柱下独立基础设计

课程设计说明书

课程名称： 基础工程课程设计 设计题目： 柱下独立基础设计 专 业： 建工 班 级：建工0903 学生姓名: 邓炜坤 学 号: ********** ****: * * *

湖南工业大学科技学院教务部 制

2011年 12 月 1 日

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引 言

“土力学与地基基础”课程是土木工程专业及相关专业的主干课

程，也是重要的专业课程。“土力学与地基基础课程设计”是“土力学与地基基础”课程的实践教学环节，着手提高学生的综合应用能力，主要为了巩固与运用基础概念与基础知识、掌握方法以及培养各种能力等诸多方面。

作为建筑类院校专业课的一种实践教学环节，课程设计师教学计划中德一个有机组成部分；是培养学生综合运用所学各门课程的基本理论、基本知识和基本技能，以分析解决实际工程问题能力的重要步骤；是学生巩固并灵活运用所学专业知识的一种比较好的手段；也是锻炼学生理论联系实际能力和提高学生工程设计能力的必经之路。

课程设计的目的是：

1.巩固与运用理论教学的基本概念和基础知识 2.培养学生使用各种规范及查阅手册和资料能力 3.培养学生概念设计的能力 4.熟悉设计步骤与相关的设计内容 5.学会设计计算方法 6培养学生图子表达能力 7.培养学生语言表达能力

8.培养学生分析和解决工程实际问题的能力

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目 录

一、设计资料 二、独立基础设计

1、 选择基础材料 2、 选择基础埋置深度 3、 计算地基承载力特征值 4、 初步选择基底尺寸 5、 验算持力层的地基承载力 6、 软弱下卧层的验算 7、 计算基底净反力 8、 验算基础高度

9、 基础高度（采用阶梯形基础） 10、 地基变形验算 11、 变阶处抗冲切验算 12、 配筋计算 13、 基础配筋大详图

14、 确定A、B两轴柱子基础底面尺寸 15、 A、B两轴持力层地基承载力验算 16、 设计图纸

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柱下独立基础课程设计

一、设计资料

3号题○B轴柱底荷载：

○1柱底荷载效应标准组合值：FK=1720KN，MK=150KN·m，VK=66KN。 ○2柱底荷载效应基本组合值：F=2250KN，M=195KN·m，V=86KN。 持力层选用○4号土层，承载力特征值fak=240kPa，框架柱截面尺寸为500mm×500mm，室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。

二、独立基础设计

1.选择基础材料

基础采用C25混凝土，HPB235级钢筋，预估基础高度0.8m。 2.选择基础埋置深度

根据柱下独立基础课程设计任务书要求和工程地质资料选取。 ① 号土层：杂填土，层厚约0.5m，含部分建筑垃圾。

② 号土层：粉质粘土，层厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130kPa。 ③ 号土层：粘土，层厚1.5m，稍湿，承载力特征值fak=180kPa。 ④ 号土层：细砂，层厚3.0m，中密，承载力特征值fak=240kPa。 ⑤ 号土层：强风化砂质泥岩，很厚，中密，承载力特征值fak=300kPa。 拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性，地下水位深度：位于地表下1.5m。

4号土层为持力层，所以考虑取基础地面高时最好至持力层下0.5m，本设计取○

取室外地坪到基础地面为0.5+1.2+1.5+0.5=3.7m。由此得到基础剖面示意图如下图所示。

4

基础剖面简图

3.求地基承载力特征值fa

根据细沙e=0.62，查表得b=2.0，d=3.0。 基地以上土的加权平均重度为

m180.5201（20-10）0.29.41.5110.5=13.68KNm3

3.7持力层承载力特征值fa（先不考虑对基础宽度修正）为

fafak+mηd（d-0.5)=240+3.0×13.68×(3.7-0.5)=371.33KPa

上式d按室外地面算起。 4.初步选择基础尺寸

取柱底荷载标准值：FK=1720KN，MK=150KN·m，VK=66KN。 计算基础和回填土GK 时的基础埋置深度为

1d=(3.74.15)=3.925m 2基础底面积为

A0=

Fk17205.46m2

faGd371.332.2101.72520由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即

5

A=1.2A0=1.2×5.46=6.56m

2

初步选定基础地面面积Alb2.82.46.72m2，且b=2.4m<3m不需要再对fa 进行修正。

5.验算持力层地基承载力 基础和回填土重为

GkGdA(2.5101.72520)6.56390.32KN

偏心距为

ekMk150660.8202.8l0.096m<0.47m

FkGk1720390.322110.326pkmin>0，满足要求。 基地最大压力：

PkmaxFkGk6e1720390.3260.096(1k)(1)387.95kPa<1.2fa

Al6.562.8(=445.60kPa)

所以，最后确定基础底面长2.8m，宽2.4m。 6.计算基地净反力

取柱底荷载效应基本组合值：F=2250KN，M=195KN·m，V=86KN。 净偏心距为

en0M195860.8=0.12m N2250基础边缘处的最大和最小净反力为

maxPnnmin6eF225060.12421.82kPa(1n0)(1)247.77kPa lbl2.82.8

7.基础高度（采用阶梯型基础） 柱边基础截面抗冲切验算（如下图）

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冲切验算简图（柱下冲切）

冲切验算简图（变阶处冲切）

l=2.8m，b=2.4m，atbc0.5m,ac0.5m。初步选定基础高度h=800mm，分两个台阶，每个台阶均为400mm。h0=800-（40+10）=750mm（有垫层），则

abat2h00.51.52m取ab2m.因此，可得amatab50020001250mm 22因偏心受压，pn取pnmax=421.87kPa，所以冲切力为

labbFlPnmax[(ch0)b(ch0)2]22222.80.52.40.5421.87[(0.75)2.4(0.75)2]2222 388.12KN抗冲切力为

7

1×1.25×103×1.25×0.75=820.31KN>323.44KN 0.7hpftamh00.7×

满足要求。 8.变阶处抗冲切验算 由于有

atb11.2m，a11.4m，h0140050350mm

所以

abat2h011.220.351.9取ab1.9m。因此，可得

am冲切力为

atab1.21.91.55m 22labbFlPnmax[(1h0)b(1h0)2]22222.81.42.41.2421.87[(0.35)2.4(0.35)2]

2222329.06KN抗冲切力为

0.7hpftamh00.711.251031.551.35474.69KN>329.06KN

满足要求。 9.配筋计算

8

选用HPB235级钢筋，fy210Nmm2。

（1）基础长边方向。对于Ⅰ-Ⅰ截面（柱边），柱边净反力为

lac(pnmaxpnmin)2l2.80.5247.77(421.87247.77)

5.6247.77102.59pnIpnmin350.36kPa11悬臂部分净反力平均值为(pnmaxpnI)(421.87350.36)386.12kPa

22弯矩为

1PnmaxPnI()(lac)2(2bbc)242

386.122.325.3451.07KNm24MI9

MI451.07106AsI3182.1mm2

0.9fyh00.9210750对于截面Ⅲ-Ⅲ（变阶处），有

la1(pnmaxpnmin)2l2.81.4247.77174.1

5.6448.66kPapnIIIpnmin1PnmaxPnIII()(la1)2(2bb1)242

448.66421.871.426.0223.08KNm242MIIIMIII223.08106AsI1573.8mm2

0.9fyh010.9210350比较AsI和AsIII,应按AsI配筋，实际配16φ16@135

As=3217.6mm2>3182.1mm2

（2）按基础短边方向。因为该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取

pn1(pnmaxpnmin)21(421.87247.77) 2334.82kPa对于Ⅰ-Ⅰ截面（柱边） 弯矩为

pn(bbc)2(2lac)24334.82(2.41.5)2(5.60.5)

24307.21KNmMIIMII307.21106AsII2167.3mm2

0.9fyh00.921075010

对于ⅠV-ⅠV截面（变阶处） 弯矩为

pn(bb1)2(2la1)24334.82(2.41.2)2(5.61.4)

24140.62KNmMIVAsIVMIV140.621062125.8mm2 0.9fyh010.9210350比较AsII和AsIV,应按AsII配筋，实际配11φ16@200

As=2212.1mm2>2167.3mm2

10.基础配筋大样图 基础配筋大样图如下图所示

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±0.000-0.450预留插筋同柱配筋图2Ф83350-3.35010040040080021C10混凝土垫层B-B-4.15012

11.确定○A、○C轴柱子基础底面尺寸

由柱下独立基础课程设计任务书得：3号题○A、○C两柱子基底荷载分别如下。 A轴：FK=1090KN，MK=190KN·m，VK=62KN。 ○

C轴：FK=1:312KN，MK=242KN·m，VK=57KN。 ○

由前面计算得持力层承载力特征值fa371.33kPa，计算基础和回填土重Gk时的基础埋深d=3.925m，○A轴基础底面积为

A0FkfaGd1090371.332.2101.72520 3.46m2基础底面积按20%增大，即

A1.2A01.23.464.15m2

初步选定基础地面面积为Alb2.42.04.8m2（大于4.15m2），且b<3m，不需要再对fa进行修正。 C轴基础底面面积为 ○

A0FkfaGd1312

371.332.2101.725204.17m2基础底面积按20%增大，即

A1.2A01.24.175.00m2

初步选定基础地面面积为Alb2.62.25.72m2（大于5.00m2），且b<3m，不需要再对fa进行修正。

12.○A、○C两轴持力层地基承载力验算

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A轴，基础和回填土重为

GkGdA(2.2101.17520)4.8271.2KN

偏心距为

ekMk190620.8239.6l0.18m<0.37m

FkGk1090271.21361.26pkmin>0，满足要求。基础最大压力：

PkmaxFkGk6e1090271.260.18(1k)(1)422.54kPa<1.2fa Al4.82.8所以，最后确定基础地面长2.4m，宽2.0m。 C轴，基础和回填土重为 ○

GkGdA(2.2101.17520)5.72323.18KN

ekMk242570.8287.6l2.60.17m<0.43

FkGk1312323.181635.1866pkmin>0，满足要求。基础最大压力：

PkmaxFkGk6e1312323.1860.17(1k)(1)397.30kPa<1.2fa Al5.722.6所以，最后确定基础地面长2.6m，宽2.2m。 13.设计图纸

根据以上的计算，可以绘制出基础平面布置图和B轴柱子基础大样图，如下图所示。

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基础平面图

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±0.000-0.450预留插筋同柱配筋图2Ф83350-3.35010040040080021C10混凝土垫层B-B-4.15016

设计说明：

1、0.000相当于绝对标高建筑图。

2、本工程持力层选4号土层，地基承载力特征值fak240kPa。 3、基坑开挖后需通知甲方及勘察单位验槽，符合要求后方可施工垫层。 4、材料：混凝土C25，钢筋HPB235. 5、保护层40mm。

6、垫层做法：混凝土C10.厚100mm，出基础边100mm。 7、未尽事宜，请按现行相关规范执行。

主要参考文献：（要求按国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》书写）

[1] 赵明华.土力学与基础工程.第3版.武汉：武汉理工大学出版社，2009 [2] 周景星.基础工程. 第2版.北京：清华大学出版社，2007

[3] 吴培明.混凝土结构(上).第2版.武汉：武汉理工大学出版社，2003 [4] 《建筑结构荷载规范》（GB 50009——2001）.中国建筑工业出版社，2002 [5] 《建筑地基基础设计规范》（GB 50007——2002）.中国建筑工业出版社2002 [6] 《混凝土结构设计规范》（GB 50010——2001）.中国建筑工业出版社，2002 [7] 程小川，周莉莉.土木工程专业 土力学与地基基础课程设计指南. 第1版.

北京：中国水利水电出版社，2009

[8] 将隆敏，刘锡军.混泥土结构设计原理. 第1版.长沙：中南大学出版

附录

最后感谢周老师的指导

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课程设计任务书

课程名称： 基础工程课程设计 设计题目： 柱下独立基础设计

专 业： 建工 班级：建工0903 学生姓名: 邓炜坤 学 号: 0912080319 起迄日期: 2011年11月28日 ~2011年 12月2日 指导教师: 周 友 香

湖南工业大学科技学院教务部 制

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课程设计任务书

1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 一、设计题目 柱下独立基础设计 二、设计资料 1、地形 拟建建筑场地已经四通一平（包括场地平整）。 2、工程地质条件 自上而下依次如下: ① 号土层：杂填土，层厚约0.5m，含部分建筑垃圾。 ② 号土层：粉质粘土，层厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130kPa。 ③ 号土层：粘土，层厚1.5m，稍湿，承载力特征值fak=180kPa。 ④ 号土层：细砂，层厚3.0m，中密，承载力特征值fak=240kPa。 ⑤ 号土层：强风化砂质泥岩，很厚，中密，承载力特征值fak=300kPa。 3、岩土设计技术参数 地基岩土物理力学参数如表1所示 表1 土 层 编 号 ① 杂填土 18 20 19.4 21 22 土的名称 重度γ （kN/m） 3孔 隙 比 液性 粘聚 内摩 指数 力c Il 压缩 标准贯入 N 6 11 16 22 承载力 特征值 fak (kPa) 130 180 240 300 擦角ø 模量Es 锤击数 e (kPa) （°） (MPa) 34 25 13 23 30 7.5 8.2 11.6 18 ② 粉质粘土 ③ ④ ⑤ 粘土 细砂 强风化砂质 泥岩 0.65 0.84 0.58 0.78 0.62 4、水文地质条件 （1）拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。 （2）地下水位深度：位于地表下1.5m。 5、上部结构荷载资料 拟建建筑物是多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为500mm×500mm，室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm柱网布置如图1所示。 19

250250 C250 6600120005400250250B2502506000250250600025025060003000025025060002502506000250250 123456图1 柱网平面布置图 6、上部结构作用 上部结构作用在柱底的荷载效用标准组合值如表2所示，上部结构作用在柱底的荷载效用基本组合如表3。 表2 柱底荷载效用标准组合值 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 20

Fk A轴 ○B轴 ○C轴 ○A轴 ○Mk B轴 ○C轴 ○A轴 ○Vk B 轴○C轴 ○975 1032 1090 1150 1218 1282 1339 1402 1500 1598 1360 1460 1548 1615 1720 1815 1873 1883 1970 2057 2100 2205 2030 2098 1187 1252 1312 1370 1433 1496 1560 1618 1650 1727 1590 1635 140 164 190 210 235 257 284 301 330 365 250 280 100 125 150 175 193 218 242 266 295 309 252 275 198 221 242 271 297 325 355 377 395 428 360 390 46 55 62 71 80 86 96 102 112 120 100 105 48 60 66 73 83 90 95 104 109 117 98 108 250A44 52 57 67 74 83 89 98 110 114 92 102 表3 柱底荷载效用基本组合 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Fk A轴 ○B轴 ○C轴 ○A轴 ○Mk B轴 ○C轴 ○A轴 ○Vk B 轴○C轴 ○1268 1342 1418 1496 1584 1667 1741 1823 1950 2078 1768 1898 2012 2100 2250 2360 2435 2448 2562 2674 2730 2866 2639 2727 1544 1627 1706 1782 1863 1945 2028 2104 2145 2245 2067 2126 183 214 248 274 306 334 369 391 429 455 325 364 130 163 195 228 251 284 315 346 384 402 328 358 258 288 315 353 386 423 462 491 514 557 468 507 60 72 81 93 104 112 125 133 146 156 130 137 62 78 86 95 108 117 124 136 142 153 127 140 58 67 74 88 96 108 116 128 143 149 120 133 7、材料 混凝土强度等级为C25~C30，钢筋采用HPB235、HRB335级。 8、地基基础等级：丙级。 三、设计要求 每人根据所在的班级组号和题号（另见课程设计计划表）采用相应设计资料，保质保量按时完成组号和题号中指定轴线的基础设计。对于另外两个轴线的基础，只要求根据所给荷载确定基础底面尺寸，以便画出基础平面布置施工图。要求分析过程详细（例如下卧层承载力和沉降变形是否需要验算和计算，也要说明分析过程，参照课程设计指南指导书），计算步骤完整；设计说明书的编写应具有条理性，层次分明；图纸整洁清晰，布局合理。 四、设计内容 （1）设计柱下独立基础，包括确定基础埋置深度、基础底面尺寸，承载力验算，沉降变形计算，对基础进行结构内力分析、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、独立基础大样图，并提出必要的技术说明。 21

2．对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕： （1） 设计计算书 【封面-目录-设计计算内容-参考文献-附录（包括任务书和钢筋选用表等设计依据资料）致谢-封底——用A4纸打印装订】 ①确定地基持力层的基础埋置深度 ②确定基础底面尺寸,验算地基承载力（包括下卧层的验算） ③地基变形验算（如不需要验算，也要说明分析过程） ④对基础进行抗冲切承载力验算,确定基础高度 ⑤对基础进行正截面受弯承载力验算,确定基础底板配筋 （长向和短向的台阶及柱边截面都要有计算过程） （2） 设计图纸 依据国家制图标准《房屋建筑制图标准》（GB/T50001-2001）和《建筑结构制图标准》（GB/T50105-2001），采用铅笔手绘（用A1图幅），设计内容满足规范的要求，图面布置合理，表达正确，文字规范，线条清楚，达到施工图的要求。 ①基础平面布置图，比例1:100 ②独立基础大样图，比例1:10~1:20 ③设计说明 注意：凡不符合《房屋建筑制图标准》（GB/T50001-2001）和《建筑结构制图标准》（GB/T50105-2001），图纸表达不清、不正确、结构构造关系混乱和文字不规范者，一律返工重画。 3．主要参考文献：（要求按国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》书写） [1] 赵明华.土力学与基础工程.第3版.武汉：武汉理工大学出版社，2009 [2] 周景星.基础工程. 第2版.北京：清华大学出版社，2007 [3] 吴培明.混凝土结构(上).第2版.武汉：武汉理工大学出版社，2003 [4] 《建筑结构荷载规范》（GB 50009——2001）.中国建筑工业出版社，2002 [5] 《建筑地基基础设计规范》（GB 50007——2002）.中国建筑工业出版社，2002 [6] 《混凝土结构设计规范》（GB 50010——2001）.中国建筑工业出版社，2002 [7] 程小川，周莉莉.土木工程专业 土力学与地基基础课程设计指南. 第1版.北京： 中国水利水电出版社，2009 注：还可以加上自己参考的资料 22

4．课程设计工作进度计划： 序号 起迄 日期 周一 1 1、学习任务书，明确设计任务和目的； 2、参考设计指南理清设计步骤和内容，查找和阅读相关参考资料； 3、做好其他计算、绘图各种准备工作。 周二 2 编写设计计算书： 1、简述工程概况和设计资料； 2、选择基础材料，选择地基持力层，确定基础的埋置深度； 3、计算地基承载力； 4、确定基础底面尺寸。 周三 3 5、验算软弱下卧层的承载力； 6、地基变形验算； 7、对基础进行抗冲切承载力验算,确定基础高度； 8、对基础进行正截面受弯承载力验算,确定基础底板配筋。 4 周四 周五 5 9、绘制施工图，包括基础平面布置图、独立基础大样图，并提出必要的技术说明和施工说明；中间检查。 1、整理完善计算书，达到课程设计任务书的质量深度要求，按时交设计成果； 2、做好课程设计答辩的准备（有必要时进行）。 指导教师签名 日期： 2011年 11月 18日 工 作 内 容 注意：施工图纸标题栏格式： 18088816工程名称姓 名班 级指导老师柱下独立基础课程设计图 号11此处写图名2590图 别日 期结 施2011.112023

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