材料工程课程设计报告

第一篇：材料工程课程设计报告

目 录

模具服役条件及失效分析………………………………………………2

选材及材料介绍…………………………………………………………3

零件加工及热处理 ……………………………………………………4

分析讨论…………………………………………………………………8

课程设计心得体会……………………………………………………13

参考文献………………………………………………………………14

选材及材料介绍

为了满足要求也就是说要求硬度，强度和韧性都较好，减少以上失效的发生，延长模具寿命，减低生产成本经综合考虑选用Cr12MoV作为加工该模具的材料。

其化学成份为：碳C：1.45～1.70、硅Si：≤0.40、锰Mn：≤0.40、硫S：≤0.030、磷P：≤0.03、铬Cr：11.00～12.50、镍Ni：允许残余含量≤0.25、铜Cu：允许残余含量≤0.30、钒V：0.15～0.30、钼Mo：0.40～0.60

其力学性能为：硬度：退火,255～207HB,压痕直径3.8～4.2mm;淬火,≥58HRC。Cr12MoV 钢是目前国内广泛使用的冷作模具钢之一也是国际上较广泛采用的模具钢，属莱氏体钢。Cr12MoV钢是一种高碳、高铬的莱氏体钢，具有大量的游离碳化物。在退火状态其碳化物可多达28%，在淬火、回火状态其游离碳化物也多达21%。钢中的Cr大部分形成碳化物，只有极少部分固溶于基体中。

Cr12MoV钢中碳化物为M7C3型碳化物，维氏硬度为2100HV，因此其耐磨性较好。冲压性能高，淬透性好。在实际使用该钢制造的冷冲模，如果冲压操作正确，韧性不成为模具的关键，而耐磨性直接决定模具的寿命。

Cr12MoV 钢属于高耐磨微变形冷作模具钢,其特点是具有高的耐磨性、淬透性、微变形、高热稳定性、高抗弯强度,仅次于高速钢,是冷冲裁模、冷镦模等冷作模具的重要材料，由于加入了适量的Mo和V，碳化物不均匀有所改善。Mo能减轻碳化物偏析并提高淬透性，V能细化晶粒。Cr12MoV在300～400℃时仍可保持良好硬度和耐磨性，韧性也高，淬火时体积变化最小。可用来制造形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具。其消耗量在冷作模具钢中居于首位.该钢虽然强度、硬度高,耐磨性好,但其韧性较差,对热加工工艺和热处理工艺要求较高,处理工艺不当,很容易造成模具的过早失效。常用于制作那些承受重负荷、生产批量大、形状复杂的冷作模具, 如冷冲、压印、冷镦、冷挤压模、冲孔凹模、切边模、滚边模、钢板等。但该钢的显著缺点是脆性大, 常常导致模具的早期失效。模具失效分析表明, 热处理因素影响最大, 约占 50%。因此, 如何提高其强韧性, 防止模具过早断裂失效, 是该钢用户经常遇到且需要解决的问题。

经分析该钢种经合理的热处理后可完全满足模具要求，故选用其作为加工该模具的材料。

零件加工及热处理

通过查看模具生产的技术资料知,该模具的加工工艺路线为：下料→锻造→球化退火→机械加工→淬火+ 低温回火→平磨→线切割加工→成型组装。

锻造：

由于Cr12MoV这类材料属于高碳高合金钢，在轧制过程中会产生严重的C偏析，即所谓的网状渗碳体。大家知道，渗碳体硬度高而脆，没有韧性。以前对此类材料的C偏析有严格的级别控制。由于材料存在网状渗碳体，造成在以后的热处理中，会沿着渗碳体网状开裂。因此，材料在制作模具之前必须进行反复的锻打（不只是简单的改变形状），以使网状渗碳体打碎，改善材料性能。

Cr12MoV钢锻造加热曲线

球化退火：

球化退火，以细化组织，减少淬火变形和防止淬火开裂！

Cr12MoV 属于高碳高铬莱氏体钢。碳化物含量高, 且常呈带状或网状不均匀分布, 其形状、大小及分布对钢的性能影响很大, 尤其大块状尖角碳化物对钢基体的割裂作用较大, 往往成为疲劳断裂的策源地。经过改锻, 碳化物被击碎, 偏析状况得到有效改善, 但其形态还不理想, 且锻后硬度也偏高。因此Cr 12MoV 钢锻后常采用球化退火作为预备热处理, 以获得均匀、细小的球形碳化物, 降低硬度, 改善切削加工性能, 同时为后续淬火做好组织准备，让奥氏体回复和开始再结晶。Cr12MoV钢形成网状碳化物，而且在最终的淬火、回火过程中仍能保持，这将使其脆性增加而不能使用。球化退火后的组织为索氏

良好的硬度，防止变形。真空炉加热可防止工件的氧化和脱碳现象，产品不易腐蚀，加工时可有较小的留量。Cr12MoV 钢淬火温度为1000～1040 ℃,高的温度一方面促进了较小碳化物的完全溶解, 另一方面也促进了大块碳化物尖角的局部溶解;而且, 溶入基体的碳化物在随后高温回火过程中再度均匀弥散析出, 使碳化物的形态、大小及分布得到改善, 有利于提高模具的强韧性。性能上σbb提高20%,αk 值提高15%。用此工艺处理的Cr12MoV钢模,模刃口件总寿命达较长,寿命提高5倍。失效后取样金相检查, 碳化物不均匀度为 1 级。

回火：

在高硬度的前提下，欲提高抗弯强度和冲击韧性，应采用180-220℃之间回火温度，即图中阴影部分。中淬火温度淬火后可以在180-200℃低温回火，低温回火只用在低温淬火后，可以获得最高的硬度和最佳的耐磨性，韧性也较合适。降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力、防止模具变形和开裂。使不稳定的组织趋于稳定，以稳定模具的形状尺寸精度。获得所要求的组织和性能。

Crl2MoV钢回火目的是充分消除热处理的残留应力。调整组织和硬度。淬火后形成的马氏体属于高碳富铬的过饱和间隙固溶体，处于不稳定状态，回火时分解，析出碳化物，转变为回火马氏体，使材料基体组织硬度降低。残留奥氏体在回火过程中会分解，析出显微碳化物，在一定程度上弥补了马氏体回火转变造成的硬度降低。淬火后钢的硬度会随回火温度的变化呈现先降低后增加的趋势。回火温度过高时，残留奥氏体中析出的碳化物粗化，失去强化作用。导致硬度下降。

淬火后试样在不同温度下回火时，冲击韧度呈先降低后升高的趋势，这主要受残留奥氏体分解的影响。回火过程中，随温度的升高，基体中残留奥氏体量逐渐减少，析出碳化物增多，导致材料的冲击韧度降低。但回火温度过高时，组织中的碳化物有粗化、聚集的趋势。冲击韧度开始回升。

Crl2MoV钢的回火一般分低温回火与高温回火。低温回火一般是170～180℃×2h，硬度可达60--62HRC。如果在热处理过程中回火不足，材料中的残留奥氏体量较多，残留奥氏体很软，组织不稳定，当模具承受摩擦、挤压变形和冲击时瞵I达一定条件会使残留奥氏体转变为极脆马氏体，导致材料的组织应力增加，使材料脆性断裂的倾向明显增大。

如果要求热处理时模具变形较小，可在回火过程中靠改变回火温度来控制模具的尺寸。回火温度的确定要根据淬火后残留奥氏体的量来决定。

分析讨论

Cr12MoV再经过上述热处理工艺时可能存在以下问题，经查阅资料分析讨论得出以下处理办法：

一、热处理变形失效

模具经过加工制作成后，为了增加其硬度及延长其使用寿命，往往采取热处理。但钢材经热处理后会膨胀变形，不仅给模具生产企业带来经济损失，而且最主要的是耽误了客户的工期，造成了不好的影响。

模具在热处理时，特别是在淬火过程中，由于模具截面各部分加热和冷却速度的不一致而引起温度差，加之组织转变的不等时性等原因，使得模具截面各部分体积胀缩不均匀，组织转变的不均匀，从而引起“组织应力”和模具内外温差所引起的热应力。当其内应力超过模具的屈服极限时,就会引起模具的变形。

1、模具材料的影响

一般来说Cr12MoV钢是微变形钢，不应该出现较大变形。我们对变形严重的模具进行金相分析发现，模具钢中含有大量共晶碳化物，且呈带状和块状分布。（1）模具椭圆(变形)产生的原因

这是因为模具钢中呈一定方向分布的不均匀碳化物的存在，碳化物的膨胀系数比钢的基体组织小30%左右，加热时它阻止模具内孔膨胀，冷却时又阻止模具内孔收缩，使模具内孔发生不均匀的变形，使模具的圆孔出现椭圆。（2）预防措施

①在制造精密复杂模具时，要尽量选择碳化物偏析较小的模具钢，不要图便宜，选用小钢厂生产的材质较差钢材。②对存在碳化物严重偏析的模具钢要进行合理锻造，来打碎碳化物晶块，降低碳化物不均匀分布的等级，消除性能的各向异性。③对锻后的模具钢要进行调质热处理，使之获得碳化物分布均匀、细小和弥散的索氏体组织、从而减少精密复杂模具热处理后的变形。④对于尺寸较大或无法锻造的模具，可采用固溶双细化处理，使碳化物细化、分布均匀，棱角圆整化，可达到减少模具热处理变形的目的。

2、模具结构设计的影响

当模具选材和钢的材质都很好，往往因为模具结构设计不合理，如薄边、尖角、沟槽、突变的台阶、厚薄悬殊等，造成模具热处理后变形较大。（1）变形的原因

由于模具各处厚薄不均或存在尖锐圆角，因此在淬火时引起模具各部位之间的热应力和组织应力的不同，导致各部位体积膨胀的不同，使模具淬火后产生变形。（2）预防措施

设计模具时，在满足实际生产需要的情况下，应尽量减少模具厚薄悬殊，结构不对称，在模具的厚薄交界处，尽可能采用平滑过渡等结构设计。根据模具的变形规律，预留加工余量，在淬火后不致于因为模具变形而使模具报废。对形状特别复杂且无法改变的的模具，为使淬火时冷却均匀，可采用给合结构进行淬火。

3、模具制造工序及残余应力的影响

一些形状复杂、精度要求高的模具，在热处理后变形较大，经认真调查后发现，模具在机械加工和最后热处理未进行任何预先热处理。（1）变形原因

在机械加工过程中的残余应力和淬火后的应力叠加，增大了模具热处理后的变形。（2）预防措施

①粗加工后、半精加工前应进行一次去应力退火，即(630-680)℃×（3-4)h炉冷至500℃以下出炉空冷，也可采用400℃×（2-3)h去应力处理。

②降低淬火温度，减少淬火后的残余应力。③采用淬油170℃出油空冷(分级淬火)。④采用等温淬火工艺可减少淬火残余应力。

经过以上措施可使模具淬火后残余应力减少，模具变形较小。

4、热处理加热速度的影响

模具热处理后的变形一般都认为是冷却造成的，这是不正确的。模具特别是复杂模具，加工工艺的正确与否对模具的变形往往产生较大的影响，对一些模具加热工艺的对比可明显看出，加热速度较快，往往产生较大的变形。（1）变形原因

任何金属加热时都要膨胀，由于钢在加热时，同一个模具内，各部分的温度不均(即加热的不均匀)就必然会造成模具内各部分的膨胀的不一致性，从而形成因加热不均的内应力。在钢的相变点以下温度，不均匀的加热主要产生热应力，超过相变温度加热不均匀，还会产生组织转变的不等时性，既产生组织应力。因此加热速度越快，模具表面与心部的温度差别越大，应力也越大，模具热处理后产生的变形也越大。（2）预防措施

对复杂模具在相变点以下加热时应缓慢加热，一般来说，模具真空热处理变形要比盐浴炉加热淬火小得多。采用预热，对于低合金钢模具可采用一次预热(550-620℃)；对于高合金刚模具应采用二次预热(550-620℃和800-850℃)。

5、热处理加热温度的影响

为了保证模具达到较高硬度，认为需提高淬火加热温度。但是生产实践表明，这种做法是不恰当的，对于复杂模具，同样是采用正常的加热温度下进行加热淬火，在允许的上限温度加热后的热处理变形要比在允许的下限温度加热的热处理变形大得多。（1）变形原因

众所周知，淬火加热温度越高，钢的晶粒越趋长大，由于较大晶粒能使淬透性增加，则使淬火冷却时产生的应力越大。再之，由于复杂模具大多由中高合金钢制造，如果淬火温度高，则因Ms点低，组织中残留奥氏体量增多，加大模具热处理后变形。（2）预防措施

在保证模具的技术条件的情况下合理选择加热温度，尽量选用下限淬火加热温度，以减少冷却时的应力，从而减少复杂的热处理变形。

6、残留奥氏体的影响

Cr12MoV钢模具在淬火和低温回火后，模具的长、宽、高皆发生缩小现象，这是因为模具淬火后残留奥氏体量过多而引起的。（1）变形原因

因合金钢Cr12MoV淬火后含有大量残留奥氏体，钢中各种组织有不同的比体积，奥氏体的比体积最小，这是高合金钢模具淬火低温回火后体积发生缩小的主要原因。钢的各种组织的比体积按下列顺序递减：马氏体-回火索氏体-珠光体-奥氏体（2）预防措施

①适当降低淬火温度。正如前面叙述过的淬火加热温度越高，残留奥氏体量越大，因此选择适当的淬火加热温度是减少模具缩小的重要措施。一般在保证模具技术要求的情况下，要考虑模具的综合性能，适当降低模具的淬火加热温度。

②一些数据表明，Cr12MoV钢模具淬火后，500℃回火较200℃回火的残留奥氏体量少了一半，所以在保证模具技术要求的前提下，应适当提高回火温度。生产实践表明：Cr12MoV钢模具500℃回火模具变形量最小，而硬度降低不多(2~3HRC)。

③模具淬火后采取冷处理是减少残留奥氏体量的最佳工艺，也是减少模具变形、稳定使用时发生尺寸变化的最佳措施，因此精密复杂模具一般应采用深冷处理。

0

由于奥氏体晶粒的长大速率除与保温时间有关外，更主要取决于奥氏体化的加热温度。采用亚温加热延长保温时间，其目的是尽可能得到均匀细小的奥氏体晶粒，使合金碳化物在一定时问内大多数溶于奥氏体当中，由于组织转变的遗传性，淬火时得到复合组织的晶粒均比常规加热温度小的多，提高了材料的韧性。采用等温淬火的目的是获得一定数量的下贝氏体组织和随后冷却过程中残余奥氏体继续转变得到马氏体组织。由于Cr12MoV钢含碳量高，得到高碳的下贝氏体组织除具有良好的强度外，其断裂韧度明显高于回火马氏体组织，并且当下贝氏体和马氏体按一定比例组合后，开始形成的下贝氏体起着分割奥氏体晶粒的作用，又使随后形成的马氏体细化，因而降低了脆性转变温度，有利于强度的提高。因此采用亚温加热和等温淬火使模具获得了良好强度和韧性的匹配。（4）增加消除应力的时效工序

滚丝模具牙型在热处理后精磨加工成型，异形冲子在半成品热处理后进行线切割加工成型。滚丝模具在磨削加工中，容易因磨削过热造成磨削应力产生磨削裂纹或增加使用过程中的脆性。异形冲子在线切割加工过程中，表面由于在瞬间高温融化后快速冷却时，又产生了新的淬火组织，其表层应力容易造成在使用过程中产生脆性或在存放过程中产生裂纹，特别是模具尖角部位表现尤为突出。为消除机械或电加工后模具形成的应力和在使用过程中产生脆性的影响，在模具磨削或线切割加工后，增加了低温(160℃～180℃)加热，12～16小时保温的消除应力时效处理。

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第二篇：基础工程课程设计

青海大学《土力学与基础工程》课程设计

课程设计计算书

课 程： 《基础工程》 课程设计 设 计 题 目： 独立基础和双柱联合基础

指 导 教 师：

张 吾 渝

专 业 年 级： 2010级土木工程专业

（建筑方向）建筑（1）班

所在学院和系： 土木工程学院 设 计 者： 童 守 珍 学 号： 1000506007 日 期： 2013年5月

青海大学《土力学与基础工程》课程设计

前 言

《基础工程》是《土力学》的后继课程，本课程是一本独立的课程,但是又于《土力学》教材的内容密切结合。我国改革开放以来，大规模的现代化建设的需要以及国际上的科学进步和技术发展，基础工程领域内取得了许多新的成就，在设计与施工领域涌现了许多新成熟的成果和观点。本次课程设计，就是基于这样的基础，在老师以及同学帮助下，我学会了独立基础和双柱联合基础的设计，这队我以后的工作和学习有很大的帮助。

本设计是基础工程课程的一个重要环节，对培养和提高学生的基本技能，启发学生对实际结构工作情况的认识和巩固所学的理论知识具有重要作用。

本设计主要分为三个层次，独立基础的设计及其荷载配筋计算、双柱联合基础的设计及荷载配筋计算，最后是地梁的设计。

由于编者水平，本设计中还存在很多错误和不足，敬请广大老师和读者批评指正。

编 者 2013年5月

青海大学《土力学与基础工程》课程设计

目 录

一、《土力学基础工程》课程设计任务书………………………………… 1 1.工程概况……………………………………………………………… 1 2.地质资料……………………………………………………………… 1 3.上部荷载……………………………………………………………… 1 4.设计要求……………………………………………………………… 1 5.设计步骤……………………………………………………………… 1 二.根据底层柱网平面图可知柱截面尺寸………………………………… 2 三.B-9轴处柱下设计钢筋混凝土独立基础……………………………… 2 3.1 初步确定基础尺寸………………………………………………… 2 3.2 验算荷载偏心距e………………………………………………… 2 3.3 验算基底的最大压力Pkmax………………………………………… 2 3.4 计算基底净反力设计值…………………………………………… 2 3.5 基础高度 ………………………………………………………… 3 3.6 配筋计算 ………………………………………………………… 3 四.钢筋混凝土双柱联合基础设计………………………………………… 5 4.1 确定基底尺寸……………………………………………………… 5 4.2 计算基础内力……………………………………………………… 6 4.3 确定基础高度…………………………………………………………6 4.4 抗冲切承载力验算……………………………………………………6 4.5 抗剪切强度的验算……………………………………………………7 4.6 配筋计算 ……………………………………………………………7 五.柱间地梁设计………………………………………………………………8 5.1 外墙地梁设计…………………………………………………………8 5.2 内墙地梁设计…………………………………………………………9 六.施工图的绘制………………………………………………………………9 七.参考文献……………………………………………………………………9 八.课程设计感想 ……………………………………………………………9

青海大学《土力学与基础工程》课程设计

课程设计计算书任务书

一、《土力学与基础工程》课程设计任务书 1 工程概况：

某中学五层教学楼，全框架结构，底层柱网平面如图所示。2 地质资料：

自上而下：第一层：素填土，厚2.5m，γ17.8kN/m3； 第二层：砂砾石，厚7.0m，γ18.7kN/m3。上部荷载：⑨轴处

3.1 外柱：B轴，基础承受上部荷载M64kNm，F3240kN；

D轴，基础承受上部荷载M109kNm,F2471kN，；

3.2 内柱：C轴，基础承受荷载上部荷载M138kNm，F3055kN。4 设计要求：

4.1 设计柱下钢筋混凝土独立基础、两柱联合基础； 4.2 绘制基础平面布置图、基础详图并编写计算说明书。5 设计步骤：

5.1 根据持力层承载力特征值fak350kPa确定持力层承载力设计值；5.2 按持力层承载力特征值确定基底尺寸； 5.3 基础结构设计；

5.4 必要时验算地基沉降量； 5.5 绘制施工图。设计时间：2013年4月29日～5月15日。

土木工程学院10级建筑（1）班

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PjF3240405kPa

，净偏心距：eM640.019m，F3240bl24基底最大和最小净反力设计值

PjmaxPjminFbl(16el)405(160.0194)416.5kPa393.5kPa 3.5 基础高度

采用C235混凝土，HRB400级钢筋，查得ft1.57N/mm,fy360N/mm2 3.5.1 柱边截面 取h700mm,as40mm,取h0660mm，bc2h00.620.661.92mb2m，P(lachbb2jmax220)b(2c2h0)416.5420.6(20.620.66)2(220.66)2

865.6kN0.7hpft(bch0)h00.71.01570(0.60.66)0.66

913.9kN856.6kN(可以)基础分两阶，下阶h1400mm,h01360mm，取l12m,b11m

，3.5.2 变阶处截面

b12h01120.361.72mb2m，Pllhbb2jmax(21201)b(212h01)冲切力：416.5(42220.36)2(21220.36)2

524.9kN0.7hpft(b1h01)h01抗冲切力：0.71.01570(0.60.36)0.36

538.1kN524.9kN3.6 配筋计算

3.6.1 计算基础长边方向的弯矩设计值，取截面

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284.4106s1330.2mm2

0.9fyh010.9360660VV截面

V1Pj(bb1)2(2ll1)241405(21)2(242)24168.75kNmsVV168.751061446.7mm2 0.9fyh010.9360360比较s和sV,应按sV配筋，现于4m宽度范围内按构造配1412@250，实配面积为s1582mm2

四.柱下钢筋混凝土双柱联合基础设计 4.1确定基地尺寸（对称）

由架柱梁定位平面可知：l12700mm

1212l0(~)l1(~)2700900mm~1800mm

取l01300mm

3333则ll12l02700213005300mm

k12(F1F2)偏心距：el12.7138109(30552471)1035.4kNm 22k1035.40.187m

F1F230552471F1F2305524712.24m

l(faGd)5.3(514.56202.5)底面宽度为：b因偏心扩大，取b2.43m，不需要进行深度修正 所以基底尺寸为：bl2.4m5.3m

FKGK30552471205.32.42.5持力层强度验算：

5.32.4484.4kPafa514.56kPaPK

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l(ac2h0)(bc2h0)(0.620.66)(0.620.66)3.686m2bm12(acbc)4h02(600600)46605040mm

FlF1Pjl3055434.43.6861453.8kN

0.7fthpbm1h00.71.431.050406603329.73kNfl1453.8kN

满足4.4.2 变阶处抗冲切验算

l(l12h01)(b12h01)(1.420.36)(1,420.36)4.49m2bm12(l1b1)4h012(14001400)43607040mm

FlF1Pjl3055434.44.491104.5kN

0.7fthpbm1h010.71.431.070403602536.9kNfl1104.5kN

4.5 抗剪切强度验算 4.5.1 柱边抗剪切强度验算

VF1bPcj(l0a2h30551042.6(1.30.60)20.66)698.7kN 0.7fthpbh00.71.431.024006601585.58kNV698.7kN

满足

4.5.2 变阶处抗剪切强度验算

VF11bPj(l0l2h(1.31.401)30551042.620.36)594.5kN 0.7fthpbh010.71.431.02400360864.86kNV594.5kN

满足

4.6 配筋计算 4.6.1 基底纵向钢筋

max880.99106s0.9f6604119.8mm2

yh00.9360

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实配：220 s628mm2

箍筋

8@10 05.2 内墙地梁设计：l6.9m，设混凝土保护层as35mm

荷载设计值：q1.353.90.27.50.30.62513.97kN/m 弯矩：11ql13.976.9283.14kNm 8883.14106受力筋：s454.16mm2

0.9fyh00.93605650实配：218 s509mm2

箍筋

8@10

六.绘制施工图（附）

包括：基础平面布置图(1:100)

基础详图(1:20)

地梁剖面图(1:10)七.参考文献

[1]华南理工大学 浙江大学 湖南大学.《基础工程》第二版 中国建筑出版社2011 [2]刘立新 叶燕华.《混凝土结构原理》第2版 武汉理工大学出版社 2012 [3]重庆大学 同济大学 哈尔滨工业大学.《土木工程施工》（上册)中国建筑出版社 2012 [4]何斌 陈锦昌.《建筑制图》第五版 高等教育出版社 2010 八.课程设计感想

课程设计任务下发后我们在老师的讲解下开始对本次设计的步骤有了初步了解，之后就是认真反复的复习老师所讲的基础的设计知识，另外又通过网络或者书籍查阅有关规范，有条不紊的开始做设计。首先，我是报的很积极的态度对待本次设计，因为，这样的经历会对今后的毕业设计乃至工作都会有很大的帮助者。所以，我很认真的做每一步，反反复复的修改，一点点的将其输入到电脑里。在做设计期间，遇到很多很多问题，我发现我所学的知识还掌握的不牢固，经过一段时间的努力，本人在张吾渝老师的带领下，在大家的相互帮助下，顺利的完成了本次的《土力学与基础工程》的课程设计。通过此次课程设计我掌握了更多电脑运用的方法和技巧给大四的时候做毕业设计积累了经验, 在此，首先要感谢张吾渝老师在本学期的悉心教诲，感谢她把知识无私的传授给我们，感谢她在本次设计中提供的详细解答，使我对此次课程设计有了更深的了解和掌握。同时，也要感谢许多同学的帮助,对于老师和同学的帮助和指导我表示诚挚的谢意.童守珍

土木工程学院10级建筑（1）班

第三篇：基础工程课程设计

独立基础课程设计

一、设计资料

10号A轴柱底荷载： ①柱底荷载效应标准组合值：

FK1598KN,MK365KNm,Vk120KN;② 柱底荷载效应基本组合值：

F2078KN,M455KNm,V156KN。持力层选用 ③ 号粘土层，承载力特征值

fak180KPa，框架柱截面尺寸500mm500mm，室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。

二、独立基础设计

1、选用基础材料：C30混凝土，HRB335钢筋，预计基础高度0.8m。

2、基础埋深选择：根据任务书要求和工程地质资料，第一层土：杂填土，厚0.5m，含部分建筑垃圾;

第二层土：粉质粘土，厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值

第三层土：粘土，厚1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值

第四层土：全风化砂质泥岩，厚2.7m，承载力特征值

地下水对混凝土无侵蚀性，地下水位于地表下1.5m。

取基础底面高时最好取至持力层下0.5m，本设计取第三层土为持力层，所以考虑

取室外地坪到基础底面为0.5+1.2+0.5=2.2m。由此得基础剖面示意图如下：

ffak130KPa;180KPa;

akfak240KPa;

3、求地基承载力特征值

fa

根据粘土e=0.58,IL0.78,查表2.6得b0.3,d1.6

基础以上土的加权平均重度 m180.5201100.29.40.516.23KN/3

m2.2 持力层承载力特征值

fa（先不考虑对基础宽度修正）

fafakd(d0.5)1801.616.23(2.20.5)224.15KPa

m（上式d按室外地面算起）

4、初步选择基础尺寸

取柱底荷载标准值：Fk1598KN,MK365KNm,Vk120KN

计算基础和回填土重Gk时的基础埋深d(2.22.65)2.425m

基础底面积：

12A0fdaGFk159828.75m

224.150.7101.72520

由于偏心不大，基础面积按20％增大，即：

A1.2A01.28.7510.08m2

2初步选定基础底面面积Alb3.82.810.64m，且b=2.1m<3m不需再对fa进行修正。

5、验算持力层地基承载力

回填土和基础重：

GkGdA(0.7101.72520)10.64441.56KN

偏心距： ek0.8kFM3651200.226m0，满足要求。

基地最大压力：

P6ekkFkGkmaxA(110.6456l)1598441.(1630..8216)

260.1KPa1.2fa(268.98KPa)

所以，最后确定基础地面面积长3.8m。宽2.8m。

6、计算基底净反力

取柱底荷

载

效

应

基

本

组

合设

计

值F2078KN,M455KNm,V165KN.净偏心距

e4551560.n,0MN207880.28m

基础边缘处的最大和最小净反力 ：

Pn,maxF16en,02078n,minlb(l)(160.28)281.64KPa3.82.83.8108.96KPa

7、基础高度

柱边基础截面抗冲切验算（见图2）

：

l3.8m,b2.8m,atbc0.5m,ac0.5m.初步选定基础高度h800mm,分两个台阶，每阶高度均为400mm的。h0800(4010)750mm（有垫层）。

aa2h0.520.752m

bt0batamab250020001250mm

2因偏心受压,Pn取Pn，max281.64KPa

冲切力：

因 b2.8mbc2h00.520.752m（即：冲切在地面范围内）

bbac[()b]()hFPh0222222.10.53.80.50.75)]

281.64[(220.75)2.8(22lcln,max02664.67KN抗冲切力：

0.7hpftamh00.71.01.431031.250.75938.44KN664.67KN,满足要求！

8、变阶处抗冲切验算

b1.5m,a2.0m,h40050350mma

aa2h1.520.352.2mb2.8mt1101bt0取ab=2.2m

ama1.52.2a1.85m t2b冲切力：

Flla1b[()b(1h01)]Pn,max22h01222b2 281.64[(3.820.35)2.82.80.5(0.35)] 2222408.38KN抗冲切力：

0.7hpftamh010.71.01.431031.850.35648.15KN408.38KN

满足要求。

9、配筋计算

选用HRB335级钢筋，（1）

基础长边方向

1—1截面（柱边）

柱边净反力：

fy300Nmm

2lac(pPn,IPnmin2lPn,min)n,max3.80.5108.96(281.64108.96)

23.8206.66KPa悬臂部分净反力平均值：

1(1(281.64206.66)244.15KPa )2Pn,maxpn,I弯矩：

221Pn,maxPn,I(l)(2b)1244.15(3.80.5)(22.80.5)bc24ac MI24 2675.78KNm6675.782M10I3337.2mm AS,10.9f0.9300750yh0

III—III截面(变阶处)

la1(Pn,maxPn,min)Pn,Ⅲ2l3.82.0(281.64108.96)

108.9623.8240.74KPaPn,min

21Pn,maxPn,Ⅲ（la1)(2b)b1MⅢ24221281.64240.74(3.82.0)(22.81.5)242250.35KNm250.35102MⅢ

2649mmAS,Ⅲ0.9fyh010.9300350比较AsⅠ 和As,Ⅲ，应AsⅠ按配筋

，实际配 16@180 ，则钢筋根数：

62800402n117,180

As201.1173418.7mm2（2）基础短边方向

因为该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可 按均布分布计算，取

11Pn(pn,maxpn,min)(281.64108.85)261.19KPa

22弯矩： II-II截面：

21Pn,maxPn,min(bbc)(2lac)M24221261.19(2.80.5)(23.80.5)

24466.32KNm466.32106MI2303mm2 AS,0.9fyh00.9300750IV-IV截面(变阶处)MV1Pn,maxPn,min2bb1)(2la1)（24221281.64108.96(2.81.5)(23.82)242176.5KNmAS,IV176.5102MⅢ1868mm

0.9fyh010.93003506比较AS,II 和AS,IV，应AS,II按配筋

，实际配 22 12@180 则钢筋根数：

3800402n12218010、基础详图配筋大样图：

见施工图

三、B、C两轴计算

2113.1222488.2mmAs1、由任务书得：10号B轴柱子基底荷载为 ：

B轴：Fk2205KN,Mk309KNm,Vk117KN;

试取

A'0lb43.614.4m

持力层承载力特征值：

ff(b3)(d0.5)aakbdm

1800.39.4(3.63)1.616.23(2.20.5)

225.84KPa

基础底面积：

22052 11.96mA0faGd225.840.7101.72520Fk

基础面积按20％增大，即：

A1.2A01.211.9614.35m2

2初步选定基础底面面积Alb43.614.4m

2、验算持力层地基承载力

回填土和基础重：

GkGdA(0.7101.72520)14.4597.6KN

3091170.8lMk

偏心距： ek0.145m0.8m

597.66FkGk220P>0，满足要求。

kmin

基地最大压力：

Al14.44.8229.9KPa1.2fa1.2224.15268.98KPaPkmaxG6e2205597.660.145F(1)(1)kkk

所以，最后确定基础地面面积长4m；宽3.6m。

3、计算基底净反力

取柱底荷载效应 基本组合设计值：

F2866KN,M402KNm,V153KN.净偏心距 ： en,0M4021530.80.183m N2866 基础边缘处的最大和最小净反力 ：

Pn,maxn,minF16en,0286660.183244.56KPa ()(1)153.50KPalbl4.03.64.84、基础高度

柱边基础截面抗冲切验算（见图3）

l4.0m,b3.6m,atbc0.5m,ac0.5m.初步选定基础高度h800mm,分两个台阶，每阶高度均为400mm的。h0800(4010)750mm（有垫层）。

aa2hbt00.520.752mb3.6m

取ab2m

atamnab250020001250mm

2P取Pn，max244.56KPa

冲切力：

因 b2.8mbc2h00.520.752m（即：冲切在地面范围内）

FlblatPn,max[(h0)b(bch0)]2222223.60.534.00.5244.56[(0.75)3.6(0.75)]2222723.90KN抗冲切力：

0.7hp ftamh00.71.01.43101.250.75938.44KN732.90KN39

满足要求！

5、变阶处抗冲切验算

atb11.5m,a12.0m,h0140050350mm

abat2h011.520.352.2mb3.6m

取ab=2.2m

ama1.52.2a1.85m t2b冲切力：

Flbb1la1Pn,max[(h01)b(h01)]2222223.60.54.02281.64[(0.35)3.6(0.35)]2222452.44KN抗冲切力：

0.7hpftamh010.71.01.43101.850.35648.15KN452.44KN3满足要求。

6、由任务书得：10号C 轴柱子基底荷载为 ：

C轴：Fk1727KN,Mk428KNm,Vk114KN;

试取

A'0lb43.614.4m 由A轴计算得持力层承载力特征值：

2f224.15KPa a12计算基础和回填土重Gk时的基础埋深d(2.22.65)2.425m 基础底面积：

17272 9.46mA0faGd224.150.7101.72520Fk

由于偏心不大，基础面积按20％增大，即：

A1.2A01.29.4611.35m2 初步选定基础底面面积Alb3.8311.4m，且b=3m不需再对进行修正。

7、验算持力层地基承载力

回填土和基础重：

faGkGdA(0.7101.72520)11.4473.1KN

4281140.8lMk

偏心距： ek0.236m0.633m

6FkGk1727473.10

P>0，满足要求。

kmin

基地最大压力：

Al11.43.8264.91KPa1.2fa1.2224.15268.98KPaPkmaxG6e1727473.1060.236F(1)(1)kkk

所以，最后确定基础地面面积长3.8m；宽3.0m。

8、计算基底净反力

取柱底荷载效应 基本组合设计值：

F2245KN,M557KNm,V149KN.净偏心距 ： en,0M5571490.80.301m N2245 基础边缘处的最大和最小净反力 ：

Pn,maxn,minF16en,0224560.301290.52KPa ()(1)103.34KPalbl3.83.03.89、基础高度

柱边基础截面抗冲切验算（见图3）

l3.8m,b3.0m,atbc0.5m,ac0.5m.初步选定基础高度h800mm,分两个台阶，每阶高度均为。h800(4010)750mm（有垫层）0400mm的。

aa2hbt00.520.752mb3.0m

取ab2m

atamnab250020001250mm

2P取Pn，max290.52KPa

冲切力：

因 b3.0mbc2h00.520.752m（即：冲切在地面范围内）

FlblatbPn,max[(h0)b(ch0)]2222223.00.53.80.5290.52[(0.75)3.0(0.75)]2222711.77KN抗冲切力：

0.7hpftamh00.71.01.431031.250.75938.44KN711.77KN满足要求！

10、变阶处抗冲切验算

atb11.5m,a12.0m,h0140050350mm

abat2h011.520.352.2mb3.0m

取ab=2.2m

atamab21.52.21.85m

冲切力：

FlPn,max[(bla1h01)b(b1h01)]222222290.52[(3.00.53.820.35)3.0(0.35)]2222432.87KN抗冲切力：

0.7hpftamh010.71.01.43101.850.35648.15KN432.87KN3 满足要求。

根据以上计算，可以绘制出基础平面布置图和A轴柱子基础大样图。见基础平面布置图。

第四篇：基础工程课程设计

08级土木工程专业1、2班基础工程课程设计任务书

————桩基础设计

一、设计资料

1、某建筑场地在钻孔揭示深度内共有6个土层，各层土的物理力学指标参数见表1。土层稳定混合水位深为地面下1.0m，地下水水质分析结果表明，本场地下水无腐蚀性。

建筑桩基设计等级为乙级，已知上部框架结构由柱子传来的荷载（作用在柱底即承台顶面）：

Vk3200kN,Mk400kNm，H = 50kN；

柱的截面尺寸为：400×400mm；

承台底面埋深：d=1.5m。

2、根据地质资料，以第4层粉质粘土为桩尖持力层，采用钢筋混凝土预制桩

3、承台设计资料：混凝土强度等级为C20，轴心抗压强度设计值为fc9600kPa，轴心抗拉强度设计值为ft1100kPa，钢筋采用HRB335级钢筋，钢筋强度设计值fy300N/mm4、《建筑桩基技术规范》(GJG94-2008)

二、设计内容及要求：

1、按照持力层埋深确定桩长，按照长径比40-60确定桩截面尺寸；

2、计算单桩竖向承载力极限标准值和特征值；

3、确定桩数和桩的平面布置图；

4、群桩中基桩的受力验算；

5、软弱下卧层强度验算

6、承台结构计算；

7、承台施工图设计：包括桩的平面布置图，承台配筋图和必要的图纸说明；

8、需要提交的报告：任务书、计算书和桩基础施工图。

注：：

1、计算书打印，按照A4页面，上下左右页边距设置为2.0cm，字体采用宋小四号

2、图纸采用3号图幅，图纸说明即为图中的说明

3、任务书、计算书和桩基础施工图装订成一册

4、将电子稿按班打包交上来，每人的电子稿名称按照学号+姓名命名

计算书

第1页

基础工程课程设计计算书

1、确定桩长和截面面积

以第4层粉质粘土为桩尖持力层，取桩截面尺寸为度为，桩长，设桩端深入持力层深，桩径比为48.75符合要求。

2、计算单桩竖向承载力极限标准值和特征值

标准值的计算：

特征值：

3、确定桩数和桩的平面布置图

（1）初选桩的根数

暂取9根

（2）初选承台尺寸 桩距承台边长

取承台高度为1.1m，桩顶伸入承台50mm，钢筋保护层厚度取70mm，则承台有效高度

5、软弱下卧层强度验算

计算书

第2页

扩散角直线内插

顶面处的附加应力

下卧层顶面处的自重应力

经验算，基础地面尺寸及基础埋深满足要求

计算书

第3页

第五篇：基础工程课程设计

基础工程课程设计

专业:土木工程 班级：土木四班 学号：201103160430 姓名：王华瑞

独立基础课程设计计算书

一、设计资料

10号题A轴柱底荷载：

① 柱底荷载效应标准组合值：Fk=1598KN, Mk=365KN·m, Vk=120KN;② 柱底荷载效应基本组合值：F=2078 KN, M=455KN·m, V=156KN。持力层选用③号粘土层，承载力特征值fak=180KPa,框架柱截面尺寸为500×500mm,室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。

二、独立基础设计

1.选择基础材料：C25混凝土，HPB235钢筋，预估基础高度0.8m。

2.埋深选择：根据任务书要求和工程地质资料: 第一层土：杂填土，厚0.5m，含部分建筑垃圾;第二层土：粉质粘土，厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值fak=130 KPa； 第三层土：粘土，厚1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值fak=180 KPa； 第四层土：全风化沙质泥岩，厚2.7m，承载力特征值fak=240 KPa； 地下水对混凝土无侵蚀性，地下水位于地表下1.5m。

取基础底面高时最好取至持力层下0.5m，本设计取第三层土为持力层，所以考虑取外地坪到基础底面为0.5+1.2+0.5=2.2m。由此得基础剖面示意图如下：

3.求地基承载力特征值fa 根据粘土e=0.58, =0.78, 查表2.6得=0.3, =1.6 基底以上土的加权平均重度

=16.23KN/m³

持力层承载力特征值fa（先不考虑对基础宽度修正）fa=fak+(d－0.5)=180+1.6×16.23×(2.2－0.5)=224.15 KPa(上式d按室外地面算起)4.初步选择基底尺寸

取柱底荷载标准值：Fk=1598KN, Mk=365KN·m, Vk=120KN 计算基础和回填土重GK时的基础埋深d=0.5(2.2+2.65)=2.425m 基础底面积：A0= Fk/(fa－d)=1598/(224.15－0.7×10－1.725×20)=8.74m² 由于偏心不大，基础底面积按20％增大，即： A=1.2A0=1.2×5.65=10.50m²

初步选定基础底面面积A=l·b=4.2×2.7=11.34m²,且b=2.7m<3 m不需要再对fa进行修正。5.验算持力层地基承载力

回填土和基础重：=d•A=(0.7×10+1.725×20)×11.34 =470.61KN 偏心矩：===0.222m<=0.7m, >0, 满足要求。

基底最大压力=(1+6/l)×（1+）=240.27KPa<1.2fa=1.2×224.15=268.98KN 所以，最后确定基础底面面积长4.2m，宽2.7m。6.计算基底净反力

取柱底荷载效应基本组合设计值：F=2078KN, M=455KN, V=156KN。净偏心矩：=M/N=[(455+156×0.8)/2078]=0.28m 基础边缘处的最大和最小净反力 =()=×(1±)

7.基础高度（采用阶梯形基础）柱边基础截面抗冲切验算（见图2）

l=4.2m, b=2.7m, =0.5m, =0.5m。初步选定基础高度h=800mm,分两个台阶，每阶高度均为400mm的。=800－(40+10)=750mm(有垫层)=+2=0.5+2×0.75=2m

=[(l／2－／2－)b－(b／2－／2－)²] =256.30×[(4.2／2－0.5／2－0.75)×2.7－(2.7／2－0.5／2－0.75)²] =729.81KN 抗冲切力：

0.7=0.7×1.0×1.27×10³×1.25×0.75

=833.44KN>729.81, 满足要求。8.变阶处抗冲切验算

=1.45m, =2.2m, =400－50=350mm =1.45+2×0.35=2.15m

=256.30×[(4.2／2－2.2／2－0.35)×2.7－(2.7／2－1.45／2－0.35)²]

=430.42KN 抗冲切力：

0.7=0.7×1.0×1.27×10³×1.95×0.35

=606.74KN>430.42KN，满足要求。9.配筋计算

选用的HPB235级钢筋，=210N/mm²(1)基础长边方向

Ⅰ–Ⅰ截面（柱边）

柱边净反力：+[(l+)／2l]×(－)=109.95＋

[(4.2+0.5)

／(256.30-109.95)=191.83KPa 悬臂部分净反力平均值：

1／2（＋）=0.5×（256.30+191.83）=224.07KPa 弯矩：=1/24(l-)²(2b+)=1/24×224.07×(4.2-0.5)²×(2×2.7+0.5)=754.09KN•m

8.4]

× =/0.9=754.09×/0.9×210×750=5320mm² Ⅲ–Ⅲ截面处（变阶处）

+[(l+)/2l](－)

=109.95＋[(4.2+2.2)／(2×4.2)]×(256.30-109.95)=221.45KPa =1/24(l-)²(2b+)

=1/24×[(256.30+221.45)/2]×(4.2-2.2)²×(2×2.7+1.45)=272.717KN•m = /0.9=272.717×/0.9×210×350=4123mm² 比较和，应按配筋，实际配22Φ18@200 则钢筋根数：n=4200/200+1=22，=254.5×22=5599mm²(2)基础短边方向

因为该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取=0.5(+)=0.5×(256.30+109.95)=183.125KPa 与长边方向的配筋计算方法相同，可得Ⅱ–Ⅱ截面（柱边）的计算配筋值=1911mm²,Ⅳ–Ⅳ截面（变阶处）的计算配筋值=892mm²(以上做法均同长边方向做法，即该基础为方形)。因此按 在短边方向配筋实际配20Φ10@150。

则钢筋根数n=2700/150+1=19，=113.1×19=12148.9mm² 10.基础配筋大样图：见施工图 11.确定B、C两轴柱子基础底面尺寸

由任务书得：2号题B、C两柱子基底荷载分别为： B轴：Fk=2205KN, Mk=309KN·m, Vk=117KN C轴：Fk=1727KN, Mk=428KN·m, Vk=114KN 由前面计算得持力层承载力特征值fa=224.15KPa 计算基础和回填土重时的基础埋深d=2.425m B轴基础底面积：A0= Fk/(fa－d)=2205/(224.15－0.7×10－1.725×20)=12.07m²

基础底面积按20%增大，即：A=1.2=1.2×12.07=14.49m² 初步选定基础底面面积A=l·b=4.9×3=14.7 m²（>14.49m²）,且b=3 m，不需要再对fa进行修正。

C轴基底底面积：A0= Fk/(fa－d)=1727/(224.15－0.7×10－1.725×20)=9.45m²

基础底面积按20%增大，即：A=1.2=1.2×9.45=11.34m² 初步选定基础底面面积A=l·b=4.2×2.7=11.35 m²（>11.34m²）,且b=2.7m<3m，不需要再对fa进行修正。12.B、C两轴持力层地基承载力验算（略）

根据以上计算，可以绘制出基础平面布置图和A轴柱子基础大样图。