基础工程课程设计任务书及指导书

土层 编号 1 2 3 4 5
土层 名称 人工填土 淤泥质土 粘土 粉质粘土 强风化岩
表 1 各土层物理力学性质指标
土 层 厚 含水量 重度 孔隙比 塑限
度（m） （%） (kN/m3) e
(%)
2.0
18
9.50
49.0
17.5
1.31
24.0
1.20
32.0
19.0
0.864 25.3
6.60
31.8
式中 λ11、λ12——角桩冲跨比；
(37) 图 6 三角形承台角桩冲切计算图
a11 、 a12 ——从承台底角桩内边缘向相邻承台边引 45°冲切线与承台顶面相交
M 及等腰三角形由承台形心至承台两腰和底边距离范围内板带的弯矩设计值 M1、M2 及相 应配筋的计算公式分别为
等边三角形承台
M = N max (s − 3 c)
(14)
3
4
As
=
As1
=
As 2
≥
γ 0 M （15） 0.9 f y h0
式中 M——由承台形心至承台 边缘距离范围内板带的弯矩设计 值；
n≥ F +G R
（5）
式中 F——作用于桩基承台顶面的竖向力设计值；
G——桩基承台和承台上土自重设计值(自重荷载分项系数当其效应对结构不利
时取 1.2；有利时取 1.0)，对地下水位以下部分应扣除水的浮力。
桩的最小中心距参照规范执行。
2.2.4 各桩受力验算
中心荷载作用下
γ0N ≤ R
式中
N = F +G n
Fl ≤ 2[β ox (bc + aoy ) + β oy (hc + aox )]β hp f t h0 (20)
∑ Fl = F − N i
（21）
β ox = 0.84 /(λox + 0.2)
(22)
β oy = 0.84 /(λoy + 0.2)
(23)
λox = aox / ho
(24)
β1x、β1y——角桩冲切系数； λ1x、λ1y——角桩冲垮比；其值满足 0.2～1.0；
c1、c2——从角桩内边缘至承台外边缘的距离；
a1x 、 a1y ——从承台底角桩内边缘引 45°冲切线与承台顶面或承台变阶处相交点至角
桩内边缘的水平距离； h0——承台外边缘的有效高度； 三桩三角形承台受角桩的冲切承载力按下列公式计算(图 6)
（6） （7）
2
偏心荷载作用下，除满足（7）式外，尚应满足：
γ 0 N max ≤ 1.2R
（8）
各基桩轴向力为：
∑ ∑ Ni
=
F
+G n
±
M x yi yi2
±
M y xi xi2
（9）
上式各量物理意义见规范。 2.2.5 桩基承台设计计算
(1)、桩基承台受弯简化计算 a、多桩矩形承台的受弯简化计算 如图 1 示，多桩矩形承台弯矩计算截面取在柱边和承台高度变化处(杯口外侧或台 阶边缘)，弯矩设计值及相应配筋计算公式分别为
基础工程
课程设计任务书和指导书
周爱兆 梅岭 编
江苏科技大学土木工程与建筑学院
2012.06.10
《基础工程》课程设计任务书
一、设计题目 某多层建筑桩基础设计
二、设计资料 1．建筑地点：镇江市区。 2．桩基受力情况 某多层建筑一框架柱截面为 400×300mm2，柱底在地面处的荷载设计值为：轴向力
F=3200KN；弯矩 M=150+ i×5kN·m(i 为学号)；水平力 H= j×30kN（j 为班号）。（M、H 作用于柱的长边方向且均为从左指向右）。
（1）
式中
∑ Qsk = μ qsik li i
Q pk = q pk Ap
（2） （3）
以上各量物理意义见规范。 对端承桩基和桩数不超过 3 根的非端承桩基，不考虑群桩效应，其基桩竖向承载力
设计值为：
R = Qsk γ s + Q pk γ p
（4）
2.2.3 确定桩数、桩的平面布置
桩数 n 可按下式确定：
)]β
hp
f t h0
β 1x
=
0.56 λ1x + 0.2
β 1y
=
0.56 λ1y + 0.2
λ1x = a1x / ho
6
(27) (28) (29) (30)
λ1y = a1y / ho
(31)
图 5 矩形承台角桩冲切计算图
式中 Nl——扣除承台和其上填土自重后的角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的竖 向力设计值；
18.9
0.826 27.0
20.0
qsik=200kPa; qpk=8000kPa
液限 (%)
39.5 43.5 38.0
液性指 数 IL
地下水位离地表 1.5m，且对混凝土无侵蚀性。 三、设计任务及要求
1．选用φ300 或φ400 预应力混凝土管桩进行设计，桩基安全等级取二级（桩身设计
1
从略）（网上查找预应力管桩图集，也可以进行灌注桩设计，直径取φ500）。 2．取桩数 n≥4 根与 n=3 根情况分别进行设计。（桩数可由桩径与桩长来调节）。 3．完成桩基平面布置及荷载、内力分析计算。 4．完成承台的各项验算。 5．编写设计计算说明书，绘制施工图（应绘出设计方案的平面图及剖面图）。 6．要求结构合理，计算准确、全面，施工图设计技术措施可行，图纸表达正确、
图 1 多桩矩形承台受弯计算图
∑ M x = Ni yi
(10)
Asx
≥
γ 0M x 0.9 f y h0
(11)
∑ M y = Ni xi
(12)
3
Asy
≥
γ 0M y 0.9 f y h0
(13)
上式各量物理意义见规范。 b、 三桩三角形承台的受弯简化计算 如图 2 所示，等边三角形承台由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值
βox、βoy1、βoy2——冲切系数，按（22）、(23)式计算。 注：如冲切破坏锥体超出承台边界，计算方法不变。
图 4 三桩三角形承台的柱下冲切破坏锥体 b、角桩对承台的冲切 多桩矩形承台受角桩的冲切承载力按下列公式计算(图 5)
Nl
≤ [β1x (c2
+
a1y 2
)+
β1y (c1
+
a1x 2
(17)
M2
=
N max 3
(αs
−
0.75 4 −α 2 c2 )
（18）
4
As 2
≥
γ 0M2 0.9 f y h0
（19）
Baidu Nhomakorabea
式中 M1、M2 ——分别为由承台形心到承台两腰和底边的距离范围内板带的弯矩设计 值；
s——长向桩距； α——短向桩距与长向桩距之比，当α小于 0.5 时，应按变截面的二桩承台设计； c1、c2——分别为垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。 (2)、桩基承台受冲切计算 a、柱对承台的冲切 矩形承台受柱冲切承载力可按下列公式计算（图 3）
β hp ——受冲切承载力截面高度影响系数，当 h≤0.8m 时, β hp =1.0;当 h≥2.0m 时, β hp =0.9,其间按线性内插法取用；
βox、βoy——冲切系数；
λox、λoy——冲垮比，aox 、aoy 为柱边或承台变阶处至桩边的水平距离，当 aox ( aoy )<0.2 h0 时, aox ( aoy )=0.2 h0 ;当 aox ( aoy )> h0 时, aox ( aoy )= h0 ;
2
《桩基础》课程设计指导书
1． 设计要求 通过本课程设计，使学生基本掌握竖向荷载作用下桩基础的设计步骤和计算方法，
并能正确绘制相应的施工图纸及写出施工说明。 2． 设计方法及步骤 2.1 一般构造要求
（1）、承台最小宽度不应小于 500mm，其边缘至边桩中心的距离不宜小于桩的直 径或边长，且边缘挑出部分不应小于 150mm，对于条形承台梁边缘挑出部分不应小于 75mm。
参考文献
1.《基础工程》（第 2 版），周景星，李广信等编，清华大学出版社，2010 2.《建筑桩基技术规范》JGJ94- 2008 3.《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002 4.《混凝土结构设计规范》，GB 50010-2010 5. 《预应力混凝土管桩基础技术规程》DGJ/TJ109-2010(江苏) 6.《预应力混凝土管桩》国家建筑标准设计图集 10G409 7.《钢筋混凝土承台设计规程》，CECS 88:97
1
一般应选择压缩性低而承载力高的较硬土层作为持力层。 桩端全断面进入持力层的深度，对于粘性土、粉土不宜小于 2d（2.5d 省规），砂土 不宜小于 1.5d（2d），碎石类土不宜小于 d（1.5d），强风化或全风化岩不宜小于 d。 2.2.2 基桩竖向承载力 基桩竖向承载力设计值
R = ηsQsk γ s + η pQ pk γ p
Nmax——扣除承台和其上 填土自重后的三桩中相应于荷载 效应基本组合时的最大单桩竖向 力设计值；
s——桩距； c——方柱边长，圆柱时
c=0.866d（d 为圆柱直径）。 等腰三角形承台
图 2 三桩三角形承台受弯计算图
M1
=
N max 3
(s
−
0.75 4 − α 2 c1 )
(16)
As1
≥
γ 0M1 0.9 f y h0
清晰。 7．提交设计计算说明书一份，施工图纸 2 张（建议用 2 号绘图纸，1:10～1:30）。
四、设计步骤（供参考） 1． 确定桩型，桩基持力层，承台埋深及高度，桩长。 2． 初步确定基桩承载力。 3． 初步确定桩数、桩的平面布置及承台平面尺寸。 4． 确定基桩承载力设计值及其桩数。 5． 确定承台尺寸。 6． 计算桩顶荷载设计值。 7． 承台抗冲切验算。 8． 承台抗剪验算 9． 承台受弯承载力计算及其配筋计算。 10．承台局部受压计算。 11．绘制施工图。
F——柱根部轴力设计值；
5
∑Ni——冲切破坏锥体范围内各桩的净反力设计值之和； 三桩三角形承台（图 4）可按下式计算：
Fl ≤ [β ox (2by + a y1 + a y2 ) + (β oy1 + β oy2 )(bx + a x )]β hp f t h0
（26）
式中 ax 、 a y1 、 a y2 ——冲跨，冲切破坏锥体侧面顶边与底边间的水平距离；
底部角桩
Nl
≤
β11 (2c1
+
a11
)
tan
θ1 2
β hp
f t h0
(32)
β 11
=
0.56 λ11 + 0.2
(33)
λ11 = a11 / ho
(34)
7
顶部角桩
Nl
≤
β12 (2c2
+
a12
)
tan
θ2 2
β hp
f t h0
(35)
β 12
=
0.56 λ12 + 0.2
(36)
λ12 = a12 / ho
3．工程地质资料 经工程勘察，场地土层可分为五层，现自上而下分述如下： （1）人工填土：厚度 1～2.5m，未完成自重固结。 （2）淤泥质土：厚度 10.0～15.3m，呈软塑状。 （3）粘土：厚度 0.7～2.1m，呈可塑状。 （4）粉质粘土：厚度 2.0～6.2m，呈硬塑～坚硬状。 （5）强风化岩：厚度 20m 左右，风化强烈，并夹有石英脉。 各土层物理力学性质指标见表 1。
（2）、条形承台和柱下独立桩基承台的厚度不应小于 300mm。 （3）、承台埋深不应小于 600mm。 （4）、承台混凝土强度不宜小于 C20；承台底面钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于 70mm；当设素混凝土垫层时，保护层厚度不应小于 40mm；垫层厚度宜为 100mm，强 度宜为 C7.5 或 C10。 （5）、矩形承台配筋宜按双向均匀通长布置，钢筋直径不宜小于φ10，间距应满足 100～200mm；三桩承台应按三向板带均匀配置，最里面三根钢筋相交围成的三角形应 位于柱截面范围以内。 （6）、桩顶嵌入承台的长度，对大直径桩不宜小于 100mm，对中等直径桩不宜小 于 50mm；对预应力混凝土管桩宜取 100mm（省规）。 （7）、混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度不宜小于 35 倍主筋直径， 对于抗拔桩基不应小于 40 倍主筋直径。对预应力混凝土管桩锚固长度不得小于 50 倍纵 向钢筋直径且不小于 500mm；当采用插筋时，插筋数量可取 4φ14～4φ22，插入管桩顶填 芯混凝土长度不宜少于 1.2m，锚入承台长度不宜少于 35 倍钢筋直径，填芯混凝土强度 不得低于 C30（省规）。 （8）、布桩时宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合。 （9）、预制桩的混凝土强度不应低于 C30；灌注桩不应低于 C20；预应力桩不应低 于 C40。 （10）、有抗震要求的柱下独立桩基承台，纵横方向宜设置连系梁。 （11）、其余要求参照有关规范执行。 2.2 桩基设计与计算 2.2.1 持力层选择
λoy = aoy / ho
(25)
式中 Fl ——扣除承台及其上填土自重，作用在冲切
图 3 柱对承台冲切计算示意图
破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的
冲切力设计值，冲切破坏锥体应采用自柱边或承台变阶处至相应桩顶边缘连
线构成的锥体，锥体与承台底面的夹角不小于 45°（图 3）；
h0——冲切破坏锥体的有效高度；