土力学与地基基础设计实例[1]

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。

（二）设计资料

⑴工程地质条件如图4-2所示。

图4-1平面图 3杂填土 γ=16KN/m 3粉质粘土 γ=18KN/m b0.3 Es=10MPa d1.6 fk=196KN/m2

淤泥质土Es=2MPa 2f=88KN/m k

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dmin=Zd-hmax或经验确定dmin=Z0+（100~200）mm。 式中 Zd——设计冻深，Zd= Z0·ψzs·ψzw·ψze； Z0——标准冻深；

ψzs——土的类别对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-1；

ψzw ——土的冻胀性对冻深的影响系数，按规范中表5.1.7-2；

ψze ——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

fafakb(b3)dm(d0.5) 式中 fa——修正后的地基承载力特征值（kPa）； fak——地基承载力特征值（已知）(kPa)；

ηb、ηb——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)；

γm——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

Fkb≥

fahbb0b2H0≥

2tanb2/H0式中 Fk——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；

3

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

h——计算基础自重及基础上的土自重GK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

pzpcz ≤faz 式中 pz——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

（kPa）；

； pcz——软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值（kPa）

。 faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）

（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∑F1K=558.57kN，山墙∑F2K=168.61kN，内横墙∑F3K=162.68kN，内纵墙∑F4K=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

F558.57kN/m169.26kN/m 则F1k1k3.33.3山墙：取1 m为计算单元宽度

F168.61 则F2k2kkN/m168.61kN/m

11内横墙：取1 m为计算单元宽度

F162.68 则F3k3kkN/m162.68kN/m

11内纵墙：取两门中心线间的距离8.26m为计算单元宽度

F1533.15则F4k4kkN/m185.61kN/m

8.268.26⑵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fa

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

160.5180.9 mkN/m317.29kN/m3

0.50.9

fafakdm(d0.5)1961.617.291.40.5kN/m2220.89kN/m2

⑷确定基础的宽度、高度 1）基础宽度

F1k169.26m0.877m 外纵墙：b1≥

fah220.89201.4F2k168.61m0.874m 山墙：b2≥

fah220.89201.4F3k162.68m0.843m 内横墙：b3≥

fah220.89201.4F4k185.61m0.962m 内纵墙：b4≥

fah220.89201.4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

1.20.241 b2m0.16m（符合构造要求） 232查GB50007-2002允许台阶宽高比［b2/H0=1/1.5］，则每层台阶的高度为

b20.16m0.24m H0≥

b2/H01/1.5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≤b2/H0H01/1.50.4m0.267m

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

FGkp0pkpckmdA185.61201.211.417.291.4)kN/m2 (1.21158.47kN/m22）下卧层顶面处附加压力

因Z/b=4.1/1.2=3.4＞0.5，Es1/Es2=10/2=5 故由GB50007-2002中表5.2.7查得θ=25°则

bp01.2158.47pzkN/m237.85kN/m2 b2ztan1.224.1tan253）下卧层顶面处自重压力

pcz(160.5185)kN/m298kN/m2

4）下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值

mfaz160.5185kN/m317.82kN/m3

0.55fakdmdz0.5881.017.820.550.5kN/m2177.1kN/m25）验

算下卧层的强度

pzpcz(37.8598)kN/m2135.85kN/m2＜faz=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 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fak=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）（ft=1.1N/mm2） 钢筋：采用HPB235（可以调整）（fy=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fa 同前所述

fafakb(b3)dm(d0.5) （三）确定基础的底面面积

FkA≥

fah式中各符号意义同前所述

（四）持力层强度验算

FkGk6e0kmaxpk1≤1.2fa minAlppkminpkkmax≤fa

2式中 pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值(kPa)；

pkmax——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)； pkmin ——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)； Fk——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)； Gk——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)；

fa——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

Fl≤0.7hpftamh0 式中 Fl——相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值(kN)； βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取 1.0；当大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用； ft——混凝土轴心抗拉强度设计值(kPa)；

am——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

M1laz22bbzpjmaxpjI ； MIAs480.9h0fy AsM1bbz22lazpjmaxpjmin ； MII480.9h0fy式中 AsI、AsII ——分别为平行于l、b方向的受力钢筋面积(m2)；

MI 、MII——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)； fy——钢筋抗拉强度设计值(N/mm2)；

pjmax、pjmin ——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）；

pjI、pjII ——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）；

az、bz——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（ηb=0、ηd=1.0），土的天然重度为18 kN/m3，fak =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fa

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, fafakdm(d0.5)2301.0181.20.5kN/m2242.6kN/m2 ⑶确定基础的底面面积

1.21.5 hm1.35m

2FPk680m23.11m2 A≥kfah242.6181.35考虑偏心荷载影响，基础底面积初步扩大12%，于是 A1.2A1.23.11m23.73m2 取矩形基础长短边之比l/b=1.5，即l=1.5b

A3.731.58m b1.51.5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

FKGK680kNAh(680203.841.35)kN783.68kN MkMVh(80100.65)kNm86.5kNm

Mk86.5e0m0.11m＜l2.4m0.4m

FkGk783.6866符合要求。

2FkGk6e0783.6860.112260.21kN/m p11kN/m2Al3.842.4147.96kN/m ＜1.2fa=1.2×242.6kN/m2=291.12kN/m2

ppkmin260.21147.96pkkmaxkN/m2204.09kN/m2

22 ＜fa=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ft=1.1N/mm2=1100 kN/m2，钢筋fy=210 N/mm2。 地基净反力

1.35GKGpjmaxpmax1.35pkmaxAA1.35203.841.35(1.35260.21)kN/m2

3.84314.83kN/m21.35GKGpjminpmin1.35pkminAA1.35203.841.35(1.35147.96)kN/m2

3.84163.3kN/m2由图4-8可知，h=650mm，h0=610mm；下阶h1=350mm，h01=310mm；az1=1200mm，bz1=800mm。

1) 柱边截面

bz+2 h0=(0.35+2×0.61)m=1.57m＜b=1.6m

kmaxkminlabbA1zh0bzh0222222.40.51.60.3520.611.60.61m

22220.5438m2A2bzh0h02

0.350.610.61m2

0.5856m2 F1A1pjmax0.5438314.83kN171.2kN

0.7hpftA20.71.011000.5856kN450.91kN＞F1=171.2kN

符合要求。

2) 变阶处截面

bz1+2 h01=(0.8+2×0.31)m=1.42m＜b=1.6m

labbA1z1h01bz1h012222222.41.21.60.820.311.60.31m

22220.4559m2A2bz1h01h010.80.310.31m2

0.3441m2 F1A1pjmax0.4559314.83kN143.53kN

0.7hpftA20.71.011000.3441kN264.96kN＞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

lazpjmaxpjminpjIpjmin2l2.40.52 314.83163.3163.3kN/m22.4254.85kN/m21laz22bbzpjmaxpjIMI4812.40.5221.60.35314.83254.85kNm 

48152.1kNmMI152.1106 AsImm21319.28mm2

0.9fyh00.9210610III-III截面：

pjIIIpjminlaz1pjmaxpjmin2l2.41.22

314.83163.3163.3kN/m22.4276.95kN/m21laz122bbz1pjmaxpjIIIMIII4812.41.2221.60.8314.83276.95kNm 

4871.01kNmMIII71.01106 AsIIImm21211.98mm2

0.9fyh00.9210310比较AsI和ASIII，应按AsI配筋，在平行于l方向1.6m宽度范围内配12φ12@140（As=1356mm2>1319.28mm2）。

2) 计算基础的短边方向，II-II截面

1bbz22lazpjmaxpjminMII4811.60.35222.40.5314.83163.3kNm 

4882.49kNmMII82.49106 AsIImm2715.5mm2

0.9fyh00.9210610Ⅳ-Ⅳ截面

MIV1bbz122laz1pjmaxpjmin4811.60.8222.41.2314.83163.3kNm 4838.25kNmMsIV38.25106mm2652.84mm2 0.9fyh00.9210310

AsIV比较AsII和ASIV，应按AsII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（As=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