Основания и фундаменты промышленного здания НГАСУ

Записка ИГОФ(Прокопьевск).doc

В данном проекте рассмотрено проектирование фундаментов одноэтажного промышленного здания каркасного типа в городе Прокопьевск.
Приведены примеры расчета фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов.
Принимаем фундаменты мелкого заложения так как они более дешевые и в данных условиях строительства свайные фундаменты нерациональны.
Задание на выполнение курсового проекта2
Исходные данные для проектирования5
1 Инженерно-геологические условия площадки 5
2 Объемно-планировочные решения строительной площадки5
3 Подбор колонны проектирование подколонника7
Сбор нагрузок на верхний обрез фундамента9
Анализ инженерно-геологических условий площадки 9
1 Вычисление производственных характеристик физического состояния грунтов 9
2 Классификация грунтов для всех трех слоев10
Фундаменты мелкого заложения12
1 Назначение глубины заложения12
2 Определение приведенных нагрузок13
3 Назначение размеров подошвы фундаментов по величине расчетного сопротивления
4 Расчет размеров фундамента на ЭВМ16
Расчет осадки фундамента17
1 Расчет осадки фундамента Ф-317
2 Расчет осадки на ЭВМ19
Проектирование свайных фундаментов20
1 Приведенные нагрузки20
2 Назначение глубины заложения фундаментов20
3 Определение генеральных размеров свай20
4 Определение несущей способности20
5 Определение необходимого количества свай и размеров ростверка23
6 Проверка расчетной нагрузки передаваемой на сваю и уточнение количества свай25
7 Расчет свайных фундаментов по деформациям.26
8 Расчет осадок свайного фундамента.27
9 Конструктивный расчёт свайных фундаментов. Расчет на продавливание колонной ростверка28
Подбор сваебойного оборудования и определение расчетного отказа.29
Технико-экономическое сравнение вариантов .30
Исходные данные для проектирования
1. Инженерно-геологические условия площадки
2. Объемно-планировочные решения строительной площадки
Уровень пола 1 этажа 0000 на 119000.
Стены производственного корпуса из стеновых панелей =250 мм l=6000мм
Балки(ферм) в средних пролетах опираются на подстропильные фермы в крайних пролетах на колонны.
Температура производственных помещений t=+16°C.
Влажность на границе раскатывания
Влажность на границе текучести
Угол внутреннего трения град
Модуль деформации МПа
3. Подбор колонны проектирование подколонника
Колонна К-1 К-2 (колонна крайняя шаг 6м пролет 12м отметка верха колонны 64)
Колонна К-3 (колонна средняя двухветвевая шаг 12м пролет 12м и 18 м отметка верха колонны 64 и 102 м соответственно).
Колонна К-4 (колонна средняя двухветвевая шаг 12м пролет 18 м отметка верха колонны 102 м и 96 м соответственно).
Колонна К-5 (колонна крайняя шаг 6м пролет 18м отметка верха колонны 96)
Сбор нагрузок на верхний обрез фундамента.
Анализ инженерно-геологических условий площадки
Так как первый инженерно-геологический слой разреза будет явно являться опорным пластом для фундаментов мелкого заложения в полном объёме вычисление производных характеристик проведём только для него. Для ниже расположенных инженерно-геологических элементов которые будут использоваться при проектировании свайных фундаментов ограничимся только показателями классификации.
1 Вычисление производственных характеристик физического состояния грунтов
Плотность сухого грунта: ρd =ρ(1+W) гм3.
Удельный вес грунта: γ = ρ*q кНм3.
Удельный вес твердых частиц грунта: : γs = ρs*q кНм3.
Удельный вес сухого грунта: γd = ρd*q кНм3.
Коэффициент пористости: e = ρs ρd -1 д.е.
Пористость: n = e (1+e) д.е.
Объем минеральных частиц грунта: m = 1(1+e) д.е.
Влажность полного водонасыщения Wsat = e*γw γs.
Степень влажности: Sr = W* γs ( e*γw ) д.е.
Удельный вес грунта с учётом взвешивающего действия частиц
γsw = ( γs- γw)(1+e)
Расчетные показатели физических свойств грунта
Плотность сухого грунта тм3:
Удельный вес грунта кНм3:
Удельный вес твердых частиц грунта кНм3
Удельный вес сухого грунта кНм3:
Коэффициент пористости грунта:
Объем минеральных частиц в единице объема грунта:
Влажность полного водонасыщения:
Степень влажности грунта
Удельный вес грунта при учете взвешивающего действия воды кНм3 :
2 Классификация грунтов для всех трёх слоёв.
По числу пластичности
где – влажность на границе текучести;
– влажность на границе раскатывания.
Так как 0 1= Ip=0 7 грунт – супесь.
По консистенции (наименование грунта по показателю текучести).
где – природная влажность.
IL =(180-150)(210-150)=05.
Так как 01 ([3] табл.1.9) супесь пластичная.
По степени влажности.
Так как 05 =08 - грунт влажный.
Определение степени сжимаемости грунта
Так как модуль деформации грунта 5МПа1220МПа грунт является средне-сжимаемым т.к Е= 12МПа.
IL =(124-219)(29-219)= - 133
Так как 0 =05 – грунт маловлажный.
Так как модуль деформации грунта 5МПа1920МПа грунт является среднесжимаемым т.к Е= 19МПа
IL =(124-27)(49-27)= - 066
Так как >05 – грунт влажный.
Фундаменты мелкого заложения.
1. Назначение глубины заложения.
Определение нормативной и расчётной глубины заложения фундаментов
Конструктивное требование.
Глубина заложения фундаментов назначается в результате совместного рассмотрения инженерно-геологических условий строительной площадки конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий и сооружений величины и характера нагрузки на основание.
Различают нормативную dfn и расчетную df глубину промерзания грунтов.
Нормативная глубина промерзания dfn – это среднее ( за срок более 10 лет) значение максимальных глубин промерзания грунтов на открытой площадке.
dfn = d0√Mt = 028√549 = 207 м
d0 – теплотехнический коэффициент зависящий от вида грунта (для супесей = 028)
Mt – сумма отрицательных температур за зиму в районе строительства.(для г.Москва)
Расчетная глубина промерзания:
kn – коэффициент влияния теплового режима здания.
Для фундаментов в безподвальной части здания при t=16 °С градусов:
Учет влияния морозного пучения.
Согласно требований СНиП глубина заложения фундаментов должна быть не менее df=124 м
По конструктивным соображениям принимаем глубину заложения фундамента d = 15 м.
2 Определение приведенных нагрузок.
Nн0=Рст1+ Рст2+Nк=576+1152+350=5228кН;
Mн0х=Mк+Qк*d+Рст2*ест2=375+37*15+1152*0625=11505 кН*м;
Mн0у= Рст1*ест=576*0325=1872 кН*м
Nн0=Рст+Nк=115+540=655 кН;
Mн0х=Mк+Qк*d+Рст2*ест2=572+58*15+115*
Nн0= Nк1 +Nк2=1720+1700=3420 кН;
Mн0х=Mк1+ Mк2 +Qк1*d+ Qк2*d=
=175+172+175*15+172*15=39905 кН*м;
Nн0= Nк1 +Nк2=900+900=1800 кН;
=93+93+93*15+93*15=2139 кН*м;
Nн0=Рст+Nк=172+900=1072 кН;
Mн0х=Mк+Qк*d+Рст2*ест2=93+93*15+172*
3. Назначение размеров подошвы фундаментов по величине расчетного сопротивления грунта основания.
Определение условного расчетного сопротивления грунта.
Ручной расчет производится по наиболее загруженному фундаменту – фундамент под колонной К-3 (N=3420 Кн).
-коэффициент условий работы =10;
=1 если прочностные характеристики грунта ( и с) определены непосредственными испытаниями;
-коэффициент при b10 м =1;
b - ширина подошвы фундамента =48м;
-усредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) =183 кНм3;
- то же залегающих выше подошвы =188 кНм3;
-расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента =14 кПа;
-глубина заложения фундаментов безподвальных сооружений от уровня планировки =15 м;
-глубина подвала =0 м.
R=1*1*(066*1*33*183+344*15*187+604*14)=14481 кПа;
Определение площади подошвы фундамента.
-удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах =21 кНм3.
Атр = 3420(14481 -15*21)=3015.
Назначение размеров фундамента.
А=07*l2 l=√301807=66 м
R=1*1*(066*1*66*183+344*15*187+604*14)=18466 кПа
Определение фактического давления под подошвой фундамента.
Р=(3420+297*15*21) 297=14655 кПа;
Проверка выполнения условия.
Условие выполняется размеры фундамента подобраны верно.
4 Расчет размеров фундамента на ЭВМ.
После расчёта на ЭВМ окончательно принимаем размеры подошв фундаментов:
Расчет осадки фундамента.
1 Расчет осадки фундамента Ф-3.
Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования.
Расчет осадки основания фундамента производим методом послойного суммирования с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства по формуле:
b=08 – учитывает неравномерность распределения напряжений по ширине фундамента .
szpср-среднее значение дополнительных вертикальных напряжений в I-ом слое грунта равное полусумме указанных напряжений на Zi-1 и Zi границах слоя по вертикали проходящей через центр тяжести подошвы фундамента.
hi Ei –толщина и модуль деформации i-ого слоя грунта.
n- число слоев на который разбита сжимающая толща основания.
s zpi -дополнительные напряжения на глубине Z от подошвы фундамента .
a- коэффициент зависяший от x=2*Zb и h=lb где l и b большая и меньшая стороны подошвы.(таб. 1 [1])
Рo-дополнительное вертикальное давление на основание кПа.
P -среднее давление под подошвой фундамента.
szgo-вертикальное давление от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.
szgo =gdn dn- расстояние от уровня природного рельефа до подошвы фундамента м.
szgo=188*15=282 кПа;
Ро=14655 - 282=11835 кПа;.
2 Расчет осадки на ЭВМ.
Проектирование свайных фундаментов.
1. Приведенные нагрузки.
Расчет свайных фундаментов по несущей способности производим по расчетным нагрузкам с коэффициентом надежности кf=12 (NI QI MI ).
Расчет по деформациям выполняется с γf=1 (NII QII MII ).
N0H- вертикальная составляющая всех нормативных нагрузок приложенных в центре тяжести подошвы ростверка.
-нормативные значения моментов внешних сил относительно главных осей х у проходящих через центр тяжести подошвы ростверка.
MIх= 11505*12=13806 кН*м
MIу=1872*12=22464 кН*м
M1х=2139*12=25668 кН*м;
M1х= 103275*12=12393 кН*м;
M1х= 19725*12=2367 кН*м;
M1х=39905*12=47886 кН*м;
2. Назначение глубины заложения фундаментов.
Глубину заложения подошвы ростверков принимаем такой же как и для фундаментов мелкого заложения.
3. Определение генеральных размеров свай.
Исходя из того что в геологическом разрезе самым выгодным для погружения в него свай является слой №3. По ГОСТ 19804.1-79 принимаем сваи длинной LСВ=5 м с шириной грани d=300мм - сваи сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой марки С5-30.
К разработке принимаются свайные фундаменты из унифицированных железобетонных свай призматического продольного сечения и квадратного поперечного сечения (заводского изготовления).
Ростверки из монолитного железобетона. Свайное поле компонуется в виде отдельных кустов.
4. Определение несущей способности.
Расчет свайных оснований по несущей способности сводится к определению несущей способности свай по грунту и проверке фактической расчетной нагрузки на сваю.
Несущую способность kH висячей забивной сваи работающей на сжимающую нагрузку определяют как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле
-коэффициент условий работы сваи в грунте принимаемый =1;
-расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа принимаемое по табл.1[2];
-площадь опирания на грунт сваи м2 принимаем по площади поперечного сечения сваи =009 м2;
-наружный периметр поперечного сечения сваи =03х4=12м;
-расчетное сопротивление ;
- толщина i-го слоя.
Для определения расчетных значений по боковой поверхности сваи пласты грунта разделим таким же образом как для фундаментов мелкого заложения.
-коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающий влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта методом погружения и вибропродавливания свай в грунт.
Fd = 1*(11*9340*009+12*1*15841)=11148 кН
Расчетная нагрузка на сваю
где =14-коэффициент надежности
Fd = 1*(11*9565*009+12*1*155715)=11338 кН
Fd = 1*(11*9655*009+12*1*169225)=1158915 кН
N=1158915 14=8278 кН.
Fd = 1*(11*9340*009+12*1*167785)=11260 кН
Fd = 1*(11*9340*009+12*1*1801)=11408 кН
5. Определение необходимого количества свай и размеров ростверка.
Число свай в фундаменте следует определять из числа восприятия вдавливающих нагрузок и моментов
Количество свай в каждом кусте: Ф-1
Минимальное расстояние между осями забивных свай должно быть не менее 3d.
Размеры ростверка в плане определяются количеством свайных рядов расстоянием между свай и свободным свесом плиты ростверка.
Размеры ростверка в плане кратны 300 мм и не должны быть меньше стаканной части фундамента. Принимаем размеры ростверка 30х21 м. По принятым габаритным размерам подошвы ростверка определим его вес и вес грунта на его обрезах:
Ар-площадь подошвы ростверка;
dр- глубина заложения подошвы ростверка;
- осредненный удельный вес материала фундамента и грунта =21 кНм2;
-коэффициент надежности =11.
n= 115*NiN=115*627367963=106
Принимаем размеры ростверка 24х24 м.
Gpl = 11*576*15*21=1996 кН
n= 115*NiN=115*7868099=1116
принимаем n=24 т.к. фундамент большой.
Принимаем размеры ростверка 48х66 м.
Gpl = 11*3168*15*21=10977 кН
принимаем n=6 т.к. фундамент большой.
Принимаем размеры ростверка 21х36 м.
Gpl = 11*756*15*21=262 кН
n= 115*128648148=182
принимаем n=4 т.к. фундамент большой.
Gpl = 11*432*15*21=1497 кН
6. Проверка расчетной нагрузки передаваемой на сваю
и уточнение количества свай.
Расчетная нагрузка приходящаяся на отдельную сваю в кусте в общем случае когда моменты действуют в направлениях 2-х осей.
где GIp – расчётный вес ростверка и грунта на его обрезах
y x – расстояние от главных осей плана свай до оси рассчитываемой сваи м
yi xi – расстояние от главной оси до оси каждой сваи м
NI – расчетная вертикальная нагрузка на фундамент кН
n – количество свай в кусте
Mx My – расчетные моменты относительно осей х и у кНм
Nmax=((62736+1996)4)+(13806*11(2*07*07+2*11*11)+(22464* *11(2*07*07+2*11*11))=2587 кНFd=11148кН
Nmin =((62736+1996)4)-(13806*11(2*07*07+2*11*11)-(22464* *11(2*07*07+2*11*11))=154806 кН >0
Условие выполняется.
Nmax=((786+1996)4)+(12393*09(4*09*09))=280825 кНFd=11338кН
Nmin =((786+1996)4)-(12393*09(4*09*09))=2119 кН >0
Nmax =((4104+10977)24)+(47886*21(24*21*21))=22624 кНFd=1158915кН
Nmin =((4104+10977)24)-( 47886*21(24*21*021))=20724 кН>0
Nmax =((2160+262)6)+(25668*0 75(6*075*075))=46074 кНFd=11260кН
Nmin =((2160+262)6)-(25668*0 75(6*075*075))=34666 кН >0
Nmax =((12864+1497)4)+(2367*09(4*09*09))=424775 кНFd=11408 кН
Nmin =((12864+1497)4)-(2367*09(4*09*09))=293275 кН >0
7 Расчет свайных фундаментов по деформациям.
В целом расчет повторяет расчет фундаментов мелкого заложения. Осадка свайных фундаментов определяется одним из методов механики грунтов как для условного фундамента на естественном основании в соответствии со СНиП 2.02.01-83*.
Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям следует производить исходя из условия SSu Su=15cм.
Ширина условного фундамента определяется по формуле
Длина условного фундамента определяется по формуле
где h – глубина погружения сваи в грунт м
- осредненное значение угла внутреннего трения град.
φср =(17*40+28*22)62 = 20 9
bусл =66+2*62*tg(2094) =717 м
lусл =48+2*62*tg(2094) = 537 м
Среднее давление по подошве условного фундамента вычисляется по формуле:
где Aусл – площадь условного фундамента м2
Gр.гр = 48*66*15*21 = 99792 кН
Gсвай = 03*03*47*25*12 = 1269 кН
Gгр = (537*717*62-48*66*15)*187 = 357544 кН
Р = (4104+99792+1269+357544) 717*537 = 228665 кПа
Расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента:
-коэффициент условий работы =1;
- коэффициент при b10 м =1;
b - ширина подошвы фундамента =717 м;
-осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) =187 кНм3;
- то же залегающих выше подошвы =183 кНм3;
-расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента =190 кНм2;
-глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки =62 м;
R=1*1*(039*1*717 *187+257*62*183+515*19) = 35366 кПа;
- условие выполняется.
8 Расчет осадок свайного фундамента
Расчет производится исходя из условия:
где S – совместная деформация основания и сооружения
Su – предельное значение совместной деформации свайного основания и сооружения для производственных и гражданских одноэтажных и многоэтажных зданий с полным железобетонным каркасом Su
Осадка условного фундамента определяется методом послойного суммирования.
Осадка фундамента определяется по формуле:
где – безразмерный коэффициент =08
zpi=α×Р0 – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали проходящей через центр подошвы (α – коэффициент принимаемый по приложению 2 табл. 1[1] в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон LB и относительной глубины =2zb)
hi – толщина i-го слоя грунта. Принимаем толщину i-го слоя 23м.
Ei – модуль деформации i-го слоя грунта
Дополнительное вертикальное давление на основание вычисляется по формуле:
Сжимаемая толща ограничена величиной zp≤02×zg где zg – бытовое давление в расчетных точках.
9 Конструктивный расчёт свайных фундаментов.
Расчет на продавливание колонной ростверка
Расчёт производится для фундамента Ф-5:
На продавливание колонной ростверк рассчитывается по формуле:
где N — расчетная продавливающая нагрузка равная удвоенной сумме реакций всех свай расположенных с одной наиболее нагруженной стороны от оси колонны за пределами нижнего основания пирамиды; подсчитывается от усилий действующих в плоскости верха фундамента
h0 — рабочая высота ростверка принимаемая от верха нижней рабочей арматурной сетки до дна стакана при сборной колонне и до верха ростверка при монолитной и стальной колонне h0=04м
bс dc — ширина и высота сечения колонны 04х08м
с1 с2 — расстояния от соответствующих граней колонн до внутренних граней каждого ряда свай принимаемые от 04h0 до h0
α1 α2—безразмерные коэффициенты равные αi = h0 ci и принимаемые от 25 до 1
Rbt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению
N=2*7500*04*(1*(04+025)+1*(08+035))=10800 кН
Расчетные усилия в сваях от нагрузок в уровне верха ростверка
N=12864*124+2367*12*09(4*09*09)=46482 кН
Расчетное продавливающее усилие действующее на ростверк
Npl =2*46422=92964 кН
N > Npl – условие выполнено
Подбор сваебойного оборудования
Минимальная энергия удара вычисляется по формуле:
где а – коэффициент принимаемый равным 25 ДжкН
Fd – расчётная нагрузка допускаемая на сваю кН
По таблице 8.31 [3] – трубчатый дизель-молот С-974
Характеристики дизель-молота:
вес ударной части 50 кН;
расчетная энергия удара 76 кДж
Проверка пригодности принятого молота по условию:
где Gh - полный вес молота кН
Gb – вес сваи наголовника и подбабка кН (1575 кН+ 3кН =1875кН)
Эр – расчётная энергия удара для трубчатых дизель-молотов:
G’h – вес ударной части молота кН
hм – фактическая высота падения ударной части молотам (28м)
Km – коэффициент принимаемый по таблице 8.33 [3] Km=6
Определение расчетного отказа производится по формуле:
где Fd – несущая способность сваи по грунту кН
Эр – расчетная энергия удара принимаемая для трубчатого дизель-молота 09Эпас. кДж
n – коэффициент принимаемый для жб свай равным 1500 КПа
А – площадь поперечного сечения свай м2
Gn – полный вес молота кН
g – вес сваи с наголовником кН (вес наголовника допускается принимать равным 3 кН)
e=(09*1500*009(11408*(11408+1500*009))*((101+02*18)(101+18)=003
Технико-экономическое сравнение вариантов
Экономическая оценка рассмотренных в проекте решений дается на основании укрупненных расценок на производство работ и стоимости видов фундаментов и искусственных оснований. Подсчитываются необходимые объемы работ для всех рассчитанных в каждом варианте фундаментов и оснований.
Таблица 1. Технико-экономическая оценка вариантов
Вид работ или элемент
Б) Свайные фундаменты d до 3 м
Устройство монолитных фундаментов
Б) Свайные фундаменты
Железобетонные сваи сплошного сечения
Забивка железобетонных свай длиной до 10 м
Итого по фундаментам мелкого заложения
Итого по свайным фундаментам
Вывод: В данных инженерно-геологических условиях наиболее экономичным по стоимости является вариант № 1 (фундаменты мелкого заложения).
СниП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. Стрйиздат. М.1985г.
Основания фундаментыи подземные сооружения. Под ред. Зубкова В.Е. Справочник. М.Стройиздат 1985г.
СниП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. ЦИТП Госстроя СССР М.1986г.
Основания и фундаменты. Под ред. Шевцова Г.И. Справочник. М.Высшая школа1991г.
Расчет и конструирование частей жилых и общественных зданий. Под ред. Вахненко П.Ф. Справочник. Киев Будивельник 198г.

последний чертеж.dwg

Производственное здание
Сборные железобетонные элементы
Мнонлитные железобетонные конструкции
Фрагмент плана (сечение на отметке 0.000) М 1:400
Инженерно-геологический разрез
- почвенно-растительный слой.
Данный лист см. совместно с л. 2
Фундаментные конструкции
Данный лист см. совместно с л. 1
Завод ЖБИ в г. Прокопьевск
Схемы расположения фундаментных
конструкций. Фрагмент плана. Разрез.
Завод ЖБИ в г. Москва