一、设计题目某教学楼为多层现浇框架结构，底层平面图布置如图一所示，已知上部结构传递至桩顶的荷载设计值为轴力N=1150KN，弯矩M=200KN·m，柱截面尺寸为800mm*600mm,土层分布及各土层的物理力学指标如表1所示，地下水距离地表2.0m,试设计此钢筋混凝土独立基础。

图1 底层平面布置土层序号土层名称层底埋深（m）容重γ（KN/m³）含水量ω（%）孔隙比e液性指数IL粘聚力（kpa）内摩擦角φ（°）压缩模量E（Mpa）①浅黄色粘土 5.0 19.4 27.8 0.79 0.23 33.0 18 11.9②褐黄色粉质粘土8.0 20.0 21.8 0.64 0.37 20.0 21.0 8.1③强风化泥质砂岩15.0 25.0 68.0 25.0 24.9二、主要内容（1）确定基础埋置深度（2）确定地基承载力特征值（3）确定基础地面尺寸（4）确定基础的高度（5）基础底板的配筋计算（6）绘制施工图（平面图，详图）三、具体要求（1）结构设计必须依据最新出版的有关技术规范或教程，设计图纸必须符合建筑制图国家标准，图面整洁美观，可采用手工或者Autocad软件绘制。

（2）设计说明书要求论据充分、调理清楚、文正句通，可采用手工抄写或电脑打印。

（3）必须严格遵守设计纪律，独立按时完成指导教师制定的各项设计任务，不得无故缺席或从事与设计无关的其它事务，有特殊情况必须经知道教师同意，否则作违纪处理。

四、完成后应上交的材料（1）基础平面布置图（1:100）（2）基础详图（底板配筋图、平面图、剖面图）（1:50）（3）设计说明书五、参考文献（1）《基础工程》，莫海鸿、杨小平等主编，中国建筑工业出版社。

（2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中国建筑工业出版社。

（3）《土力学》（陈仲颐、周景星、王洪瑾编著，清华大学出版社）。

指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日设计过程：一、确定基础埋置深度由《建筑地基基础设计规范》（GB500007-2002）（下称《规范》）可知，在满足地基稳定和变形要求的前提下，地基宜浅埋，而基础埋深不宜小于0.5m和基础宜埋置在地下水位以上。

故取基础埋深为h=1.0m。

则持力层为浅黄色粘土层。

二、确定地基承载力特征值《土力学》（陈仲颐、周景星、王洪瑾编著，清华大学出版社）表8-6 ，由浅黄色粘土力学指标e和I查得浅黄色粘土的承载力基本值f=245kPa.ak由于埋深大于0.5m ，需要对地基承载力进行修正（此处暂时忽略基础宽度的修正）：f a = f ak +ηd γm （d-0.5）=245+1.6*19.4*（1.0-0.5）=261kPa ηd =1.6，查《基础工程》承载力修正系数表得知 三、确定基础底面尺寸计算基础及其上土的重力G k 的基础埋置深度为： d=（1.0+1.0）/2=1.0m由于埋深范围内没有地下水，h w =0，初步基础底面面积为： A 0=F k /( f a -γG d)=1150/(261-20*1)=4.772㎡ 考虑荷载偏心，将基底面积初步增大20%，得： A=1.2 A 0=1.2*4.772=5.726㎡ 取基底长短边之比n=l/d=1.4，于是： b=n A /=4.1/726.5=2.02，取b=2.0m则l=1.4b=2.8m因b=2.0m<3.0m ，故f a 无需作宽度修正。

验算荷载偏心距e ：基底处的总竖向力：F k + G k =1150+20*2.8*2*1=1262kN 基底处的总力矩：M k =200kN ·m偏心距：e= M k /（F k + G k ）=200/1262=0.16m<l/6=0.47m 故可以。

验算基底最大压力P m ax kP m ax k = （F k + G k ）（1+6e/l ）/bl=1262*（1+6*0.16/2.8）/2.8*2=303kN<1.2 f a =313kN 可行，不需要调整底面尺寸。

四、确定基础的高度采用C20混凝土，HPB235级钢筋，查得f t =1.10N/mm 2，f y =210N/mm 2。

垫层用C10混凝土，厚度100mm ，各边伸出基础底面100mm 。

计算基底净反力设计值： P j =F/bl=1150/(2*2.8)=205.4kPa 净偏心距：e=M/F=200/1150=0.174m基底最大和最小净反力设计值：Pm axj =F(1+6e/l)/bl=205.4*(1+6*0.174/2.8)=282kPaPm inj =F(1+6e/l)/bl=205.4*(1-6*0.174/2.8)=129kPa基础高度①柱边截面取h=800mm，由于基础下面有垫层，混凝土保护层的厚度取45mm，故h=755mm，则b c +2h=0.6+2*0.755=2.11m>b=2.0m故用公式 Pm axj （l/2-ac/2-h）b≤0.7βhpft[(bc+h)h-（bc/2+h-b/2）2]进行验算。

式子左边：Pm axj （l/2-ac/2-h）b=282*(2.8/2-0.8/2-0.755)*2=138.18kN式子右边：0.7βhp ft[(bc+h)h-（bc/2+h-b/2）2]=0.7*0.98*1100*[(0.6+0.755)*0.755-(0.6/2+0.755-2/2)2]=880.6kN>138.18kN 故满足要求。

（βhp —受冲切承载力截面高度影响系数，当基础高度h不大于800mm时，βhp取1.0,；当h大于或等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用，此处取0.98。

）有《规范》可知，当基础高度大于等于600mm而小于900mm时，阶梯型基础分两级，所以下阶h1=400mm，h01=355mm，取l1=1.6m，b1=1.2m。

②变阶处截面b 1+2h01=1.2+2*0.355=1.91m<b=2.0m故用公式Pm axj [(l/2-l1/2-h01)b-（b/2-b1/2-h01）2]≤0.7βhpft(b1+ h01)h01进行验算。

式子左边：Pm axj [(l/2-l1/2-h01)b-（b/2-b1/2-h01）2]=282*[(2.8/2-1.6/2-0.355)*2-(2/2-1.2/2-0.355) 2]=137.6kN 式子右边：0.7βhp ft(b1+ h01)h01=0.7*0.98*1100*(1.2+0.355)*0.355=416.6kN>137.6故满足要求。

五、基础底板的配筋计算计算基础长边方向的弯矩设计值，取1-1截面P1j =Pm inj+(l+ac)(Pm axj-Pm inj)/2l=129+(2.8+0.8)*(282-129)=227.4kPaM 1=1/48*[(Pm axj+P1j)(2b+bc)+(Pm axj-P1j)b](l-ac)2=1/48*[(282+227.4)*(2*2+0.6)+(282-227.4)*2](2.8-0.8)2=204.37kN·m 计算配筋面积：A1s =M1/(0.9fyh)=204.37/0.9*0.210*0.755=1432.2mm23-3截面P3j =Pm inj+(l+l1)(Pm axj-Pm inj)/2l=129+(2.8+1.6)*(282-129)=249.2kPaM 3=1/48*[(Pm axj+P3j)(2b+b1)+(Pm axj-P3j)b](l-l1)2=1/48*[(282+249.2)*(2*2+1.2)+(282-249.2)*2](2.8-1.6)2=84.8kN·m 计算配筋面积：A3s =M3/(0.9fyh01)=84.8/0.9*0.210*0.355=1263.9mm2比较A1s 和A3s，应按A1s配筋。

钢筋根数n=(2000-200)/200+1=10，所以现于2.0m宽度范围内配10φ14，放置下排，As=1539mm2>1432.2mm2。

计算基础短边方向的弯矩设计值，取2-2截面M 2=1/24*Pj(b-bc)2(2l+ac)=1/24*205.4*(2-0.6)2*(2*2.8+0.8)=107.4kN·m计算配筋面积:A2s =M2/(0.9fyh)=107.4/[0.9*0.210*(0.755-0.014)]=764.8mm24-4截面M 4=1/24*Pj(b-b1)2(2l+l1)=1/24*205.4*(2-1.2)2*(2*2.8+1.6)=39.4kN·m计算配筋面积：A4s =M2/(0.9fyh01)=39.4/[0.9*0.210*(0.355-0.014)]=607.8mm2比较A2s 和A4s，应按A2s配筋。

又因为由《规范》知，底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm和小于100mm。

当有垫层时，混凝土的保护层净厚度不应小于40mm，无垫层不应小于70mm。

纵向分布筋直径不小于8mm，间隔不大于300m，每延米分布钢筋的面积不小于受力钢筋面积的1/10。

按构造配筋，最少配筋条数nm in =(2800-200)/200+1=14。

配14φ10，放置上排，As=1099 mm2>764.8mm2。

基础配筋图见CAD图纸。