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独立柱基础设计

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课程名称：《基础工程》设计题目：独立柱基础设计院系：土木工程专业：年级：姓名：指导教师：第一部分 课程设计任务书（一）设计题目：柱下钢筋混凝土独立基础（二）设计资料：1、工程地质资料：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318/kN m γ=，地基承载力特征值为2230/ak f kN m =，地下水位在7.5-m 处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m 。

2、给定参数：柱截面尺寸为350500mm mm ⨯，作用于基础顶面的荷载为：由上部结构传来的轴心荷载为735kN ，弯矩值为113kN m ⋅，水平荷载为32kN 。

3、材料选用：混凝土：采用C20（可以调整） （21.1/t f N m =）钢筋：采用HPB2235（可以调整） （2210/y f N m =）4、上部结构资料：上部结构为多层全现浇框架结构，柱网布置见下图：图1-1 柱网平面图（三）设计要求：每人根据所在组号和题号，完成各自要求的轴线基础设计。

对另外两根轴线的基础，只要求根据所给荷载确定基础底面尺寸。

（四）设计内容１、设计柱下独立基础，包括确定基础埋深、基础底面尺寸，对基础进行结构的内力分析、强度计算，确定基础高度、进行配筋计算，并满足构造设计要求，编写设计计算书。

２、绘制基础施工图，包括基础平面布置图、基础大样图，并提出必要的技术说明。

第二部分 柱下钢筋混凝土独立基础设计（一） 选择基地：由于该地区地层土单一，只有粘性土层，故选择粘性土层位基地。

粘性土的天然重度为318/kN m γ=，地基承载力特征值为2230/ak f kN m =。

（二） 荷载情况：作用于基础顶面的荷载见下表：（三） 选择持力层：根据该地区的工程地质条件，选择粘性土为持力层，粘性土的天然重度为318/kN m γ=，地基承载力特征值为2230/ak f kN m =。

（四） 基础埋置深度的初步确定：由规范可知，基础埋深d ≥0.5m ，且在水面以上，以便于施工，避免施工时基槽（坑）的排水或降水，有利于地下室的防水及基础的防腐蚀。

再根据该地区的地质情况，该地区存在冻土，应保证基础有足够的埋置深度。

故初步拟定基础埋置深度为 1.7d m =。

初步简图如图1-2所示：图1-2 基础埋深简图（五） 初步假设：1、3b m ≤，立面形式初步拟定为锥形。

2、材料的选择：混凝土：采用C20（可以调整） （21.1/t f N m =）钢筋：采用HPB2235（可以调整） （2210/y f N m =）3、基础顶面位置：顶面高度未知，暂时在天然地表以下0.7m 处。

（六） 具体设计计算：1、 确定地基承载力：由于假定3b m ≤，故地基承载力仅作深度修正，查表3-4可知： 粘性土：0 1.0b d ηη==，。

故地基承载力为：(3)(0.5)230 1.018(1.70.5)251.6a ak b d m f f b d kPa ηγηγ=+-+-=+⨯⨯-=2、 计算基底面积，并初步确定地面尺寸： ①按中心荷载作用初算基础底面积：21a G 7353.38m f 251.620A K F H ==-γ-⨯1.7≥②考虑偏心荷载的不利影响，将基地尺寸面积扩大为211.2 4.06m A A ==，基地尺寸初拟为22.1m m=4.20m ⨯2.0，此外，由于基地的最小尺寸为2.0m ，故前面计算得到的a f 不需要再进行宽度修正。

3、持力层承载力及偏心距验算：k k k a 73520 4.20 1.7=2094.20+kPa < kPak G d p F G F A A γ++⨯⨯====251.6ƒ2k k k k max11332 1.72091 2.1 2.06322.9 1.2301.92M +a p kPa f kPaW F G A +⨯=+⨯⨯=>=+=故不满足持力层承载力要求。

将基地尺寸面积扩大为211.4 4.73m A A ==，基地尺寸初拟为22.4m m=4.80m ⨯2.0。

k k k a 73520 4.80 1.7=187.14.80+kPa < kPak G dp F G F A Aγ++⨯⨯====251.6ƒ2k k k k max 11332 1.7187.11 2.4 2.06274.3 1.2301.92M +a p kPa f kPaW F G A +⨯=+⨯⨯=>=+=满足要求； 偏心距k k k M 11332 1.7 2.40.1860.4+735+20 4.8 1.766e=b m m F G +⨯==<==⨯⨯满足要求；因此，基底尺寸22.4m m=4.80m ⨯2.0能够满足承载力和偏心距要求。

4、地基变形验算：略。

5、确定基础高度并进行钢筋配置： （1） 计算基底净反力： m a x 2m i n240.31k P a 65.94k P a 73511332 1.714.80 2.46j j p F M A W =+⨯=±=±⨯2.0⨯{ 净反力分布图如图1-3所示：图1-3基底净反力分布图（2） 确定基础高度：初步拟定基础高度600h mm =，按《地基规范》要求，铺设垫层时保护层厚度不小于40mm ，因此假设钢筋重心到混凝土外表面的距离为50mm ，故钢筋的有效高度0h =600-50=550mm 。

研究结果表明，钢筋混凝土独立基础在竖向荷载作用下，产生的正应力和剪应力组合后会在截面上产生拉应力，当该应力超过混凝土的抗拉强度时，将产生冲切破坏。

在计算时，冲切破坏面与水平面的夹角取为45。

为防止发生冲切破坏，要求基底净反力在冲切破坏面产生的拉应力小于基础材料的抗拉强度。

按《地基规范》要求，抗冲切破坏验算公式为：t 0hp 0.7a F lm h βƒ≤首先计算j =p F l l A 。

如图1-4所示：0b 20.35+20.55=1.45m< 2.0t a a h l m =+=⨯=故200()()2222t t lA b ab l h l h =-----22.40.5 2.00.35(0.55) 2.0(0.55)2222=--⨯---20.7244m =近似的取240.31max Pa pk j j p ==，得到j =p 240.3144174.08F l l A kN =⨯0.72=式t 0hp 0.7a m h βƒ中，0hp 550800,=1.0mm mm h =<β故，基础混凝土采用C20，其t =1.1pa M ƒ； 1.450.350.9022t b m a a a m ++===3t 0hp 0.7a 0.7 1.0 1.1100.90.55m h βƒ=⨯⨯⨯⨯⨯381.147F 174.08l kN kN =>=故=600mm h 能够满足抗冲切承载能力的要求。

图1-4 抗冲切及内力计算简图（3） 内力计算：台阶的高宽比为2.40.51.582.5220.6c b b h --==<⨯且偏心距2.40.466b m e ==<故可按下式计算弯矩。

如图1-4可知，控制截面在柱边处（如图中Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ截面），此时有'=0.35m t a a = '0.5t b b m == ' 2.40.50.9522b b a m I--=== max min min ()j j j p b a p p p bI-=+-Ⅰ 2.40.9565.94(230.4165.94)171.292.4kpa -=+-=Ⅰ-Ⅰ截面的弯矩为：2'max max 1(2)()()12j j a l a p p p p l M I ⎡⎤⎢⎥⎣⎦+++-=ⅠⅠⅠ 21(2 2.00.35)(240.31171.29)(240.31171.29) 2.012⎡⎤⎣⎦⨯0.95⨯⨯+⨯++-⨯= 145.04.kN m Ⅱ-Ⅱ截面的弯矩为：''max 1=-(2)()48j M l a b b p p ++2jmin Ⅱ（）21=2.00.35)(2 2.40.5)(240.3165.94)48⨯⨯-⨯+⨯+（ 92.06.kN m =（4） 抗弯钢筋的配置：按《混凝土规范》的要求进行配筋：沿基础纵向，通常只配构造钢筋，要求其直径不小于8mm ，间距不大于300mm ，且每米宽度上的钢筋面积不宜小于横向钢筋面积的1/10。

采用HPB235钢筋，其2y =210/mm N ƒ；沿长边方向： 由弯矩=160.89k .m M N Ⅰ，0=550mm h Ⅰ，宽度2000mm 进行配筋 332y 01010=13950.90.9550210s M mm h A 145.04⨯⨯==ƒ⨯⨯ⅠⅠ；采用1114@190φ（其钢筋总面积2221=111411169344A d mm ⨯⨯=⨯⨯=ππ，如选用1016φ，钢筋总面积虽能满足要求，但钢筋的间距将大于200mm ）。

故实际的014=6004055322d h a mm h =----=ⅠⅠ大于原来的550mm ，故配筋显然是可行的。

沿短边方向：短边方向上的钢筋通常置于长边钢筋之上，假设采用10φ钢筋，所以010=60040145412d h a d mm h =------=ⅡⅡⅠ2，再由=92.06k .m M N Ⅱ，宽度2400mm ，可得332y 01010=9000.90.9541210s M mm h A 60.92⨯⨯==ƒ⨯⨯ⅡⅡⅡ选用1410@180φ（其钢筋总面积为2222=141014110044A d mm ⨯⨯=⨯⨯=ππ），沿长边方向每米的配筋面积：2'21693846.52A mm A mm b I I=== >211A 11001101010mm II =⨯= 满足要求。

基础的施工图及配筋图见图1-5。

其受力钢筋交错布置。

图1-5 基础施工及配筋图（七）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（GB50007-2002）.北京：中国建筑工业出版社，20022、孙维东主编.土力学与地基基础.北京：机械工业出版社，20033、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，20024、沈克仁主编.地基与基础.中国建筑工业出版社，19935、吴兴序主编.基础工程.西南交通大学出版社，2007。

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现浇独立柱基础设计(DJ-1)尺寸为1米x1米

现浇独立柱基础设计(DJ-1)尺寸为1米x1米

现浇独立柱基础设计(DJ-I)尺寸为1米Xl米执行规范：《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),本文简称《混凝土规范》《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011),本文简称《地基规范》《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010),本文简称《抗震规范》钢筋：d-HPB300;D-HRB335;E-HRB400;F-RRB400;G-HRB500;Q-HRBF400;R-HRBF5001设计资料：1.1已知条件：类型：阶梯形柱数：单柱阶数：1基础尺寸(单位mm):bl=1000,bl1=500,al=1000,al1=500,hl=500柱：方柱，A=500mm,B=500mm设计值：N=100.OOkN,Mx=5.OOkN.m,Vx=4.OOkN,My=7.OOkN.m,Vy=4.OOkN标准值：Nk=74.07kN,Mxk=3.70kN.m,Vxk=2.96kN,Myk=5.19kN.m,Vyk=2.96kN 混凝土强度等级：C30,fc=14.30N∕mm2钢筋级别：HRB400,fy=360N∕mm2纵筋最小配筋：0.15配筋调整系数：1.0配筋计算方法：通用法基础混凝土纵筋保护层厚度：40mm基础与覆土的平均容重：20.00kN∕m3修正后的地基承载力特征值：15OkPa基础埋深:LOOm作用力位置标高：0.OOOrn剪力作用附加弯矩M'=V*h(力臂h=l.000m)：My'=4.OOkN.mMx,=-4.OOkN.mMyk,=2.96kN.mMxk,=-2.96kN.m设计荷翰图基础尺寸简图1.2计算要求：(1)基础抗弯计算(2)基础抗剪验算(3)基础抗冲切验算(4)地基承载力验算单位说明：力：kN,力矩：kN.m,应力：kPa2计算过程和计算结果2.1基底反力计算：2.1.1统计到基底的荷载标准值:Nk=74.07,Mkx=0.74,Mky=8.15设计值:N=100.00,Mx=1.00,My=11.002.1.2承载力验算时,底板总反力标准值(kPa):［相应于荷载效应标准组合］pkmax=(Nk+Gk)/A+|Mxk|/Wx+∣Myk∣∕Wy=147.41kPapkmin=(Nk+Gk)/A-∣Mxk∣/Wx-∣Myk∣∕Wy=40.74kPapk=(Nk+Gk)/A=94.07kPa各角点反力pl=49.63kPa,p2=147.41kPa,p3=138.52kPa,p4=40.74kPa2. 1.3强度计算时,底板净反力设计值(kPa):［相应于荷载效应基本组合］pmax=N/A+∣Mx∣/Wx+∣My∣/Wy=172.00kPapmin=N/A-∣Mx∣/Wx-∣My∣/Wy=28.00kPap=N/A=100.00kPa各角点反力pl=40.00kPa,p2=172.00kPa,p3=160.00kPa,p4=28.00kPa2.2地基承载力验算：pk=94.07<fa=150.OOkPa,满足pkmax=147.41<1.2*fa=180.OOkPa,满足2.3基础抗剪验算：根据《地基规范》第8.2.7-2条，需要进行抗剪验算抗剪验算公式V<=0.7*βhs*ft*Ac［《地基规范》第&2.9条］(剪力V根据最大净反力PmaX计算)下右上左第1阶(hθ=455mm,限=1.000)剪切荷载(kN) 43.00 43.00 43.00 43.00抗剪切力(kN) 455.45 455.45 455.45 455.45抗剪满足.2.4基础抗冲切验算：抗冲切验算公式R<R.7*βhp*ft*Λq［《地基规范》第8.2.8条］(冲切力FI根据最大净反力PmaX 计算)下右上左第1阶(h=500mm,hθ=455mm,B fll) =1.000)冲切荷载(kN) 0.00 0.00 0.00 0.00抗冲切力(kN) 0.00 0.00 0.00 0.00 抗冲切满足.2.5基础受弯计算：弯矩计算公式M=l∕6*l n2*(2b+b,)*pmax［L=计算截面处底板悬挑长度］根据《地基规范》第8.2.1条，扩展基础受力钢筋最小配筋率不应小于0.15%第邛介(kN.m):M下=4.48,M右=4.48,M上=4.48,M左=4.48,h<F455mm计算As(mm%!):AS下=750(构造)，AS右=750(构造)，As±=750(构造)，AS左=750(构造) 配筋率P:P下二0.150%, P右二0.150%,P±=0.150%,P左=0.150%基础板底构造配筋(最小配筋率0.15%).2.6底板配筋：X向实配E14@200(770mm7m,0.154%)>=As=750mm7mY向实配E14@200(770mm7m,0.154%)>=As=750πun7m3配筋简图Asy=750E14@200(∣77 0)净反力设计修kPo)。

柱下独立基础设计

柱下独立基础设计

柱下独立基础设计：
柱下独立基础，是为单个柱子设置的、不与其他基础相连的钢筋混凝土基础。

柱下独立基础设计：
1、计算基础上的轴力、弯矩、剪力，根据地勘报告，基础的耐久性要求，按规范要求来确定持力层及基础埋置深度；
2、根据地勘持力层承载能力值fak，修正成fa，计算基础底面积；重要工程还要做变形计算,满足规范要求；
3、根据拟定的地基净反力计算基础的抗弯、抗剪、抗冲切，确定基础每阶高度，配筋;
4、当持力层下卧软弱层时，还要验算下卧的承载能力；
5、最后，你画出的设计图必须满足规范的构造要求。

以上这些工作，就是独立基础设计。

当建筑物上部结构采用框架结构或单层排架结构承重时，基础常采用方行、圆柱形和多边形等形式的独立式基础，这类基础称为独立式基础.也称单独基础，是整个或局部结构物下的无筋或配筋基础.一般是指结构柱基，高烟囱，水塔基础等的形式．
独立基础分：阶形基础、坡形基础、杯形基础3种。

独立基础的特点一，一般只坐落在一个十字轴线交点上，有时也跟其它条形基础相连，但是截面尺寸和配筋不尽相同。

独立基础如果坐落在几个轴线交点上承载几个独立柱，叫做共用独立基础。

独立基础的特点二，基础之内的纵横两方向配筋都是受力钢筋，且长方向的一般布置在下面。

长宽比在3倍以内且底面积在20 m2以内的为独立基础(独立桩承台)。

柱下独立基础设计

柱下独立基础设计


杯型基础
式子（2.7.2）确定基础底面积A （2）选择基础底面宽度b A/b即为另一边长l 偏心受压基础的设计 （1）按轴心受压基础初步估算底面面积 （2）计算基础底面内力 （3）计算基础压力值 （4）验算地基承载力
2、基础高度的验算
验算的原因 基础在承受柱传来的荷载时,如果柱的周 边或变阶处的高度不够，将会沿这些界 面产生冲切破坏。 验算时若不满足书上式子（2.7.9），应 增大基础高度，并重新进行验算，直至 满足为止。当基础底面落在从柱边或变 阶处向外扩散的45度线以内时，不必验 算该处的基础高度。
4、基础配筋构造要求
（1）基础采用混泥土强度等级不应低于C20；垫层混泥土强度等 级应为C10 （2）垫层的厚度一般为100mm，不宜小于70mm （3）垫层四周应伸出基础100mm （4）钢筋宜采用HRB400，HRB335级或HPB300级 （5）基础底板受力钢筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm， 也不宜小于100mm。短边方向的钢筋应置于长边方向的钢筋之上 （6）当有垫层时，钢筋保护层的厚度不应小于40mm；无垫层时不 应小于70mm (7)当柱下钢筋混凝土独立基础的边长大于或等于2.5m，底边的受 力钢筋长度可取边长的0.9倍，并宜交错布置 （8）当柱为轴心受压或小偏心受压且t/h2>=0.65时，或大偏心受 压且t/h2>=0.75时，杯壁可不置筋;当柱为轴心受压或小偏心受压 且0.5<=t/h2<=0.65时，杯壁可按书上148页表2.7.1构造配筋；其 它情况应按计算配筋
柱下独立基础的设计
组长： 组员：
主要内容 1、基础底面尺寸的确定 2、基础高度的验算 3、基础底板配筋计算 4、基础配筋构造要求
基础的分类
（1）按使用的材料分为：灰土基础、砖基础、毛石 基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础。 （2）按埋置深度可分为：浅基础、深基础。埋置深 度不超过5M者称为浅基础，大于5M者称为深基础。 （3）按受力性能可分为：刚性基础和柔性基础。 （4）按构造形式可分为条形基础、独立基础、满堂 基础和桩基础。
现浇独立柱基础设计

现浇独立柱基础设计

现浇独立柱基础设计：DJ-111已知条件及计算要求：风压：W R=βZ U S U Z W O其中βZ高度Z处风振系数取1.0U S 体型系数取1.4U Z 风压高度变化系数取1.42～1.65W O基本风压4mpa (哈密地区)（1）已知条件：柱数：单柱基础尺寸（单位㎜）：b1=8000,b11=4000,a1=8000,a11=4000,h1=500,h2=500dx1=100,dx2=100,dy1=100,dy2=100柱：方柱，A=1500㎜,B=1500㎜设计值：N=135.00kN, Mx=10800.00kN.m,Vx=0.00 kN ,My=0.00 kN.m,Vy=0.00 kN标准值：Nk=100.00 kN, Mxk=8000.00 kN.m, Vxk=0.00 kN, Myk=0.00 kN.m, Vyk=0.00 kN 混凝土强度等级：C30, fc=14.30N∕㎜2钢筋级别：HRB335, fy=300 N∕㎜2基础混凝土保护层厚度：40㎜基础与覆土的平均容重：20.00kN∕㎡地基承载力设计值：200kpa基础埋深：3.00m作用力位置标高：0.000m（2）计算要求：1.基础抗弯计算2.基础抗剪验算3.基础抗冲切验算4.地基承载力验算2 基底反力计算（1）承载力验算时，底板总反力标准值（kpa）：[相应于荷载效应标准组合] Pk=( Nk+Gk)∕A=61.56PKmax=(NK+GK) ∕A+MKx∕Wx+MKy∕Wy=155.31PKmin=(NK+GK) ∕A-MKx∕Wx-MKy∕Wy=-32.19各角点反力 p1=155.31, p2=155.31, p3=-32.19, p4=-32.19PKmin=-32.19kpa<0, 基底拉应力，结果无效！（2）强度计算时，底板净反力设计值（kpa）: [相应于荷载效应标准组合]P=N∕A=2.11Pmax= N∕A+ Mx∕Wx+ My∕Wy=128.67Pmin= N∕A- Mx∕Wx- My∕Wy=-124.45各角点反力 p1=128.67, p2=128.67, p3=-124.45, p4=-124.45PKmin=-124.45kpa<0, 基底拉应力，结果无效！3地基承载力验算Pk=61.56<fa=200.00kpa,满足PKmax=155.31<1.2*fa=240.00 kpa,满足4基础抗剪验算：抗剪验算公式V≦0.7*βh*ft*Ac [GB50010-2002第7.5.3条]（剪力V根据最大净反力pmax计算）第1阶（KN）：V下=3345.47，V右=3345.47，V上=3345.47，V左=3345.47 砼抗剪面积（㎡）：Ac下=6.07, Ac右=6.07, Ac上=6.07, Ac左=6.07,抗剪满足。