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〔四〕设计要求
⑴计算书要求书写工整、数字准确、图文并茂。
(2)绘制施工图〔两种方案的基础平面图和基础剖面图〕
(3)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。
二、墙下条形基础课程设计指导书
〔一〕荷载计算
1.选定计算单元对有门窗洞口的墙体,取洞口间墙体为计算单元;
对无
门窗洞口的墙体,则可取1m为计算单元〔在计算书上应表示出来〕。
2.荷载计算计算每个计算单元上的竖向力值〔已知竖向力值除以计算单元宽度〕。
〔二〕确定基础埋置深度d
GB50007-2002规定dmin=Zd-hmax或经验确定dmin=Z0+〔100~200〕mm。
式中Zd——设计冻深,Zd=Z0·
ψzs·
ψzw·
ψze;
Z0——标准冻深;
ψzs——土的类别对冻深的影响系数,按标准中表;
ψzw——土的冻胀性对冻深的影响系数,按标准中表2;
ψze——环境对冻深的影响系数,按标准中表3;
〔三〕确定地基承载力特征值fa
式中fa——修正后的地基承载力特征值〔kPa〕;
fak——地基承载力特征值〔已知〕(kPa);
ηb、ηb——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数〔已知〕;
γ——基础底面以下土的重度,地下水位以下取浮重度(kN/m3);
γm——基础底面以上土的加权平均重度,地下水位以下取浮重度(kN/m3);
b——基础底面宽度〔m〕,当小于3m按3m取值,大于6m按6m取值;
d——基础埋置深度〔m〕。
〔四〕确定基础的宽度、高度
b≥
H0≥
式中Fk——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〕。
当为柱下独立基础时,轴向力算至基础顶面,当为墙下条形基础时,取1m长度内的轴向力〔kN/m〕算至室内地面标高处;
γ——基础及基础上的土重的平均重度,取γ=20kN/m3;
当有地下水时,取γ'=20-9.8=10.2kN/m3;
h——计算基础自重及基础上的土自重GK时的平均高度〔m〕。
b2——基础台阶宽度(m);
H0——基础高度(m)。
〔五〕软弱下卧层强度验算
如果在地基土持力层以下的压缩层范围内存在软弱下卧层,则需按下式验算下卧层顶面的地基强度,即
≤
式中pz——相应于荷载效应标准组合时,软弱下卧层顶面处的附加应力值
〔kPa〕;
pcz——软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值〔kPa〕;
faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值〔kPa〕。
三、参考文献
.建筑地基基础设计标准〔GB50007-2002〕.北京:
中国建筑工业出版社,2002
.土力学与地基基础.北京:
机械工业出版社,2003
.砌体结构设计标准〔GB50003-2001〕.北京:
.地基与基础.中国建筑工业出版社,1993
四、设计实例
1.设计题目某四层教学楼,平面布置图如图4-1所示。
梁L-1截面尺寸为
200mm×
500mm,伸入墙内240mm,梁间距为3.3m,外墙及山墙的厚度为370mm,双面粉刷,本教学楼的基础采用毛石条形基础,标准冻深为1.2m。
由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙∑F1K=558.57kN,山墙∑F2K=168.61kN,内横墙∑F3K=162.68kN,内纵墙∑F4K=1533.15kN。
2.工程地质情况该地区地形平坦,经地质勘察工程地质情况如图4-2所示,
地下水位在天然地表下8.5m,水质良好,无侵蚀性。
⑴荷载计算
1〕选定计算单元取房屋中有代表性的一段作为计算单元。
如图4-3所示。
外纵墙:
取两窗中心间的墙体。
内纵墙:
取①—②轴线之间两门中心间的墙体。
山墙、横墙:
分别取1m宽墙体。
图4-3墙的计算单元
2)荷载计算
取两窗中心线间的距离3.3m为计算单元宽度
则
山墙:
取1m为计算单元宽度
内横墙:
取两门中心线间的距离8.26m为计算单元宽度
则
⑵确定基础的埋置深度d
d=Z0+200=〔1200+200〕mm=1400mm
⑶确定地基承载特征值fa
假设b<3m,因d>故只需对地基承载力特征值进行深度修正
⑷确定基础的宽度、高度
1〕基础宽度
b1≥
b2≥
内横墙:
b3≥
b4≥
故取b=1.2m<3m,符合假设条件。
2〕基础高度
基础采用毛石,M5水泥砂浆砌筑。
内横墙和内纵墙基础采用三层毛石,则每层台阶的宽度为
〔符合构造要求〕
查GB50007-2002允许台阶宽高比[b2/H0],则每层台阶的高度为
H0≥
综合构造要求,取H0=0.4m。
最上一层台阶顶面距室外设计地坪为
〔1.4-0.4×
3〕m=0.2m>0.1m
故符合构造要求。
〔如图4-4所示〕
外纵墙和山墙基础仍采用三层毛石,每层台阶高0.4m,则每层台阶的允许宽度为b≤
又因单侧三层台阶的总宽度为〔-0.37〕m/2=0.415m故取三层台阶的宽度分别为0.115m、0.15m、0.15m,均小于〔符合构造要求〕
〔-×
3〕m=0.2m>0.1m符合构造要求。
〔如图4-5所示〕
⑸软弱下卧层强度验算
1〕基底处附加压力
取内纵墙的竖向压力计算
2〕下卧层顶面处附加压力
因Z/b>,Es1/Es2=10/2=5
故由GB50007-2002中表5.2.7查得θ=25°
3)下卧层顶面处自重压力
4〕下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值
5〕验算下卧层的强度
<
=2
符合要求。
第二部分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
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。
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18kN/m3,地基承载力特征值fak=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〕。
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=210N/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
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设计时间五天。
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fa同前所述
〔三〕确定基础的底面面积
A≥
式中各符号意义同前所述
〔四〕持力层强度验算
≤1.2fa
≤fa
式中pk——相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压力值(kPa);
pkmax——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);
pkmin——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);
Fk——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);
Gk——基础自重和基础上的土重(kN);
A——基础底面面积(m2);
e0——偏心距(m);
fa——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≤
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
;
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);
pjmax、pjmin——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〕;
pjI、pjII——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〕;
az、bz——分别为平行于基础长边和短边的柱边长(m);
1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计标准〔GB50007-2002〕.北京:
2.孙维东主编.土力学与地基基础.北京:
3.中华人民共和国国家标准.砌体结构设计标准〔GB50003-2001〕.北京:
4.沈克仁主编.地基与基础.中国建筑工业出版社,1993
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·
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。
图4-7柱网布置图
持力层为粘性土〔ηb=0、ηd=1.0〕,土的天然重度为18kN/m3,fak=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〕。
⑴确定基础的埋置深度d
d=Z0+200=〔1000+200〕mm=1200mm
根据GB50007-2002规定,将该独立基础设计成阶梯形,取基础高度为650mm,基础分二级,室内外高差300mm,如图4-8所示。
图4-8基础高度和底板配筋示意
⑵确定地基承载特征值fa
假设b<3m,因d=1.2m>故只需对地基承载力特征值进行深度修正,
⑶确定基础的底面面积
A≥
考虑偏心荷载影响,基础底面积初步扩大12%,于是
取矩形基础长短边之比l/b=1.5,即l=1.5b
取b=1.6m则l=1.5b=2.4m
A=l×
b=2.4×
1.6m=3.84m2
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
<1.2fa×
kN/m2=291.12kN/m2
<fa=kN/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=1100kN/m2,钢筋fy=210N/mm2。
地基净反力
由图4-8可知,h=650mm,h0=610mm;
下阶h1=350mm,h01=310mm;
az1=1200mm,bz1=800mm。
1)柱边截面
bz+2h0=(0.35+2×
0.61)m=1.57m<b
>F1=171.2kN
2)变阶处截面
bz1+2h01=(0.8+2×
0.31)m=1.42m<b
>F1=143.53kN
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
III-III截面:
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12φ12@140〔As=1356mm2>
1319.28mm2〕。
2)计算基础的短边方向,II-II截面
Ⅳ-Ⅳ截面
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12φ10@200〔As=942mm2>
715.5mm2〕。
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