桩基础设计实例

某框架结构办公楼柱下拟采用预制钢筋混凝土桩基础.框架柱的矩形截面边长为bc＝450mm,hc＝600mm.预制桩的方形截面边长为bp＝400mm,桩长15m.相应于荷载效应标准组合时,作用于柱底(标高为－0．50m)的荷载为:Fk＝3040k N,Mk＝160k Nm (作用于长边方向),Hk＝140k N.已确定单桩竖向承载力特征值Ra＝540k N.承台混凝土强度等级取C25(ft＝1270k Pa),配置HRB335级钢筋(fy＝300N/mm2),试设计该桩基础.

【解】 桩的类型和尺寸已选定,桩身结构设计从略.

(1)初步确定桩数.暂不考虑承台及回填土重,按照试算法计算偏心受压时所需桩数n:

n＞1．1＝1．1×＝6．2(根),暂取6根.

(2)桩位的布置及初选承台尺寸.查表4．19,桩距s＝3．0bp＝3×400＝1200(mm).

根据承台的构造要求:边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长,且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于150mm.取边桩中心至承台边缘的距离为400mm.布桩形式如图4．31所示.

承台长边:a＝2×(400＋1200)＝3200(mm)

承台短边:b＝2×(400＋600)＝2000(mm)

暂取承台埋深为1．4m,承台高度0．9m,桩顶伸入承台50mm,钢筋保护层取70mm,则承台有效高度为:h0＝900－70＝830(mm)

(3)计算桩顶荷载.取承台及其上回填土的平均重度γG＝20k N/m3

GK＝γGAd＝20×3．2×2．0×1．4＝179．2(k N)

桩顶平均竖向力

图4．31 设计实例图

竖向承载力满足要求.

桩顶平均水平力

其值远小于按照公式估算的单桩水平承载力特征值(RHa≈60k N),可以.

相应于荷载效应基本组合时,作用于柱底的荷载设计值为

F＝1．35Fk＝1．35×3040＝4104(k N)

M＝1．35Mk＝1．35×160＝216(k Nm)

H＝1．35Hk＝1．35×140＝189(k N)

扣除承台和其上填土自重后的桩顶竖向力设计值:

(4)承台计算.

1)承台冲切承载力验算.

①柱对承台的冲切验算:

冲切力

F1＝F－∑Ni＝4104k N

受冲切承载力截面高度影响系数βhp的计算:

冲垮比λ与系数β0的计算:

2[β0x(bc＋a0y)＋β0y(hc＋a0x)]βhpfth0

＝2×[0．805×(0．45＋0．175)＋1．867×(0．6＋0．7)]×0．992×1270×0．83

＝6134(k N)＞F1＝4104k N(满足)

②角桩对承台的冲切验算:

c1＝c2＝0．6m,a1x＝a0x＝0．7m,λ1x＝λ0x,a1y＝a0y＝0．175m,λ1y＝λ0y

[β1x(c2＋a1y/2)＋β1y(c1＋a1x/2)]βhpfth0

＝[0．537×(0．6＋0．175/2)＋1．244×(0．6＋0．7/2)]×0．992×1270×0．83

＝1621k N(满足)

2)承台受剪切承载力计算.受剪切承载力截面高度影响系数βhs的计算:

对于Ⅰ—Ⅰ斜截面

λx＝λ0x＝0．843(介于0．25~0．3)

剪切系数

βhsαftb0h0＝0．991×0．95×1270×2．0×0．83

＝1985(k N)＞2Nmax＝2×764．4＝1528．8(k N)(满足)

对于Ⅱ—Ⅱ斜截面 λy＝λ0y＝0．211(＜0．25),取λy＝0．25

剪切系数

βhsαftb0h0＝0．991×1．4×1270×3．2×0．83

＝4680k N＞3Nmax＝3×684＝2052(k N)(满足)

3)承台受弯承载力计算.

Mx＝∑Niyi＝3×684×(0．6－0．6/2)＝615．6(k Nm)

选用23A14,As＝3540mm2,沿平行于y轴方向均匀布置.

My＝∑Niyi＝2×764．4×(1．2－0．6/2)＝1375．9(k Nm)

选用17A22,As＝6462mm2,沿平行于x轴方向均匀布置.

思考题

一、简答题

1．什么是桩基础?桩基础的适用条件是什么?

2．桩的类型有哪些?

3．桩的质量如何检测?

4．桩顶作用效应如何计算?

5．桩的竖向承载力如何验算?

6．桩身强度如何验算?

7．桩基软弱下卧层承载力如何验算?

8．什么是桩的负摩阻力?如何验算?

9．桩的水平承载力如何确定?

10．桩基承台验算的内容有哪些?如何验算?

11．桩基沉降如何计算?

12．简述桩基础设计遵循的步骤.

二、计算题

1．某建筑工程混凝土预制桩截面尺寸为350mm×350mm,桩长12．5m,桩长范围内有两种土:第一层为淤泥层,厚5m;第二层为黏土层,厚7．5m,液性指数IL＝0．275.拟采用三桩承台.试确定该预制桩的基桩竖向承载力特征值.

2．某框架柱采用桩基础,承台下有5根直径600mm的钻孔灌注桩,桩长L＝15m,如图4．32所示.承台顶面处柱竖向轴力Fk＝4100k N,Myk＝180k Nm,承台及其上覆土自重标准值Gk＝447k N,求基桩最大竖向力Nkmax.

3．如图4．33所示,已知承台混凝土轴心抗拉强度设计值ft＝1．27MPa,柱截面尺寸为600mm×400mm,桩为400mm×400mm方桩,h10＝600mm,h0＝1200mm.试计算承台柱边A—A截面的受剪承载力.

4．多桩矩形承台条件如图4．34所示,试求沿柱边处承台正截面上所受最大弯矩.

图4．32 计算题第2题图

图4．33 计算题第3题图

图4．34 计算题第4题图