.68
3、30.258.51602.56625层粉土19.80.75013.71702.95825层粉质粘土19.90.7160.466.11455.76014层 粉砂120.00.77014.01900.85282037层粉质粘土19.90.7160.466.11454.56071014层粉土20.40.70013.01953.56236层粉质粘土19.90.7060.278.21704.86828层细砂20.20.69022.022017.770150045基础工程课程设计1设计内容一确定桩端持力层，计算单桩极限承载力标准值Q uk1. 确定桩端持力层及桩长根据设计要求可知，桩的直径 d =800m
4、m。根据土层分布资料，选择层厚为 4.5m 的层粉质粘土为桩端持力层。根据建筑桩基技术规范的规定，桩端全断面进入持力层的深度，对粘性土、粉土不宜小于 2d。因此初步确定桩端进入持力层的深度为 2m。则桩长l 为：l =4.3+3.8+2.8+2.3+4.4+3.0+2.5+2.9+5.7+0.8+2-2=32.5m2. 计算单桩极限承载力标准值Q因为直径 800mm 的桩属于大直径桩，所以可根据建筑桩基技术规范中的经验公式计算单桩极限承载力标准值：uksippkQuk = Qsk + Qpk = uY qsikli + Y qAp（1-1）其中桩的周长u = p d =2.513m；桩端面积A
5、p= p d 2 / 4 =0.503 ；Y 、Y 为sip别为大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，YsiQ根据所给土层及参数，计算：uk= (0.8 / d )1/5 =1， Yp= (0.8 / D )1/5 =1。Q=2.513123(4.3-2)+203.8+282.8+402.3+284.4+483.0+662.5+uk582.9+605.7+520.8+602+17100.503=3883.6kNQ确定单桩极限承载力标准值后，再按下式计算单桩竖向承载力特征值：uk1Ra其中 K 为安全系数，取 K =2。= QKu k（1-2）则 R =3883.6/2=1941.8kN 。a基础工程
6、课程设计2二确定桩中心间距及承台平面尺寸桩数n =F/ Ra=9200/1941.8=4.7，所以暂取桩数为 6 根。根据建筑桩基技术规范的规定，非挤土灌注桩的最小中心距为 3d，边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于 150mm。取桩中心距 Sa为 2.5m，边桩中心距承台边缘的距离取为 0.8m。则承台长度 Lc=2(2.5+0.8)=6.6m，承台宽度 B =20.8+2.5=4.1m。c承台平面示意图如下：三计算复合基桩竖向承载力特征值 R 及各桩顶荷载设计值 N ，验算基桩竖向承载力；计算基桩水平承载力 Rha并验算1. 确定复合基桩竖向
7、承载力特征值根据建筑桩基技术规范中介绍的方法，对于此类情况，应按下式确定其复合基桩的竖向承载力特征值：R = R +hafAca kc（3-1）基础工程课程设计3其中h为承台效应系数，可根据 Sca/ d 、 B / l 等参数查表得到。当计算桩为cA / n非正方形排列时， S =a，A 为承台计算域面积， n 为桩数。S =6.6 4.1/ 6 =2.124， Saa/ d = 2.124 / 0.8 =2.655， Bc/ l = 4.1/ 32.5 =0.126，通过查表，可取h为 0.06。cf 为承台下1/2 承台宽度且不超过5m 深度范围内地基承载力特征值的厚度ak加权平均值，由
8、资料可得， fak为 80kPa。A 为计算基桩所对应的承台底净面积， A= (A - nA)/ n ， A为桩身截面cc面积。则 A =(6.64.1-60.503)/6=4.007 。c则复合基桩的竖向承载力特征值pspsR = Ra+h fc akA =1941.8+0.06804.007=1961.1kNc2. 确定各桩顶荷载设计值 N ，验算基桩竖向承载力根据建筑桩基技术规范中介绍的方法，各桩顶荷载设计值可由下式计算：F + GMyMxN= kk xk i yk i（3-2）ikn y 2j x 2j式中 F 为荷载效应标准组合下作用，作用于承台顶面的竖向力； G 为桩基kk承台和承
9、台上土自重标准值，对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力，此处承台上土的重度取为 10kN/m； M 、Mxkyk分别为荷载效应标准组合下，作用于承台底面，绕通过桩群形心的x 、y 主轴的力矩；x 、xij、y 、yij分别为第i 、 j基桩或复合基桩至 y 、 x 轴的距离。暂取承台高度为 1.8m，M 与长边方向（ x 轴方向）一致。桩按从左到右、从上到下的顺序分别记为 16 号桩。各桩顶荷载设计值如下：N= N1k4k= (9200+26.64.110)/6+(410+3001.8) 2.5/(42.52.5)=1718.5kNN= N2k5k= (9200+26.64.110)/6=1
10、623.5kN基础工程课程设计4N= N3k6k= (9200+26.64.110)/6-(410+3001.8) 2.5/(42.52.5)=1528.5kN由计算结果可得：Nk minNk max=1528.5kN0，基桩不受上拔力。=1718.5kN1.2 R ,基桩竖向承载力满足要求。3. 计算基桩水平承载力 Rha并验算根据建筑桩基技术规范规定，当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算桩身配筋率小于 0.65%的灌注单桩水平承载力特征值：0. 7a5g f W (r )zN R= mt 01. 2 +52 2 + 1N（3-3）h anmaagg f A5mb0EImtn为桩的水平
11、变形系数，=，其中m 为地基土水平抗力系数的比例系数；b 为桩身的计算宽度，对于圆形桩，当直径d 1m 时，b= 0.9(1.5d + 0.5)；0EI 为桩身抗弯刚度，对于钢筋混凝土桩，EI = 0.85E I ，Ec 0c0为混凝土弹性模量，I 为桩身换算截面惯性矩：圆形截面 I00p d= W d0 0/ 2 ；W0为桩身换算截面受拉边缘的截面模量，此处W0= d 2 + 2(a32E-1)rgd 2 ； d 00为扣除保护层的桩直径；aE为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；r 为桩身配筋率； g 为桩截面模型gm塑性系数，圆形截面gm=2； f 为桩身混凝土抗拉强度设计值；ntm为桩
12、身最大弯矩系数；zN为桩顶竖向力影响系数，竖向压力取0.5； An为桩身换算截面积，圆形截面 An= p d 2 1+ (a4E-1)r ； Ng为在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力。m = (4.3-2)6+3.89+2.813+2.315+4.412+328+2.525+2.925+5.714+0.837+214/32.5=16.25MN/ m 4b = 0.9(1.50.8+0.5)=1.53m0若桩身采用 C30 的混凝土，其弹性模量Ec为3104 N / mm2 ，混凝土保护层基础工程课程设计5的厚度取为 60mm，采用HRB335 规格的钢筋，其弹性模量Es为2 105 N / mm
13、2 。d =800-260=680mm0a = (2 105 ) / (3104 ) =6.67E当桩径为 300-2000mm 时，桩身正截面的配筋率可取 0.65%-0.2%，暂取桩身配筋率r 为 0.58%。gW = 1032 0.8 0.82 + 2 (6.67 -1) 0.58% 0.682 = 0.053 m3I = 0.50.0530.68=0.01802 m40EI = 0.85 3104 0.01802 = 4.5951105 kN m2162501.535459510a = 0.558 m -1C30 混凝土的抗拉强度设计值 ft为 1.43MPa。桩身最大弯矩系数nm可根
14、据a h 的值查表获得，nm为 0.926。A = 0.25 0.82 (1+ 5.67 0.58%)= 0.519 m 2n所以基桩水平承载力 R 为：haR = 0.75 0.558 21.43 0.053 (1.25 + 22 0.58%)1+0.51623ha=51.69kN0.9262 1.43 0.519 群桩基础的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应，可按下列公式确定：R =hhRhh a（3-4）h =hh +h +hhi rlbhmP（3-5）= c bn n R1 2 h（3-6）S 0 . 0 12+5 na0 . 4 5h = d（3-7）i
15、0.15n1+ 0.10n2+1.9基础工程课程设计6P =h f(A - nA )（3-8）cca kp s式中hh为群桩效应综合系数； h 为桩的相互影响效应系数； hir为桩顶约束效应系数；h 为承台侧向土水平抗力效应系数（承台外围回填土为松散状态时取lh =0）；h 为承台底摩阻效应系数；S / d 为沿水平荷载方向的距径比；n 、n 分lba12别为沿水平荷载方向与垂直水平荷载方向每排桩中的桩数；m 为承台底与地基土间的摩擦系数； P 为承台底地基土分担的竖向总荷载标准值。c沿水平荷载方向的距径比 Sa/ d =2.5/0.8=3.125。沿水平荷载方向每排桩中的桩数 n =3，垂直
16、水平荷载方向每排桩中的桩数1n =2 。2桩的相互影响效应系数hi=3.1250.0152+0.45= 0.678。0.15 3 + 0.1 2 +1.9通过查表可得，hr=2.05。承台侧向土水平抗力效应系数h =0。lP = 0.06 80 (6.6 4.1 - 6 0.503) = 115.4kNc通过查表，可取承台底与地基土间的摩擦系数m 为 0.3。h = (0.3115.4) / (3 2 51.69) = 0.112bh = 0.678 2.05 + 0 + 0.112 = 1.502h由此可得，群桩基础的基桩水平承载力特征值为R = 1.502 51.69 = 77.6kNhH
17、300基桩水平力设计值 H =k足要求。= 50kN77.6kN，所以基桩水平承载力满n6基础工程课程设计7四确定单桩配筋量由配筋率r=0.58%可得，单桩中纵向钢筋的截面面积为：gA = rsg p d 2 = 0.58% p 0.82 = 2915 mm21144根据灌注桩的配筋要求，选用 8 根 22 的 HRB335 钢筋，其截面面积为3041 mm2 ，满足要求。桩顶纵向主筋应锚入承台内，锚入长度取为 800mm。根据混凝土结构设计规范规定，柱及其他受压构件中的周边箍筋应做成封闭式；其间距在绑扎骨架中不应大于 15 d （ d 为纵筋最小直径），且不应大于 400mm，也不大于构件横
18、截面的短边尺寸。箍筋直径不应小于d /4（ d 为纵筋最大直径），且不应小于 6mm。根据箍筋的配置要求，箍筋选用 8 的 HPB235 级钢筋，采用间距为 200mm的螺旋式箍筋。五承台设计计算1. 承台构造根据建筑桩基技术规范要求，桩嵌入承台内的长度对中等直径桩不宜小于 50mm，对大直径桩不宜小于 100mm。承台底面钢筋的混凝土保护层厚度， 当有混凝土垫层时，不应小于 50mm，无垫层时，不应小于 70mm，并不小于桩头嵌入承台内的长度。取承台高度为 1.8m，桩头嵌入承台内的长度为 100mm，承台底面钢筋的混凝土保护层厚度取为 120mm。2. 抗剪切计算按照建筑桩基技术规范规定，
19、柱下独立桩基承台斜截面受剪承载力应按下列规定计算：V ba f b h（5-1）hst 0 0a = 1.75（5-2）l + 1基础工程课程设计8= b 800 1/4（5-3）hsh0式中V 为不计承台及其上土自重，在荷载效应基本组合下，斜截面的最大剪应力设计值；f 为混凝土轴心抗拉强度设计值；b 为承台计算截面处的计算宽度；t0h 为承台计算截面处的有效高度；a 为承台剪切系数； l 为计算截面的剪跨比，0l = axx/ h ，l0y= a / h ，此处，a 、ay0xy为柱边（墙边）或承台台阶处至y 、x 方向计算一排桩的桩边的水平距离； bhs计算示意图如下：为受剪切承载力截面高
20、度影响系数。有效高度h0=1800-120=1680mm。800 1/4b hs = 1680 = 0.831根据建筑桩基技术规范规定，对于圆柱及圆桩，计算时应将其截面换算基础工程课程设计9成方柱及方桩，换算桩截面边长b = 0.8d = 0.8 0.8 = 0.64m。p柱边至 y 、 x 方向计算一排桩的桩边的水平距离：12506402500 - 850 - 640a = 2500 -x2- 2= 1555mm， a =y2= 505mm计算截面的剪跨比：l = 1555 = 0.926， lx1680y505= 1680= 0.301承台剪切系数：a = 1.75 =1.75= 0.90
21、9，a1.75=1.75= 1.345xl +10.926 +1xyl +10.301+1y桩按从左到右、从上到下的顺序分别记为 16 号桩。（1） 对于截面：b =6.6m0 xV = N11k+ N+ N2k3k1= 7 1 8. 5+ 1 6 2 3+.5=14587208.5. k5Nb a f b h = 0.8311.3451430 6.61.68 = 17722kN4870.5kN，所以满足hs y t 0 x 0要求。（2） 对于截面：b= 4.1m0 yV = N+ N21k= 1 7 1 8.+51 7 =1 384. 357.0kNk4b a f b h = 0.831
22、0.9091430 4.11.68 = 7440kN3437.0kN，所以满足hs x t 0 y 0要求。3. 抗冲切计算按照建筑桩基技术规范规定，冲切破坏椎体应采用自柱（墙）边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线所构成的椎体，椎体斜面与承台底面之夹角不应小于45。椎体斜面与承台底面之夹角a 足要求。= arctan 0hax1680= arctan = 47.2，所以夹角满1555基础工程课程设计10（1） 承台受柱冲切的承载力计算对于柱下矩形独立承台受柱冲切的承载力可按下列公式计算：F 2 b(b +a )+ b (h+a) bf h（5-4）l0 xc0 y0 yc0xh p 0 tF =
23、F - Q（5-5）li0.84b =（5-6）0l + 0.2式中 F 为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下作用于冲切破坏椎体l上的冲切力设计值； f 为承台混凝土抗拉强度设计值； bthp为承台受冲切承载力截面高度影响系数，当h 800mm 时， bhp取 1.0， h 2000mm 时， bhp取 0.9，其间按线性内插法取值；hc、b 分别为 x 、y 方向的柱截面的边长；bc0为柱（墙）冲切系数； l 为冲垮比， l = a0/ h ， a00为柱边或承台变阶处到桩边水平距离，当l 0.25 时，取l =0.25，当l 1.0 时，取l =1.0； F 为不计承台及其上土重，在
24、荷载效应基本组合下柱（墙）底的竖向载荷设计值； Q 为不计承台及其上i土重，在荷载效应基本组合下冲切破坏椎体内各基桩或复合基桩的反力设计值之和。b=0.84=0.84= 0.746， b0.84=0.84= 1.6770 xlx+ 0.20.926 + 0.20 yly+ 0.20.301+ 0.2根据线性插值法计算得到， bhp=0.917。因为冲切破坏椎体内无基桩，所以Q =0。i冲切力设计值为：F = F - Q = 9200 - 0 = 9200kNli承台受柱冲切的承载力为：2 b(b + a )+= 2 0 . 7 4 6(b(h + a ) b8 5+0 ) 5 0+ 5f hh
25、p t 01( . 6 7 7 +1 )2 5 0 1 5 5 50 .9 1 71 . 4 31 6 8 0= 25179kN Fl0 xc0 y0 yc0 x基础工程课程设计11因此，承台受柱冲切的承载力满足要求。（2） 承台受基桩冲切的承载力计算根据建筑桩基技术规范规定，四桩以上（含四桩）承台受角桩冲切的承载力可按下列公式计算：N b(c + a / 2)+ b (c+a / )2 bf h（5-7）l1 x21 y1 y11xh pt 0b=0.56（5-8）1xl1x+ 0.2b=0. 5 6（5-9）1yl1y+ 0. 2式中 N 为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩
26、（含复合l基桩）反力设计值； b1x、b为角桩冲切系数； a 、a1y1x1y为从承台底角桩顶内边缘引 45冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离，当柱（墙）边或承台变阶处位于该 45线以内时，则取由柱（墙）边或承台变阶处与桩内边缘连线为冲切椎体的椎线；c 、c 为角桩内边缘到承台外边缘距离；h 为承台外边120缘的有效高度； l 、l1x1y为角桩冲垮比， l1x= a / h ， l1x01y= a / h ，其值均应满1y0足 0.251.0 的要求。a = a1x0 x= 1555mm， a= a1y0 y= 505mml = l1xx= 0.926， l = l1yy= 0.3
27、01则角桩冲切系数b0.56=0.56= 0.4971xl1x+ 0.20.926 + 0.2b0. 5 6=0. 5 6 =1.1181yl1y+ 0. 20. 3+0 10. 2c = c12= 800 + 640 = 1120mm2不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩反力设计值最大值为：F(M + Hh)xN= + max基础工程课程设计12 + = 1628.3kN= 9200(410 + 300 1.8) 2.5l maxn x 2i64 2.52承台受基桩冲切的承载力为：b (c + a/ 2)+ b (c + a/ 2) bf h1x21 y1 y11xhp t 0=
28、 0.497 (1120+ 505) +1.1181120 + 1555 0.917 1.431680= 6176kN N2l max2因此，承台受基桩冲切的承载力满足要求。4. 抗弯计算桩基承台应进行正截面受弯承载力计算。按照建筑桩基技术规范规定， 多桩矩形承台弯矩计算截面取在柱边和承台变阶处，可按下列公式计算：M = N yx ii（5-10）M = N xy ii（5-11）式中 M 、M 分别为绕 x 轴和绕 y 轴方向计算截面处的弯矩设计值；x 、yXyii为垂直 y 轴和 x 轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；N 为不计承台及其上土i重，在荷载效应基本组合下的第i 基桩或复合基桩
29、竖向反力设计值。根据建筑桩基技术规范的要求，承台纵向受力钢筋直径不应小于 12mm， 间距不应大于 200mm。柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于 0.15%。（1） 对于 y 轴方向：1.25M = 1718.5 2 (2.5 - ) = 6444.4kNmy2若选用 HRB335 级的钢筋，其抗拉强度设计值 f =300N/ mm2 。y沿 x 轴方向布置钢筋的面积为：MA =y sx0.9h f6444.4106= 14207 mm20.91680 3000 y按照规定，可选用 30 根 25 的钢筋，间距 130mm，其截面面积为 14715 mm 2。基础工程课程设计13采用上下两层布置钢筋，配筋率r =（2） 对于 x 轴方向：14715 2 = 0.42%0.15%，符合要求。4100 1680M = ( 1 7 1 8.+51 6 2+3. 51 5 2 8. 5 -)( 2 5 040=018.2kNmx沿 y 轴方向布置钢筋的面积为：MA = x sy0.9h f0 y4018.2106= = 8858 mm 20.91680 300可选用 36 根 18 的钢筋，间距 170mm，其截面面积为 9162 mm 2。采用上下两层布置钢筋，配筋率r =9162 2= 0.17%0.15%，符合要求。6600 1680六桩基结构图基础工程课程设计14
