柱下独立基础设计

1．设计资料

某厂房上部结构荷载设计值为轴力：N=7460kN, 弯矩：M=，柱截面 尺寸 600mm*800mm。建筑场地位于城郊，土层分布情况及各层土物理性质指标如 表中所示，地下水位位于地表下 。从各测点的静力触探结果看场地土具有 不均匀性，东部区域的比贯入阻力 ps 平均值要高于西部，局部地区有明浜，埋 深近 2m。

桩基础设计计算书

一、确定桩基持力层、桩型、承台埋深

地质报告如下表所示： 土 层 编 号 层底埋 土层名称 容重 含水 液 孔隙比 性 e 抗剪强度 压缩 模量 比贯入 阻力 (MPa) 深（m） ?(kN 量 /m3) w(%) ② 褐黄色粉质粘土 指 C(kP ?(°) (MPa 数 a) ) 0. 30(2 48 1） 25(18) 灰色淤泥质粉质 粘土 ③ 1. 18 14(9 .8) 19(13) ④ 灰色淤泥质粘土 灰-褐色粉质粘 土 ⑤ 1. 29 0. 80 0. 31 12(8 10(7) .4) 16(1 18(13) 暗绿色草黄粉质 粘土 ⑥ 36(2 25(18) ⑧ 灰色粉质粘土 > 0. 87 22(1 22(13) 注：表中括号内为西区的数值。 2、确定桩、承台尺寸与材料等

初选承台尺寸：××；柱初选为 400*400 的钢筋混凝土预制方 桩。桩身

混凝土用 30 号，型式详见标准图集。

3、选择桩基持力层，确定荷载情况

由设计资料可知，作用在承台底面中心的荷载为： 轴力：N=7460kN, 弯矩：M=。

初选桩基础为边长为 400mm 的钢筋混凝土预制方桩，打入土层⑤灰-褐色粉质粘

1

土 ，控制最后贯入度 e 小于 50mm，此基础桩基按照摩擦桩进行设计。所以 可以得到桩长为：嵌入承台 ，锥形桩尖 ，故有： 总桩长为：L=++++=

二、确定单桩竖向承载力

根据《地基与基础设计规范》中确定单桩容许承载力的经验公式，初步预估 桩的竖向承载力符合要求。

Ra=qpaAp+upΣqsiaLi

=2270*+4**(25*6+*25+40*=1221KN

按照相同条件下的静载实验结果，经过分析和比较，综合确定采用 Ra=1300KN，等验算完群桩作用后再复核承载力要求。

三、确定桩数和承台尺寸

采用平板式承台，且顶面埋深较浅，初步拟定承台埋深为 ，则有： 作用在承台顶面的土体荷载：Gk=18***=216KN

所以桩数为：

n ? F ? G ? 7460 / ? 216 ?

Ra1300

2

取 Sa=3d=,并考虑到 My 比较大，取 5 根桩进行设计。 故布置桩平面如下图所示：

四、单桩承载力验算

1）轴心受压作用下：

7460 / ? 216 n ?? 1148 2）偏心受压作用下：

? H K h ) ? Q k max Q ?( M K xmax

Qk

?

Gk +Fk

k min K

? x 2 i

?7460 / ? 216 ?(840 / ? ? 1148 ?141 ? 1289KN

5 4 ??

<*Ra＝1560KN，故可以满足要求，表明桩基选用无误，但以下还需进行 群桩效应下的承载了，估计可以满足设计要求。

五、群桩承载力验算

根据本基础工程设计要求，结合《桩基规》，本基础桩中心距 Sa 较小， Sa=,显然应该按照群桩效应和承台效应重新验算单桩承载力设计值 Ra。 《桩基规》根据大量的基桩侧阻、端阻、承台土的阻力测试结果，经分析， 应按照以下方式确定各项群桩效应系数值，然后再按相关公式进行验算。

Sa

由 d ＝ ；

Bc

l ＝ 3

查书上所给表有：

ic ＝

，

e ＝

由 ?

Aci ＝2，

i

Ace ＝2×3－2＝2得

e

i Ac c

c

A

Ac ???e Ac ＝ ? ? ＝

6 6

?c查表得 ，所以考虑承台底土的抗力，并用以下公式进行基桩竖向承

载力计算：

QukQckQukqckAcR ? sp ? c ? sp ? c sp c sp cn

＝×2270×+4×××( 25×6×+×25+40×/+216×=1157kN

由于 1157×5=5785KN<(7460/+Gk)=5741KN，故满足要求

六、群桩沉降计算

本设计建筑物为厂房，属于乙级建筑，但是设计桩基础为摩擦型群桩基础， 预制混凝土桩穿过软土层，应该考虑桩基础的沉降计算，假定桩群为一假想的实 体基础，按与浅基础相同的方法和步骤计算桩端平面以下由附加应力引起的压缩 层范围内的地基变形量，计算过程中，土层的压缩模量按实际的应力实验曲线确 定，同时，基底边长取承台底面边长为 ,还要引入桩基等效沉降系数加以修 正。具体的计算步骤为：

（1）分层：将桩端以下平面土分为若干层，分层厚度为 =. （2）确定地基沉降计算深度：按附加应力与自重应力比小于 来进行确定。

（ 3）计算各分层土体的平均自重应力和平均附加应力，由 P 和 P 的实验曲线

查得相应的孔隙比。

（4）分别计算每层土体的变形量△S.

△S＝∑ (e－e) ×h/ (1+ e)

（5）累加 s 可以得到最终的沉降量 S,乘以桩基计算经验系数为 ，再乘以基 等效沉降系数 ψ＝（查《桩基规》可知）

采用分层总和法计算如下表所示：

故有总的沉降量为:

S=+++桩端平面以下沉降计算表

深度 zi(m) 分层厚 度 hi (m) 自重应 力 czi 深宽比 z/b 应力系 附加 应力 平均自 重应力 平均附 加应力 zi 总的平 均应力 孔隙比 分层 沉降量 Si(cm) e2i 分层点 编号 数 ɑi zi czi （KPa） (kPa) （KPa） (kPa) (KPa) e1i 0 0 1 2 3 4 5 385 6 7 8 9 10 11 12

七、桩身结构设计

由于本设计采用混凝土预制桩，桩身结构可以参照标准图集进行选用，故 在计算书内部不再详细说明，直接参照北京地区混凝土预制桩图集，施工图内部 所示的桩身结构大样仅供参考，详见图集，此处不再赘述。

八、承台设计

1）、示意图：

2）、承台的基本尺寸：

承台边缘至桩中心距: C = 400 mm

桩列间距: A = 1100 mm 桩行间距: B = 600 mm

承台端部高度: h = 1400 mm 承台根部高度: H = 1400 mm

纵筋合力点到底边的距离: as = 70 mm

平均埋深: hm = m

方桩边长: Ls = 400 mm

3 ）、荷载设计值：(作用在承台顶部）

竖向荷载: F = kN 绕 Y 轴弯矩: My = kN· m 4 ）、选择承台的材料：

22

承台混凝土强度等级为 C30，故有 fc = N/mm ，ft = N/mm 钢筋

5）、验算承台过程：

1．作用在承台底部的弯矩

绕 Y 轴弯矩: M0y = My＋Vx·H = ＋× = ·m 2．基桩净反力设计

值：

22

Ni = F/n±M0x·yi/∑yj±M0y·xi/∑xj 2

N1 = F/n＋M0y·x1/∑xj 2

强度等级: HRB335 ，fy = N/mm

= 5＋×/ = kN

2

N2 = F/n＋M0y·x2/∑xj

6

= 5＋× = kN N3 = F/n＋M0y·x3/∑xj = 5＋× = kN N4 = F/n＋M0y·x4/∑xj = 5＋×/ = kN N5 = F/n＋M0y·x5/∑xj = 5＋× = kN 3．承台受柱冲切验算：

Fl ≤ 2[β0x·(bc＋a0y)＋β0y·(hc＋a0x)]·βhp·ft·h0 X 方向上自柱边到最近桩边的水平距离：a0x = m y 方向上自柱边到最近桩边的水平距离：a0y = m 承台有效高度：h0 = H－as = － = m 作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值： Fl = F－∑Qi = － = kN X 方向冲跨比：λ0x = a0x/h0 = = Y 方向冲跨比：λ0y = a0y/h0 = = λ0y < 取 λ0y =

X 方向冲切系数：β0x = (λ0x＋ = ＋ = Y 方向冲切系数：β0y = (λ0y＋ = ＋ = 2[β0x·(Hc＋a0y)＋β0y·(Bc＋a0x)]·βhp·ft·h0

= 2×[×＋＋×＋]××× = kN > Fl = kN, 满足要求。

计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002） Fl ≤ βhs·β·ft·b0·h0

（）

(1) 垂直 Y 方向截面的抗剪计算 计算截面处承台宽度： b = 2A＋2C = 2×＋2× = m 斜截面上最大剪力设计值：Vl = kN 计算截面的剪跨比：λ＝ a0/h0 = = λ <

取 λ =

剪切系数： β = (λ＋ = ＋ =

22

2

4．承台受剪验算：

Y 方向上自柱边到计算一排桩的桩边的水平距离：a0 = m

7

承台计算截面的计算宽度：be = b = m βhs·β·ft·be·h0 = ××××

= kN > Vl = kN, 满足要求。 (2) 垂直 X 方向截面的抗剪计算

X 方向上自柱边到计算一排桩的桩边的水平距离：a0 = m 计算截面处承台宽度： b = 2B＋2C = 2×＋2× = m 斜截面上最大剪力设计值：Vl = kN 计算截面的剪跨比：λ＝ a0/h0 = = 剪切系数： β = (λ＋ = ＋ =

承台计算截面的计算宽度：be = b = m βhs·β·ft·be·h0 = ××××

= kN > Vl = kN, 满足要求。 5．承台角桩冲切验算：

计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002）

Nl ≤ [β1x·(c2＋a1y/2)＋β1y·(c1＋a1x/2)]·βhp·ft·h0 角桩竖向冲反力设计值：Nl = kN

从角桩内边缘至承台外边缘的距离：

c1 = C＋Ls/2 = ＋2 = m c2 = C＋Ls/2 = ＋2 = m

X 方向上从承台角桩内边缘引45 度冲切线与承台顶面相交点至角桩内

边 缘的水平

距离:（当柱或承台变阶处位于该 45 度线以内时，则取由柱边或变阶处 边缘连线为冲切锥体的锥线） a1x = m

Y 方向上从承台角桩内边缘引45 度冲切线与承台顶面相交点至角桩内

与桩内

边 缘的水平

距离:（当柱或承台变阶处位于该 45 度线以内时，则取由柱边或变阶处 边缘连线为冲切锥体的锥线）

与桩内

8

a1y = m

X 方向角桩冲跨比：λ1x = a1x/h0 = = y 方向角桩冲跨比：λ1y = a1y/h0 = = λ1y < 取 λ1y =

X 方向角桩冲切系数：β1x = (λ1x＋ = ＋ = Y 方向角桩冲切系数：β1y = (λ1y＋ = ＋ = [β1x·(c2＋a1y/2)＋β1y·(c1＋

a1x/2)]·βhp·ft·h0

= [×＋2)＋×＋2)]××× = kN > Nl = kN, 满足要求。 6．承台受弯计算：

计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002） Mx ＝ ∑Ni·yi

计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002） My ＝ ∑Ni·xi

(1) 垂直 X 轴方向计算截面处弯矩计算： My ＝ ∑Ni·xi = kN·m 相对受压区高度：ζ=

配筋率：ρ=

X 向钢筋: A2

sx = mm

(2) 垂直 Y 轴方向计算截面处弯矩计算： Mx = ∑Ni·yi = kN·m 相对受压区高度：ζ= 配筋率：ρ=

ρ < ρmin =

ρ = ρmin =

Y 向钢筋: A = mm2

sy

7．承台局部受压验算：

计算公式：《混凝土结构设计规范》（GB 50010－2002）

Fl ≤ βc·βl·fc·Aln

局部荷载设计值：Fl = Fc = kN 混凝土局部受压面 积：Al = Bc·Hc = × =

2

混凝土局部受压计算面积：Ab = m

混凝土受压时强度提高系数：βl = sq.(Ab/Al) = sq. =

βc·βl·fc·Al

= ××××

= kN > Fl = kN, 满足要求。

8、对计算结果选配钢筋：

（）（）（）

9

1．X 方向选配钢筋：

2

计算面积 As: mm

采用方案：D20@100 实配面积： 2．Y 方向选配钢筋：

计算面积 As: mm 采用方

2

案：D18@110

实配面积：

故有承台配筋施工图如下图所示：

九、绘制施工图

（详见附图）

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