课程设计(房屋建筑学、钢筋混凝土结构、基础工程)_基础工程学课程设计

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大作业：

1.绘图说明散水的做法，注明材料层次和必要尺寸（散水宽度及坡度）。（10分）

答：

2.楼梯设计（建筑设计）

1）在设计楼梯踏步宽度时，当楼梯间深度受到限制，致使踏面宽不足，该如何处理？文字配合绘图说明。（10分）

答：为保证踏面有足够尺寸而又不增加总进深，可以采用挑踏口获将踢面向外倾斜的办法，使踏面实际宽度增加。一般踏口的出挑长为20~25毫米。

以这两种形式来解决 楼梯踏步的问题

第一个 倾斜的尺寸20~25mm 挑檐的那个不能大于20mm，大于20mm后容易损坏

第二个挑檐的那个不能大于20mm，大于20mm后容易损坏

2）如建筑物底层中间休息平台下设有对外出入口，在底层楼梯处通常的处理方式有哪几种？文字配合绘图说明。（20分）

答：当楼梯间的平台下要作为主要入口时，为了增加入口的高度，有以下几种处理方法：

一、增加室内外高差；

二、底层采用不等跑；

三、既增加室内外高差又采用不等跑；

四、底层采用单跑。

最好的处理方法是第一种，因为增加室内外高差可以提高底层的防潮能力，增加底层住户的安全感，对于梯段的尺度只有一种，便于设计与施工。

3.设计框架柱下独立基础，已知柱的截面尺寸为300mm*400mm，基础底面尺寸为1.6m*2.4m,距室外地面及柱底面分别为1.0m和0.6m。作用在柱底的荷载效应基本组合设计值为：F=950kN（轴力），M=108kN·m（弯矩）, V=18kN（剪力）。材料选用：C20混凝土，HPB235钢筋，并根据设计结果绘制基础配筋示意图（用直尺、铅笔手工绘图）。（40分）

（参考资料：混凝土结构或基础工程教材中柱下独立基础设计部分的内容）解题思路和提示：

1）计算基底净反力（即最大、最小净反力）

2）确定基础高度，进行柱边基础截面抗冲切验算和变阶处抗冲切验算 3）进行配筋计算。

最后的基础配筋示意图如下所示（供参考）

答：

一、设计依据

《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)①；

《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)②

二、示意图

三、计算信息

构件编号: JC-1 计算类型: 验算截面尺寸

1.几何参数：

台阶数 n=2；矩形柱宽： bc=400mm； 矩形柱高 hc=300mm

基础高度 h1=350mm

基础高度 h2=250mm

一阶长度 b1=600mm b2=400mm 一阶宽度 a1=400mm a2=250mm

二阶长度 b3=600mm b4=400mm 二阶宽度 a3=400mm a4=250mm 2.材料信息

基础混凝土等级: C20 ft_b=1.10N/mm

2fc_b=9.6N/mm2

柱混凝土等级: C20 ft_c=1.10N/mm2

fc_c=9.6N/mm2

钢筋级别: HPB300 fy=270N/mm2

3.计算信息

结构重要性系数: γo=1.0 ；基础埋深: dh=1.300m；

纵筋合力点至近边距离:as=50mm；

基础及其上覆土的平均容重:γ=20.000kN/m 最小配筋率:ρmin=0.100% 4.作用在基础顶部荷载标准组合值

F=950.000kN； Mx=0.000kN*m； My=108.000kN*m Vx=18.000kN；

Vy=0.000kN； ks=1.35；

Fk=F/ks=950.000/1.35=703.704kN； Mxk=Mx/ks=0.000/1.35=0.000kN*m； Myk=My/ks=108.000/1.35=80.000kN*m；

Vxk=Vx/ks=18.000/1.35=13.333kN Vyk=Vy/ks=0.000/1.35=0.000kN 5.修正后的地基承载力特征值

fa=120.000kPa

四、计算参数

1.基础总长 Bx=b1+b2+b3+b4+bc=0.600+0.400+0.600+0.400+0.400=2.400m 2.基础总宽 By=a1+a2+a3+a4+hc=0.400+0.250+0.400+0.250+0.300=1.600m A1=a1+a2+hc/2=0.400+0.250+0.300/2=0.800m A2=a3+a4+hc/2=0.400+0.250+0.300/2=0.800m B1=b1+b2+bc/2=0.600+0.400+0.400/2=1.200m B2=b3+b4+bc/2=0.600+0.400+0.400/2=1.200m 3.基础总高 H=h1+h2=0.350+0.250=0.600m 4.底板配筋计算高度 ho=h1+h2-as=0.350+0.250-0.050=0.550m 5.基础底面积 A=Bx*By=2.400*1.600=3.840m2

6.Gk=γ*Bx*By*dh=20.000*2.400*1.600*1.300=99.840kN G=1.35*Gk=1.35*99.840=134.784kN

五、计算作用在基础底部弯矩值

Mdxk=Mxk-Vyk*H=0.000-0.000*0.600=0.000kN*m Mdyk=Myk+Vxk*H=80.000+13.333*0.600=88.000kN*m Mdx=Mx-Vy*H=0.000-0.000*0.600=0.000kN*m Mdy=My+Vx*H=108.000+18.000*0.600=118.800kN*m

六、地基净反力

exk=Mdyk/(Fk+Gk)=88.000/(703.704+99.840)=0.110m

因 |exk| ≤Bx/6=0.400m x方向小偏心,由公式【①5.2.2-2】和【①5.2.2-3】推导

Pkmax_x=(Fk+Gk)/A+6*|Mdyk|/(Bx2*By)

=(703.704+99.840)/3.840+6*|88.000|/(2.4002*1.600)=266.548kPa

Pkmin_x=(Fk+Gk)/A-6*|Mdyk|/(Bx2*By)

=(703.704+99.840)/3.840-6*|88.000|/(2.4002*1.600)=151.965kPa

七、基础冲切验算

1.计算基础底面反力设计值

1.1 计算x方向基础底面反力设计值

ex=Mdy/(F+G)=118.800/(950.000+134.784)=0.110m

因 ex≤ Bx/6.0=0.400m x方向小偏心

Pmax_x=(F+G)/A+6*|Mdy|/(Bx2*By)=(950.000+134.784)/3.840+6*|118.800|/(2.4002*1.600)=359.840kPa

Pmin_x=(F+G)/A-6*|Mdy|/(Bx2*By)=(950.000+134.784)/3.840-6*|118.800|/(2.4002*1.600)=205.152kPa 1.2 计算y方向基础底面反力设计值

ey=Mdx/(F+G)=0.000/(950.000+134.784)=0.000m

因 ey ≤By/6=0.267 y方向小偏心

Pmax_y=(F+G)/A+6*|Mdx|/(By2*Bx)

=(950.000+134.784)/3.840+6*|0.000|/(1.6002*2.400)=282.496kPa

Pmin_y=(F+G)/A-6*|Mdx|/(By2*Bx)

=(950.000+134.784)/3.840-6*|0.000|/(1.6002*2.400)=282.496kPa 1.3 因 Mdx=0 并且 Mdy≠0

Pmax=Pmax_x=359.840kPa

Pmin=Pmin_x=205.152kPa

1.4 计算地基净反力极值

Pjmax=Pmax-G/A=359.840-134.784/3.840 =324.740kPa 2.验算柱边冲切

YH=h1+h2=0.600m, YB=bc=0.400m, YL=hc =0.300m YB1=B1=1.200m, YB2=B2=1.200m, YL1=A1=0.800m, YL2=A2 =0.800m YHo=YH-as=0.550m 2.1 因(YH≤800)βhp=1.0 2.2 x方向柱对基础的冲切验算

x冲切位置斜截面上边长

bt=YB =0.400m

x冲切位置斜截面下边长

bb=YB+2*YHo =1.500m

x冲切不利位置

bm=(bt+bb)/2=(0.400+1.500)/2 =0.950m x冲切面积

2Alx=max((YL1-YL/2-ho)*(YB+2*ho)+(YL1-YL/2-ho),(YL2-YL/2-ho)*(YB+2*ho)+(YL2-YL/2-ho)2 =max((0.800-0.300/2-0.550)*(0.400+2*0.550)+(0.800-0.300/2-0.550)2,(0.800-0.300/2-0.550)*(0.400+2*0.550)+(0.800-0.300/2-0.550)2)=max(0.160,0.160)=0.160m

x冲切截面上的地基净反力设计值

Flx=Alx*Pjmax=0.160*324.740=51.958kN

γo*Flx=1.0*51.958=51.96kN

γo*Flx≤0.7*βhp*ft_b*bm*YHo(6.5.5-1)

=0.7*1.000*1.10*950*550 =402.32kN

x方向柱对基础的冲切满足规范要求

2.3 y方向柱对基础的冲切验算

y冲切位置斜截面上边长

at =YL =0.300m y冲切位置斜截面下边长

ab=YL+2*YHo =1.400m

y冲切截面上的地基净反力设计值

Fly=Aly*Pjmax=0.000*324.740 =0.000kN γo*Fly=1.0*0.000=0.00kN

γo*Fly≤0.7*βhp*ft_b*am*YHo(6.5.5-1)

=0.7*1.000*1.10*850*550 =359.97kN

y方向柱对基础的冲切满足规范要求 3.验算h2处冲切

YH=h2=0.250m； YB=bc+b2+b4=1.200m； YL=hc+a2+a4=0.800m YB1=B1=1.200m, YB2=B2=1.200m, YL1=A1=0.800m, YL2=A2=0.800m YHo=YH-as=0.200m 3.1 因(YH≤800)βhp=1.0 3.2 x方向变阶处对基础的冲切验算

因 YL/2+ho>=YL1和YL/2+h0>=YL2 x方向基础底面外边缘位于冲切破坏锥体以内, 不用计算x方向的柱对基础的冲切验算

3.3 y方向变阶处对基础的冲切验算

y冲切位置斜截面上边长

at=YL=0.800m y冲切位置斜截面下边长

ab=YL+2*YHo=1.200m

y冲切面积 Aly=max((YB1-YB/2-ho)*(YL1+YL2),(YB2-YB/2-ho)*(YL1+YL2))=max((1.200-1.200/2-0.550)*(0.800+0.800000),(1.200-1.200/

2-0.550)*(0.800+0.800000))

=max(0.080,0.080)=0.080m

2y冲切截面上的地基净反力设计值

Fly=Aly*Pjmax=0.080*324.740=25.979kN

γo*Fly=1.0*25.979=25.98kN

γo*Fly≤0.7*βhp*ft_b*am*YHo(6.5.5-1)

=0.7*1.000*1.10*1000*200 =154.00kN

y方向变阶处对基础的冲切满足规范要求

九、基础受弯计算

因Mdx≠0 Mdy=0 并且 ey

a=(By-bc)/2=(1.600-0.400)/2=0.600m P=((By-a)*(Pmax-Pmin)/By)+Pmin =((1.600-0.600)*(359.840-205.152)/1.600)+205.152 =301.832kPa MI_1=1/48*(Bx-bc)2*(2*By+hc)*(Pmax+Pmin-2*G/A)

2=1/48*(2.400-0.400)*(2*1.600+0.300)*(359.840+205.152-2*134.784/3.840)

=144.31kN*m MII_1=1/12*a2*((2*Bx+bc)*(Pmax+P-2*G/A)+(Pmax-P)*Bx)=1/12*0.6002*((2*2.400+0.400)*(359.840+301.832-2*134.784/3.840)+(359.840-301.832)*2.400)=96.45kN*m a=(By-bc-a2-a4)/2=(1.600-0.400-0.250-0.250)/2 =0.350m 因Mdx≠0 Mdy=0 并且 ey

P=((By-a)*(Pmax-Pmin)/By)+Pmin =((1.600-0.350)*(359.840-205.152)/1.600)+205.152 =326.002kPa MI_2=1/48*(Bx-bc-b2-b4)2*(2*By+hc+a2+a4)*(Pmax+Pmin-2*G/A)=1/48*(2.400-0.400-0.400-0.400)2*(2*1.600+0.300+0.250+0.250)*(359.840+205.152-2*134.784/3.840)=59.38kN*m MII_2=1/12*a2*((2*Bx+bc+b2+b4)*(Pmax+P-2*G/A)+(Pmax-P)*Bx)=1/12*0.3502*((2*2.400+0.400+0.400+0.400)*(359.840+326.002-2*134.784/3.840)+(359.840-326.002)*2.400)=38.54kN*m

十、计算配筋

10.1 计算Asx

Asx_1=γo*MI_1/(0.9*(H-as)*fy)

=1.0*144.31*106/(0.9*(600.000-50.000)*270)=1079.8mmAsx_2=γo*MI_2/(0.9*(H-h2-as)*fy)

=1.0*59.38*106/(0.9*(600.000-250.000-50.000)*270)=814.5mm2

Asx1=max(Asx_1, Asx_2)=max(1079.8, 814.5)=1079.8mm2

Asx=Asx1/By=1079.8/1.600=675mm2/m

Asx=max(Asx, ρmin*H*1000)=max(675, 0.100%*600*1000)=675mm2/m

选择钢筋12@160, 实配面积为707mm2/m。

10.2 计算Asy

Asy_1=γo*MII_1/(0.9*(H-as)*fy)=1.0*96.45*106/(0.9*(600.000-50.000)*270)

=721.6mm2

Asy_2=γo*MII_2/(0.9*(H-h2-as)*fy)=1.0*38.54*106/(0.9*(600.000-250.000-50.000)*270)=634.4mm2 Asy1=max(Asy_1, Asy_2)=max(721.6, 634.355)=721.6mm2 Asy=Asy1/Bx=721.6/2.400=301mm2/m Asy=max(Asy, ρmin*H*1000)=max(301, 0.100%*600*1000)=600mm2/m 选择钢筋10@130, 实配面积为604mm2/m。

4.你认为减少地基土不均匀沉降的措施主要有哪些？（20分）

（参考资料：基础工程教材中对应的减少不均匀沉降部分的内容）

解题思路和提示：

可以从建筑措施、结构措施和施工措施等几方面考虑。

答：

一、建筑措施：

1、建筑物体型应力求简单；2控制建筑物的长高比；

3、合理布置纵横墙；

4、合理安排相邻建筑物之间的距离；

5、设置沉降缝；

6、控制与调整建筑物各部分标高。

二、结构措施：

1、减轻建筑物的自重；

2、减少或调整基底的附加压力；

3、采用对不均匀沉降不敏感的结构；

4、设置圈梁。

三、施工措施：

1、逆作法：可以减少排土量，并与主体结构重量进行平衡，从而使沉降量大幅度降低。

2、后浇带法：为解决高层主楼和低层裙房基础的差异沉降引起的结构内力，可在高低层相连处留施工后浇带。

3、通过控制地下水位控制不均匀沉降：通过使地下水位上升控制建筑物的沉降，是在建筑物的施工中，对下降的地下水位在各施工工序相继完成中，使其徐徐上升，并同时采用挡水墙和灌水的综合方法使水位上升，以便对沉降进行控制。

4、应力解除法：应用土力学的原理，在建筑物沉降较小的一侧按照一定的角度打斜孔，解除地基中的局部应力，从而使地基土中的应力发生重分布，局部沉降量增大，从而达到控制不均匀沉降的目的。

5、顶升法：是先在基础部位用千斤顶或高压水袋把结构倾斜下沉的部位顶回原来的位置，然后对其进行加固或密封高压水袋以稳固结构。