【正文】 土木工程專業(yè) 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計指導(dǎo)書 西南交通大學(xué)巖土工程教研室 2020 年 10 月 目 錄 1 前 言 .............................................................................................................................. 1 地基基礎(chǔ)設(shè)計的目的與任務(wù) ............................................................................... 1 地基基礎(chǔ)的設(shè)計內(nèi)容 ........................................................................................... 2 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計的基本要求 ........................................................................... 3 2 設(shè)計題目之一 —— 某單層廠房柱下基礎(chǔ)設(shè)計 .............................................................. 4 設(shè)計任務(wù) ............................................................................................................... 4 設(shè)計資料 ............................................................................................................... 4 工程概況 ....................................................................................................4 地勘資料 ....................................................................................................6 設(shè)計荷載 ..................................................................................................11 3 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計指南 ................................................................................................ 17 設(shè)計計算說明書的主要內(nèi)容 ............................................................................. 17 設(shè)計計算說明書的章節(jié)劃分和內(nèi)容組織 ......................................................... 17 設(shè)計主要步驟 ..................................................................................................... 18 基礎(chǔ)位置、埋深及以下土層的確定 ....................................................18 基礎(chǔ)形式的確定 ....................................................................................18 擴展基礎(chǔ)設(shè)計步驟 ..................................................................................18 樁基礎(chǔ)設(shè)計步驟 .......................................................................................18 施工圖繪制 ..............................................................................................19 施工方案 ................................................................................................19 1 1 前 言 基礎(chǔ)工程是土木工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，在土木工程學(xué)科的知識體系中占據(jù)了重要地位?；A(chǔ)工程課程的特點在于它 以較多的力學(xué)課程為基礎(chǔ)，以土層中的復(fù)雜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為研究對象，又涉及到建筑、交通、水電等多個 工 程 領(lǐng)域，這就決定了課程具有內(nèi)容雜、概念多和理論較深的特點，加之學(xué)時數(shù)較少和本科學(xué)生普遍缺少工程知識，故同學(xué)們往往感到比較難學(xué)。 基礎(chǔ)工程的教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革是在上述背景條件下展開的，其主要目標(biāo)是在學(xué)時有限的條件下，使學(xué)生能夠?qū)φn程的知識體系有較為系統(tǒng)和整體的把握，重點掌握其基本理論和基本方法，并具有一定的工程概念和知識。 結(jié)合土木工程大專業(yè)教學(xué)工作的需求，更為了 強化培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和解決實際工程問題的能力并 反映近年來工程規(guī)范的更新，在教研室原來編寫的《工民建專業(yè)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計任務(wù)書》和《橋梁、隧道和鐵 道工程專業(yè)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計任務(wù)書與指南》的基礎(chǔ)上，我們著手編寫了這本新的《土木工程專業(yè)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計指導(dǎo)書》。 課程設(shè)計對理解和掌握工程基本原理具有十分重要的作用，也是同學(xué)們由理論學(xué)習(xí)通往工程實踐的一座橋梁?；A(chǔ)工程的知識來源于工程實踐，反過來又對工程實踐具有指導(dǎo)作用。同學(xué)們在本科學(xué)習(xí)期間參與工程實踐的機會是十分有限的，因而應(yīng)該重視課程設(shè)計給同學(xué)們 提供 的動手機會，通過課程設(shè)計更好地理解和鞏固學(xué)習(xí)到的各種理論和方法，有意識地培養(yǎng)自己的工程意識和解決實際工程問題的能力。 為了幫助同學(xué)們更好地完成本次課程設(shè)計， 下面從課程設(shè)計的角度對地基基礎(chǔ)設(shè)計的內(nèi)容和方法做一個小結(jié)。 地基基礎(chǔ)設(shè)計的目的與任務(wù) 地基和基礎(chǔ)是建筑體系的重要組成部分。因為基礎(chǔ)埋置于地基之中，兩者之間密切相關(guān)，設(shè)計時必須認真考慮其相互間的影響，所以在實際工作中通常將兩者合并在一起進行設(shè)計。 地基基礎(chǔ)設(shè)計的目的是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的使用功能和結(jié)構(gòu)形式在確定的場地條件下選擇適宜的地基基礎(chǔ)方案并確定其技術(shù)細節(jié)，使設(shè)計的地基基礎(chǔ)在預(yù)定的使用期限 2 內(nèi)和規(guī)定的使用條件下能夠安全正常地工作，在此基礎(chǔ)上滿足降低造價和保護環(huán)境的要求。 地基基礎(chǔ)設(shè)計的總體目標(biāo)可以概括為：安全適 用、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、確保質(zhì)量和保護環(huán)境。 地基基礎(chǔ)設(shè)計的任務(wù)通常包含： 1．方案設(shè)計：目的是確定地基基礎(chǔ)的技術(shù)方案，包括地基持力層的選取和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的確定。 2．技術(shù)設(shè)計：包括地基檢算和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計兩者。其任務(wù)是通過力學(xué)計算和結(jié)構(gòu)措施兩方面的手段來保證所設(shè)計的地基基礎(chǔ)滿足設(shè)計總體目標(biāo)的要求。 地基基礎(chǔ)的設(shè)計內(nèi)容 地基基礎(chǔ)的設(shè)計內(nèi)容通常包括： 1．收集相關(guān)的設(shè)計資料，通常有： （ 1）上部結(jié)構(gòu)的類型、安全等級和平面尺寸； （ 2）地基勘察資料； （ 3）作用于基礎(chǔ)上的荷載的大小、性質(zhì)、組合情況及作用位置。 2．初步確定地基基礎(chǔ)的技術(shù)方案，包括： （ 1）選擇地基類型和持力層。一般地，當(dāng)天然地基能滿足各項設(shè)計要求時，應(yīng)優(yōu)先選用天然地基，只有在天然地基不能滿足要求時才考慮采用人工地基。持力層的選擇及基礎(chǔ)埋置深度的確定是一個復(fù)雜的問題，應(yīng)綜合考慮多方面的因素確定，在基礎(chǔ)工程的教材中對此已有詳細的論述，此處不贅述； （ 2）根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的類型、荷載的大小與性質(zhì)和地基持力層的承載力、埋置深度等因素決定基礎(chǔ)的類型（淺基礎(chǔ)或深基礎(chǔ)，剛性基礎(chǔ)或鋼筋混凝土擴展基礎(chǔ)等等）并初步確定基礎(chǔ)的尺寸，選擇基礎(chǔ)的材料； （ 3）根據(jù)地質(zhì)、水文和 施工條件擬定施工方案，如基坑開挖的方式和基礎(chǔ)的施工形式等。 3．地基基礎(chǔ)的技術(shù)設(shè)計，包括： （ 1）采用淺基礎(chǔ)時應(yīng)進行下列設(shè)計和計算： 1）地基檢算，包括地基持力層和軟弱下臥層的承載力檢算，必要時還應(yīng)進行基礎(chǔ)沉降和地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性方面的檢算； 2）確定基礎(chǔ)的平面尺寸和立面尺寸，使之滿足相關(guān)要求； 3 3）采用鋼筋混凝土擴展基礎(chǔ)、柱下條形基礎(chǔ)等柔性基礎(chǔ)時尚應(yīng)計算基礎(chǔ)的內(nèi)力、檢算基礎(chǔ)的強度并配置鋼筋； 4）當(dāng)上述計算不能通過，或設(shè)計方案未達理想狀態(tài)時調(diào)整設(shè)計方案，重新進行上述各項檢算。 （ 2）采用樁基礎(chǔ)時應(yīng)進行下列設(shè) 計和計算： 1）單樁承載力計算。應(yīng)根據(jù)規(guī)范的規(guī)定采用相應(yīng)的方法確定單樁的豎向承載力，對于承受水平荷載較大的樁基礎(chǔ)，尚應(yīng)確定單樁的水平承載力； 2）根據(jù)樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式和受力情況選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ嬎銟俄攦?nèi)力； 3）檢算單樁承載力是否滿足要求； 4）根據(jù)樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式和受力情況檢算群樁基礎(chǔ)的承載力，必要時計算基礎(chǔ)的沉降； 5）當(dāng)上述計算不能通過，或設(shè)計方案未達理想狀態(tài)時調(diào)整設(shè)計方案，重新進行上述各項檢算。 當(dāng)設(shè)計對象為建筑樁基礎(chǔ)時，上述第 3）步和第 4）步可合并為一步。 4．繪制施工圖，計算工程數(shù)量，編制工程概預(yù) 算。 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計的基本要求 由于課時數(shù)的限制，在本次課程設(shè)計中只要求同學(xué)們完成上述設(shè)計任務(wù)中的一部分。在本指導(dǎo)書的后面列出了若干設(shè)計題目，這些題目均來源于工程實際，但根據(jù)基礎(chǔ)工程課程教學(xué)的要求并結(jié)合同學(xué)們的實際情況進行了簡化，目的是幫助同學(xué)們盡快上手，以期在課時有限的條件下達到更好的效果。同學(xué)們可在任課教師的幫助下選擇一個設(shè)計題目并確定相應(yīng)的設(shè)計任務(wù)，參考后面的設(shè)計指南完成本次課程設(shè)計。 通過本次課程設(shè)計，要求同學(xué)了解地基基礎(chǔ)設(shè)計的全過程，掌握一種常用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和地基的設(shè)計計算方法，并具有一定的處理 地基基礎(chǔ)問題的能力。 4 2 設(shè)計題目 —— 某單層廠房柱下基礎(chǔ)設(shè)計 設(shè)計任務(wù) 本設(shè)計對象為某機械廠的裝配車間。廠房基礎(chǔ)頂面以上部分的建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計工作已經(jīng)完成。本課程設(shè)計的任務(wù)是完成柱下基礎(chǔ)與地基的設(shè)計與檢算。要求同學(xué)選擇（或由任課教師分配）一個基礎(chǔ)，按給定的條件完成相關(guān)的設(shè)計和計算工作，具體要求如下： 1．設(shè)計計算： （ 1）綜合分析設(shè)計資料，對三種常用的房屋基礎(chǔ)類型（剛性基礎(chǔ)、鋼筋混凝土擴展基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)）的技術(shù)合理性進行比較（限于課時，本次課程設(shè)計不考慮造價因素），選擇較為合理的基礎(chǔ)方案。確定所選柱下基礎(chǔ)的 類型，平面尺寸及埋深； （ 2）完成該基礎(chǔ)（包括地基）的計算； （ 3）初步?jīng)Q定修筑 該 基礎(chǔ)的施工方案。 2．圖紙： （ 1）基礎(chǔ)總平面布置圖（假定所有基礎(chǔ)均與自己設(shè)計的基礎(chǔ)相同）； （ 2）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖（應(yīng)包含圖紙說明和工程數(shù)量表）。 3．將上述成果整理成設(shè)計計算說明書。 設(shè)計計算說明書應(yīng) 制做 成 Word 文檔。整個說明書應(yīng)滿足計算過程完整、計算步驟清楚、文字簡明、符號規(guī)范和版面美觀的要求，圖紙應(yīng)用 CAD 制作而且應(yīng)該表達正確、布局合理和尺寸齊全。 說明書用 16 開紙張打印，和圖紙一起裝訂成冊，交任課老師評閱。 設(shè)計資料 工程概況 該裝配車間采用單層鋼筋混凝土排架承重結(jié)構(gòu)，設(shè)計跨度 24m，柱距 6m，車間內(nèi)有 2 對 30 噸中級工作制橋式吊車。建筑平面圖見圖 21。規(guī)定室內(nèi)地面標(biāo)高為177。，相當(dāng)于黃海高程 ，室外地面標(biāo)高為 ，柱頂標(biāo)高為 ，軌頂 1500240004200500A9002 43900Q=30T (兩臺)6000 6000 600042007300051500420206 85009009000注：Z 1,Z2 ,Z3表示柱子的編號60006000 600090009006000Z2Z3Z3Z2Z1Z2Z3Z1Z3Z2B11098765432111121314151617181920 圖 21 裝配車間平面圖 （ mm） 6 標(biāo)高為 。 各柱在基礎(chǔ)頂面處的截面形狀為矩形，尺寸為： 邊柱 Z1： 長 寬 =1000 400mm； 角柱 Z2： 長 寬 =1000 400mm； 抗風(fēng)柱 Z3： 長 寬 =700 400mm； 基礎(chǔ)梁的橫截面尺寸如圖 22，梁與柱之間的凈距為 20mm，置于柱子外側(cè)的基礎(chǔ)上。 25025 25200300 圖 22 基礎(chǔ)梁的橫截面尺寸 （ mm） 地勘資料