桩基础课程设计计算书

姓 名：学 号：班 级：二级学院：指导老师： 土 力 学 课 程 设 计

地基基础课程设计任务书

[工程概况]

某城市新区拟建一栋10层钢筋混凝土框架结构的办公楼，长24.0m，宽9.6m，其1-5轴的柱底荷载效应标准组合值如下所示。建筑场地位于临街地块部·位，地势平坦,室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱截面尺寸均为400mm?400mm，横向承重，柱网布置图如图1所示。场地内地层层位稳定，场地地质剖面及桩基计算指标详见工程地质资料，如表1所示。勘察期间测得地下水水位埋深为2.5m。地下水水质分析结果表明，本场地地下水无腐蚀性。试按乙级条件设计柱下独立承台桩基础。 柱底荷载效应标准组合值

1轴荷载：Fk?5417kN;Mk?85kN.m;Vk?60kN。 2轴荷载：Fk?5411kN;Mk?160kN.m;Vk?53kN。 3轴荷载：Fk?5120kN;Mk?88kN.m;Vk?63kN。 4轴荷载：Fk?5300kN;Mk?198KN.m;Vk?82kN。 5轴荷载：Fk?5268kN;Mk?140kN.m;Vk?60kN。

C5400B4200A60001260002400036000460005

图1 框架结构柱网布置图

（预制桩基础）--土木11-3

一、工程概况

某市新区钢筋混凝土框架结构的办公楼，长24.0米，柱距6米，宽9.6米，室内外地面高差0.45米。柱截面400×400mm。建筑场地地质条件见表1。

表1 建筑场地地质条件

编号 土层名称 土层厚度(m) 1.8 7.2 7.2 3.0 9.0 15.0 重度γ kN/m3 18.7 18.9 19.6 17.1 16.7 16.2 含水量w(%) 34.1 38.2 31.2 50.3 27.6 23.8 孔隙比е 0.94 1.02 0.79 1.42 0.68 0.62 压缩模量Es(MPa) 5.0 4.8 9.2 3.0 16.8 22.0 侧阻力qsk(kPa) 22 42 60 23 75 90 端阻力qpk(kPa) ---- ---- 900 ---- 2400 3200 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 素填土 灰色粘土 粉质粘土 淤泥质粘土 粉砂土 中粗砂 注：地下水位在天然地面下2.5米处

目 录

1 设计资料 ............................................................................................. 错误！未定义书签。 2 选择桩端持力层、承台埋深 ............................................................. 错误！未定义书签。 3 确定单桩极限承载力标准值 ............................................................................................... 2 4 确定桩数和承台尺寸 ........................................................................................................... 3 5 桩顶作用效用验算 ............................................................................................................... 3 6 桩基础沉降验算 ................................................................................................................... 4

6.1 求基底压力和基底附加压力 .................................................................................... 4 6.2 确定沉降计算深度 .................................................................................................... 4 6.3 沉降计算 .................................................................................................................... 4 6.4 确定沉降经验系数 .................................................................................................... 5 7 桩身结构设计计算 ............................................................................................................... 5 8 承台设计计算 ....................................................................................................................... 7

8.1 承台受冲切承载力验算 ............................................................................................ 7 8.2 承台受剪切承载力验算 ............................................................................................ 8 8.3 承台受弯承载力验算 ................................................................................................ 8 8.4 承台局部受压验算 .................................................................................................... 8

参考文献 ................................................................................................................... 9

桩基础课程设计计算书

1.设计资料

由上结构传至桩基的最大荷载设计值为：N=5411kN，M=160 kN·m，V=53kN

表1 建筑场地地质条件

编号 土层名称 土层厚度(m) 1.8 7.2 7.2 3.0 9.0 15.0 重度γ kN/m3 18.7 18.9 19.6 17.1 16.7 16.2 含水量w(%) 34.1 38.2 31.2 50.3 27.6 23.8 孔隙比е 压缩模量Es(MPa) 5.0 4.8 9.2 3.0 16.8 22.0 侧阻力qsk(kPa) 22 42 60 23 75 90 端阻力qpk(kPa) ---- ---- 900 ---- 2400 3200 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 素填土 灰色粘土 粉质粘土 淤泥质粘土 粉砂土 中粗砂 0.94 1.02 0.79 1.42 0.68 0.62 注：地下水位在天然地面下2.5米处 1.选择桩端持力层、承台埋深

根据表1地质条件，以粉砂土层为桩尖持力层，采用预制混凝土方桩，桩长L=20m，截面尺寸为400mm?400mm，桩尖进入粉砂土层为2m。桩身材料：混凝土，C30级，fc=14.3N/mm2；钢筋，二级钢筋，fy=fy'=300N/mm2。承台用C20及混凝土，fc=9.6N/mm2；ft=1.10N/mm2，承台底面埋深d=1.5m。

3.确定单桩极限承载力标准值

根据地基基础规范经验公式

1

Quk?Qsk?Qpk?up?qsikli?qpkAP

桩侧土的极限侧阻力标准值（kPa）按表8.6取值得：cc 灰色粘土层， 取qs1k=42kPa. 粉质粘土层， 取qs2k=60kPa 淤泥质粘土， 取qs3k=23kPa 粉质粘土层， 取qs4k=75kPa。

桩的极限端阻力标准值，可按查表8.7取值：

粉质粘土层，混凝土预制桩桩长20m，取qpk=2400 kPa

Quk?Qsk?Qpk?up?qsikli?qpkAP

=4×0.4×（22×（1.8-1.5）+42×7.2+60×7.2+3.0×23+75×2）+0.42×2400=1920 KN

单桩竖向承载力特征值：

Ra=Quk ／K=1920／2=960 KN

水平承载力特征值：

0.75a3EIRha?Xoa （Xoa一般取10mm）

Vxd?1mkf(d?1)b=｛ ｝ 由于混凝土预制桩桩型为方形，故kf取

kf(1.5d?0.5)d?1m1.0

m地基土横向抗力系数的比例系数6~10，取8

2

W0b0bh2b1=1.5×0.4+0.5=1.1 m b=h=0.4 m b0=0.35 m I0? W0?

26EI?0.85EcI0 =0.85×3.0×107×0.43×0.35／12=47600

mb1mb15a? a? = EIEI558?1100 = 0.71

47600取ah=4，则V0x=0.940

V0x桩顶水平位移系数，ah=0.71×20=14.2>4

ha?0.75?0.713?47600则

R0.94?0.01?135.9kN 4.确定桩数和承台尺寸

N?FkR?5411?5.63 6 取n=6 根 a960 桩距s?3d?3?0.4?1.2m， 取s=1.2m。 承台尺寸 a =2?(0.4?1.2)?3.2m， b =2?(0.4?0.6)?2.0m, 承台高取1.3m。 确定承台平面尺寸及桩的排列如下图所示。

3

5.桩顶作用效用验算

单桩所受的平均作用力（取承台及其上的土的平均重度?g?20kN/m3):

Nk?Fk?Gk5411?3.2?2.0?20?(1.5?0.45)??943.4kN?Ra?960kN n6单桩所受的最大作用力：

(Mk?Hkh)xmax(160?53?1.3)?1.2Nkmax?Nk??943.4??991.1kN?1.2Ra?1152kN224?1.2?xi

基桩水平力设计值：

H1k?Hk?53?8.8kN n6(1.35?160?53?1.35?1.3)?1.2?966.2 KN 24?1.2N=F/n=5411/6=901.8KN

Nmax?N?(M?Hh)xmax?x2?901.8?i6.桩基础沉降验算

6.1 求基底压力和基底附加压力

F?G5660.4??884.4kPa 基 底 压 力：p?A3.2?2基底附加压力：P0?P-r d=884.4-18.7?1.5?856kPa?0.856MPa

6.2 确定沉降计算深度

因不存在相邻荷载影响，故：

Zn?b?(2.5?0.4lnb)?2?(2.5?0.4ln2)?4.5m 取Zn= 4.5m

4

6.3 沉降计算

表B 计算桩基础最终沉降量

点号 1 2 3 Zi 0 0-2.5 2.5-4.5 l/b 1.6 1.6 1.6 z/b 0 2.5 4.5 ?i _ Esi0.25?4=1 0.1722?4=0.6888 0.1191?4=0.4764 _ 16.8 16.8

6.4 确定沉降经验系数

Sa=0.886Ad(n?b)?2.288 LcBc?1.6

查桩基规范得 ：C??0.0534 C1?1.825 C2?14.035 等效沉降系数：?e?C0?nb?12?1?0.0534??0.116

C1(nb?1)?C21.825?(2?1)?14.035桩基沉降经验系数：??1.2（查5.5.11） 桩基沉降为：

S??.?e.S'??.?e.p0?i?1nzi??zi?i?12.5?0.68882.5?0.6888?4.5?0.4764?1.2?0.116?856?(?)Esi16.816.8???9.2mm＜200mm 满足要求

5

7.桩身结构设计计算

两段桩长为10m和10m，采用双点吊立的强度计算进行桩身配筋设计。吊点位置在

距桩顶、桩端平面0.207L处，起吊时桩身最大正负弯矩Mmax?0.0214kqL2，其k?1.3，

q?0.42?25?4kNm，为每延米桩的自重，故：

Mmax?0.0214?1.3?4?202?44.5kN?m ??0.0214?1.3?4?202?44.5kN?m Mmax桩身截面有效高度h0?0.4?0.04?0.36m

Mmax44.5?106 ?s???0.06 22fcmbh014.3?400?360Mmax44.5?106?'s???0.06 2fcmbh014.3?400?3602查《混凝土结构设计规范》(GBJ10?89)附表3得??1?1?2?S?0.062，

?'?0.062，桩身受拉主筋配筋量：As??

?1fcbh0fy?0.062?1.0?14.3?400?360?426mm2

300As'??'?1fcbh0fy?0.062?1.0?14.3?400?360?426mm2

300为便于配筋，上下两段桩都采用相同的配筋，选用2?20（628mm2），因此整个截面的主筋为4?20（1256mm2），其配筋率5%>??构造钢筋见施工图，桩的吊装图如图3所示。

1256?0.87%??min?0.8%，其他

400?360 6

图3 桩的吊装图

桩身强度：

?(?cfcAp?0.9fy'Ag)?1.0?(0.85?14.3?400?400?0.9?300?1256)?2283.92kN?R

上段桩吊点位置：距桩端0.207l?0.207?20?4.14m处 下段桩吊点位置：距桩端0.207l?0.207?20?4.14m处

箍筋采用?8@200,在桩顶和桩尖应适当加密，具体见桩身结构施工图。桩尖长

1.4b?1.5?0.4?0.6m，取0.6m，桩顶设置三层?8@50钢筋网，层距50mm。

8 承台设计计算

承台高1.3m，桩顶伸入承台50mm，钢筋的保护层取35mm，则承台有效高度：

h0?1.3?0.050?0.035?1.215m?1215mm 。

8.1承台受冲切承载力验算

8.1.1.柱边冲切

有公式可求得冲垮比?与冲切系数?0：

?ox?aox0.80.840.84??0.98 ??0.66 ，?ox??ox?0.20.66?0.2h01.215?oy?aoyh0?0.840.840.2??2.3 ?0.16 ， ?oy??oy?0.20.16?0.21.215因h=1300mm，故可取?hp?0.958。

7

2[?ox(bc?aoy)??oy(hc?aox)]?hpfth0?2?[0.98?(0.4?0.2)?2.3?(0.4?0.8)]?0.958?1100?1.215 ?8573.1kN＞Fl ?1.35?5411?7304.85 kN(满足要求）6.1.2角柱向上冲切

从柱角内边缘至承台外边缘距离C1?C2?0.600m，

a1x?aox,?1x??0x,a1y?aoy,?1y??oy。

?1x?0.560.560.56??0.65;?1y??1.56

?1x?0.20.66?0.20.16?0.2[?1x(c2?a1y/2)??1y(c1?a1x/2)]?hpfth0

?[0.65?(0.600?0.2/2)?1.56?(0.600?0.8/2)]?0.958?1100?1.215?2579.9kN?966.（满足）2

6.2承台受剪承载力计算

剪跨比与以上冲垮比相同，故?y??oy?0.16，??1.751.75??1.509 ??1.00.16?1.0mm＞800mm,取?hs?（800／1215）^1/4?0.901 因ho?1215?hp?ftb0h0?0.901?1.509?1100?2.0?1.215?3634.2kN?1.35?2Nmax?143.1kN（满足要求）

8

6.3承台受弯承载力计算

Mx??Niyi?3?901.8?0.4?1082.2kN?mMx108202?106As???3298.8mm2

0.9fyh00.9?300?1215

选用23?14，As?3540mm，沿平行于y轴方向均匀布置。

My??Nixi?2?966.2?1.0?1932.4kN?m

1932.4?106??589.60mm2 As?0.9fyh00.9?30?01215My.6mm2，沿平行x轴方向均匀布置。 选用16?22，As?6081

参考文献

【1】 张忠苗．桩基工程．中国建筑工业出版社 【2】 沈蒲生．建筑工程课程设计指南．高等教育出版社 【3】 赵明华．土力学与基础工程．武汉理工大学出版社

【4】

众智软件．《建筑桩基技术规范》和《建筑地基基础设计规范》

9

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