1、土 木 工 程 专 业基础工程课程设计指导书山东理工大学土木工程系2014 年 6 月目 录1 前 言 .11.1 地基基础设计的目的与任务 11.2 地基基础的设计内容 11.3 基础工程课程设计的基本要求 32 设计题目：柱下独立基础设计 .43 设计题目：预制桩设计 .84 设计指南 114.1 设计计算说明书的主要内容 114.2 设计计算说明书的章节划分和内容组织 124.3 设计主要步骤 124.3.1 基础位置、埋深及以下土层的确定 124.3.2 基础形式的确定 124.3.3 扩展基础设计步骤 124.3.4 桩基础设计步骤 124.3.5 施工图绘制 134.4 具体要求-
2、1311 前 言基础工程是土木工程专业的学科基础课，在土木工程学科的知识体系中占据了重要地位。基础工程课程的特点在于它以较多的力学课程为基础，以土层中的复杂的基础结构为研究对象，又涉及到建筑、交通、水电等多个工程领域，这就决定了课程具有内容杂、概念多和理论较深的特点，加之学时数较少和本科学生普遍缺少工程知识，故同学们往往感到比较难学。课程设计对理解和掌握工程基本原理具有十分重要的作用，也是同学们由理论学习通往工程实践的一座桥梁。基础工程的知识来源于工程实践，反过来又对工程实践具有指导作用。同学们在本科学习期间参与工程实践的机会是十分有限的，因而应该重视课程设计给同学们提供的动手机会，通过课程设
3、计更好地理解和巩固学习到的各种理论和方法，有意识地培养自己的工程意识和解决实际工程问题的能力。为了帮助同学们更好地完成本次课程设计，下面从课程设计的角度对地基基础设计的内容和方法做一个小结。1.1 地基基础设计的目的与任务地基和基础是建筑体系的重要组成部分。因为基础埋置于地基之中，两者之间密切相关，设计时必须认真考虑其相互间的影响，所以在实际工作中通常将两者合并在一起进行设计。地基基础设计的目的是根据上部结构的使用功能和结构形式在确定的场地条件下选择适宜的地基基础方案并确定其技术细节，使设计的地基基础在预定的使用期限内和规定的使用条件下能够安全正常地工作，在此基础上满足降低造价和保护环境的要求
4、。地基基础设计的总体目标可以概括为：安全适用、技术先进、经济合理、确保质量和保护环境。1.2 地基基础的设计内容地基基础的设计内容通常包括：1收集相关的设计资料，通常有：（1）上部结构的类型、安全等级和平面尺寸；2（2）地基勘察资料；（3）作用于基础上的荷载的大小、性质、组合情况及作用位置。2初步确定地基基础的技术方案，包括：（1）确定地基类型和持力层。一般地，当天然地基能满足各项设计要求时，应优先选用天然地基，只有在天然地基不能满足要求时才考虑采用人工地基。持力层的选择及基础埋置深度的确定是一个复杂的问题，应综合考虑多方面的因素确定，在基础工程的教材中对此已有详细的论述，此处不赘述；（2）根
5、据上部结构的类型、荷载的大小与性质和地基持力层的承载力、埋置深度等因素决定基础的类型（浅基础或深基础，刚性基础或钢筋混凝土扩展基础等等）并初步确定基础的尺寸，选择基础的材料；（3）根据地质、水文和施工条件拟定施工方案，如基坑开挖的方式和基础的施工形式等。3地基基础的技术设计，包括：（1）采用浅基础时应进行下列设计和计算：1）地基验算，包括地基持力层和软弱下卧层的承载力验算，必要时还应进行基础沉降和地基基础的稳定性方面的验算；2）确定基础的平面尺寸和立面尺寸，使之满足相关要求；3）采用钢筋混凝土扩展基础、柱下条形基础等柔性基础时尚应计算基础的内力、验算基础的强度并配置钢筋；4）当上述计算不能通过
6、，或设计方案未达理想状态时调整设计方案，重新进行上述各项验算。（2）采用桩基础时应进行下列设计和计算：1）单桩承载力计算。应根据规范的规定采用相应的方法确定单桩的竖向承载力，对于承受水平荷载较大的桩基础，尚应确定单桩的水平承载力；2）根据桩基础的结构形式和受力情况选择适当的方法计算桩顶内力；3）验算单桩承载力是否满足要求；4）根据桩基础的结构形式和受力情况验算群桩基础的承载力，必要时计算基础的沉降；5）当上述计算不能通过，或设计方案未达理想状态时调整设计方案，重新进行上述各项验算。3当设计对象为建筑桩基础时，上述第 3）步和第 4）步可合并为一步。1.3 基础工程课程设计的基本要求由于课时数的
7、限制，在本次课程设计中只要求同学们完成上述设计任务中的一部分。在本指导书的后面列出了若干设计题目，这些题目均来源于工程实际，但根据基础工程课程教学的要求并结合同学们的实际情况进行了简化，目的是帮助同学们尽快上手，以期在课时有限的条件下达到更好的效果。同学们可在任课教师的帮助下选择一个设计题目并确定相应的设计任务，参考后面的设计指南完成本次课程设计。通过本次课程设计，要求同学了解地基基础设计的全过程，掌握一种常用的基础结构和地基的设计计算方法，并具有一定的处理地基基础问题的能力。42 设计题目：柱下独立基础设计设计资料：（1）地形拟建建筑场地平整。（2）工程地质条件自上而下土层依次如下：号土层，
8、杂填土，层厚 0.5m，含部分建筑垃圾。号土层，粉质黏土，层厚 1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值。kPafak130号土层，黏土，层厚 1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值 kPafak180号土层，细砂，层厚 2.7m，中密，承载力特征值 。fk24号土层，强风化砂质泥岩，厚度未揭露，承载力特征值 ka3（3）岩土设计技术参数地基岩土物理力学参数如表 1.1 所示。表 2.1 地基岩土物理力学参数土层编号土的名称重度 )/(3mkN孔隙比 e液性指数 LI粘聚力 c)(kPa内摩擦角 压缩模量 SE)(Ma标准贯入锤击数 N承载力特征值 akf)(P 杂填土 18粉质黏土20 0.65 0.
9、84 34 13 7.5 6 1305 黏土 19.4 0.58 0.78 25 23 8.2 11 180 细砂 21 0.62 30 11.6 16 240强风化砂质泥岩22 18 22 300（4）水文地质条件拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。地下水位于地表下 1.5m，为了保护基础不受人类和其他生物活动等的影响，基础宜埋置在地表以下，其最小埋置深度为 0.5m。（5）上部结构资料拟建建筑物为多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为 。m50室外地坪标高同自然地面，室内外高差 。柱网布置如图 1.1 所示。m450图 2.1 柱网平面图（6）相关数据上部结构作用在柱底的荷载效应标准组合值如
10、表 1.2 所示，上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值如表 1.3 所示。6表 2.2 柱底荷载效应标准组合值kF)(NkM)(mN )(kNV题号轴 A 轴 B 轴 C 轴 A 轴 B 轴 C 轴 A 轴 B 轴 C1 975 1548 1187 140 100 198 46 48 442 1032 1615 1252 164 125 221 55 60 523 1090 1730 1312 190 150 242 62 66 574 1150 1815 1370 210 175 271 71 73 675 1218 1873 1433 235 193 297 80 83 746 1282
11、 1883 1496 257 218 325 86 90 837 1339 1970 1560 284 242 355 96 95 898 1402 2057 1618 311 266 377 102 104 989 1534 2140 1677 335 288 402 109 113 10610 1598 2205 1727 365 309 428 120 117 11411 1652 2267 1789 395 332 461 132 122 12312 1711 2320 1840 421 362 492 143 130 132表 2.3 柱底荷载效应基本组合值F)(kNM)(mkN )
12、(kNV题号轴 A 轴 B 轴 C 轴 A 轴 B 轴 C 轴 A 轴 B 轴 C1 1268 2012 1544 183 130 258 60 62 582 1342 2100 1627 214 163 288 72 78 673 1418 2250 1706 248 195 315 81 86 744 1496 2360 1782 274 228 353 93 95 885 1584 2435 1863 306 251 386 104 108 966 1667 2448 1945 334 284 423 112 117 10877 1741 2562 2028 369 315 462 12
13、5 124 1168 1823 2674 2104 391 346 491 133 136 1289 1995 2783 2181 425 375 523 142 147 13810 2078 2866 2245 455 402 557 156 153 14911 2148 2947 2326 513 431 599 171 158 16012 2224 3016 2392 547 470 639 185 169 171本工程选用 3 号土层为持力层， 。180fakP材料选用：混凝土 C25，钢筋 HPB330、HRB335 级。保护层为 50mm.垫层做法：选用 C10 混凝土，厚度为 1
14、00mm，两边突出基础各 100mm。83 设计题目：预制桩设计设计资料：（1）地形拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。（2）工程地质条件自上而下土层依次如下：号土层：素填土，层厚 1.5m，稍湿，松散，承载力特征值 。kPafa95号土层：淤泥质土，层厚 3.3m，流塑，承载力特征值 。k6号土层，粉砂，层厚 6.6m，稍密，承载力特征值 。fa10号土层，粉质黏土，层厚 4.2m，湿，可塑，承载力特征值 。kPafak5号土层，粉砂层，厚度未揭穿，中密密实，承载力特征值。kPafak280（3）岩土设计技术参数地基岩土物理力学参数如表 3.1 和表 3.2 所示。表 3.1 地基岩土物
15、理力学参数土层编号土的名称孔隙比 e含水量 (%)W液性指数 LI标准贯入锤击数 N压缩模量 SE)(MPa承载力特征值 akf)( 素填土 5.0 淤泥质土 1.04 62.4 1.08 3.8 65 粉砂 0.81 27.6 14 7.5 11089 粉质黏土 0.79 31.2 0.74 9.2 165 粉砂层 0.58 31 16.8 280表 3.2 桩的极限侧阻力标准值 和极限端阻力标准值 单位：skqpkqkPa土层编号土的名称侧阻力 skq端阻力 pk土层编号土的名称侧阻力 sk端阻力 pk 素填土 22 粉质黏土60 900淤泥质土28 粉砂层 75 2400 粉砂 45（4
16、）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 3.5m。（5）上部结构资料拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，室外地坪标高同自然地面，室内外高差 。柱截面尺寸均为 ，横向承重，柱网布置如图 3.1 所示。m40m4010图 3.1 柱网平面布置图其中纵向尺寸为 5A，横向尺寸为 9.6m，A 值取： 。m60（6）相关数据上部结构作用在柱底的荷载效应标准组合值如表 3.3 所示，该表中弯矩 、水kM平力 均为横向方向。上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值如表 3.4 所示，kV该表中弯矩 、水平力 均为横向方向。 MV表 3.3 柱底荷载效应标准组合
17、值kF)(NkM)(mN )(kNV题号轴 A 轴 B 轴 C 轴 A 轴 B 轴 C 轴 A 轴 B 轴 C1 1256 1765 1564 172 169 197 123 130 1122 1350 1900 1640 185 192 203 126 135 1143 1650 2050 1810 191 197 208 132 141 1204 1875 2160 2080 205 204 213 139 149 1345 2040 2280 2460 242 223 221 145 158 1486 2310 2690 2970 275 231 238 165 162 1537 256
18、8 3225 3170 293 248 247 174 179 1658 2760 3550 3410 299 264 256 183 190 1709 2920 3860 3720 304 285 281 192 202 19110 3130 3970 3950 323 302 316 211 223 23011 3200 4060 4020 341 320 335 230 240 270表 3.4 柱底荷载效应基本组合值F)(kNM)(mkN )(kNV题号 A B C A B C A B轴 C11轴 轴 轴 轴 轴 轴 轴 轴1 1580 2630 1910 198 205 241 15
19、0 140 1382 1840 2800 2200 205 210 243 154 145 1403 2130 3080 2490 210 211 223 164 155 1504 2320 3310 2780 215 214 238 181 166 1745 2650 3560 3120 253 228 244 193 175 1886 2910 3790 3430 286 251 266 204 188 1967 3230 4180 3750 303 284 274 212 197 2088 3360 4420 4010 332 315 269 225 224 2169 3680 4690
20、 4230 371 326 301 233 230 22810 3970 5070 4520 393 354 325 242 236 23811 4160 5278 5226 443 416 435 299 312 351（7）混凝土、钢筋等级混凝土的强度等级 C25C30，钢筋采用 HPB330、HRB335 级。4 基础工程课程设计指南4.1 设计计算说明书的主要内容设计计算说明书通常应包含下述内容：（1）工程概况和设计任务。包括：上部结构的类型、尺寸，本人承担的课程设计任务等；（2）地质勘察资料；（3）设计荷载；（4）方案设计。包括：基础选型，尺寸拟定，地基持力层的选取。需要阐明自己的思
21、路和考虑的因素并列出必要的说明；（5）技术设计的过程。包括：计算项目，计算过程和计算结果，方案调整的理由和结果。需要阐明参数选取的理由、考虑的因素并列出必要的说明；（6） 由设计结果形成的施工图，该图手绘完成；124.2 设计计算说明书的章节划分和内容组织可参照下列方式进行设计计算说明书的章节划分和内容组织。第 1 章 概述1.1 设计任务（包括：上部结构的类型、尺寸，本人承担的课程设计任务等）1.2 设计资料1.2.1 地基勘察资料（包括：场地描述，土层描述，土层剖面图，土性指标）1.2.2 设计荷载1.3 设计依据本次课程设计的依据为本课程设计指导书和相关规范。第 2 章 扩展基础设计（或
22、桩基础设计）4.3 设计主要步骤4.3.1 基础位置、埋深及以下土层的确定（1）根据平面图、地质剖面图，可确定出要设计的基础的平面位置。（2）确定出基础的埋深。4.3.2 基础形式的确定此次设计要求分别按扩展基础和桩基础两个方案进行计算设计。4.3.3 扩展基础设计步骤（1）按承载力要求初步拟定基础的平面尺寸（2）进行地基承载力验算，包括：（3）拟定基础高度，并按抗冲切破坏要求进行验算。（4）计算截面弯矩，并配置钢筋。4.3.4 桩基础设计步骤（1）选定桩基类型（2）拟定桩长与桩径。（3）确定单桩承载力。（4）估算桩的根数。13（5）确定承台尺寸及桩的布置方式。（6）验算桩基础的承载力。（7）
23、进行承台的抗冲切和斜截面抗剪计算，验算承台厚度是否符合要求。（8）计算承台截面的弯矩，配置承台的抗弯钢筋。4.3.5 施工图绘制设计结果应表示为施工图。图纸统一用标准 A3 图幅（ 297mm 420mm）。标题栏的形式如下：班 级山东理工大学建筑工程学院姓 名指导教师（图名）日 期标题栏长度设计为 150mm，左起第一栏长 100mm，第二栏和第三栏各长25mm；高度设计为 30mm，各行均分。图纸内容如下：1）基础平面布置图；2）扩展基础配筋详图或桩基础配筋详图。4.4 具体要求按照表 4.1 分配题目，建筑方向同学做柱下独立基础设计，路桥方向同学做桩基础设计，如：建筑方向 1 号、2 号
24、、3 号做 A 轴线 1 号题目柱下独立基础设计，路桥方向 1 号、2 号做 A 轴线 1 号题目桩基础设计，以此类推。设计计算说明书应手写，整个说明书应满足计算过程完整、计算步骤清楚、文字简明、符号规范和版面美观的要求，图纸应用 CAD 手绘制作而且应该表达正确、布局合理和尺寸齐全。说明书用 A4 纸张，和图纸(A3)一起装订成册，交设计指导老师评阅。14表 4.1 题目分配表格题 号 序 号轴 线 编 号 A B C A B C1 1、 2、 3 4、 5、 6 7、 8、 9 1、 2 3、 4 5、 62 10、 11、 12 13、 14、 15 16、 17、 18 7、 8 9、
25、 10 11、 123 19、 20、 21 22、 23、 24 25、 26、 27 13、 14 15、 16 17、 184 28、 29、 30 31、 32、 33 34、 35、 36 19、 20 21、 22 23、 245 37、 38、 39 40、 41、 42 43、 44、 45 25、 26 27、 28 29、 306 46、 47、 48 49、 50、 51 52、 53、 54 31、 32 33、 34 35、 367 55、 56、 57 58、 59、 60 61、 62、 63 37、 38 39、 40 41、 428 64、 65、 66 67、 68、 69 70、 71、 72 43、 44 45、 46 47、 489 73、 74、 75 76、 77、 78 79、 80、 81 49、 50 51、 52 53、 5410 82、 83、 84 85、 86、 87 88、 89、 90 55、 56 57、 58 59、 6011 91、 92、 93 94、 95、 96 97、 98、 99 61、 62 63、 64 65、 6612 101、 102、 103 104、 105、 106107、 108柱 下 独 立 基 础 桩 基 础
