《土力学与地基基础》课程设计

第一部分 墙下条形基础课程设计

一、墙下条形基础课程设计任务书

（一）设计题目

某教学楼采用毛石条形基础，教学楼建筑平面如图4-1所示，试设计该基础。

图4-1平面图

（二）设计资料

⑴工程地质条件如图4-2所示。

图4-2工程地质剖面图

⑵室外设计地面-0.6m，室外设计地面标高同天然地面标高。

⑶由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙∑F1K=558.57kN，山墙∑F2K=168.61kN，内横墙∑F3K=162.68kN，内纵墙∑F4K=1533.15kN。

⑷基础采用M5水泥砂浆砌毛石，标准冻深为1.2m。

（三）设计内容

⑴荷载计算 （包括选计算单元、确定其宽度）。

⑵确定基础埋置深度。

⑶确定地基承载力特征值。

⑷确定基础的宽度和剖面尺寸。

⑸软弱下卧层强度验算。

⑹绘制施工图（平面图、详图）。

（四）设计要求

⑴计算书要求 书写工整、数字准确、图文并茂。

⑵制图要求 所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。

⑶设计时间 三天。

二、墙下条形基础课程设计指导书

（一）荷载计算

1.选定计算单元 对有门窗洞口的墙体，取洞口间墙体为计算单元；对无门窗洞口的墙体，则可取1m为计算单元（在计算书上应表示出来）。

2.荷载计算 计算每个计算单元上的竖向力值（已知竖向力值除以计算单元宽度）。

（二）确定基础埋置深度d

GB50007-2002规定d_min=Z_d-h_max或经验确定d_min=Z₀+（100~200）mm。

式中 Z_d——设计冻深，Z_d= Z₀·ψ_zs·ψ_zw·ψ_ze；

Z₀——标准冻深；

ψ_zs——土的类别对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-1；

ψ_zw ——土的冻胀性对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-2；

ψ_ze ——环境对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-3；

（三）确定地基承载力特征值fa

式中 f_a——修正后的地基承载力特征值（kPa）；

f_ak——地基承载力特征值（已知）（kPa）；

η_b、η_b——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（已知）；

γ——基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度（kN/m³）；

γ_m——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度（kN/m³）；

b——基础底面宽度（m），当小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；

d——基础埋置深度（m）。

（四）确定基础的宽度、高度

b≥

H₀≥

式中 F_k——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值（kN）。当为柱下独立基础时，轴向力算至基础顶面，当为墙下条形基础时，取1m长度内的轴向力（kN/m）算至室内地面标高处；

——基础及基础上的土重的平均重度，取=20 kN/m³；当有地下水时， 取γ＇=20-9.8=10.2 kN/m³；

——计算基础自重及基础上的土自重G_K时的平均高度（m）。

b ₂——基础台阶宽度（m）；

H₀——基础高度（m）。

（五）软弱下卧层强度验算

如果在地基土持力层以下的压缩层范围内存在软弱下卧层，则需按下式验算下卧层顶面的地基强度，即

≤

式中 p_z——相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值

（kP_a）；

p_cz——软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值（kP_a）；

f_az——软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kP_a）。

（六）绘制施工图（2号图纸一张）

合理确定绘图比例（平面图1：100、详图1：20~1：30）、图幅布置；符合《建筑制图标准》。

三、参考文献

1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）. 北京：中国建筑工业出版社，2002

2.孙维东主编. 土力学与地基基础. 北京：机械工业出版社，2003

3.中华人民共和国国家标准. 砌体结构设计规范（GB50003-2001）. 北京：中国建筑工业出版社，2002

4.沈克仁主编. 地基与基础. 中国建筑工业出版社，1993

四、设计实例

1.设计题目 某四层教学楼，平面布置图如图4-1所示。梁L-1截面尺寸为

200mm×500mm，伸入墙内240 mm，梁间距为3.3 m，外墙及山墙的厚度为370 mm，双面粉刷，本教学楼的基础采用毛石条形基础，标准冻深为1.2m。由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙∑F_1K=558.57kN，山墙∑F_2K=168.61kN，内横墙∑F_3K=162.68kN，内纵墙∑F_4K=1533.15kN。

2.工程地质情况 该地区地形平坦，经地质勘察工程地质情况如图4-2所示，

地下水位在天然地表下8.5m，水质良好，无侵蚀性。

3.基础设计

⑴荷载计算

1）选定计算单元 取房屋中有代表性的一段作为计算单元。如图4-3所示。

外纵墙：取两窗中心间的墙体。

内纵墙：取①—②轴线之间两门中心间的墙体。

山墙、横墙：分别取1 m宽墙体。

图4-3 墙的计算单元

2） 荷载计算

外纵墙：取两窗中心线间的距离3.3 m为计算单元宽度

则

山墙：取1 m为计算单元宽度

则

内横墙：取1 m为计算单元宽度

则

内纵墙：取两门中心线间的距离8.26m为计算单元宽度

则

⑵确定基础的埋置深度d

d=Z₀+200 =（1200 +200）mm=1400 mm

⑶确定地基承载特征值f_a

假设b＜3m，因d=1.4m＞0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正

⑷确定基础的宽度、高度

1）基础宽度

外纵墙：b₁≥

山墙：b₂≥

内横墙：b₃≥

内纵墙：b₄≥

故取b=1.2m＜3m ，符合假设条件。

2）基础高度

基础采用毛石，M5水泥砂浆砌筑。

内横墙和内纵墙基础采用三层毛石，则每层台阶的宽度为

（符合构造要求）

查GB50007-2002允许台阶宽高比［b₂/H₀=1/1.5］，则每层台阶的高度为

H₀≥

综合构造要求，取H₀=0. 4m。

最上一层台阶顶面距室外设计地坪为

（1. 4-0. 4×3）m = 0.2m＞0.1m

故符合构造要求。（如图4-4所示）

外纵墙和山墙基础仍采用三层毛石，每层台阶高0. 4m ，则每层台阶的允许宽度为b≤

又因单侧三层台阶的总宽度为（1.2-0.37）m /2=0.415 m故取三层台阶的宽度分别为0.115 m、0.15 m、0.15 m，均小于0.2m（符合构造要求）

最上一层台阶顶面距室外设计地坪为

（1.4-0.4×3）m = 0.2m＞0.1m符合构造要求。（如图4-5所示）

图4-4内墙基础详图 图4-5外墙基础详图

⑸软弱下卧层强度验算

1）基底处附加压力

取内纵墙的竖向压力计算

2）下卧层顶面处附加压力

因Z/b=4.1/1.2=3.4＞0.5，E_s1/E_s2=10/2=5

故由GB50007-2002中表5.2.7查得θ=25°则

3） 下卧层顶面处自重压力

4）下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值

5）验算下卧层的强度

＜=177.1kN/m²

符合要求。

⑹绘制施工图 如图4-6所示。

图4-6条形基础平面图、剖面图 （暂无）

第二部分 柱下钢筋混凝土独立基础设计

一、柱下钢筋混凝土独立基础设计任务书

（一）设计题目

某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，试设计该基础。

（二）设计资料

⑴工程地质条件

该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：持力层为粘性土，土的天然重度为18 kN/m³，地基承载力特征值f_ak=230kN/m²，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m（根据地区而定）。

⑵给定参数

柱截面尺寸为350mm×500mm，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。

⑶材料选用

混凝土：采用C20（可以调整）（f_t=1.1N/mm²）

钢筋：采用HPB235（可以调整）（f_y=210 N/mm²）

（三）设计内容

⑴确定基础埋置深度

⑵确定地基承载力特征值

⑶确定基础的底面尺寸

⑷确定基础的高度

⑸基础底板配筋计算

⑹绘制施工图（平面图、详图）

（四）设计要求

⑴计算书要求 书写工整、数字准确、图文并茂。

⑵制图要求 所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸

上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。

⑶设计时间 三天。

二、柱下钢筋混凝土独立基础课程设计指导书

（一） 确定基础埋置深度d 同前所述

（二）确定地基承载特征值f_a 同前所述

（三）确定基础的底面面积

A≥

式中各符号意义同前所述

（四）持力层强度验算

≤1.2f_a

≤f_a

式中 p_k——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）；

p_kmax——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值（kPa）；

p_kmin ——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值（kPa）；

F_k——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值kN）；

G_k——基础自重和基础上的土重（kN）；

A——基础底面面积（m²）；

e₀——偏心距（m）；

f_a——修正后的地基承载力特征值（kPa）；

l——矩形基础的长度（m）。

（五）确定基础的高度

F_l≤0.7

式中 F_l——相应于荷载效应基本组合时作用在A_l上的地基土净反力设计值（kN）；

β_hp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，β_hp取1.0；当大于等于2000mm时，β_hp取0.9，其间按线性内插法取用；

f_t——混凝土轴心抗拉强度设计值（kPa）；

a_m——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度（m）；

h₀——基础冲切破坏锥体的有效高度（m）。

（六）底板配筋计算

；

；

式中 A_sI、A_sII ——分别为平行于l、b方向的受力钢筋面积（m²）；

M_I 、M_II——分别为任意截面I-I 、II-II处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值（kN·m）；

l、b——分别为基础底面的长边和短边（m）；

f_y——钢筋抗拉强度设计值（N/mm²）；

p_jmax、p_jmin ——相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地基净反力设计值（kPa）；

p_jI、p_jII ——任意截面I-I 、II-II处相应于荷载效应基本组合时的基础底面地基净反力设计值（kPa）；

a_z、b_z——分别为平行于基础长边和短边的柱边长（m）；

（七）绘制施工图（2号图纸一张）

合理确定绘图比例（平面图1：100、详图1：20~1：30）、图幅布置；符合《建筑制图标准》。

三、参考文献

1.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）. 北京：中国建筑工业出版社，2002

2.孙维东主编. 土力学与地基基础. 北京：机械工业出版社，2003

3.中华人民共和国国家标准. 砌体结构设计规范（GB50003-2001）. 北京：中国建筑工业出版社，2002

4.沈克仁主编. 地基与基础. 中国建筑工业出版社，1993

四、设计实例

1.设计题目 某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，采用柱下独立基础，柱网布置如图4-7所示，在基础顶面处的相应于荷载效应标准组合，由上部结构传来的轴心荷载为680kN，弯矩值为80kN·m，水平荷载为10kN。柱永久荷载效应起控制作用，柱截面尺寸为350mm×500mm，试设计该基础。

图4-7柱网布置图

2.工程地质情况

该地区地势平坦，无相邻建筑物，经地质勘察：持力层为粘性土（η_b=0、η_d=1.0），土的天然重度为18 kN/m³，f_ak =230kN/m²，地下水位在-7.5m处，无侵蚀性，标准冻深为1.0m（根据地区而定）。

3.基础设计

⑴确定基础的埋置深度d

d=Z₀+200 =（1000 +200）mm=1200 mm

根据GB50007-2002规定，将该独立基础设计成阶梯形，取基础高度为650 mm，基础分二级，室内外高差300mm，如图4-8所示。

图4-8基础高度和底板配筋示意

⑵确定地基承载特征值f_a

假设b＜3m,因d=1.2m＞0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度修正，

⑶确定基础的底面面积

A≥

考虑偏心荷载影响，基础底面积初步扩大12%，于是

取矩形基础长短边之比l/b=1.5，即l=1.5b

取b=1.6 m则l=1.5b=2.4 m

A= l×b=2.4×1.6 m=3.84 m²

⑷持力层强度验算

作用在基底形心的竖向力值、力矩值分别为

＜

符合要求。

＜1.2f_a=1.2×242.6kN/m²=291.12kN/m²

＜f_a=242.6kN/m²

故持力层强度满足要求。

⑸基础高度验算

现选用混凝土强度等级C20，HPB235钢筋，查得混凝土f_t=1.1N/mm²=1100 kN/m²，钢筋f_y=210 N/mm²。

地基净反力

由图4-8可知，h=650mm，h₀=610mm；下阶h₁=350mm，h₀₁=310mm；a_z1=1200mm，b_z1=800mm。

1） 柱边截面

b_z+2 h₀=（0.35+2×0.61）m=1.57m＜b=1.6m

＞F₁=171.2kN

符合要求。

2） 阶处截面

b_z1+2 h₀₁=（0.8+2×0.31）m=1.42m＜b=1.6m

＞F₁=143.53kN

符合要求。

⑹基础底板配筋计算

1）计算基础的长边方向，I-I截面

柱边地基净反力

III-III截面：

比较A_sI和A_SIII，应按A_sI配筋，在平行于l方向1.6m宽度范围内配12φ12@140（A_s=1356mm²>1319.28mm²）。

2） 计算基础的短边方向，II-II截面

Ⅳ-Ⅳ截面

比较A_sII和A_SIV，应按A_sII配筋，但面积仍较小，故在平行于b方向2.4m宽度范围内按构造配12φ10@200（A_s=942mm²>715.5mm²）。

（7）绘制施工图 如图4-9所示。

图4-9独立基础平面图、剖面图 （暂无）