五层框架结构教学楼 基础毕业设计_5层框架结构毕业设计

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XXX大学本科毕业设计场地工程地质条件

1.1 工程概述

XX中学位于XX市XX区北部的，深南路的东侧。本次拟建的XX中学综合楼位于该校主路以东100米左右，主教学楼以北50米左右。

XX中学综合楼由XX区政府投资兴建。整体规划由XX规划设计院完成。施工图设计单位待定。广东省基础工程公司承揽了岩土工程详细勘查工作。拟建的XX中学综合楼为五层框架结构，建筑面积约1.3万平方米，拟建建筑物的重要性等级为Ⅱ级。

1.2 场地地形地貌

拟建场地位于凤凰山山前洪积倾斜平原与西乡河冲洪积平原的交汇处。拟建场地原始地形起伏较大。XX中学综合楼东南角发育古河道，呈东北～西南向分布。经历年平整农田回填。现地形平坦。

1.3 场地岩土工程条件

场地地表普遍分布有一层耕土。该场地第四系堆积层约140米厚，其上部主要为粉质粘土、粉土、中砂、细砂和粉砂。在地表下26米深度范围内，土层可以分为三大层。第一大层系埋深8米以内土层，其上部以粉质粘土层为主，呈软塑～可塑状态；往下逐渐相变为粉土质粘土夹粉土，以软塑状态为主，局部呈流塑，埋深4米左右夹一层厚度小于1米的棕褐色粉质粘土。第二大层系粉质粘土层，上部以硬塑状态为主，往下逐渐过渡呈可塑～硬塑状态，含较多结核、碎石、局部富集成层。该层顶面埋深8米左右，厚度约7米。第三大层主要为粉质粘土与粉土互层，埋深约15米。

据本次勘探资料，古河道穿过XX中学综合楼区，最大深度约11.20m。根据现场勘探并结合室内土工试验指标，按各土层形成年代由新而

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老分述如下：

①层填土（Q4）：由地表平整农田的填土和新近堆积层组成。填土主要为黄褐色粉质粘土。古河道中的新近堆积层为粉土夹砂，粉土、粉砂呈饱和，稍密状态。填土包括古河道中发育的新近堆积粉土夹砂在内的土层最大厚度达11.20米。此层土密实程度差异较大，属高压缩性土。

①—1层粉土夹砂（Q4）：上部为黄褐色、褐灰色、灰褐色粉土夹粉质粘土，粉土为饱和中密状态，粘粒（＜0.005mm）含量均大于10%；粉质粘土饱和，以软塑状态为主，局部流塑状态。中下部为灰褐色、青灰色粉土夹砂，粉土呈饱和稍密状态，粘粒含量大于10%，砂以透镜体状态不规则的穿插在粉土中，呈松散状态，含大量白色螺壳。本层分布于古河道中，层厚约0.37m～9.20m，一般厚6.43m左右。粉土中砂透镜体最大厚度可达2.50m，一般厚2.00m左右。

②—1层粉质粘土（Q4a1+p1新新）：灰褐色、黄褐色，饱和，以可塑状态为主，局部呈硬塑状态。含少许白色螺壳及黑色铁锰氧化物，属中等压缩性土。

②—2层粉质粘土（Q4a1+p1）：灰黄色、灰褐色，饱和，呈可塑～软塑状态。含少许白色螺壳及黑色铁锰氧化物，此土层局部相变为粉土，属中等偏高压缩性土。

②—3层粉质粘土（Q4a1+p1）：灰黄色，饱和，呈软塑～流塑状态。本层局部相变为粉土或粉砂。属中等偏高压缩性土。此层除古河道发育地段外，全场地均有分布。

③层粉土(Q4a1+p1)：棕红色、棕褐色，饱和，以可塑状态为主，局部呈硬塑状态，局部相变为粉土、粉砂。含铁锰氧化物，属中等压缩性土。此层除古河道发育地段外，全场地均有分布。

④层粉质粘土（Q4a1+p1）：灰黄、黄褐色，饱和，软塑～流塑状态，含铁锰氧化物、白色螺壳等，局部相变为粉土、粉砂。属中等偏高压缩性土。此层除古河道发育地段外，全场地均有分布。

⑤层粉质粘土（Q4a1+p1）：灰黄色、黄褐色，饱和，可塑状态，局部为硬塑状态。含钙质结核。此层为④层与⑥层粉质粘土过渡层，呈上软下硬趋势。属中等压缩性土。此层除古河道发育地段外，全场地均有分

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布。

⑥层粉质粘土（Q3a1+p1）：以灰褐色、黄褐色为主，底部为棕黄色，按土的状态划分为⑥—1与⑥—2层。⑥—1层以硬塑状态为主，局部呈坚硬状态。⑥—2层呈可塑～硬塑状态。该层中含较多钙质结核，局部含量达20%～30%，钙质结核含量高直接影响桩的贯入，故⑥—1层中钙质结核含量高的层段划分为⑥—1a。

⑥—1层粉质粘土（Q3a1+p1）：灰褐色、黄褐色，饱和，可塑～硬塑状态，含钙质结核，白色螺壳及少许铁锰结核。属中等偏低压缩性土。⑥—1a以上的⑥—1层以灰黄褐色为主。⑥—1a以下的⑥—1层粉质粘土为灰黄褐色～棕黄褐色。

⑥—1a层粉质粘土夹结核（Q3a1+p1）：灰褐色、黄褐色，饱和，可塑状态，局部坚硬状态，钙质结核含量高，达20%～30%，最大粒径为30mm。局部夹有粉土、粉砂；属中等偏低压缩性土。

⑦—1层粉土（Q3a1+p1）：红褐色、黄褐色，饱和，粉土、粉砂以中密状态为主，粉砂为红褐色，粉质粘土呈可塑～硬塑状态。属中等～中等偏低压缩性土。

⑦—2层粉质粘土夹粉土、粉砂（Q3⑧层粉土、粉砂夹粉质粘土（Q3a1+p1a1+p1）：粉质粘土以红褐色为主，可塑～硬塑状态，粉土、粉砂以黄褐色为主，呈稍密～中密状态。）：红褐色、黄褐色，饱和，粉土、粉砂以中密状态为主，粉砂为红褐色。粉质粘土呈可塑～硬塑状态。属中等～中等偏低压缩性土。本层未揭穿。

1.4 水文地质条件

拟建场地位于凤凰山洪积与西乡河冲洪积平原交汇处，是地下水的滞流区，也是地下水的滞流带，近几年来地下水位埋深最小的为0.40米；地下水位埋深最大的为3.30米，变化幅度在1.53米左右。其变化主要受大气降水的影响。

第四系土层中含孔隙潜水，勘察期间钻孔所揭示的楼区的地下水位埋深为1.66米～3.30米。本场地地下水对混凝土不具腐蚀性；对钢筋

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混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。由于拟建场地地下水位埋藏浅，地下水对地面建筑物基础与建筑物底层的地面防水、防潮带来不利影响。该场地最大冻土深度0.31米。据资料可知：①—1层的渗透系数为0.9m／d；②—1层、②—2层的渗透系数为0.02 m／d；②—3层的渗透系数为0.15 m／d；本场地内不存在对地下水和地表水的污染源。

1.5 地震效应分析

1.5.1 地震烈度

根据《中国地震烈度区划区》（1990），XX市地震基本烈度为7度。拟建建筑物为框架结构，根据《建筑抗震设计 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）》（GB50011—2001）之规定，应按7度进行抗震设防。设计基本地震加速度值为0.10g。本拟建场地为建筑抗震不利场地。

1.5.2 场地土类型和建筑场地类别

根据资料，本场地20米深度范围内均系中软场地土；埋深60m以下第四系堆积层的Vse 值大于500m/s，故本场地覆盖层厚度为60米，大于50米，建筑场地类别为Ⅲ类。

1.5.3 液化判别

根据《建筑抗震设计 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）》（GB50011—2001）之规定，建筑场地20米深度范围内存在饱和粉土、砂层时，应进行液化判别。

本建筑场地20米深度范围内存在饱和粉土、粉砂为古河道中赋存的①—1层粉土夹砂，其下③层粉质粘土夹粉土，⑦—1层粉土、粉砂夹粉质粘土，根据土工试验成果表明，粉土层中的粘粒（＜0.005min）含量均大于10%，设防烈度为7度时，系非液化土；且⑦—1层粉土、粉砂夹粉质粘土地质年代为第四系晚更新世(Q3)，该层可判定为不液化土层。

对①—1层中的粉砂透镜体的液化判别：根据煤炭工业部武汉设计研究院一期详勘在钻孔边布设了专门液化判别孔。对古河道中赋存①—1

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层粉质粘土夹粉土、粉砂进行液化判别，液化判别结果表明，为不液化土。本次勘探中XX中学综合楼东南角的小部分为古河道，通过拟建建筑物的规模小，可以不考虑液化土层的影响。

1.6 场地内各土层的物理力学性质

本次勘查采用钻探取样室内试验结合原位测试的方法进行，以获取场地土的物理力学性质指标，各项试验指标分别统计列表如下：

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土的物理力学性质分层统计表（表1）

层编号 岩土名称 层厚(m)1.94 6.48 1.05 1.45 1.45 1.29 1.94 1.10 1.83 2.6 4.50 5.00 重力密度r（KN/m³)

19.8 19.7 19.8 19.8 19.8 19.7 20.1 20.4 20.4 20.7 20.1 20.0

压缩模量承载力特桩侧阻力桩端阻力Es0.1-0.2 征值标准值标准值

fak(Mpa)qsin(Kpa)qpk(Kpa)4 7.0 6.5 6.0 4.0 6.0 3.5 7.0 15.0 12.0 9.0 11.0

160 120 90 160 80 160 350 250 230 22016 23 20 15 23 15 23 32 30

1100 1000 素填土 粉土加砂 粉质粘土 粉质粘土 粉质粘土 粉质粘土③

夹粉土

④ 粉质粘土 ⑤ 粉质粘土

⑥1 粉质粘土

粉质粘土 ⑥1a

夹结核

⑥2 粉质粘土

粉土、粉 ⑦1 砂夹粉质粘土 粉土、粉 ⑦2 砂夹粉质粘土土 粉土、粉⑧ 砂夹粉质粘土 ①

①1 ②

1②

2②3

6.00 20.3 9.0 200

5.00 21.0

8.8 220

XXX大学本科毕业设计各层岩土工程地质条件评价和基础方案比较

2.1 岩土工程条件分析与评价

2.1.1 场地稳定性

本场地地形平坦，属稳定场地，适宜建筑建筑物。有关断层影响问题，在选址阶段已有专题论述，详见相关资料。

2.2 场地土层分布特点

⑪因校区位于凤凰山山前洪积倾斜平原与冲洪积平原交汇处，第四系山前洪积物与河流相冲洪积物相互穿插堆积。土层分布空间变化较大。受古河道的影响，增加了浅部地基土的不均匀性。

⑫埋深约8.0米以内的土层（即④层及④层以上各层）堆积年代较新，由于地下水埋藏浅，其固结强度较差，土质软弱，尤其是②—3层及④层，呈软塑～流塑状态。该二土层的静探比贯入阻力平均值分别为0.80MPa与0.78MPa，其地基承载力低，系中等至高压缩性土，不宜作为五层建筑物的天然地基持力层。

⑬⑤层粉质粘土呈上软下硬趋势，系④层粉质粘土与⑥层粉质粘土之间过渡层，厚薄不均，亦增加了地基土的不均匀性。

⑭⑥层粉质粘土呈现上硬下软特性。⑥—1层为硬塑状态，属中等偏低～低压缩性土。⑥—2层呈可塑～硬塑状态，系中等～中等偏低压缩性土。⑦层以下各土层多系粉质粘土与粉砂、粉土互层，粉质粘土呈可塑～硬塑状态，系中等～中等偏低压缩性土。故⑥层以下土层可作为多层建筑物的桩基的持力层。

⑮⑥—1层粉质粘土中含多量结核，并局部富集。根据静力触探贯入情况分析，预制桩及沉管桩难以穿透此层，从成桩可能性考虑单独划出⑥—1层，以便桩型选用。

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2.3 基础型式分析与选择

2.3.1 天然地基

因浅部地基土（包括①层、①—1层、②层、③层及④层）各土层的物理力学性质差异较大，多系高压缩性土，且②—3层粉质粘土与④层粉质粘土承载力特征值仅90KPa、80KPa。故五层框架不宜选用天然地基方案。

2.3.2 复合地基

采用复合地基方案时，桩型可采用粉喷桩或水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）。CFG桩适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。CFG桩的桩身材料有碎石、粉煤灰和水泥组成。成桩功以类似灌注桩，桩身质量较容易保证。水泥粉煤灰碎石桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。

由于拟建建筑物均为五层框架结构的建筑物，上部结构荷载较大，经地基处理的复合地基承载力难以满足设计要求，故五层框架不宜选用复合地基方案。

2.3.3 桩基础

拟建场地⑥层粉质粘土及⑥—1a层粉质粘土夹结核强度较高，具中等偏低至低压缩性，埋深较大，可作为桩端持力层。当采用桩基方案时，应考虑⑥—1a层对成桩的影响。建议采用复打沉管桩，以进入⑥—1层或⑥—1a层1m～2m为宜。复打沉管桩的桩基参数见表6。沉管桩及在施工中有噪音，由于拟建建筑物与新校区学生的学习生活地点有一等的距离，故对新校区学生的学习生活影响不大。

2.4 古河道的分析

古河道形成与第四系全新世，由于古河水的向下侵蚀作用而形成，XXX大学本科毕业设计

根据前期资料结合本次勘探可分析，该古河道呈弯曲状经过新校区场地。XX中学综合楼东南角发育古河道，呈东北～西南向分布，一般深度9.0m左右，最大深度10.90m。古河道的存在对建筑物的稳定性不构成威胁。

2.5 结论与建议

⑪本场地地形平坦，属稳定场地，适宜选作建筑场地。⑫各土层的地基设计参数见表1。

⑬勘探期间XX中学综合楼区地下水位埋深为1.66m～3.30m。近几年来地下水位埋深最小的为0.4m；地下水位埋深最大的为3.30m，变化幅度在1.53m左右。地下水对混凝土不具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。①—1层的渗透系数为0.9m／d；②—1层、②—2层的渗透系数为0.02 m／d；②—3层的渗透系数为0.15 m／d。

⑭本场地的地震基本烈度为7度。地表下20m深度范围内的土层系中软场地土，属Ⅲ类建筑场地。本拟建场地为建筑抗震不利地段。

⑮本场地浅部地基土为软土，且分布不均匀，加上由于古河道的存在，不宜作为拟建建筑物的天然地基持力层。

⑯建议采用桩基，采用⑥—1层或⑥—1a层作为桩端持力层。桩基选用时应综合考虑各因素，由于⑥层粉质粘土中钙质结核分布规律性差，有些地段其上部不含钙质结核的土层后度较薄，有的地段⑥—1a层中粉质粘土相对较软，均影响施工时桩长控制，增加了预制桩的截桩和接桩工作量，故建议采用复打沉管灌注桩，一旦沉管中有水，应采用导管浇灌混凝土。施工时应防止缩颈和断桩现象的发生。

⑰沉管桩基在施工中有噪音，由于拟建建筑物与新校区学生的学习生活地点有一定的距离，故对新校区学生的学习生活影响不大。

⑱桩端进入⑥—1a层1m，桩径450mm的复打沉管灌注桩。

XXX大学本科毕业设计A区KZ3柱下桩基方案设计计算

该教学楼A区长为43.9米，宽为23.8米，采用框架结构，每层高4.2米，共五层，查《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）得出该场地类型为C类。

3.1 风荷载计算

⑪楼高H

H54.221m

⑫柱子最大承担上部荷载面积（即柱KZ3）S

S7.25.539.6m2 ⑬单根柱子承担房屋自重产生的荷载P

P39.65183564kN

⑭风引起的荷载计算

wkzszw0

式中 wk— 风荷载标准值;z— Z高度处风振系数;s— 风荷载体型系数;z— 风荷载高度变化系数;w0— 基本风压（kN/㎡）。

根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2001）查得:焦作地区z1.0,uz1.8,w00.45,迎风面us0.8，背风面us0.5；可得 wk1(0.80.5)1.80.451.053kN/m2

标准值转化为设计值ak

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wak1.4wk 1.41.0531.474kN/m2

风荷载产生的剪力V

VwkHL 1.474217.2 222.264kN风荷载产生的力矩M

M

1wkLH2211.4747.2212 22340.122kNm由于该排有四根柱子且惯性矩都相等，故： 每根柱子承担的剪力为

11V222.264 4 455.566kN每根柱子承担的力矩为

11M2360.722 4 4585.031kNm3.2 桩型选择和持力层确定

根据地质勘察报告，建议桩端进入⑥—1a层1m，大于2d，即大于0.9m，满足 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）要求，即桩长为20m，桩径450mm的复打沉管灌注桩。

3.3 验算单桩承载力

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确定单桩竖向极限承载力标准值Quk QukQskQpkuqsikliqpkAp

式中 Qsk— 单桩极限摩阻力标准值（kN）；

Qpk— 单桩极限端阻力标准值（kN）；

u— 桩的横断面周长（m）；

Ap— 桩的横断面底面积（㎡）；

li— 桩周各层土的厚度（m）；

qsik— 桩周第i层土的单位极限摩阻力标准值（kPa）；

qpk— 桩底土的单位极限端阻力标准值（kPa）；

ud3.140.451.413m

3.140.452 Ap0.318m2

44Quk1.413(0.44106.42161.05231.45201.95151.29231.94151.1231.8332130)0.1591000513.075159672.075kNd23.4 确定桩数及桩的布置

3.4.1确定单桩竖向极限承载力设计值R，并确定桩数n及其分布

假设先不考虑群桩效应（即桩数不超过3）估算单桩竖向承载力设计值R：

RQsksQpkp

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式中 Qsk— 单桩总极限侧阻力标准值（kN）；

Qpk— 单桩总极限端阻力标准值（kN）；

s— 桩侧阻抗力分项系数；

p— 桩端阻力分项抗力系数。查表得：sp1.70，则：

R QsksQpkp513.0751591.71.7 672.0751.7395.338kN按轴力P和R估算桩数n为： n=P35649 R395.338由于n大于3，应考虑群桩效应和承台的效应确定R。姑且先取桩数n=9，装的布置按正方形排列，桩距sa=1600mm大于3d=1350mm，取边桩中心矩到承台边缘距离为500mm，布置如图（3-1）：

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图3--1桩的平面布置图

则承台底面尺寸为4.2m×4.2m。下面按桩数为9求单桩竖向承载力设计值R：

sQskpQpkcQck R spcieqckAciAceAcc其中 Qck，qck2fk，cc AAnccs— 侧阻群桩效应系数；

p— 端阻群桩效应系数；

c— 承台底土阻力群桩效应系数；

i— 承台内区土阻力群桩效应系数； cce— 承台外区土阻力群桩效应系数；

c— 承台底土阻抗力分项系数；

Qck— 桩基中相应于任一复合地基桩的承台底地基土总极限阻力标准值（kN）；，地基土极限qck— 承台底1/2宽度的深度范围内（l≤5m）抗力标准值；

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可按《《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）中相应的地基土承载力标准值乘2取值；

Ac— 承台底地基土净面积（㎡）；

Aic— 承台内区的净面积（㎡）；

Ae—承台外区的净面积（㎡）； c fk— 承载力特征值（kPa）。

图3--2

由 saB3.6,c0.21得：fk250kPa dl查表和图3—2得：sp1.70，c1.70，s=0.856，p=1.491，ci0.126，ce0.696

Aic(3.20.45)213.323m2Aec17.6413.3234.317mAc4.24.217.64m2

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eAiceAcccAcAcic 0.1260.26613.3234.3170.696 17.6417.64QckqckAcn50017.64 9980kNR sQskpQpkcQckspc513.075159980

1.4910.2661.701.701.70258.348139.452153.361551.141kN0.8563.4.2 按桩身强度验算承载力设计值

混凝土强度等级为C20（fc7.2N/mm2,ft0.9N/mm2）则有：

RlfcA10.87.215962.5915.624kN＞551.14kN 下面验算n=9是否合适，承台面积为4.2×4.2=17.64㎡，柱中心到承台边缘距离为500mm,布图如下图3—3：

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室内地平面室外地平面

查规范得XX市XX区的最大冻结深度为0.5m，则承台顶面距天然地基为0.5m，承台及土总体积为V24.24.21.526.46m3，承台体积

图3--3V14.24.2117.64m3，土的重度为m20kN/m。混凝土密度24.5kN/m3。

承台自重：GV124.5V220608.58kN

nPG3564608.587.6＜9 R551.14则桩数9根桩可以，确定承台底面尺寸及桩的排列如图3—4：

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***6004200图3--4桩的平面布置图

3.5桩基中各单桩受力验算

3.5.1单桩所受的平均竖向作用力

受力图为下图3—5：

V=55.566KNM=585.031KN.m003000006100***04200图3--5

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单桩所受的平均竖向作用力为

N PGn3564608.58 9463.62kN桩基中单桩最大受力Nmax、最小受力Nmin为 NmaxNminPGMyxiMxyi nnn22xyiii1i1式中 My— 作用于承台底面的外力对通过群桩形心的y轴的力矩设计值（kNm）；

Mx— 作用于承台底面的外力对通过群桩形心的X轴的力矩设计值（kNm）；

xi— 第i桩到y轴的距离（m）；

yi— 第i桩到x轴的距离（m）。

MyMVhi 585.03155.5661

640.597kNm MyMx640.597kNm

则 xi2yi21.6237.68m2

NmaxNmin463.6283.411547.031380.209kN

N4N2N9547.031kN

N1N7N6380.209kN

N8N2N5N463.62kN

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建筑物的重要等级为Ⅱ级，则01.0

0N463.62kN＜R551.14kN

0Nmax547.031kN＜1.2R661.368kN

Nmin380.209kN＞0 以上两项都满足要求。

由于水平力V=55.566kN，则与竖向的合力与铅垂线夹角tanT55.5660.015，小于tan5°。故可以不验算竖向承载力。P35643.5.2桩基水平承载力验算

根据公式 H1Rh1

式中 H1— 单桩基础或群桩中复合基桩桩顶处的水平力设计值；

Rh1—单桩基础或群桩中复合基桩的水平承载力设计值。

Rh1hRhhilbmx0aBc'hc2 l2n1n2Rh

bnPcn1n2RhRhVx3EIx0a式中 h— 群桩效应综合系数；

i— 桩的相互影响效应系数；

— 桩顶约束效应系数；

l— 承台侧向土抗力效应系数；

b— 承台底摩阻效应系数；

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sa/d— 沿水平荷载方向的距径比；

n1,n2— 分别为沿水平荷载方向与垂直于水平荷载方向每排桩中的桩数；

m— 承台侧面土水平抗力系数的比例系数；

x0a— 桩顶（承台）的水平位移容许值；

' Bc— 承台受侧向土的计算宽度，Bc'Bc1(m)，Bc为承台宽度；

hc— 承台高度；

n— 承台底与基土间的摩擦系数；

P c— 承台底地基土分担的竖向荷载设计值，PcycqckAc； EI— 桩身抗弯刚度对混凝土桩EI0.85EcI0，其中I0为桩身换算截面惯性矩，图形截面I0w0d/2；

Vx— 桩顶水平位移系数。

查表得：2.0，x0a10mm，sa/d3.6，n1n23，Bc'5.2m，m50，hc1m，n0.3。

PccqckAc0.26650017.642346.12kN，则： Rh b3EIVxx0a156.408kN

nPc0.5

n1n2Rhmx0aBc'hc21.29

l2n1n2Rh 21

XXX大学本科毕业设计

(sa/d)0.015n20.45i0.15n10.10n21.93.60.0450.45 0.751.90.711hilb

20.7111.290.5 3.2120H155.566＜Rh1

则满足设计要求。

3.6桩基沉降计算

3.6.1矩形基础中心沉降

据 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94），矩形基础中心沉降： s4eP0ziizi1i1 Ei1sin式中 s— 桩基最终沉降量；

— 桩基沉降计算经验系数；

e— 桩基等效沉降系数；

P0— 对应于荷载标准值的基础底面处的附加压力；

Esi— 基础的面下第i层土的压缩模量；

zi、zi1— 桩端平面第i层土、第i-1层土的距离。

i、i1— 根据矩形长宽比a/b及深度比zi2zizi12zi1查表 ,bBcbBc eC0nb1 nbnBc/lc

C1(nb1)C222

XXX大学本科毕业设计

式中 nb— 矩形布桩时的短边布桩数，当布桩不规则时，可用上式计算；

C0、C1、C2— 根据群桩不同距径比sa/d、长径比l/d

及基础长宽比lc/Bc查表；

lc、Bc、n— 分别为矩形承台的长、宽及总桩数； P0PmdFGmd A根据水文地质资料，地下水位为3m，则：

m201.251.519.75.429.71.059.89.81.451.299.71.9610.41.8310.4110.7209.960kN/m3P0 FGmdA35643909.1039.9620

17.64423.645199.2224.455kN/m2由sa/d3.6,lc/Bc1,l/d查表得：C00.044，C11.58，C29.38。

e0.0440.203311.58(31)9.38

XXX大学本科毕业设计

***0自重应力线199.2KN216.32KN224.445KN61a层62层183.596KN160042001600基础附加应力线40.535KN图3--63.6.2 计算各层土的土中应力

计算各层土的土中应力：

iihi

基底处：

61amd199.2kpa61ad61a'61d216.32kpa

6261a62'd261.77kpa附加应力：

z4cp0

基底处：

***

XXX大学本科毕业设计

z1224.445kpaz240.2045224.445183.596kpaz340.04515224.44540.535kpa0.26252.253z3

各层土的自重应力与附加应力如表3-1 表3-1 各层土的自重应力与附加应力成果表

位置 深度 Zi/b a/b 1 1 1

аc 0.2500 0.2045 0.04515

σz=4аcP 224.445 183.596 405.535

自重应压缩模力σzkN 量Es 199.20 216.32 261.7712 9

аiˊ 0.2500 0.2356 0.1401 ⑥1a顶 0 0 ⑥1a底 1.6 0.76 ⑥2 6.1 2.9 由上图和表可得，基础下深6.1m处时，则62层位置即为计算深度：即沉降计算截至到62层粉质粘土。

查《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）得：61a，61a，62位置上的00.2500,10.2356,20.14011.0nzzs4eP0iii1i1i1Esi1.60.23566.10.14.11.60.235640.203224.445()12940.203224.4450.09817.86mm350mm满足 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）要求。

3.7 承台的抗冲切验算

承台的尺寸为4.2m×4.2m×1m，钢筋混凝土保护层厚度100mm，构造简图，选用混凝土强度C30，其ft1.43N/mm2

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3.7.1 柱对承台的冲切验算

根据 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）公式 ：

0F1ftumh0

2[0x(bca0y)0y(hca0x)]fth0式中 F1— 作用于冲切破坏上的冲切力设计值；

ft— 承台混凝土抗拉强度设计值；

um— 冲切破坏椎体一般有效高度处的周长；

h0— 承台冲切破坏椎体的有效高度，h0600mm；

— 冲切系数；

—冲垮比： a0，a0为冲垮，即桩边或变界面出到桩h0边的水平距离;当 a0h0时,取 a0=h0,满足0.2-1.0；

对于圆柱及圆状计算时应将截面换算成方桩,即取换算截面边宽bc=0.8dc,换算截面边宽bp=0.8d,bp=0.8d=360mm。

ox,oy有公式:0.72 算得： 0.2aoyaox ox,oy

hoho式中 hc,hc—截面长,短边尺寸；

aox—自柱短边到最近桩边得水平距离；

aoy—自柱长边到最近桩边得水平距离；

F1=F－i；

F—作用于柱低的竖向荷载设计值；

—冲切破坏锥体范围内的各桩的净反力(不计承台和承i台上土自重)设计值之和。

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***0101a0x=1175000310=6y01a***20050016004200图3--7有图3—7得：

aox16004251175mmaoy16003001300mmhc850mmbc600mmh0600mm0.720.2a1175oxoxh6001.951,ox1oaoyoyh13006001,oy1o0.72ox0.7210.20.6ox0.2oyox0.6

ft1430KN/m2

XXX大学本科毕业设计

F1FF8F99835643168KN92[ox(bcaoy)oy(hcaox)]fth02[1(4.21.175)1(4.21.3)]14300.62(5.3755.5)0.6143018661.5KNF13168KN满足要求。

3.7.2 角桩冲切验算

对于四桩(含四桩)以上得承台受角桩冲切得承载力应满足下式: oNl[1x(c2

a1y2)1y(c1a1x)ftho20.480.481x,1y1x0.21y0.2

式中 Nl—角桩竖向净反力设计值；

1x,1y—角桩冲切系数；

1x,1y—角桩冲垮比,值0.2-1.0,1xa1ya1x； ,1yh0h0c1,c2—从角桩内边缘至承台外边缘得距离；

a1x,a1y—从承台角桩内边缘或45º冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离,当柱或承台边缘变阶处位于该45º线内时,则取由柱边或变阶处与桩边缘连线为冲切锥体的锥线；

h0—承台外边缘的有效高度。

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***01a0x=1000000010=6y01a***20050016004200图3--8有图3—8得 ：

1x=1000mm，1y=1000mm a1x1xh10006001,1x10

a1y10001yh1,1y106000.481x0.20.4810.20.41x0.480.481y0.210.20.4

1yc1860mm,c2860mmNiNmaxN1N3N9N7547.031KN代人得：

[1x(c2a1y)a1x21y(c12)ftho[0.4(0.860.5)0.4(0.860.5)]14300.6 [0.41.360.41.36]14300.6933.504KN0Nl547.031

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满足角桩承台冲切要求，所以承台不发生冲切破坏。

3.8 承台剪切验算

对于桩下正方形独立承台，只需要对桩的一个轴进行验算，承台的斜截面抗剪承载力即可;根据 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）规定，剪切破裂面为通过柱边喝桩边连接线形成的斜截面，抗剪验算应满足：

0Vfcb0h0

当0.31.4时，0.12 0.3当1.43.0时，0.12 1.5式中 V—斜截面的最大剪力设计值；

fc—砼轴心抗压强度设计值； b0—承台计算截面处的计算密度； h0—承台计算机面处的有效高度；

—剪切系数；

ayax—计算截面的剪垮比，x，y此处ax，ay 为柱

h0h0边或承台便截面处至x，y方向计算一排桩的桩边的水平距离，当3时，取=3，满足0.3～3.0之间。

由图3—9得： 30

XXX大学本科毕业设计

Xh1=300h0=9001006001000ay2=570500yby2=4200by2=600ax***ax2=570bx2=750bx1=4200图3--9X

a1600350500180570mm a5700.633h0900

0.120.120.1290.30.6330.3fc1430N/mm2对X—X面：

by0[10.5by2h1(1)]by1 h0by1式中 h1300mm,h0900mm,by21600mm,by14200mm 代人得：

50016001600y31

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by0[10.5[10.5bh1(1y2)]by1h0by13001600(1)]4200 9004200[10.103]42003766.7mm对于Y—Y面：

bx21750mm,bx14200mmbx0[10.5[10.5bh1(1x2)]bx1h0bx13001750(1)]4200 9004200[10.097]42003792.6mm对于X—X面：

VyN2N4N93Vmax3547.0311641.093KN

fcby0h00.12914.33766.79006253.588KN0Vy对于Y—Y面：

VxN2N1N3NminNmaxN2547.031380.209463.621390.86KN

fcbx0h00.12914.33292.69006295.5920Vx满足要求。

3.9 桩基的配筋计算

桩基中砼采用325强度为C20普通硅酸盐水泥，钢筋用HRB335，该桩本身采用螺旋式配箍筋，据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）

XXX大学本科毕业设计

箍筋采用￠8间距s：40〈s〈80mm，则取s=80mm。砼的保护厚度为30mm。

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）得： N0.9(fc1Acorfy'As')0.9(fc1AcorfA2fyAo)'y's

式中 fc——为砼轴心抗压强度设计值；

Acor——为砼核芯截面；

fy'——纵向钢筋的抗压强度设计值；

As'——全部纵向钢筋的截面面积；

Ao——间接钢筋换算解面面积；

dAAocor1 ；

sA1——单只箍筋的截面面积；

dcor——构件的核芯直径；

——间接钢筋对砼约束的折减系数，当砼强度等级超过C50时取1.0；当砼强度等级为C80时，其间线性内插法确定。

查表得：

1.0,dcor390mmA150.3mm2,s80mm,fy'300N/mm2 fc7.2N/mm2,Acor则

dcor4119459mm2 33

XXX大学本科毕业设计

s769.967mm2AodcorA13.1439050.380N0.9(fAf'A')c1corys0.9(f''c1AcorfyAs2fyAo)N

fAc1Acor2fyA's0.9of'y547.0310.7211945921300769.9670.93000则按 《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）构造配筋：min0.65%

则：

A'sAmin2d40.65%1033.26

查表得：配616

桩身构造配筋见下图：

φφ图3--10

XXX大学本科毕业设计

3.10 承台的配筋计算

02111045图3--11右边各桩对柱边X—X和Y-Y截面取力矩：

ax21003505001801045mm1.045may21003005001801120mmMXX(N9N4N3)ax3547.0311.045

1714.942KN.mMYY(N1N2N3)ay(547.031380.209463.62)1.121557.763KN.m截面X—X所需的钢筋面积为：

AsMXX0.9f1717.942yh00.90.30.9

7075.37mm2

XXX大学本科毕业设计

（配2022@200平行有X轴）实配筋面积为：7600mm²

截面Y—Y所需的钢筋面积为：

YY1557.763 AsM0.9fyh00.90.30.9

6410.55mm2（配1922@200平行有Y轴）实配筋面积为：7222mm²

36 XXX大学本科毕业设计A区KZ4柱下桩基方案设计计算

4.1 风荷载计算

⑪ 楼高H

H54.221m ⑫ 柱子最大承担上部荷载面积（即柱KZ4）S

S7.4428.8m2 ⑬ 单根柱子承担房屋自重产生的荷载P

P28.85182592kN ⑭ 风引起的荷载计算

wkzszw0

根据建筑 《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2001）查得:焦作地区z1.0,uz1.8,w00.45, 迎风面us0.8，背风面us0.5；

可得：

wk1(0.80.5)1.80.451.053kN/m2

标准值转化为设计值ak

wak1.4wk 1.41.053

1.474kN/m2风荷载产生的剪力V

VwkHL 1.474217.4

229.060kN风荷载产生的力矩M

XXX大学本科毕业设计

M 1wkLH2211.4747.4212 22405.126kNm由于该排有四根柱子且惯性矩都相等，故： 每根柱子承担的剪力为

11V229.060 4 457.265kN每根柱子承担的力矩为

11M2405.126 4 4601.128kNm4.2 型选择和持力层确定

根据地质勘察报告，建议桩端进入⑥—1a层1m，大于2d，即大于0.9m，满足 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）要求，即桩长为20m，桩径450mm的复打沉管灌注桩。

4.3 验算单桩承载力

确定单桩竖向极限承载力标准值Quk QukQskQpkuqsikliqpkAp

ud3.140.451.413m

3.140.452 Ap0.318m2

44d2 38

XXX大学本科毕业设计

Quk1.413(0.44106.42161.05231.45201.95151.29231.94151.1231.8332130)0.1591000513.075159672.075kN

4.4 确定桩数及桩的布置

4.4.1 确定单桩竖向极限承载力设计值R，并确定桩数n及其分布

假设先不考虑群桩效应（即桩数不超过3）估算单桩竖向承载力设计值R：

RQsksQpkp

式中 Qsk— 单桩总极限侧阻力标准值（kN）；

Qpk— 单桩总极限端阻力标准值（kN）；

s— 桩侧阻抗力分项系数；

p— 桩端阻力分项抗力系数。查表得：sp1.70，则：

R QsksQpkp513.0751591.71.7 672.0751.7395.338kN

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4.4.2 按轴力P和R估算桩数n为

P2592 n=6.6

R395.338由于n大于3，应考虑群桩效应和承台的效应确定R。姑且先取桩数n=6，装的布置按正方形排列，桩距sa=1400mm大于3d=1350mm，取边桩中心矩到承台边缘距离为500mm，布置如图4—1：

图4--1

则承台底面尺寸为3.8×2.4。下面按桩数为6求单桩竖向承载力设计值R sQskpQpkcQck R spc其中

ieqckAciAceAcc Qck，qck2fk，cc AAncc由 saB3.6,c0.21得：fk250kPa dl查表得：sp1.70，c1.70，s=0.81，p=1.61，有图4—2得：

XXX大学本科毕业设计

图4--2

ic0.113，ec0.645

AieiceAcccAccAc 0.1136.53259.120.6452.58759.12 0.264QqckAcckn 5009.126

760kNRsQskpQpkcQckspc0.81513.075159

1.701.611.700.2649801.70

827.2211.7=513.071kN4.4.3 按桩身强度验算承载力设计值

混凝土强度等级为C20（f2c7.2N/mm,ft0.9N/mm2）则有

XXX大学本科毕业设计

RlfcA10.87.215962.5915.624kN＞513.071kN 下面验算n=6是否合适，承台面积为3.8×2.4=9.12㎡，柱中心到承台边缘距离为500mm。

查规范得XX市XX区的最大冻结深度为0.5m，则承台顶面距天然地基为0.5m，承台及土总体积为V22.43.81.513.68m3，承台体积V13.82.419.12m3，土的重度为m20kN/m。混凝土密度24.5kN/m3。

承台自重：GV124.5V220314.64kN nPG2492314.645.76 R513.071则桩数6根桩可以，确定承台底面尺寸及桩的排列如图4—3：

654123图4--3

4.5 桩基中各单桩受力验算

⑪单桩所受的平均竖向作用力为：

N PGn2592314.64 6484.44kN42

XXX大学本科毕业设计

M=780.041KN.mV=74.088KN654520123图4--4⑫桩基中单桩最大受力Nmax、最小受力Nmin为：

NmaxNPGMyxiMxminnyi nx2n2ii1yii1MyMVhi式中 601.28157.2651 658.546kNm x2i1.4247.84m2（桩（1.3.4.6））则： Nmax602.038N484.44117.598min366.843kN

N1N2N3602.038kN

N4N5N6366.846kN

建筑物的重要等级为Ⅱ级，则01.0

0Nmax602.038kN＜1.2R615.685kN Nmin366.843kN＞0 以上两项都满足要求。

由于水平力V=57.265kN，则与竖向的合力与铅垂线夹角

XXX大学本科毕业设计

tanT57.265 0.015，小于tan5°。故可以不验算竖向承载力。P2592⑬桩基水平承载力验算： 根据公式： H1Rh1

式中 H1— 单桩基础或群桩中复合基桩桩顶处的水平力设计值；

Rh1—单桩基础或群桩中复合基桩的水平承载力设计值。

Rh1hRhhilbmx0aBc'hc2 l2n1n2Rh

bnPcn1n2RhRhVx3EIx0a式中 h— 群桩效应综合系数；

i— 桩的相互影响效应系数；

— 桩顶约束效应系数；

l— 承台侧向土抗力效应系数；

b— 承台底摩阻效应系数；

sa/d— 沿水平荷载方向的距径比；

n1n2— 分别为沿水平荷载方向与垂直于水平荷载方向每排桩中的桩数；

m— 承台侧面土水平抗力系数的比例系数；

x0a— 桩顶（承台）的水平位移容许值；

'' Bc— 承台受侧向土的计算宽度，BcBc1(m)，Bc为承台宽度；

hc— 承台高度；

n— 承台底与基土间的摩擦系数；

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Pc— 承台底地基土分担的竖向荷载设计值；PcycqckAc；

EI— 桩身抗弯刚度对混凝土桩EI0.85EcI0，其中I0为桩身换算截面惯性矩，图形截面I0w0d/2；

Vx— 桩顶水平位移系数。

查表得：2.0，x0a10mm，sa/d3.11，n13,n23，Bc'4.8m，m50，hc1m，n0.3。

PccqckAc0.2645009.121203.84kN，则：

Rh b3EIVxx0a156.408kN

nPc0.38

n1n2Rhmx0aBc'hc21.279 l2n1n2Rh(sa/d)0.015n20.45i0.15n10.10n21.93.110.030.45 2.550.676hilb

20.6761.290.38 3.0111 0H157.625＜Rh470.944，则满足设计要求。

4.6 桩基沉降计算

4.6.1据 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94），矩形基础中心沉降

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s4eP0 eC0ziizi1i1 Ei1sinnb1 nbnBc/lc

C1(nb1)C2FGmd A P0Pmd根据水文地质资料，地下水位为3m，则：

m201.251.519.75.429.71.059.89.81.451.299.71.9610.41.8310.4110.7209.960kN/m3由: sa/d3.11,lc/Bc1.583,l/d4.1nb2查表得：

C00.0677，C11.636，C28.561。

e0.06770.166211.636(21)8.561

'fP2592kN,G1314.64KN,m8.844KN.m2d2'GG1n1l(VV1V2)m43.14450263.144502314.64624.518.5(18.52.43.818.5)8.8444314.64432.2991311.9122058.851KN 46

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P0 FGmdA25922058.8519.9620

9.12310.762kN/m24.6.2 确定沉降计算深度

计算各层土的土中应力：

iihi

基底处：

61amd199.2kpa61ad61a'61d216.32kpa

6261a62'd261.77kpa附加应力：

z1310.762kpaz240.163310.762202.615kpaz340.0274310.76234.059kpa0.26252.253z3

各层土的自重应力与附加应力如表4-1

表4—1 位置 深度 Zi/b a/b

аc

σz=4аcP 318.76 202.615

自重应压缩模力σzkN 量Es 199.20 216.32 261.7712 9

аiˊ 0.2500 0.2203 0.1102 ⑥1a顶 0 0 1.58 0.2500 ⑥1a底 1.6 1.33 1.58 0.1630 ⑥2 6.1 5 1.58 34.059 由上图和表可得，基础下深6.1m处时：

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则62层位置即为计算深度：即沉降计算截至到62层粉质粘土 查 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）得：61a，61a，62位置上的00.2500,10.2203,20.11021.0nzzs4eP0iii1i1i1Esi

1.60.22036.10.11021.60.220340.166310.762()12940.166310.7620.06513.4mm满足 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）要求。

4.7 承台的抗冲切验算

承台的尺寸为3.8m×2.4m×1m，钢筋混凝土保护层厚度100mm，构造简图，选用混凝土强度C30，其ft1.43N/mm2,fc14.3N/mm2

4.7.1 对承台的冲切验算

根据 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）公式 ：

0F1ftumh0

2[0x(bca0y)0y(hca0x)]fth0式中 F1— 作用于冲切破坏上的冲切力设计值；

ft— 承台混凝土抗拉强度设计值；

um— 冲切破坏椎体一般有效高度处的周长；

h0— 承台冲切破坏椎体的有效高度，h0600mm；

— 冲切系数；

—冲垮比： a0，a0为冲垮，即桩边或变界面出到桩边h048

XXX大学本科毕业设计的水平距离;当 a0h0时,取 a0=h0,满足0.2—1.0。

对于圆柱及圆状计算时应将截面换算成方桩,即取换算截面边宽bc=0.8dc,换算截面边宽bp=0.8d,bp=0.8d=360mm。

ox,oy有公式:0.72 算得： 0.2aoyaox式中 ox,oy

hohohc,hc—截面长,短边尺寸；

aox—自柱短边到最近桩边得水平距离；

aoy—自柱长边到最近桩边得水平距离；

F1=F－i；

F—作用于柱低的竖向荷载设计值；

—冲切破坏锥体范围内的各桩的净反力(不计承台和承i台上土自重)设计值之和。

***25605=9452422013图4--5 49

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有图4—5得:

aox1200300180500220mmaoy1900275180500945mmh0600mmbc2400mmhc3800mm0.720.2a220oxoxh0.37o600oyaoyh9456001,oy1o0.720.72ox1.263ox0.210.2oy0.6ft1430KN/m2F1F02592KN2[ox(bcaoy)oy(hcaox)]fth02[1.263(2.40.945)1(3.80.22)]14300.6 2(4.2254.02)0.6143011388.637KNF12592KN满足要求。

4.7.2 角桩冲切验算

对于四桩(含四桩)以上得承台受角桩冲切得承载力应满足下式: oNl[1x(ca1y2)1y(c1a1x2)ftho

0.480.481x,1y1x0.21y0.2式中 Nl—角桩竖向净反力设计值

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