基础工程课程设计之条形基础设计
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基础工程设计原理课程设计一、设计题目拟建场地位于某市市中心区，场区原有建筑现己拆迁。
原定设计方案为四座小高层建筑（详见：基坑开挖场地及勘探点平面布置图），现建筑方案修改为五层（第五层为跃式）多层框架建筑，平面布置不变。
框架柱间距为6～7.5m，基础底面设计埋深为1.4m，框架中柱设计荷载为900～1000kN，角、边柱设计荷载为500～800kN (见图1)，框架柱截面尺寸为400mm×400mm。
基础混凝土材料采用C25，基底设置C7.5、厚度100mm 的混凝土垫层；配筋采用Ⅱ级普通圆钢筋。
设计计算内容：（1）在不考虑地基处理时，某中轴线柱下条形基础（两端为边柱）按地基承载力确定的基础底宽度是否满足沉降要求？（2）若通过地基处理（地基处理深度从基础底面以下 4.5m 内），使得地基承载力设计值达到150kPa，进行如下设计计算：1）根据地基强度确定中轴线柱下条形基础（两端为边柱、角与边柱需考虑100kN·m 的力矩荷载）的基础底面尺寸；2）分别按倒置梁法、弹性地基梁法（可按等截面弹性地基梁）计算柱下条形基础的内力分布；3）基础配筋、冲切验算；4）完成有关计算部分的计算简图、基础配筋图等。
二、地基土的特征及其主要性能指标由设计勘察资料得第一层：杂填土 3/18m kN m =γ 有上层滞水 第二层：粘土 3/1.18m kN =γ 093.1=e 64.0=L I kPa f k 100= 第三层：淤泥质粉质粘土 3/1.18m kN =γ kPa f k 65= 第四层：粉砂与淤泥质粘土互层 /7.17kN =γ有孔隙承压水地基资料如图2-1所示三、承载力特征值和基底宽度的确定 已知基础地面设计埋深为d=2.2m粘土的承载力特征值为kPa f k 100=粘性土的093.1=e >0.85,故可查表得0.1,0==d b ηη [1] kPad b f f m d b ak a 6.130)5.02.2(180.10100)5.0()3(=-⨯⨯++=-+-+=γηγη [2]中轴线上沿长度方向取1m 为计算单元的线荷载 m kN F k /7.306562)120016001800(=⨯⨯++=基底宽度应为m d f F b G a k 54.32.2206.1307.306=⨯-=-=γ，取3.6m [3]四、地基沉降验算1、计算基础的基底平均附加应力基础及其上回填土的总重kN Ad G G 4.1582.26.3120=⨯⨯⨯==γ基底平均压力kPa A G F P 2.12916.34.1587.306=⨯+=+=[4]基底处的土的自重应力kPa d m c 6.392.218=⨯==γσ 平均附加压力kPa P P6.896.392.129=-=-=σ，近似取90kPa [5]2、确定n zz=10.8m 范围内的计算沉降量mm s i 81.195'=∑∆，相应于z=9m 至z=10.8m 土层的计算沉降量mm s i 77.4'=∆<mm 9.481.195025.0=⨯，满足要求，故确定计算深度n z =10.8m 。
3、确定s ϕ计算n z 深度范围内压缩模量的当量值s E __MPa EA A s nsiin iE 18.25.1472.649.75.381.572.65.372.481.55.339.372.45.377.139.35.278.149.7)/(/11__=-+-+-+-+-+=∆∆=∑∑ [9] 查表（当ak f P 75.00<）得42.132.05.11.04.1=⨯+=s ϕ [10] 4、计算最终沉降量mm s s ni i s 3.27881.19542.11'=⨯=∆=∑=ϕ《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002p26页表5.3.4得体型简单的高层建筑基础的平均沉降量为200mm ，所以沉降不满足要求。
五、确定基础底面尺寸根据题目要求地基经过处理使得地基承载力设计值达到150kPa ，两端为边柱、角与边柱需考虑100kN ·m 的力矩荷载1、按中心荷载的公式试求基底面积中轴线上沿长度方向取1m 为计算单元的线荷载m kN F k /7.306562)120016001800(=⨯⨯++=基底宽度应为m d f F b G a k 1.22.2201507.306=⨯-=-=γ,取基础宽度为3m所以可以不改变承载力设计值。
2、基础高度的确定选用混凝土强度等级为C25，2/9.11mm N f c = 计算简图如图6-1所示图6-1I-I 截面距基础边缘的距离为m b I 3.1)4.03(5.0=-⨯= 验算截面的剪力设计值，有m kN N b b V I I /780180033.1=⨯==基础的计算有效高度为mm f V h c I 9369.1107.078007.00=⨯=≥为了增加刚度基础高度宜为株距的1/4～1/8,取基础的高度为1000mm基础边缘高度取300mm ，基础高度取700mm ， 有效高度mm mm h 965)351000(0=-=，满足要求 基础尺寸如图所示六、地基处理后的沉降验算1、计算基础的基底平均附加应力m kN F k /8.27825.1562)120016001800(=⨯+⨯⨯++=基础及其上回填土的总重kN Ad G G 1422.23120=⨯⨯⨯==γ基底平均压力kPa A G F P 9.136131328.278=⨯+=+= 基底处的土的自重应力kPa d m c 54318=⨯==γσ平均附加压力kPa P P9.82549.136=-=-=σMPa EA A s nsiin iE 5.35.1409.513.65.398.109.55.2098.113.6)/(/11__=-+-+-=∆∆=∑∑ 查表（当ak f P 75.00<）得03.15.05.11.00.1=⨯+=s ϕ mm s s i s 1306.12603.1'=⨯=∑∆=ϕ 满足沉降要求。
七、用倒梁法计算内力分布条形基础的端部宜向外伸出，其长度宜为第一跨距的0.25倍。
即mm 150025.06000=⨯1、基地单位净反力即m kN F k /8.27825.1562)120016001800(=⨯+⨯⨯++=2、求固端弯矩计算简图如图7-1所示图7-1m kN M M M M D A AD B A AB /6.4135.18.278211002''''=⨯⨯--==-=-=m kN M M A B BA /6.125468.278812''-=⨯⨯-=-=m kN M M M M M M B C CB C C CC C B BC /4.83668.2781212''''''=⨯⨯==-===-=3、求弯矩分配系数设6EI i =则43.043i3''=+==BA ii A B μμ57.043i4''=+==ii C B BC μμ 5.044i4'''=+====ii B C CB C C CC μμμμ 4、力矩分配见表7-1m kN ⋅=⨯32.4966.4132.1 m kN ⋅=⨯76.6203.5172.1 5、弯矩图和剪力图八、弹性地基梁法1、确定地基的基床系数和梁的柔度指数 由经验数值法查表得基床系数3/5000m kN k s = [11] 集中基床系数 kPa bk s 1500050003=⨯=2637101.5129.03108.2m kN EI ⋅⨯=⨯⨯⨯=柔度指数 146165.0101.5415000-=⨯⨯=m λ [12] πλ>=43.5L 故属于无限长梁。
1)、第一跨跨中弯矩与基底净反力的计算其中x)sin +x (cos e =x -λλλx A ，x e B x x λλsin -=，)sin (cos x x e C x x λλλ-=-，x e D x x λλcos -=，x C P M λ401=，x D MM 202= [13]7)其他跨及支座处的弯矩可由对称性得。
弯矩图如图所示九、基础配筋1) 纵筋计算：根据倒梁法求得的内力配筋混凝土强度等级为C25，2/9.11mm N f c = 钢筋采用二级钢筋2/300mm N f y =m kN M ⋅=0.1061max032.096530009.110.1100.106126201=⨯⨯⨯⨯==bh f Mc s αα 55.0032.0211=<=--=b s ζαζ，可以。
984.05.01=-=ζγs2605028965984.0300101061mm h f MA s y s =⨯⨯⨯==γ 选用17B 20,25338mm A s =同样的方法算出其他各点所需要的钢筋，详细见表10-1 其中201bh f M c s αα=，s αξ211--=，ξγ5.01-=s ，0h f M A s y s γ=全部贯通，底部通长钢筋不小于底部受力钢筋截面总面积的1/3。
将 的钢筋通长布置，其他钢筋根据构造截断。
验算通长钢筋率： ，满足要求。
2) 板底横向钢筋计算根据前面算出的剪力设计值kN V 1.221max =求弯矩设计值m kN Vb M ⋅=⨯⨯==9.3754.31.2212121 [14] 基础每延米的受力钢筋截面面积为：260s 19477153009.0109.3759.0mm h f M A y =⨯⨯⨯== [15] 选配受力钢筋B 16@100,22011mm A s =十、参考资料：1、《建筑地基基础设计规范》GB50007-20022、罗晓辉主编《基础工程设计原理》华中科技大学出版社2006年3、东南大学、浙江大学、湖南大学、苏州城建环保学院编《土力学》中国建筑工业出版社2001年第一版[ 1]《基础工程设计原理》P17 表2-7承载力修正系数[ 2]《基础工程设计原理》P16 (2.5)式[ 3]《基础工程设计原理》P21 (2.11)式[ 4]《土力学》P67 (3-5)式[ 5]《土力学》P69 (3-11)式[ 6]《土力学》P84表3-10均布条型荷载下的附加应力系数[ 7]《土力学》P94 (4-5)式[ 8]《土力学》P117 (5-4)式[ 9]《土力学》P119 (5-10)式[10]《土力学》P119 表5-3沉降计算经验系数[11]《基础工程设计原理》P71 表3-4基床系数k的数值法[12]《基础工程设计原理》P62 (3.18)式[13]《基础工程设计原理》P64 表3-2无限长梁和半长梁的变形、内力计算表[14]《基础工程设计原理》P55 (3.5)式[15]《基础工程设计原理》P55 (3.6)式。
