2.1設計資料2?1?1上部結構資料某教學實驗樓，上部結構為七層框架，其框架主梁、次梁、樓板均為現澆整體式，混凝土強度等級為C30。底層層高3.4m（局部10m，內有10t橋式吊車），其余層高3.3m，底層柱網平面布置及柱底荷載見附圖。2?1?2建筑物場地資料擬建建筑物場地位于市區內，地勢平坦，建筑物平面位置見圖2-1。20r20r 北 三小料圖2-1建筑物平面位置示意圖建筑物場地位于非地震區，不考慮地震影響。場地地下水類型為潛水，地下水位離地表2.1米，根據已有資料，該場地地下水對混凝土沒有腐蝕性建筑地基的土層分布情況及各土層物理、力學指標見表2.1.表2?1地基各土層物理，力學指標土層編號土層名稱層底埋深（m）層厚（m）Y(kN/m3)e(%)ILc(kPa)（。）Es(MPa)fk(kPa)Ps(MPa)1雜填土1.81.817.52灰褐色粉質粘土10.18.318.40.90330.9516.721.15.41250.723灰褐色泥質粘土22.112.017.81.06341.1014.218.63.8950.864黃褐色粉土夾粉質粘土27.45.319.10.88300.7018.423.311.51403.445灰-綠色粉質粘土>27.419.70.72260.4636.526.8&62102.82

2.2選擇樁型、樁端持力層、承臺埋深2.2.1選擇樁型因為框架跨度大而且不均勻，柱底荷載大，不宜采用淺基礎。根據施工場地、地基條件以及場地周圍環境條件，選擇樁基礎。因轉孔灌注樁泥水排泄不便，為減少對周圍環境污染，采用靜壓預制樁，這樣可以較好的保證樁身質量，并在較短的施工工期完成沉樁任務，同時，當地的施工技術力量、施工設備以及材料供應也為采用靜壓樁提供可能性。2?2?2選擇樁的幾何尺寸以及承臺埋深依據地基土的分布，第③層是灰色淤泥質的粉質粘土，且比較后，而第④層是粉土夾粉質粘土，所以第④層是比較適合的樁端持力層。樁端全斷面進入持力層1.0m（〉2d）,工程樁入土深度為h,h=1.8+8.3+12+1=23.1m由于第①層后L8m，地下水位為離地表2?1m，為了使地下水對承臺沒有影響，所以選擇承臺底進入第②層土0.3m，即承臺埋深為2.1m，樁基得有效樁長即為23.1-2.1=21m。樁截面尺寸選用：由于經驗關系建議：樓層<10時，樁邊長取300?400,350mmX350mm，由施工設備要求，樁分為兩節，上段長11m，下段長11m（不包括樁尖長度在內），實際樁長比有效樁長長1m，圖2-2樁基及土層分布示意圖圖2-2樁基及土層分布示意圖樁基以及土層分布示意如圖2-2。2.3確定單樁極限承載力標準值sks圖2-4本設計屬于二級建筑樁基，采用經驗參數法和靜力觸探法估算單樁極限承載力標準值。sks圖2-4由于除去雜土外,第②,③,④,⑤層土都是粘土，則采取圖2.3中的折線oabc來確定樁側極限阻力的標準值:即：P<1000kPa時，q二0.05Ps sk sP>1000kPa時，q二0.025P+25s sk s樁端的豎向極限承載力標準值的計算公式Quk二Qsk+Qpk二u工qsk/i+aPskAp1其中：Psk二2(Psk1+0Psk2)U樁身截面周長，山。li――樁穿過第i層土的厚度。Ap――樁身橫截面積，擴底樁為樁底水平投影面積，m2，a――樁端阻力修正系數，查表2.2。由于樁尖入土深度H=23.1m(15<H<30)，查表2.2，由線性插值法求得修正系數a=0.83表2.2樁端阻力修正系數a值樁入土深度(m)H<1515<H<3030<H<60a0.750.75-0.90.9Psk1為樁端全斷面以上8倍樁徑范圍內的比貫入阻力平均值，計算時，由于樁尖進入持力層深度較淺，僅lm,并考慮持力層的可能起伏，所以這里不計持力層土的Psk，Psk2為樁端全斷面以下4倍樁徑范圍以內的比貫入阻力平均值，故Psk1二860KPa，Psk2二3440KPa，卩為折減系數，因為PskJPsk2<5，取卩=1。根據靜力觸探法求qsk，根據圖2-3和表2.1的數據(各層土的Ps值)，有如下：第二層：h<6m,qsk=15kPa；6<h<10.1m,qsk=0.05Ps=0.05x720=36kPa；第三層：10.1<h<22.1m,qsk=0.05ps=0.05x860=43kPa；第四層：22.3<h<27.6m,qsk=0.025ps+25=0.025x3440+25=111kPa依據靜力觸探比貫入阻力值和按照土層及其物理指標查表法估算的極限樁側，樁端阻力標準值列于下表：表2.3極限樁側、樁端阻力標準值層序靜力觸探法經驗參數法q(kPa)skaq(kPask)q(kPa)skq(kPa)pk(2)粉質粘土15(hW6)3635淤泥質粉質黏土4329粉質黏土1111784.5552200按靜力觸探法確定單樁豎向極限承載力標準值：Quk=Qsk+Qpk=uEqsk/i+aPskAp=4X0.35〔15X(6-2.1)+36x4.1+43xl2+lllxl〕+0.352xl784.5=1166.34+218.6=1385kN估算的單樁豎向承載力設計值(y=y=1.60)spR1=Qsk+生=1385=865.6kN1yy1.6sp按經驗參數法確定單樁豎向承載力極限承載力標準值：Quk=Qsk+Qpi=4X0.35X(35X8+X29X12+55X1Quk=Qsk+Qpi=4=956.2+269.5=1226kN估算的單樁豎向承載力設計值(y=y=1.65)spR2=Qsk+Qpk=1226=743kN2yy1.65sp由于R1>R2，所以最終按經驗參數法計算單樁承載力設計值，即采用R=R2=743kN，初步確定樁數。2.4 確定樁數和承臺底面尺寸下面以①一B,①一C的荷載計算。B柱樁數和承臺的確定最大軸力組合的荷載：F=2294kN,M=78kN?m,Q=47kN初步估算樁數,由于柱子是偏心受壓，故考慮一定的系數，規范中建議取1.1~1.2現在取1.1的系數，即：、尸—2294…o仏日)n>x1.1= x1.1=3.4%根丿R2 743取n=4根，樁距S>3d=1.05m,a樁位平面布置如圖2-5，承臺底面尺寸為1.9mx1.9m。C柱柱樁數和承臺的確定最大軸力組合的荷載F=3254kN,M=41kN?m，Q=56kNF3254初步估算樁數n>rx1.1=743x1.1=4.(根)

取n=5根，S>3d=1.05m，取S=1.6m，則承臺底尺寸為2.3mx2.3m。aa樁位平面布置如圖2-6（四個角上的樁與中間樁的d=800^2=1130mm>1050mm）圖2-5四樁樁基礎￡rn圖2-6五樁樁基礎圖2-5四樁樁基礎￡rn圖2-6五樁樁基礎2.5確定復合基樁豎向承載力設計值該樁基屬于非端承樁，并n>3，承臺底面下并非欠固結土，新填土等，故承臺底面不會于土脫離，所以宜考慮樁群、土、承臺的相互作用效應，按復合基樁計算豎向承載力設計值。目前，考慮樁基的群樁效應的有兩種方法。《地基規范》采用等代實體法，《樁基規范》采用群樁效應系數法。下面用群樁效應系數法計算B,C復合基樁的豎向承載力設計值2.5.1四樁承臺承載力計算（B承臺）圖2-7圖2-7承臺凈面積：A二1.92-4x0.352二3.12m2。c承臺底地基土極限阻力標準值：q承臺凈面積：A二1.92-4x0.352二3.12m2。c承臺底地基土極限阻力標準值：q=2f=2x125=250KPackkqAQ=―ck cck nQ-u工ql=956.2kNsk skiiQ-Aq-269.5kNpk pp分項系數Y=Y-1.65,y-1.70sp c因為樁分布不規則，所以要對樁的距徑比進行修正，修正如下Sa-0.886^4^-0.886119x19-2.4d nb 4x0.35Be/1.9亠-0.0921群樁效應系數查表得：n-0.8,n-1.64spAi Ae承臺底土阻力群樁效應系數：耳=n1 +耳e丁ccAcAcc承臺外區凈面積Ae-1.92-(1.9-0.35)2-1.2m2c承臺內區凈面積Ai—Ae—Ae—3.12—1.2—1.92m2ccc查表ni-0.11,ne-0.63eeAiAe 1.92 1.2n=ni—■+ne——0.11 +0.63 —0.31eeA 'eA 3.12 3.12ee那么，B復合樁基豎向承載力設計值R：QQQ 956.2 269.5 195R=nsk+n血+nek—0.8 +1.64 +0.31 —767kNsYpYeY 1.65 1.65 1.70s p e2?5?2五樁承臺承載力計算(C承臺)承臺凈面積：A-2.32—5x0.352-4.6775m2e承臺底地基土極限阻力標準值：qek-2fk-2x125-250KPa250x4.67755-234kNqAQ—―ek eeknQ=u工ql=956.5kNsk skiiQ=Aq=269.5kNpk pp分項系數Y=Y=1.65,y=1.70spc因為樁分布不規則，所以要對樁的距徑比進行修正，修正如下Sa=0.886=0.886*2.32.3=2.6d ：：nb v5x0.35Be/Be/云=°.1095群樁效應系數查表得：n=0.8,n=1.64spAi Ae承臺底土阻力群樁效應系數：n=ni/+耳。eeeAeAee承臺外區凈面積Ae=2.32—(2.3—0.35)2=1.4875m2e承臺內區凈面積Ai=A—Ae=4.6775—1.4875=3.19m2eee查表ni=0.11,ne=0.63eeAineAine=nCh+nAe——cA=0.113.19+0.631.4875=0.2754.6775 4.6775那么，C那么，C復合R:r=n￡ksYsr=n￡ksYs+nppkYp+nQekYe=0.8956.2+1.64269.5+0.275234=769kN1.65 1.65 1.702.6樁頂作用驗算2.6.1四樁承臺驗算(B承臺)(1)荷載取B柱的N 組合：F=2294kN,M=78kN?m,Q=47kNmax承臺高度設為1m等厚，荷載作用于承臺頂面。本工程安全等級為二級，建筑物的重要性系數九0=1-0.由于柱處于①軸線，它是建筑物的邊柱，所以室內填土比室外高，設為0.3m，即室內高至承臺底2.4m，所1以承臺的平均埋深d=—(2.1+2.4)=2.25m。

作用在承臺底形心處的豎向力有F,G,但是G的分項系數取為1.2.F+G二2294+1.92x2.25x20x1.2二2294+195二2489kN作用在承臺底形心處的彎矩E作用在承臺底形心處的彎矩EM=78+47x1=125kN樁頂受力計算如下：樁頂受力計算如下：maxmin2489Mxmax(y2)

iMxymax(ymaxmin2489Mxmax(y2)

iMxymax(y2)

i=622kN2489125x0.64x0.62=674kN2489125x0.64x0.62二570kNYN 二674kNYN 二674kN<1.2R0maxN.>00minN=622kN<R=767kN 滿足要求0(2)荷載取mmax組合：F=1977kN,M=254kN?m,Q=38kNF+G=1977+195=2172kN工M=254+38x1=292kN樁頂受力計算如下：maxminN=2172Mxymax(y2)

iMxymax(y2)

maxminN=2172Mxymax(y2)

iMxymax(y2)

i=543kN2172292x0.64x0.62=543+121.72172292x0.64x0.62=543-121.7==664.7kN421.3kNYNmax=664.7kN<1.2RN.>0N.>00minN=543kN<R=767kN 滿足要求02?6?2五樁承臺驗算（C承臺）⑴荷載取B柱的Nmax組合:F=3254kN,M=41kN?m,Q=56kN承臺高度設為1m等厚，承臺的平均埋深d二2.25m。作用在承臺底形心處的豎向力有F,G,但是G的分項系數取為1.2.F+G二3254+2.32x2.25x20x1.2二32542?6?2五樁承臺驗算（C承臺）⑴荷載取B柱的Nmax組合:F=3254kN,M=41kN?m,Q=56kN承臺高度設為1m等厚，承臺的平均埋深d二2.25m。作用在承臺底形心處的豎向力有F,G,但是G的分項系數取為1.2.F+G二3254+2.32x2.25x20x1.2二3254+286二3540kN作用在承臺底形心處的彎矩工M=41+56x1=97kN樁頂受力計算如下：Mxymax354097x0.8max(y2)

i4x0.82=738.3kNmin3540maxMxymax(y2)

i=708kN二738kN<1.2R354097x0.84x0.82二677.7kNN.>00minN=708kN<R=769kN 滿足要求0(2)荷載取Mmax組合：F=3241kN,M=185kN?m,Q=6kNF+G=3241+286=3527kN2M=185+6x1=191kN樁頂受力計算如下：Mxymax3527191x0.8max(y2)

i4x0.82=705.4+59.4minN=3527Mxymax(y2)

i=705.4kN3527191x0.84x0.82=705.4-59.4==765kN645.8kNYNmax=765kN<1.2RN.>00minN=705.4kN<R=769kN 滿足要求

2.7樁基礎沉降驗算采用長期效應組合的荷載標準值進行樁基礎的沉降計算。由于樁基礎的樁中心距小于6d，所以可以采用分層總和法計算最終沉降量。2.7.1B柱沉降驗算豎向荷載標準值F=1764kN基底處壓力p二1764+L9xL9x2Qx20二533.7kPa1.92.7樁基礎沉降驗算采用長期效應組合的荷載標準值進行樁基礎的沉降計算。由于樁基礎的樁中心距小于6d，所以可以采用分層總和法計算最終沉降量。2.7.1B柱沉降驗算豎向荷載標準值F=1764kN基底處壓力p二1764+L9xL9x2Qx20二533.7kPa1.9x1.9基底自重壓力力〃二17?5X^8+18鼻X°3x2.1=2.137kPa基底處的附加應力Po=PJ廠533.7-37=496.7kPa樁端平面下的土的自重應力c和附加應力c（c=4ap）計算如下:c zz 0①．在z=0時：c=工丫h=17.5x1.8+18.4x0.3+(18.4-10)x8+(17.8-10)x12+(19.1-10)x1ii=206.9kPa=1,2Zb=0,a=0.25,c=4ap=4x0.25x496.7=496.7kPa②．在z=2m時：c=工丫h=206.9+2x9.1=225.1kPaiilb二1,2zb二419二2.1,a二0.0786,c二4ap。二4x0.0786x496.7二156.16kPa③．在z=2.8m時：c=工丫h=206.9+2.8x9.1=232.38kPaii=1,2zb=殳6]9=3,a=0.0447,c=4ap=4x0.0447x496.7=88.8kPa④．在z=4.3m時c=工丫h=206.9+4.3x9.1=246kPaiilb=1,2%=8.61.9=4.5,a=0.0.0218,c=4op=4x0.0218x496.7=43.5kPa表2.4cc的計算結果（B柱）c,zZ(m)c(kPa)cl/b2Zbac(kPa)z0206.9100.25496.72225.112.10.0786156.162.8232.38130.044788.84.324614.50.021843.5

在z=4.4m處，zy=43.5246=0,176<0,2，所以本基礎取Z=4.3m計算沉降量。c計算如表2.5表2.5計算沉降量（B柱）Z(mm)%2%aiaz(mm)iiaz-azii i-1z-1Es.(kPa)輕=4Ex(azii_az)i-1i-1)0100.250200012.10.1771342.2342.21150059.12800130.1369383.341.1115007.1430014.50.1017437.354115009.3S'=59.1+7.1+9.3=75.5mm短邊方向樁數nb二短邊方向樁數nb二2，等效距徑比Sa=0.886疹=0.886包亙!=2.4，長徑比%二%.35二60，承臺d nb 4x0.35的長寬比LCBc二1.0,查表：C0=0.031,C1的長寬比LCBc二1.0,查表：C0=0.031,C1=1.9,C2=17.59屮e=C0*C(nnb-1)*Cb=0.31+ 2-1 =0.0822 1.9(2-1)+17.59所以，四樁樁基礎最終沉降量S二屮屮S'=1.0x0.082x75.5=6.21mme2.7.2C柱沉降驗算豎向荷載標準值F=2053kN滿足要求基底處壓力p二F±G二2053+2?3x2?3x225x20二518kPaA 2.3x2.3基底自重壓力Yd=17.5X1.8+18.4X0.3x2.1二37kPa2.1基底處的附加應力P0=P-Yd=518-37=481kPa樁端平面下的土的自重應力b和附加應力b（G=4ap）計算于表2.6中如下:c zz 0表2.6bc,bz的計算結果（C柱）Z(m)b(kPa)cl/b2zbab(kPa)z0206.9100.254812.3227.8120.084161.64.324613.740.030558.75252.814.350.023244.6在z=5m處，二44.62528二OR?<°?2，所以本基礎取Z”二5m計算沉降量計算如表2.7c表2.7計算沉降量（C柱）Z(mm)%2%aiaz(mm)iiaz-azii i-1i-1Es.(kPa)ASi=4化x(aziEi:-az)ii-1i-1)0100.250230012071150067.88430013.740.1160498.893.11150015.58500014.350.104452223.286005.20S'=67.88+15.58+5.20=88.66mm樁基礎持力層性能良好，去沉降經驗系腳二1.0o短邊方向樁數nb=..-nBeLf丐=2.24，等效距徑Sa=0886進=o88<-；23x2-3=26，長徑比'c d Unb <5X0.35l/d二210.35二60，承臺的長寬比%=I。，查表：C0二0.031,C二1.88,C2二16.42.24-1n2.24-1屮=C0+ -b =0.31+ =0.00972e0G(--1)+C2 1.88(2.24-1)+16.41b 2所以，四樁樁基礎最終沉降量S二屮屮S'=1.0X0.00972X75.5=8.62mm 滿足要求e兩樁基的沉降差A=8.62-6.21=2.41mm兩樁基的中心距10二3000mm變形允許值[A]=0.00210=6mm>2.41mm 滿足要求2.8樁身結構設計計算兩端樁長各11m，采用單點吊立的強度進行樁身配筋設計。吊立位置在距樁頂、樁端平面0.293l（L=llm）,起吊時樁身最大正負彎矩Mmax=0.0429KqL2，其中K=1.3;q=0.352x25x1.2=3.675kN/m.。即為每延米樁的自重（1.2為恒載分項系數）。樁身長采用混凝土強度C30,II級鋼筋，所以：M二0.0429KqL2二0.0429x1.3x3.675x112二24.8kN.Mmax樁身截面有效高度h0二0.35-0.04二0.31m

24.8x106M 二 二0.05156fbh2 14.3x350x3102c0i iY二(124.8x106M 二 二0.05156fbh2 14.3x350x3102c0i iY二(1+、訂—2匕)二(1+*1—2x0.05156)二0.9735s2v2樁身受拉主筋As二24.8x106二274mm20.9735x300x310選用2014(A二308mm2>274mm2),因此整個截面的主筋胃4014,A二615mm2,配筋率為s s615350x310二0.566%〉p.=0.4%。其他構造要求配筋見施工圖2-10。min樁身強度Q(屮fA+fA)二1.0x(1.0x14.3x350x310+310x615)二1742.2kN>R 滿足要求ccys2.9承臺設計承臺混凝土強度等級采用C202?9?1四樁承臺設計(B柱)由于樁的受力可知，樁頂最大反力N=674kN，平均反力N二622kN，樁頂凈反力:maxN=Njmaxmax—N=N———

jnG 195——=674—1—=625.3kNn4F2294=—=—=573.5kNn4(1)柱對承臺的沖切由圖2-8,a=a=175mm2，承臺厚度H=1.0m,計算截面處的有效高度h=1000—80=920mm,oxoy 0承臺底保護層厚度取80mm.沖垮比九=九oxoya―oxh0~T=920=0.19沖切系數d0.72oxoy0.72 =1.846九+0.2 0.19+0.2oxB柱截面取500x500mm2,混凝土的抗拉強度設計值f=1100kPat沖切力設計值—=——丫Q=2294—573.5=1720.5kNliu=4x(500+175)=2700mm=2.7mmafuh=1.846x1100x2.7x0.92=5044kN>y—=1720.5kNtm0 0l

（2）角樁對承臺的沖切由圖2-8，a=a=175mm,c=c=525mmTOC\o"1-5"\h\z1x 1y 1 2角樁沖垮比一巳y=豐=m=0.1900.48 0.48角樁的沖切系數aa= = =L23ix 1y九+0.2 0.19+0.21xaa[a(c+—L^)+a(c+-^x)]fh1x2 2 1y1 2t0=2x1.23x(0.525+x1100x0.92滿足要求二1524.8kN>yN二625.3kN滿足要求0jmax（3）斜截面抗剪驗算計算截面為1-1，截面有效高度h=0如，截面的計算寬度入=伽，混凝土的抗壓強度f=9.6Mpa=9600kPa，該計算截面的最大剪力設計值V=2N =2x674=1348kNcjmaxa二a二175mmxy剪跨比\“y=器=920=0.190剪切系數P=X豐3=0.19+20.3=02449滿足要求x滿足要求bh=0.2449x9600x1.9x0.92=4109kN>yV=1348kNc000（4）受彎計算0.35承臺IT截面處最大彎矩M=2N y=1348x(0.175+ )=471.8kN.mjmax 2II級鋼筋f=300N/mm2yM 471.8x106A= = =1900mm2s0.9fh 0.9x300x920y0每米寬度范圍的配筋A=空0=1000mm2，選用7014,A=1077mm2>1000mm2s1.9 —s整個承臺寬度范圍內用筋7x1.9二13.3根，取14根，而且雙向布置，即14^14（雙向布置）

（5）承臺局部受壓驗算B柱截面面積A=0.5x0.5二0.25m2,t局部受壓凈面積A=A=0.25m2,1n t局部受壓計算面積Ab，行二（3x°5）x（3x°?5）二2?25m2混凝土的局部受壓強度提高系數BB混凝土的局部受壓強度提高系數BBb— —30.251.35pfA=1.35x3x9600x0.25二9720kN>F=2294kN 滿足條件c1n B2?9?2五樁承臺設計（C柱）由于樁的受力可知，樁頂最大反力N 二765kN，平均反力N=705.4kN，樁頂凈反力:max廠 QOZ7N=N- =765-二707.8kNjmax maxn5GF3254N二N-—二—二——二650.8kNjnn5（1）柱對承臺的沖切由圖2.9，a=a=375mm2，承臺厚度H=1.0m,計算截面處的有效高度h二1000—80二920mm，oxoy0承臺底保護層厚度取80mm.沖垮比九=九=—ox= =0.4076oxoyh9200沖切系數d=d沖切系數d=doxoyX+0.2=0.4076+0.2oxB柱截面取500x500mm2,混凝土的抗拉強度設計值f=1100kPat沖切力設計值—=——丫Q=3254—650.8=2603kNliu=4x(500+375)=3500mm=3.5mmafuh=1.185x1100x3.5x0.92=4197kN>y—=2603kNtm0 0l角樁對承臺的沖切由圖2.9，a=a=375mm,c=c=525mm1x 1y 1 2角樁沖垮比九=X=\= =0.40761x 1yh9200

0.48 0.48角樁的沖切系數a a= = =0.79lx1y九+0.2 0.407