基础工程课程设计.docx
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1、基础工程课程设计0桩基础设计题高层框架结构(二级建筑)的某柱截面尺寸为1250850mm ,该柱传递至基础顶面的荷载为:F=9200kN ,M=410kNm ,H=300kN ,采用 6-8 根800 的水下钻孔灌注桩组成柱下独立桩基础,设地面标高为0.00m,承台底标高控制在-2.00m ,地面以下各土层分布及设计参数见附表,试设计该柱下独立桩基础。设计计算内容:1. 确定桩端持力层,计算单桩极限承载力标准值 Quk;2. 确定桩中心间距及承台平面尺寸;3. 计算复合基桩竖向承载力特征值 Ra 及各桩顶荷载设计值N,验算基桩竖向承载力;计算基桩水平承载力 RHa 并验算;4. 确定单桩配筋量
2、;5. 承台设计计算;项湿孔液性压缩 承载力层重隙指数模量 特征值厚目度比钻孔灌注桩桩基参数极限侧 极限端地基土水平抗阻力 阻力力系数的比例标准值 标准值eILEsfaKqsikqPK系数4)6. 绘制桩基结构图。kN/m3MPakPamkPakPam(MN/m层粉土19.00.9026.0804.3236层粉细砂19.60.9006.51053.8209层细砂19.80.8607.81252.82813层粉土19.60.81010.51402.34015层 粉细砂119.70.857.01154.42812层粉细砂19.70.77016.01703.04885028层粉质粘土19.80.68
3、30.258.51602.56625层粉土19.80.75013.71702.95825层粉质粘土19.90.7160.466.11455.76014层 粉砂120.00.77014.01900.85282037层粉质粘土19.90.7160.466.11454.56071014层粉土20.40.70013.01953.56236层粉质粘土19.90.7060.278.21704.86828层细砂20.20.69022.022017.770150045基础工程课程设计1设计内容一确定桩端持力层,计算单桩极限承载力标准值Q uk1. 确定桩端持力层及桩长根据设计要求可知,桩的直径 d =800m
4、m。根据土层分布资料,选择层厚为 4.5m 的层粉质粘土为桩端持力层。根据建筑桩基技术规范的规定,桩端全断面进入持力层的深度,对粘性土、粉土不宜小于 2d。因此初步确定桩端进入持力层的深度为 2m。则桩长l 为:l =4.3+3.8+2.8+2.3+4.4+3.0+2.5+2.9+5.7+0.8+2-2=32.5m2. 计算单桩极限承载力标准值Q因为直径 800mm 的桩属于大直径桩,所以可根据建筑桩基技术规范中的经验公式计算单桩极限承载力标准值:uksippkQuk = Qsk + Qpk = uY qsikli + Y qAp(1-1)其中桩的周长u = p d =2.513m;桩端面积A
5、p= p d 2 / 4 =0.503 ;Y 、Y 为sip别为大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数,YsiQ根据所给土层及参数,计算:uk= (0.8 / d )1/5 =1, Yp= (0.8 / D )1/5 =1。Q=2.513123(4.3-2)+203.8+282.8+402.3+284.4+483.0+662.5+uk582.9+605.7+520.8+602+17100.503=3883.6kNQ确定单桩极限承载力标准值后,再按下式计算单桩竖向承载力特征值:uk1Ra其中 K 为安全系数,取 K =2。= QKu k(1-2)则 R =3883.6/2=1941.8kN 。a基础工程
6、课程设计2二确定桩中心间距及承台平面尺寸桩数n =F/ Ra=9200/1941.8=4.7,所以暂取桩数为 6 根。根据建筑桩基技术规范的规定,非挤土灌注桩的最小中心距为 3d,边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长,且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于 150mm。取桩中心距 Sa为 2.5m,边桩中心距承台边缘的距离取为 0.8m。则承台长度 Lc=2(2.5+0.8)=6.6m,承台宽度 B =20.8+2.5=4.1m。c承台平面示意图如下:三计算复合基桩竖向承载力特征值 R 及各桩顶荷载设计值 N ,验算基桩竖向承载力;计算基桩水平承载力 Rha并验算1. 确定复合基桩竖向
7、承载力特征值根据建筑桩基技术规范中介绍的方法,对于此类情况,应按下式确定其复合基桩的竖向承载力特征值:R = R +hafAca kc(3-1)基础工程课程设计3其中h为承台效应系数,可根据 Sca/ d 、 B / l 等参数查表得到。当计算桩为cA / n非正方形排列时, S =a,A 为承台计算域面积, n 为桩数。S =6.6 4.1/ 6 =2.124, Saa/ d = 2.124 / 0.8 =2.655, Bc/ l = 4.1/ 32.5 =0.126,通过查表,可取h为 0.06。cf 为承台下1/2 承台宽度且不超过5m 深度范围内地基承载力特征值的厚度ak加权平均值,由
8、资料可得, fak为 80kPa。A 为计算基桩所对应的承台底净面积, A= (A - nA)/ n , A为桩身截面cc面积。则 A =(6.64.1-60.503)/6=4.007 。c则复合基桩的竖向承载力特征值pspsR = Ra+h fc akA =1941.8+0.06804.007=1961.1kNc2. 确定各桩顶荷载设计值 N ,验算基桩竖向承载力根据建筑桩基技术规范中介绍的方法,各桩顶荷载设计值可由下式计算:F + GMyMxN= kk xk i yk i(3-2)ikn y 2j x 2j式中 F 为荷载效应标准组合下作用,作用于承台顶面的竖向力; G 为桩基kk承台和承
9、台上土自重标准值,对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力,此处承台上土的重度取为 10kN/m; M 、Mxkyk分别为荷载效应标准组合下,作用于承台底面,绕通过桩群形心的x 、y 主轴的力矩;x 、xij、y 、yij分别为第i 、 j基桩或复合基桩至 y 、 x 轴的距离。暂取承台高度为 1.8m,M 与长边方向( x 轴方向)一致。桩按从左到右、从上到下的顺序分别记为 16 号桩。各桩顶荷载设计值如下:N= N1k4k= (9200+26.64.110)/6+(410+3001.8) 2.5/(42.52.5)=1718.5kNN= N2k5k= (9200+26.64.110)/6=1
10、623.5kN基础工程课程设计4N= N3k6k= (9200+26.64.110)/6-(410+3001.8) 2.5/(42.52.5)=1528.5kN由计算结果可得:Nk minNk max=1528.5kN0,基桩不受上拔力。=1718.5kN1.2 R ,基桩竖向承载力满足要求。3. 计算基桩水平承载力 Rha并验算根据建筑桩基技术规范规定,当缺少单桩水平静载试验资料时,可按下式估算桩身配筋率小于 0.65%的灌注单桩水平承载力特征值:0. 7a5g f W (r )zN R= mt 01. 2 +52 2 + 1N(3-3)h anmaagg f A5mb0EImtn为桩的水平
11、变形系数,=,其中m 为地基土水平抗力系数的比例系数;b 为桩身的计算宽度,对于圆形桩,当直径d 1m 时,b= 0.9(1.5d + 0.5);0EI 为桩身抗弯刚度,对于钢筋混凝土桩,EI = 0.85E I ,Ec 0c0为混凝土弹性模量,I 为桩身换算截面惯性矩:圆形截面 I00p d= W d0 0/ 2 ;W0为桩身换算截面受拉边缘的截面模量,此处W0= d 2 + 2(a32E-1)rgd 2 ; d 00为扣除保护层的桩直径;aE为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值;r 为桩身配筋率; g 为桩截面模型gm塑性系数,圆形截面gm=2; f 为桩身混凝土抗拉强度设计值;ntm为桩
12、身最大弯矩系数;zN为桩顶竖向力影响系数,竖向压力取0.5; An为桩身换算截面积,圆形截面 An= p d 2 1+ (a4E-1)r ; Ng为在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力。m = (4.3-2)6+3.89+2.813+2.315+4.412+328+2.525+2.925+5.714+0.837+214/32.5=16.25MN/ m 4b = 0.9(1.50.8+0.5)=1.53m0若桩身采用 C30 的混凝土,其弹性模量Ec为3104 N / mm2 ,混凝土保护层基础工程课程设计5的厚度取为 60mm,采用HRB335 规格的钢筋,其弹性模量Es为2 105 N / mm
13、2 。d =800-260=680mm0a = (2 105 ) / (3104 ) =6.67E当桩径为 300-2000mm 时,桩身正截面的配筋率可取 0.65%-0.2%,暂取桩身配筋率r 为 0.58%。gW = 1032 0.8 0.82 + 2 (6.67 -1) 0.58% 0.682 = 0.053 m3I = 0.50.0530.68=0.01802 m40EI = 0.85 3104 0.01802 = 4.5951105 kN m2162501.535459510a = 0.558 m -1C30 混凝土的抗拉强度设计值 ft为 1.43MPa。桩身最大弯矩系数nm可根
14、据a h 的值查表获得,nm为 0.926。A = 0.25 0.82 (1+ 5.67 0.58%)= 0.519 m 2n所以基桩水平承载力 R 为:haR = 0.75 0.558 21.43 0.053 (1.25 + 22 0.58%)1+0.51623ha=51.69kN0.9262 1.43 0.519 群桩基础的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应,可按下列公式确定:R =hhRhh a(3-4)h =hh +h +hhi rlbhmP(3-5)= c bn n R1 2 h(3-6)S 0 . 0 12+5 na0 . 4 5h = d(3-7)i
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