某独立基础设计 (详细计算过程)

1 一、课程设计任务书

（一）设计题目

柱下钢筋混凝土独立基础设计

（二）工程概况

某五层两跨钢筋混凝土框架结构车间，柱网平面布置见附图1-1，柱截面尺寸bc×ac=400×600mm，各柱相应于荷载效应标准组合、基本组合及准永久组合时作用于基础顶面荷载，见表1-1。

表1-1 柱底荷载效应标准组合值

题号 Fk(kN) Mk (kN•m) Vk (kN)

A轴 B轴 C轴 A轴 B轴 C轴 A轴 B轴 C轴

1 975 1548 1187 140 100 198 46 48 44

2 1032 1615 1252 164 125 221 55 60 52

3 1090 1730 1312 190 150 242 62 66 57

4 1150 1815 1370 210 175 271 71 73 67

5 1218 1873 1433 235 193 297 80 83 74

6 1282 1883 1496 257 218 325 86 90 83

7 1339 1970 1560 284 242 355 96 95 89

8 1402 2057 1618 231 266 377 102 104 98

9 1534 2140 1677 335 288 402 109 113 106

10 1598 2205 1727 365 309 428 120 117 114

注：弯矩作用于跨度方向，且各轴线弯矩的作用方向相同。

可近似的取荷载效应基本组合的设计值为标准组合的1.35倍，荷载效应准永久组合的设计值为标准组合的0.8倍。

（三）工程地质资料

1．土层分布（自上而下）

（1）人工填土，稍湿，松散，含煤灰，厚1.5 m，天然容重γ=19.2kN/m3；

（2）粉质粘土，呈黄褐色，可塑，厚5.0 m，天然容重γ=18.8kN/m3，压缩模量ES=5.1Mpa，地基承载力特征值fak=230kN/m2；

阶梯基础计算（J-1）

项目名称_____________日 期_____________

设 计 者_____________校 对 者_____________

一、设计依据

《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2002)①

《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2010)②

二、示意图

三、计算信息

构件编号: JC-1 计算类型: 验算截面尺寸

1. 几何参数

台阶数 n=2

矩形柱宽 bc=700mm 矩形柱高 hc=900mm

基础高度 h1=300mm

基础高度 h2=400mm

一阶长度 b1=250mm b2=300mm 一阶宽度 a1=300mm a2=300mm

二阶长度 b3=250mm b4=300mm 二阶宽度 a3=300mm a4=300mm

2. 材料信息

基础混凝土等级: C30 ft_b=1.43N/mm2 fc_b=14.3N/mm2

柱混凝土等级: C30 ft_c=1.43N/mm2 fc_c=14.3N/mm2

钢筋级别: HRB335 fy=300N/mm2

3. 计算信息

结构重要性系数: γo=1.0

基础埋深: dh=1.500m

纵筋合力点至近边距离: as=40mm

基础及其上覆土的平均容重: γ=20.000kN/m3

最小配筋率: ρmin=0.100%

Fgk=176.780kN Fqk=0.000kN Mgxk=141.340kN*m Mqxk=0.000kN*m

Mgyk=0.000kN*m Mqyk=0.000kN*m

Vgxk=54.380kN Vqxk=0.000kN

Vgyk=0.000kN Vqyk=0.000kN

永久荷载分项系数rg=1.20

可变荷载分项系数rq=1.40

1、基本参数

（1）独立基础的选择矩形截面，假定矩形边长关系：b=na，n≥1；

（2）地基土承载力特征值fak=180KN/m2，根据实际情况确定；

（3）混凝土容重r=26KN/m3；

（4）计算高度H；

2、承载力修正

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中5.2.4规定：当基础宽度若大于

3m或者埋置深度大于0.5m，需要从载荷试验或者原其他位测试、经验值等方法

确定的地基承载力特征值，尚应按照下式修正：

𝑓

𝑎=𝑓

ak+𝜂

b𝛾(b−3)+𝜂

d𝛾

𝑚(d−0.5)

式中：

fa—修正后的地基承载力特征值（Kpa）

f

ak—地基承载力特征值（KPa），根据现场实际情况确定；

𝜂

b、𝜂

d—基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数，按基底土的类别

查找取值，查《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011表5.2.4确定取值；

𝛾—基础底面以下土的重度（KN/m2），通过查询工程地质手册，一般选

择20KN/m2；

b—基础底面宽度（m），当基础底面宽度小于3m时按照3m取值，大

于6m时按照6m取值；，位于地下水位以下的土层取有效重度；

𝛾

𝑚—基础底面以上土加权平均重度（KN/m3）

d—基础埋置深度（m）宜自室外地面标高算起。在填方整平地区，可

自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高

算起，对于地下室，当采用箱形基础和筏基时，基础埋置深度自室外地面标

高算起；当采用独立基础和条形基础时，应从室内地面标高算起。

3、基础底面尺寸

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中5.2承载力计算公式可知：

P

𝑘max=𝐹

𝑘+𝐺

𝑘𝐴+𝑀

𝑥𝑘

𝑊

𝑥+𝑀

𝑦𝑘

𝑊

𝑦

P

𝑘min=𝐹

𝑘+𝐺

𝑘𝐴−𝑀

𝑥𝑘

𝑊

𝑥−𝑀

𝑦𝑘

𝑊

𝑦

式中：

𝑀

𝑘—作用于基础地面的力矩（KN·m）；

W—基础底面的抵抗矩，矩形：W=ab26（a为一边边长），圆形：W=πna332；

单独基础：

又称独立基础。用于单柱或高耸构筑物并自成一体的基础。它的型式按材料性能和受力状态选定。平面形式一般为圆形或多边形。但除了自重和竖直活载以外，风荷载是高耸构筑物的主要设计荷载，为了使基础在各个方向具有大致相同的抗倾覆稳定系数，采用圆形基础最为合适。由于这类构筑物的重心很高。基础有少量倾斜就会使荷载的偏心距加大，从而导致倾斜的进一步发展。因此这类基础变形用容许倾斜来控制。当软土地基上的倾斜超过限值时，经常采用桩基础。

基础介绍：

单独基础，也称独立式基础或柱式基础。当建筑物上部结构采用框架结构或单层排架结构承重时，基础常采用方形或矩形的单独基础，其形式有阶梯形、锥形等。单独基础有多种形式，如杯形基础、柱下单独基础和柱下单独基础。当柱采用预制钢筋混凝土构件时，则基础做成杯口形，然后将柱子插入，并嵌固在杯口内，故称杯形基础。柱下单独基础：单独基础是柱基础最常用、最经济的一种类型，它适用于柱距为4-12m，荷载不大且均匀、场地均匀，对不均匀沉降有一定适应能力的结构的柱做基础。它所用材料根据柱的材料和荷载大小而定，常采用砖石、混凝土和钢筋混凝土等。在工业与民用建筑中应用范围很广，数量很大。这类基础埋置不深，用料较省，无需复杂的施工设备，地基不须处理即可修建，工期短，造价低因而为各种建筑物特别是排架、框架结构优先采用的一种基础型式。墙下单独基础：当地基承载力较大，上部结构传给基础的荷载较小，或当浅层土质较差，在不深处有较好土层时时，为了节约基础材料和减少开挖土方量可采用墙下单独基础。墙下单独基础的经济跨度为3-5m，砖墙砌在单独基础上边的钢筋混凝土梁上。

设计与施工：

地基基础设计是建筑物一个重要的组成部分。首先，从工程质量来看，如果基础设计不当将造成墙体和楼(屋)盖的开裂或建筑物倾斜，甚至倒塌的现象；其次，从工程造价方面来考虑，一般基础约占整个建筑物总造价20%～30%；再就从工程量和工期上看，基础在整个工程中占比也很大。因此，为了确保建筑物的安全耐用、经济合理及缩短工期，搞好基础设计具有重大意义。为了保证建筑物的安全使用，同时充分发挥地基的承载力，地基基础设计应满足地基具有足够的强度和稳定性，另外还要保证地基的变形值在允许范围内。在地基基础设计中，必须充分考虑场地的地质资料、建筑物的使用要求、上部结构的特点及作用在基础上的荷载、施工条件等各种因素，还要遵守国家制定的有关设计规范，结合具体情况，因地制宜来确定合理的设计方案。设计基础时，由地基是否经过人工加固分为人工地基和天然地基。在一般情况下应充分利用天然地基，因它具有施工简单、造价经济，通常还能缩短工期。基础构造类型的选用，与上部结构有着密切关系，同时还与地基土的承载能力、荷载性质（除垂直力外，还有水平力、上拔力等）和基础埋深有关。在具体设计中，通常采用墙下浆砌毛石条形基础和墙下、柱下的钢筋混凝土条形基础；柱下的独立基础、墙梁下的墙下单独基础、筏片基础、独立构筑物的大块基础、深基础中的桩基础等。