土力学课程设计

《土力学》课程设计

题 目

学 院 工程技术学院 专 业 土木工程3班 年 级 2008级 学 号 2 姓 名

指 导 老 师 彭 义 老 师

成 绩

2011年1月7日

一、设计资料

第一部分

基础工程的【条形基础、独立基础】设计

1、结构设计

1）结构设计方案，均为钢筋混凝土框架结构，基础为钢筋混凝土柱下独立基础。 2）建筑物层高为4.5m，为10层。柱网布置见各方案的平面图。 3）墙体为240mm厚粘土多孔砖（密度1300kg/m3），框架梁截面尺寸为700×300mm，框架柱截面尺寸为500×500mm，楼板为100mm厚现浇板。框架梁、柱和楼板均为C30钢筋混凝土（密度2500kg/m3）。 2、工程地质条件：

地势平坦，无相邻建筑物，地质勘察资料如下：

1）混凝土：采用C20（密度2450kg/m3）； 2）钢筋：箍筋为一级，主筋为二级。 4、荷载

1）竖向活荷载： ① 屋面：2.5 kN/m2； ② 楼面：2.0 kN/m2。 2）水平荷载：0.5 kN/m2。

二、墙下条形基础设计计算书 （1）、设计依据

《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2002)①

（2）、示意图

（3）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。

外纵墙：取两个窗子中心间的墙体。内纵墙、山墙、横墙：分别取1 m宽墙体。 荷载说明：首层不考虑风荷载影响，铝合金窗自重0.32KN/m

2）荷载计算

外纵墙：取两门中心线间的距离6 m为计算单元宽度

则F1=【1300×10×0.24×（6×4.5-3×3.5）+3×3.5×0.32】/6=8.58KN/m 内纵墙、山墙、横墙：分别取1 m宽墙体

则KF2k0.244.513001014.04KN/m

（4）确定基础的埋置深度d

由于地基土质较好，故可取d=550mm

（5）确定地基承载特征值fa

假设

b＜3m，修因d=0.55m＞0.5m故只需对地基承载力特征值进行深度正 基础及其上覆土的平均容重: γm=16.0kN/m3

fa=fak+ήdrm(d-0.5)=105+1.0×16×(0.55-0.5)kN/m2=105.8kN/m2

（6）确定基础的宽度、高度

1）基础宽度

外纵墙： b1≥

F1k8.58

m0.091m

faGd105.8200.55

F2k14.04

m0.148m

faGd105.8200.55

内纵墙、山墙、横墙：b2≥

则取b=0.15m＜3m ，符合假设条件。又基础宽度小于墙厚240mm，故取b=450mm 2）基础高度

基础采用C20混凝土，pk≤100kPa 查表知允许宽高比为1：1.00

则 Ho≥b0=（0.45/2-0.24/2）m=0.11m 综合构造要求，取Ho=0.34m。

基础顶面距室外地坪为 （0.55-0.34）m=0.21m＞0.1m 故符合构造要求。（内外墙基础见详图1、详图2）

（7）验算地基承载力

验算轴心荷载作用下地基承载力

pk=(Fk+Gk)/A=(14.04+16×0.55×1×0.55)/0.6=31.47kPa≤fa=105.8kPa

故轴心荷载作用下地基承载力满足要求

（8）绘制施工图

三、柱下钢筋混凝土独立基础设计计算书 （1）、设计依据

《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2002)

《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002)

（2）、示意图

（3）荷载计算

1）选定计算单元 选取荷载较大，具有代表性的中柱、角柱、边柱各一根 2）荷载计算

中柱：恒载 F1柱=0.5×0.5×4.5×10×2500×10N=281.125KN F1梁=0.7×0.3×10.5×10×2500×10N=551.25KN 板 小计 G=899.875KN

活荷载 F1楼板=6×4.5×9×2.0KN=48.6KN 屋面 小计 Q=116.1KN 合计 G+Q=1015.975KN

边柱：恒载 F2柱=0.5×0.5×4.5×10×2500×10N=281.25KN F2梁=0.7×0.3×8.1×10×2500×10N=425.25KN F2板=6×2.1×0.1×10×2500×10N=315KN 墙 小计 G=2578.5KN 活荷载 F2楼板=2.1×6×10×2.0KN=252KN 屋面 小计 Q=283.5KN 合计 G+Q=2862KN

角柱：恒载 F3柱=0.5×0.5×4.5×10×2500×10N=281.25KN F3梁=0.7×0.3×6.5×10×2500×10N=341.25KN F3板=4.5×3×0.1×10×2500×10N=337.5KN 墙

小计 G=1576.2KN 活荷载 F3楼板=4.5×3×9×2.0KN=243KN 屋面=4.5×3×2.5KN=33.75KN

小计 Q=276.75KN 合计 G+Q=1852.95KN

水平荷载 F风荷=15.6×10×4.5×0.5KN=351KN 总弯矩 M总=351×22.5KN.m=7897.5KN.m

7897.5

平均分配到每根柱 M=KN.m=179.48KN.m

44 四、

中柱的基础设计

(1)确定基础的埋置深度d

为了满足地基承载力力要求，先选取基础埋深 d=4m

根据GB50007-2002规定，将该独立基础设计成阶梯形，取基础高度为1350 mm，基础分三级，室内外高差450mm。（详见详图3）

（2）确定地基承载特征值fa

由土的相关性质知，查表可知ηb=0，ηd=1.0 ；fak=140KN/m² 故只需对地基承载

力特征值进行深度修正,

1618.92

m kN/m3 =17.74kN/m3

3

fafakdm(d0.5)[1401.017.74(4.00.5)]kN/m2=202.09kN/m2

（3）确定基础的底面面积

A≥

Fkfak-md



2862

m2=23.45m2

202.09-204

考虑偏心荷载影响很小，故可对面积不做处理，为满足小偏心荷载要求，初步取矩形基础长短边之比l/b=1.15，即l=1.15b b=

A23.45

m4.52m 则 l=1.15b=5.19m 1.151.15

（4）验算地基承载力

1） 验算轴心荷载作用下地基承载力

FkGk2862204.525.194.0

 pk=kN/m2=202.08kN/m2≤fa=202.09kN/m2 A23.45

即轴心荷载作用下地基承载力满足要求 2） 验算偏心荷载作用下的地基承载力

Mk179.48l4.52e0m0.038mm0.753m

FkGk4738.77666符合要求。

2kmaxFkGk6e060.038.27m2212 1202.081kN/mpkminA2l4.52191.89m

＜1.2fa=1.2×202.09kN/m2=242.508kN/m2

即偏心荷载作用下地基承载力满足要求

（5）基础冲切验算

现选用混凝土强度等级C20，HPB235钢筋，查得混凝土ft=1.1N/mm2=1100 kN/m2，钢筋fy=210 N/mm2，荷载标准值计算荷载设计值取荷载综合分项系数1.35，纵筋合力点至近边距离as=40mm，最小配筋率: ρmin=0.150% 1）计算基础底面反力设计值

M1.35Mk

e0.038m

FG1.35Fk1.35Gk

Pmax=1.35Pkmax=286.56 kN/m2 Pmin=1.35Pkmin=259.05 kN/m2 地基净反力极值

Pjmax=Pmax-G/A=286.56-1.35×2578.5/23.45=138.12kN/m2

Pjmin=Pmin-G/A=259.5-1.35×2578.45/23.45=111.06kN/m2 2） 验算柱边冲切

由详图3可知h=1350mm，下阶h1=h2=h3=450mm，bc=500mm，hc=500mm。 ho=h-as=1.310m ，因 800

22

bhc4.520.5lbc5.190.52

A1h0bh01.314.521.310.545m

22222222



冲切截面上的地基净反力设计值

Fl=Al×Pjmax=0.545×138.12KN=75.27kN Fl≤0.7×βhp×ft×am×ho =0.7×0.954×1.10×1810×1310 =1741.76kN

柱对基础的冲切满足规范要求 3） 验算h2处冲切 h=h2+h3=0.900m，bc1=bc+2×b3=1.700m，hc1=hc+2×a3=1.400m，ho1=h-as=0.860m

因 800

bhc14.11.4lbc14.71.72

A1h0b0.864.1h00.861.786m

22222222 冲切截面上的地基净反力设计值

Fl=Al×Pjmax=1.786×138.12KN=246.68kN Fl≤0.7×βhp×ft×am×ho =0.7×0.992×1.10×2260×860 =1484.1kN

变阶处对基础的冲切满足规范要求 4) 验算h3处冲切 h=h3=0.450m,bc2=bc+2×b2+2×b3=2.900m, hc2=hc+2×a2+2×a3=2.300m, ho=h-as=0.410m 因 h≤800 βhp=1.0 at=hc2=2.300m ab=hc2+2×ho=3.120m am=(at+ab)/2=2.710 冲切面积：

22

bhc24.12.3lbc24.72.92

A1h0b0.414.1h00.411.108m

22222222



2



2



冲切截面上的地基净反力设计值

Fl=Al×Pjmax=1.108×138.12KN=153.04kN Fl≤0.7×βhp×ft×am×ho =0.7×1.0×1.10×2710×410 =855.55kN

变阶处对基础的冲切满足规范要求

（6）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

a=(l-bc)/2=(5.1900-0.500)/2=2.34500m P=(l-a)×(Pmax-Pmin)/l+Pmin =(5.1900-2.34500)×(286.05-259.05)/5.1900+259.05 =273.85kN/m2 MI_1=1/12×a2×((2×b+hc)×(Pmax+P-2×G/A)+(Pmax-P)×b) =1/12×2.3452×((2×4.5200+0.500)×(286.56+273.85-2×2578.5/23.45)+(286.56- 273.85)×4.5200) =1462.2kN.m AsI=MI_1/(0.9×ho×fy) =1462.2×106/(0.9×1310×210) =5905.82mm2 III-III截面： a=(l-bc-2×b3)/2=(5.1900-0.500-2×0.600)/2=1.74500m P=(l-a)×(Pmax-Pmin)/l+Pmin =(5.1900-1.74500)×(286.56-259.05)/5.1900+259.05 =277.3kN/m2 MI_2=1/12×a2×((2×b+hc+2×a3)×(Pmax+P-2×G/A)+(Pmax-P)×b) =1/12×1.745002×((2×4.5200+0.500+2×0.450)×(286.56+273.85-2×2578.5/23.45)+(286.56-273.85)×4.5200)

=915.05kN.m AsIII=MI_2/(0.9×(H-h3-as)×fy) =915.05×106/(0.9×(1350.000-450.000-40.000)×210) =5629.69mm2 V-V截面：

a=(l-bc-2×b2-2×b3)/2=(4.700-0.500-2×0.600-2×0.600)/2=0.900m P=(l-a)×(Pmax-Pmin)/l+Pmin =(5.1900-0.900)×(286.56-259.05)/5.1900+259.05 =281.78kN/m2 MI_3=1/12×a2×((2×b+hc+2×a3+2×a2)×(Pmax+P-2×G/A)+(Pmax-P)×b) =1/12×0.9002×((2×5.1900+0.500+2×0.450+2×0.450)×(286.56+273.85-2×2578.5/23.45)+(286.56-281.78)×5.1900) =293.1kN.m AsV=MI_3/(0.9×(h-h3-h2-as)×fy) =293.1×106/(0.9×(1350.000-450.000-450.000-40.000)×210) =3782.42mm2

比较AsI、AsIII和AsV，应按AsI配筋，即As=AsI/b=5905.82/5.1900=1137.92mm2/m 又 As=max(As, ρmin×h×1000) =max(1137.92, 0.150%×1350×1000)

2

=2025mm/m

选择钢筋d18@125, 实配面积为2025mm2/m。 2）基础短边方向

因该基础受单项偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，则

Pn=1/2(Pmax+Pmin)=1/2×(290.907+258.636)kN/m2=274.772kN/m2

与长边方向的配筋计算方法相同，可得II-II截面的计算配筋值AsII=3607.1mm2；IV-IV截面的计算配筋值AsIV=3465.3mm2；VI-VI截面的计算配筋值AsVI=3579.8mm2，因此按II-II截面在短边方向配筋，即As=AsII/l=3607.1/4.700=767mm2/m 又 As=max(As, ρmin*H*1000) =max(767, 0.150%*1350*1000) =2025mm2/m

选择钢筋d18@125, 实配面积为2025mm2/m。 （7）绘制施工图

五、 边柱、角柱的基础设计

边柱、角柱的设计与计算方法跟中柱相同，可得边柱的基础埋深d=4.0m，基础底面的长边l=4.1m，基础底面的短边b=4.8m。（详见详图4），基础长边配筋为：选

2

择钢筋d20@180, 实配面积为1856mm/m。基础长边配筋为：选择钢筋d20@180, 实配面积为1856mm2/m。

角柱的基础埋深d=4.0m，基础底面的长边l=3.4m，基础底面的短边b=3.95m。（详见详图5），基础长边配筋为：选择钢筋d18@160, 实配面积为1890mm2/m。基础长边配筋为：选择钢筋d18@160, 实配面积为1890mm2/m。

第二部分

嘉陵路8号公寓基础工程的【桩基】设计

1 .任务书

1.1荷载资料

柱子：500mm500mm 各种荷载值：M4xk610kNm 1.2地层资料

M4yk665kNm

N4k7980kN

表1.2.1 土层资料

1.3设计要求

1. 选择持力层，桩型，桩长，承台，桩数目； 2. 根据承台尺寸及桩数目进行布桩； 3. 对桩进行承载力验算； 4. 对桩及承台进行配筋和验算； 5. 绘制基础配筋图

2.选择桩型、桩端持力层 、承台埋深

2.1 选择桩型、选择桩的几何尺寸以及承台埋深

1、由于有较厚软土，为减少挤土，采用薄壁管桩PTC800，D=800mm,t=75mm,C30；

2、考虑地下水，取下图桩长和承台埋深

确定单桩竖向承载力特征值

Ap3.140.40.40.5024m2 Up3.140.82.512m

RaqpaApUpqsiali

Ra＝ qpaAp +Up∑qsiali=1600×3.14×0.42+3.14×0.8×25+17.8×60) =3948.9(kN)

4 .确定桩数和承台底面尺寸

4.1 桩数和承台的确定

估计桩数：受偏心影响，不计承台及上部土自重影响

n1.2

N2kR1.23000

2.63 取4根 a1367

桩的中心距取4d=40.5=2.0m；承台厚1.9m

3 .

×28+4× (3

边桩外边缘至承台边缘的距离为400mm 承台尺寸为2.4m

2.4m

5 .桩数验算

5.1 桩数验算

承台及上部覆土重：GkAdrG2.42.41.720195.84kN

n

N4kGk7890195.84

1.86 桩数为

4ykimaxM4xkyimax1.23948.91.2Ra22

40.840.8xyii

4>1.86 所以合理 5.2 桩身强度验算

Apfcc3.140.0419000.852500kN

FkGkMykximaxMxkyymax

Qmax= 22

nyixi

= 7890195.846650.86100.8

4

40.82

40.82

2419.9kNApfcc

所以 QikmaxApfcc 满足

6 .承台设计及验算

6.1 四桩承台设计

钢筋为HPB335，保护层厚度取80mm，

hoh801900801820mm

6.2 受弯验算

NM4xymaxM4yxmax78906100.86650.8A桩：NA2370.9KN 2222

nyx440.840.8ii

NM4xymaxM4yxmax78906100.86650.8

1989.7KN B桩：NB2222

n440.840.8yixi

NM4xymaxM4yxmax78906100.86650.8

1574.1KN C桩：N2222

n440.840.8yixi

D桩：ND

1-1截面：

NM4xymaxM4yxmax78906100.86650.81955.325KN 2222n440.840.8yixi

M11(NANB)0.575(2370.91989)0.5752506.9kNm

2-2截面：

M22(NANd)0.575(2370.91955.325)0.5752487.6kNm

M112506.9106

As10.9fh5101.5mm2

y00.93001820

AM222487.61062

s20.9f.93001820

5062.3mmyh00

所以都可采用24φ30@200（5251）

6.3 冲切验算 （1）柱对承台的冲切

a0482mm 

a0h4821820

0.26[0.25,1] o1.250

0.21.250.260.22.7 0.9400

hp1200

0.10.93 2[0x(bca0y)0y(hca0x)]hpfth0=

40(ba0)hpfth042.7(0.50.482)0.9314301.8225669.9kN

FlFQiN2k78901.310257kN

所以 Fl10257

kN25669.9kN 满足 （2）角桩对承台的冲切

1xa0h4820.26 0.560.56

1y

1x1y01820

0.20.260.21.22

c1c21000mm a1xa1y670mm

[1x(c2

a1y2

)1y(ca1x

1

2

)]hpfth0 21.22(10.67/2)1.2214301.8210342.8kN

NlNA2370.4kN10342.8kN 所以满足

6.4 斜截面抗剪验算



1.751.75a0482

1.39 0.26 10.261h01820

hs0.968 h

01820

0.5b010.5112.41.45m

2.4

1600

1

4

1600

14

hsftb0h00.9681.2414301.451.824529.7kN

VNANB2370.91989.74360.6kN4529.7kN

所以满足

结语

通过以上土力学课程设计的过程、步骤，我深刻地体会到了要学好

一门科学知识是要付出多么艰辛的努力。同时，从学习到运用理论知识，感到了成功的喜悦，只要有付出就有收获。