Проектирование фундаментов под 7 этажное здание в открытом котловане в городе Уфа

ОиФ.dwg

Инженерно-геологический разрез 1-1 Мг=1:500 Мв=1:100
Эпюра условного расчетного сопротивления R0
Суглинок мягкопластичный
Насыпь не слежавшаяся
Песок средней крупности
Суглинок тугопластичный
Мелкий песок плотный насыщенный водой
Песок средней крупности средней плотности насыщенный водой
Крупный песок средней плотности насыщенный водой
Внешняя колонна нагрузка 978кН [верно]
Компрессионная кривая для песка средней крупности
Обработка компрессионных испытаний 3 слоя
φ=18° С=20 кПа γs=27
Компрессионная кривая для крупного песка плотного
Схема определения сжимаемой толщи массива грунта
Глубина подошвы слоя
Компрессионная кривая для суглинка тугопластичного

ОиФ.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Механики грунтов оснований и фундаментов»
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ПОД 7 ЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ В ОТКРЫТОМ КОТЛОВАНЕ В ГОРОДЕ УФА»
Факультет курс группа:
Краткая характеристика проектируемого здания2
I.Определение физико-механических характеристик грунтов 3
Инженерно-геологический разрез7
II.Определение расчетных нагрузок на фундаменты 8
III.Определение глубины заложения фундамента 9
IV.Проектирование фундамента мелкого заложения (наружная колонна) 10
V.Расчет конечной осадки фундаментов мелкого заложения (ось А)13
)Определение деформационных характеристик инженерно-геологи-
ческих характеристик 14
)Осадка фундамента мелкого заложения (ось А)15
VI.Проектирование фундамента мелкого заложения (внутренняя колонна) 16
VII.Расчет конечной осадки фундаментов мелкого заложения (ось Б)20
ческих характеристик 21
)Осадка фундамента мелкого заложения (ось Б)22
VIII.Проектирование свайного фундамента: Отдельный свайный фундамент под наружную колонну жилого дома с подвалом 23
IX.Определение среднего вертикального давления P под подошвой
условного фундамента и проверка выполнения условия P≤R 26
X.Расчет конечной осадки свайного фундамента (ось А) 29
ческих характеристик 30
)Осадка фундамента мелкого заложения (ось А)31
XI.Отдельный свайный фундамент под внутреннюю колонну жилого дома с подвалом32
XII.Определение среднего вертикального давления P под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия P≤R35
XIII.Расчет конечной осадки свайного фундамента (ось Б) 38
ческих характеристик 39
)Осадка фундамента мелкого заложения (ось Б)40
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЕКТИРУЕМОГО ЗДАНИЯ
Назначение здания: жилое.
Вариант геологии: 1.
Вариант конструкции: 6.
Размеры в плане (в осях): 69.0х40.2 м.
Количество этажей: 7.
Высота здания от спланированной отметки поверхности земли до карниза: 2415 м.
Условная отметка пола первого этажа выше спланированной отметки земли: 105 м.
Наличие подвального помещения: под всем зданием.
Отметка пола подвала: -31 м.
Конструктивная схема здания:
Наружные стены здания — сборные жб панели толщиной 340 мм.
Внутренние стены — сборные жб панели толщиной 120 мм.
Колонны — железобетонные 400х400 мм.
Перекрытия — сборные многопустотные жб плиты толщиной 220 мм.
Покрытие — сборные жб плиты.
Город строительства: Уфа.
I. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ
Слой №1 — Насыпь не слежавшаяся (проба из шурфа №1 с глубины 10 м)
Удельный вес грунта:;
Плотность частиц грунта:
Слой №2 — Мелкий песок плотный (проба из шурфа №1 с глубины 25 м)
Удельный вес частиц грунта:;
Природная влажность:
Так как отсутствуют значения влажности на границе текучести и раскатывания принимаем число пластичности равным нулю следовательно данный грунт считаем песчаным.
Крупность песка по гранулометрическому составу:
>025 мм = 183% + 252% = 435% 50%
>01 мм = 435% + 348% = 783% > 75%
Процентное содержание по массе частиц 01 мм превышает 75% следовательно данный грунт относится к мелким пескам.
Степень сложения (коэффициент пористости):
По плотности сложения данный песок относится к плотным.
Степень водонасыщения (влажности):
Степень водонасыщения лежит в пределах 08 096 ≤ 1 данный грунт является насыщенным водой.
Расчетное сопротивление:
По таблице насыщенные водой пески мелкой крупности средней плотности имеют расчетное сопротивление
Слой №3 — Песок средней крупности (проба из шурфа №1 с глубины 40 м)
>05 мм = 33% + 276% = 309% 50%
>025 мм = 309% + 278% = 587% >50%
Процентное содержание по массе частиц 025 мм превышает 50% следовательно данный грунт относится к пескам средней крупности.
По плотности сложения данный песок средней плотности.
Степень водонасыщения лежит в пределах 08 097 ≤ 1 данный грунт является насыщенным водой.
Слой №4 — Крупный песок (проба из скважины №2 с глубины 85 м)
>05 мм = 49% + 521% = 57% > 50%
Процентное содержание по массе частиц 05 мм превышает 50% следовательно данный грунт относится к крупным пескам.
Слой №5 — Суглинок тугопластичный (проба из скв. №1 с глубины 120 м)
Вл. гр. на границе раскатывания:
Вл. гр. на границе текучести:
Индекс пластичности: — Суглинок.
Индекс текучести: — Тугопластичный.
Коэффициент пористости:
Расчетное сопротивление:
По таблице для пластичных суглинков со значением коэффициента пористости e = 045 и показателя текучести грунта JL = 035 расчетное сопротивление находится интерполяцией.
СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ
Насыпь не слежавшаяся
Мелкий песок плотный насыщенный водой
Песок средней крупности средней плотности насыщенный водой
Крупный песок средней плотности насыщенный водой
Суглинок тугопластичный
II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ НАГРУЗОК НА ФУНДАМЕНТЫ
Расчетная нагрузка на отдельный фундамент под колонну (наружная стена ось А).
На наружную стену здания с подвалом (ось А) действуют нормативные нагрузки в основном сочетании приложенные на отметке верхнего обреза фундамента:
— постоянная Nп=870 кН;
— временная Nв=108 кН.
Вычисляем расчетные нагрузки.
Для расчетов по первой группе предельных состояний:
NI=12(870+108)= 11736 кН.
Для расчетов по второй группе предельных состояний:
NII=1(870+108)= 978 кН.
Расчетная нагрузка на отдельный фундамент под колонну (внутренняя стена ось Б).
Внутренние стены здания с подвалом опираются через ригели на ряд колонн.
Нормативные нагрузки на колонну приложенные на отметке низа пола первого этажа следующие:
— временная Nв=108 кН.
Расчетные нагрузки: для расчетов по первой группе предельных состояний:
III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА
Первый фактор — конструктивный (учитывает конструктивные особенности здания).
— разность отметок пола 1-ого этажа и пола подвала.
— толщина пола подвала.
— толщина слоя грунта выше подошвы фундамента (до низа пола подвала).
Второй фактор — климатический (в зависимости от глубины промерзания).
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта м:
где — нормативная глубина промерзания:
— коэффициент учитывающий влияние теплового режима здания.
— безразмерный коэффициент численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном климатическом районе.
— величина принимаемая для песков средней крупности.
Принимаем глубину заложения фундамента d = 317 м абсолютная отметка +11985 м.
IV. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
Подбираем графическим методом площадь подошвы фундамента Аф.
где — среднее давление на грунт под подошвой фундамента
— расчетное сопротивление слоя грунта на который опирается подошва фундамента.
Определяем среднее давление под подошвой отдельного фундамента наружной стены здания с подвалом.
Определяем расчетное сопротивление грунта рабочего слоя основания:
Так как имеются подземные воды удельный вес определяется с учётом взвешивающего действия воды по формуле:
— удельный вес грунта под подошвой фундамента;
— осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунтов над фундаментами;
— удельное сцепление;
— ширина фундамента;
— зависит от ширины фундамента в данном случае ;
— коэффициент надежности;
— коэф. условия работы основания зависит от вида грунта (песок средней крупности);
— коэф. условия работы основания гибкая конструктивная схема здания;
м — приведенная глубина заложения фундамента со стороны подвала.
— глубина подвала расстояние от уровня планировки до пола подвала.
Вычисляем R при значениях b = 0 м и b = 3 м.
Точка пересечения двух графиков определяет требуемое значение площади подошвы отдельного фундамента:
По каталогу принимаем отдельный фундамент 2Ф21.9-3 с площадью .
Определяем новое значение R при ширине фундамента b = 21 м:
Проверяем фактическое среднее давление под подошвой фундамента 2Ф21.9-3 и конструируем фундамент:
— величина постоянных и временных нагрузок на фундамент;
— вес конструкций подземной части (объём от низа фундамента до низа перекрытия подвала в пределах пятна площади фундамента);
— вес фундамента 2Ф21.9-3.
— вес грунтов в подземной части;
Разница значений R и PII для отдельно стоящих фундаментов не должна превышать 20% причем PII всегда должно быть меньше или равно R:
Разница между расчетным сопротивлением грунта основания R и средним давлением под подошвой отдельно стоящего фундамента PII составляет 20% то площадь подошвы отдельного фундамента запроектиро- вана почти экономично. Окончательно принимаем фундамент 2Ф21.9-3.
V .РАСЧЕТ КОНЕЧНОЙ (СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ) ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
Вычисление ординат эпюры природного давления
— с учетом давления толщи воды высотой hw=815 над суглинком тугопластичным являющимся водоупором.
Вычисление ординат эпюры дополнительного (осадочного) давления от сооружения:
Ниже подошвы условного фундамента ;
. Тогда в верхней части сжимаемой толщи примем шаг Z=05 м.
песок средней крупности ср.плотности
крупный песок средней плотности
Сжимаемая толща H=51 м.
)ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК.
Для определения деформационных показателей этого слоя было проведено компрессионное испытание образца с глубины 40 м от поверхности.
Построим компрессионную кривую по данным испытаниям:
Коэффициент сжимаемости:
Относительный коэффициент сжимаемости:
Для определения деформационных показателей этого слоя было проведено штамповое испытание грунта на глубине 85 м от поверхности.
Построим кривую по результатам испытаний:
)Осадка фундамента мелкого заложения
Суммарная осадка S = 0011 м = 11 см Sпред = 10 см.
Полученная осадка оказалась значительно меньше Sпред=10см – предельной величины осадки приведенной в СНиП для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или кирпичной кладки без армирования. Следовательно условие расчета по второму предельному состоянию s ≤ s и выполненнм и использованные в расчете осадки размеры фундамента – глубину заложения d=317 м и ширину фундамента b=21 м можно считать достаточными и окончательными но такое заключение можно делать только в том случае если осадка внутренней стены этого дома тоже окажется меньше 10 см а также будет удовлетворено и другое условие: Δs≤ Δsпред.
VI. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ПОД ВНУТРЕННЮЮ КОЛОННУ (ОСЬ Б)
Определение размеров подошвы фундаментов мелкого заложения.
Разница между расчетным сопротивлением грунта основания R и средним давлением под подошвой отдельно стоящего фундамента PII составляет 366% что превышает предельно допустимое значение 20%. Неообходимо уменьшить площадь фундамента. Выбираем фундамент под колонну предыдущей марки 2Ф18.9-3 с площадью .
Проверяем фактическое среднее давление под подошвой фундамента 2Ф18.9-3 и конструируем фундамент:
Разница между расчетным сопротивлением грунта основания R и средним давлением под подошвой отдельно стоящего фундамента PII составляет 22% то можно считать что фундамент с подколонником 2Ф18.9-3 экономичен и подобран правильно.
VII. РАСЧЕТ КОНЕЧНОЙ (СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ) ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
Сжимаемая толща H=557 м.
)Осадка фундамента мелкого заложения
Суммарная осадка S = 00163 м = 163 см Sпред = 10 см.
Полученная осадка оказалась значительно меньше Sпред=10см – предельной величины осадки приведенной в СНиП для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или кирпичной кладки без армирования. Следовательно условие расчета по второму предельному состоянию s ≤ s и выполненнм и использованные в расчете осадки размеры фундамента – глубину заложения d=317 м и ширину фундамента b=18 м можно считать достаточными и окончательными но такое заключение можно делать только в том случае если осадка внутренней стены этого дома тоже окажется меньше 10 см а также будет удовлетворено и другое условие: Δs≤ Δsпред.
Относительная разность осадок:
Примеры конструкций оставляем без изменений.
VIII. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА
ОТДЕЛЬНЫЙ СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ ПОД НАРУЖНУЮ КОЛОННУ ЖИЛОГО ДОМА С ПОДВАЛОМ.
Определение расчетной нагрузки передающейся на свайный фундамент.
NI=12(870+108)= 11736 кН — расчетная нагрузка учитывающая обобщенный коэффициент перегрузки равный 12.
Назначение предварительной глубины заложения ростверка и решение надростверковой конструкции.
Высоту ростверка предварительно принимаем из конструктивных соображений hp=05 м получим глубину заложения ростверка:
dp=31+022+06+05-105=337 м
м - расстояние от отметки пола 1-го этажа до пола подвала
2 м - толщина пола пола подвала
м - высота подколонника (башмака)
м – высота ростверка
Выбор конструкции свайного фундамента.
Выбираем типовую железобетонную забивную сваю длиной l=45 м квадратного сечения 30х30 см марки С45-30 у которой нижний конец забивается в песок крупный плотный водонасыщенный на глубину 177 м. Заделку сваи в ростверк принимаем 01 м. Рабочую длину сваи составляет расстояние от подошвы ростверка до начала заострения т.е. без учета длины острия которая в длину сваи не входит. Исходя из этого расчетная рабочая длина сваи
Определение несущей способности сваи по грунту Fd и расчетной нагрузки Pсв на одну сваю.
забивной висячей сваи.
Определим расчетное сопротивление под нижним концом сваи R и расчетные сопротивления по боковой поверхности сваи слоев грунта через которые проходит свая.
Расчетное сопротивление R под нижним концом сваи для крупного песка плотного при глубине погружения нижнего конца сваи от природного рельефа:
Сопротивление грунта по боковой поверхности:
— в песке средней крупности средней плотности на глубине расположения середины слоя Z1=402 м мощностью 1315 м.
— в песке средней крупности средней плотности на глубине расположения середины слоя Z2=534 м мощностью 1315 м.
— в крупном песке плотном на глубине расположения середины слоя Z3=688 м мощностью 177 м.
Используя найденные значения R и вычисляем несущую способность сваи по грунту Fd.
Расчетная нагрузка допускаемая на сваю по грунту составит:
где: — коэффициент надежности по грунту (т.к. Fd была вычислена то 14).
*Схема определения несущей способности сваи по грунту*
Определение необходимого числа свай в свайном фундаменте размещение их в плане определение плановых размеров ростверка.
Необходимое количество свай определяется приближенно по формуле:
где: NI — расчетная нагрузка для расчета по первому предельному состоянию передаваемая сооружением на подвальную часть колонны;
d — диаметр (сторона) квадратной сваи м;
h — высота ростверка и стеновой части фундамента (надростверковой конструкции);
— средний удельный вес материала ростверка надростверковой конструкции и пригрузки грунтом на ростверке принимаемый равным γср=22 кНм3 .
Полученное значение n=097 св. округляем до целого числа – 1 сваи и проектируем свайный фундамент из одной сваи.
Определение высоты ростверка.
Принимаем высоту ростверка из конструктивных соображений hp=06 м.
Проверка выполнения условия расчета основания одиночной сваи по первому предельному состоянию.
Находим фактическую вертикальную нагрузку F приходящуюся на 1 сваю и сравниваем её с ранее полученной расчетной нагрузкой Pсв.
— коэффициент перевода нормативной нагрузки в расчетную для предельного состояния.
Qp – нормативный вес ростверка и надростверковой конструкции (подколонника колонны подвальных панелей пола подвала):
G – нормативная нагрузка от веса грунта на поверхности ростверка:
F = 14310 кН > Pсв = 127057 кН
Условие первого предельного состояния не выполняется. Необходимо использовать больше свай богу свай например два.
F = 7155 кН Pсв = 127057 кН
Условие первого предельного состояния выполняется. «Буду восхвалять Тебя Господи Боже мой всем сердцем моим и славить имя Твое вечно».
IX. Определение среднего вертикального давления P под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия P≤R.
Для расчета осадки необходимо вначале определить давление P на грунт под подошвой условного свайного фундамента то есть в плоскости нижних концов свай и убедиться что оно не превышает расчетного сопротивления R этого грунта.
где: NII – нормативная вертикальная нагрузка на отметке низа пола первого этажа;
Qф – собственный вес колонны подколонника ростверка свай;
Qгр – вес грунта в объеме условного фундамента;
Аусл – площадь подошвы условного фундамента.
а) Определение ширины условного фунд-та bусл и площади его подошвы А усл.
где: Ср – расстояние между рядами свай
d – диаметр (сторона) квадратной сваи
lсв – рабочая длина сваи
φср – среднее значение угла внутреннего трения слоев грунта в пределах рабочей длины сваи
б) Определение среднего давления P под подошвой условного фундамента.
Где: Vгр Vусл.ф Vсв Vр Vп – объёмы соответственно: грунта в условном фундаменте условного фундамента свай ростверка подколонника.
γср – средневзвешенное значение удельного веса грунта в объеме условного фундамента.
Объем грунта в условном фундаменте:
Vгр = 455-1176-081-0864=4265 м3
Нагрузки от составных элементов фундамента:
Вес грунта в условном фундаменте:
Qгр=Vгрγср=4265105=44783 кН
Qсв=Vсвγжб=08124=1944 кН
Qр=Vрγжб=117624=2822 кН
Qп=Vпγжб=086424=2074 кН
Нагрузки от конструктивных элементов свайного фундамента над поверхностью условного фундамента.
Qк=Vкγжб=04229524=1133 кН
Пригрузка от пола подвала
Qпп=Vппγжб=4902224=2587 кН
Среднее вертикальеное давление PII от всех нагрузок под подошвой условного свайного фундамента:
Определение расчетного сопротивления грунта R под подошвой условного фундамента.
— ширина условного фундамента;
P=29472 кПа R=92224 кПа.
Условие P≤R выполняется. Расчет осадки методами основанными на теории линейного деформирования грунта правомерен поэтому далее производится расчет осадки методом послойного суммирования.
X. РАСЧЕТ КОНЕЧНОЙ (СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ) ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
крупный песок ср. плотности
суглинок тугопластичный
Сжимаемая толща H=364 м.
Для определения деформационных показателей этого слоя было проведено компрессионное испытание образца с глубины 85 м от поверхности.
Для определения деформационных показателей этого слоя было проведено штамповое испытание грунта на глубине 120 м от поверхности.
Суммарная осадка S = 00156 м = 156 см Sпред = 10 см.
Полученная осадка оказалась значительно меньше Sпред=10см – предельной величины осадки приведенной в СНиП для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или кирпичной кладки без армирования. Следовательно условие расчета по второму предельному состоянию s ≤ s и выполненнм и использованные в расчете осадки размеры фундамента можно считать достаточными и окончательными но такое заключение можно делать только в том случае если осадка внутренней стены этого дома тоже окажется меньше 10 см а также будет удовлетворено и другое условие: Δs≤ Δsпред.
XI. ОТДЕЛЬНЫЙ СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ ПОД ВНУТРЕННЮЮ КОЛОННУ ЖИЛОГО ДОМА С ПОДВАЛОМ.
Qp – нормативный вес ростверка и надростверковой конструкции (подколонника колонны пола подвала):
F = 12990 кН > Pсв = 127057 кН
F = 6495 кН Pсв = 127057 кН
XII. Определение среднего вертикального давления P под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия P≤R.
Vгр = 3235-1176-0864-2081=287
Qпп=Vппγжб=(586-042) 02224=276 кН
P=27334 кПа R=92224 кПа.
XIII. РАСЧЕТ КОНЕЧНОЙ (СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ) ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
Сжимаемая толща H=348 м.
Суммарная осадка S = 00139 м = 139 см Sпред = 10 см.