(150412)《基础工程设计原理》课程设计指导书

《基础工程设计原理》课程设计

Course Design of Foundation Engineering Design Principle

指 导 书

华中科技大学土木工程与力学学院

土木工程系岩土工程教研室

二〇一四年九月

一、教学要求

1、了解建筑基础设计的全过程；

2、了解岩土工程勘察技术报告的阅读与使用；

3、学习结构施工图的绘制和结构计算书的编制方法；

4、了解有关基础的布置方法和组合基础的分布形式；

5、掌握有关基础的内力计算、构造设置方法等。

二、柱下独立基础的设计方法

(一)基础埋深的选择

基础埋深选择应考虑的因素：建筑物自身的条件、建筑场地的工程地质和水文地质条件、环境因素的影响等。

(二)地基承载力的确定

1、根据土的抗剪强度理论公式计算确定地基承载力特征值；

2、根据地基土静载荷试验确定地基承载力特征值；

3、地基承载力特征值的修正

fa fak b (b 3) d m(d 0.5)

式中fa为修正后的地基承载力特征值（kPa）； b、 d为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数；b为基础宽度（m），当b＜3m时按3m计算，大于6m按6m计算； 为

； m为基础底面以上土基底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度（kN/m3）

；d为基础埋置深度（m），的加权平均重度，地下水位以下取有效重度（kN/m3）

一般自室外地面标高算起，在填土整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面算起。

(三)确定基础底面积

1、根据地基承载力特征值计算基础底面积

对中心荷载作用的基础：

A F (1) fa Gd

对偏心荷载作用的基础，除满足上式外，还应满足：

pmax 1.2f e Mb (2) F G6

式中M为基础所有荷载对基底形心的合力矩。一般认为，在中、高压缩性土上的基础，或有吊车的厂房柱基础，e不宜大于b/6；对低压缩性地基上的基础，当考虑短暂作用的偏心荷载时e应控制在b/4以内。

2、根据软弱下卧层验算校核基础底面积

z cz fa (3)

z lb(p c) (4) (l 2ztan )(b 2ztan )

(四)验算基础沉降

采用分层总和法验算基础沉降：

s s (5)

式中 为沉降计算经验系数。

(五)抗冲切验算确定基础有效高度

Fl≤0.7 hpftbmh0 h0≥

(六)基础底板配筋计算

轴心受压时：

l方向：As Fl0.7 hpftbm (6) M2M1A ；b方向： S； (7) 0.9h0fy0.9(h0 d)fy

偏心或双向偏心受压时：

l方向： As M4M3A ；b方向：s； (8) h df0.9()0.9h0fy0y

三、柱下独立基础沉降控制设计方案

类似的，首先选择基础埋深、确定地基承载力特征值、计算基础底面积、验算基础沉降。考虑到地基承载力、柱网荷载的差异，柱间存在沉降差。为此假定地基为弹性体，按允许沉降调整基础底面尺寸。

如下图中的j、k为两相邻基础，其原有底面积都是以相同的修正地基承载力特征值承载力fa确定的，设柱荷载Fk＞Fj，则底面积Ak＞Aj，因此沉降sk＞sj（沉

。如沉降差 kj=sk-sj降量以基底附加压力pk=pj计算，故与力矩荷载Mk和Mj无关）

超过允许值[ ]时，就只能靠沉降较大的k基础底面积的增大来削减sk，从而将沉降差缩小到 kj*≤[ 。设j、k两基础的沉降可分别表达如下：

sj jjFj jkFk;sk kkFk kjFj (9)

式中 jk表示k基础承受单位竖向柱荷载Fk=1时，在j基础中心处引起的沉降。其余系数 kj、 jj和 kk的意义可仿此类推。

假定地基是均质的，则有得 jj=(1- j2) j/Ejlj、 kk=(1- k2) k/Eklk。 kj、 jk与基础间距有关，可分别按分布于Aj和Ak面积上的基底平均附加压力pk=1/Ak及pj=1/Aj以地基附加应力“角点法”求得。一般说来，两基础尺寸不同或地基条件相异时， kj≠ jk。但当k、j两基础相距稍远，可近似地以单位等代集中力Fk=Fj=1简化计算时，只要两基础的地基条件相同，便有 kj= jk。对非均质地基，可按分层总和法

计算 。

设 k基础的沉降较大，利用式(9)，k、j两基础的沉降差可表达为：

kj ( kk jk)Fk ( jj kj)Fj (10)

如 kj>[ ，且按相同的fa值选定了Aj和Ak，则只能将Ak增大为Ak*，以便使沉降差由 kj减小到[ 。此时，k基础的基底附加压力减小为pk*=Fk/Ak*，与其底面尺寸有关的沉降影响系数 kk和 jk。相应改变为 kk*和 jk*，仿照式(10)，有：

*** ( kk *

jk)pkAk ( jj kj)Fj (11)

jk*均为未知数，故无法由上式直接解出调整后的基底面积Ak*，由于pk*和系数 kk*、

而应采用迭代算法才能求得，迭代步骤为：

（1）将式（11）中的 kk*、 jk*、pk*和Ak*；以相应的近似值 'kk、 jk’、pk’和Ak’代替（对第一次选代计算，可取 kk= kk’， jk= jk’， Ak’＝ Ak），从而求得：

pk ( jj kj)Fj'( kk '

jk)Ak' (12)

（2）计算近似解 A'k=Fk/p'k；

（3）如前后两次计算所得的近似值满足下列条件（其中 为给定的精度控制数，一般取00.1～0.02）：

Ak Ak (13) Ak

则取A''k作为最终结果Ak*，否则以A''k作为A'k，选取新的基底尺寸lk和bk，并计

算相应的沉降影响系数 kk”及 jk” 后重复以上步骤，直至满足式（12）的要求为止。

柱网下的扩展基础群按允许沉降差调整基础底面尺寸时，应首先选取沉降差与柱距之比为最大的一对基础（j和k）来计算。由于对j或k有影响的邻近基础i

： 可能不止一个，故j和k基础的沉降应分别表达如下（设 sk＞sj）

sj jkFk ( jiFi)i k sk kkFk ( kiFi)i k (14)

i 1i 1mm