Проектирование конструкции фундамента сооружения

Чертеж.dwg

Отметка пола подвала
Ометка грунтовых вод
Суглинок тугопластичный
Ленточный фундамент под стену М 1:40
Проектирование конструк ции фундамента сооружения
Свайный фундаментпод стену М 1:40
Железнодорожный вокзал М:200
Песок средней крупности

Записка по основаниям.docx

Московский Государственный Университет Путей Сообщения
Кафедра «Инженерная геология основания и фундаменты»
Пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине «Механика грунтов основания и фундаменты»
«Проектирование конструкции фундамента сооружения»
Проектирование сооружений любого назначения связано с решением одной из наиболее сложных задач – оценкой несущей способности основания и выбором оптимальных конструкций и методов возведения фундаментов. Сложность задачи предопределяется многообразием свойств грунтов и условий их залегания. Для успешного решения этой задачи необходимо иметь прежде всего возможно более подробные материалы о геологических и гидрогеологических условиях площадки проектируемого сооружения и свойствах грунтов основания с учетом их природного состояния и возможных последующих изменений под воздействием нагрузок от построенного сооружения.
Основание должно иметь прочность исключающую возможность выпора грунта из-под фундамента быть устойчивым против вымывания или выщелачивания грунта из-под фундамента при воздействии потоков подземных или поверхностных вод обладать необходимой устойчивостью против сдвига а фундамент должен обеспечить передачу расчетных нагрузок от сооружения на основание с достаточными запасами прочности иметь глубину заложения при которой исключалось бы неблагоприятное воздействие морозного пучения грунта на прочность основания.
Проект фундамента является частью общего сооружения но вместе с тем задачи проектирования фундамента решаются самостоятельно на основе исходных данных.
При решении задач в процессе проектирования учитывают не только природные условия но и специфические особенности конструкции и работы надфундаментной части сооружения а также влияние деформаций основания и фундамента на работу сооружения в целом.
Проектирование фундамента как любого другого сооружения подчиняется общим принципам и последовательности выполнения расчетов что значительно упрощает общую работу и количество затраченного на подсчеты времени.
Целью данного курсового проекта является проектирование фундаментов мелкого заложения и свайного фундамента для заданных условий. Для этого необходимо провести анализ инженерно-геологических условий выбрать глубину заложения фундамента провести конструирование фундамента а также его расчет.
Конструкции фундаментов и основания здания должны быть прочными надежными долговечными. Также они должны соответствовать экономическим технологическим требованиям и изготавливаться из современных материалов и по современным технологиям.
Геологический разрез (скважина № 4).
Сводные данные физико-механических характеристик грунтов.
Наименование показателя
Обозначение размерность
№ геологического слоя
Плотность частиц (удельный вес)
Удельный вес грунта
Природная влажность
Плотность в сухом состоянии
Коэффициент пористости
Удельный вес грунта взвешенного в воде
Влажность на границе текучести
Влажность на границе раскатывания
Показатель текучести
Коэффициент пористости при W
Показатель просадочности
Нормативный модуль деформации
нормативный угол внутреннего трения
Нормативное удельное сцепление
Суглинок тугопластичный
Песоксредней крупности насыщенные водой средней плотности
Песоккрупный насыщенный водой плоный.
Расчетное сопротивление
Конструирование фундамента мелкого заложения.
Определение глубины заложения фундамента d:
d-это расстояние от подошвы фундамента до отметки пола подвала.
= + 025 м. (или ниже). – минимальная глубина заложения;
= ; = 0.41.2=0.48 м (расчетная глубина сезонного промерзания грунта).
где: =1.2 м (см задание) – нормативная глубина промерзания;
= 0.4 (определяется по таблице П.1.8 методических указаний для сооружений с подвалом и температурой внутреннего воздуха в здании 20 и более).
= 0.48 + 0.25=0.73 м. Принимаю d= 1.22 м.
Предварительное определение размеров подошвы фундамента:
=- расчетная вертикальная нагрузка на фундамент в уровне его обреза;
=11 – коэффициент перегрузки;
n=1 1 -коэффициент учитывающий действие момента и горизонтальных сил;
=270 кПа – расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента;
= 20 кНм3 – средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах;
=10 кHм3 – удельный вес воды;
=302-02=282 м – расстояние уровня грунтовых вод до подошвы фундамента;
Принимаю: жб плита марки Ф 32.
Фундаментные блоки ФСН-6.
Проверка давлений от подошвы фундамента. Определение среднего давления.
Расчет производится исходя из условия:
R кПа – расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента;
Pm = кПа – среднее давление под подошвой фундамента при основном сочетании нагрузок;
=n + ( +) = 5721.15+1.1(72.528+52.44)=6578+13746=79526 кН.
– вертикальная нагрузка по подошве
фундамента с учетом веса фундамента и
грунта на его обрезах;
=1.2 - коэффициент надёжности по
нагрузке (для постоянной нагрузки);
n=11 -коэффициент учитывающий действие
момента и горизонтальных сил;
=11– коэффициент перегрузки;
= - вес фундамента;
=Аэлем1 – объем фундамента;
=(028069+0020610+1805+
+2(05+02) 0507) 1=1512+012+0.9+049=3022 м3
= 24 кНм3 – удельный вес железобетона;
Qгр= - вес грунта на уступах;
Qгр=11.24.682=52.44 кН.
== =11.2 кНм3 – средний удельный вес грунта
721.3+(0.50.30.7)2+0.721.3=3.536+0.21+0936=4682 м3 – объем грунта на уступах;
Определение расчетного сопротивления грунта
=12; =1.1 (т.к LH=12) – коэффициенты работы;
=0.69; =3.65; =6.24 – коэффициенты зависящие от угла внутреннего трения грунта;
=10.58 кНм3 – осредненное расчетное значение удельного веса грунта залегающих ниже подошвы фундамента;
= =11.2 кНм3 – осредненное расчетное значение удельного веса грунта залегающих выше подошвы фундамента;
=8 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
= = 1.22+0.15= 1.46 м – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от подвала;
=2 м – глубина подвола;
R = [] =(23.36+59.68+59.36+49.92)1.32=253 86 кПа.
Pm=2485 кПа ≤ R=253 86 кПа. Проверка выполнена.
Проверка краевого (наибольшего) давления под подошвой фундамента.
кПа – краевое давление
под подошвой фундамента;
R=25386 кПа – расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента;
W = =171 м3 – Момент
сопротивления подошвы фундамента
M кНм – суммарный момент всех сил относительно оси проходящей через центр тяжести подошвы фундамента ;
Мn=40 кНм – заданный нормативный момент;
E= tg2(45 - ) – горизонтальная нагрузка от засыпки;
E= tg2(45 - ) = 131330528=6934
=18 кНм3 – удельный вес грунта засыпки;
=180 – угол внутреннего трения грунта засыпки;
d0=dп+dпр=3.22+0.6=3.82 м ;
dп = 3.22м – глубина заложения фундамента от поверхности планировки;
dпр =0.6м – приведенная высота;
t=1012 м – условное плечо Qгр;
М=40+6934127 – 52441012=74.99 кНм
=248.5+43.85=29235 кПа.
2R=253861.2=30463 кПа.
=29235 кПа ≤ 1.2R=30463 кПа. Проверка выполнена.
Определение минимального давления.
=248.5-43.85=204.65 кПа > 0. Проверка выполнена.
Расчет оснований по деформациям.
Sсм - совместная деформация основания и сооружения;
Su =8 см – предельное значение совместной деформации основания и сооружения определяется по СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»;
Толщина расчетных слоев (hi =1 13 м) принимается не более 0.4 b где b-ширина подошвы фундамента.
Построение эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта zq:
Т.к водонепроницаемого слоя нет то zq определяется по формуле:
γI =11.2 кНм3 – осредненный удельный вес грунта расположенного выше подошвы фундамента;
dn =3.22 м – глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа;
Построение эпюры дополнительных вертикальных напряжений zp:
α – коэффициент принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон(Lb) и относительной глубины =2
Z м – расчетное расстояние от подошвы фундамента до границы расчетного слоя;
P0=P- γIdn =2485 - 3608=21242 кПа – дополнительное вертикальное давление на основание;
P=2485 кПа - среднее давление под подошвой фундамента при основном сочетании нагрузок;
Определение нижней границы сжимаемой толщи основания Hc на которой выполняется условие:
Определяем осадки отдельных расчетных слоев в пределах сжимаемой толщи по формуле:
=0.8 – безразмерный коэффициент;
кПа – среднее значение дополнительного вертикального напряжения в
– модуль деформаций
Все расчеты представлены в таблице на стр. 10:
Схема для расчета осадки фундамента мелкого заложения.
Таблица расчета осадки фундамента мелкого заложения.
Номер расчетного слоя
Глубина от подошвы фундамента до расчетного слоя z м
Толщина слоя hi м (см)
Удельный вес грунта γi кНм3
Напряжение от собс-го веса грунта zg кПа
Дополнительное напряжение zq кПа
Среднее доп-ое напряжение zqi кПа
Модуль деформации Ei кПа
S=00496 м = 4.96 см ≤ Su =8 см. Проверка выполнена.
Конструирование свайного фундамента.
Определение глубины заложения ростверка.
Определяем глубину заложения ростверка.
Принимаем dp =1.2 м.
Глубина заглубления нижнего конца сваи не менее 1.0 м но не более 2.0-2.5 м.
Тип сваи: Цельные из квадратного сплошного сечения с поперечным армированием ствола с напрягаемой арматурой (СН).
При наличии Fv и М величина заделки головы жб сваи в ростверк составляет 20 см с выпуском арматуры 20da т.к. арматура периодического профиля.
Определение несущей способности одиночной сваи.
Т.к. грунт суглинок тугопластичный то забивную сваю будем рассчитывать как висячую.
Fd=γc(γcRRA+uγcffihi)
Fd кН – несущая способность сваи (по прочности грунта);
γc=1.0 – коэффициент условия работы сваи в грунте;
R=3500 кПа – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;
А=0.350.35=0.1225 м2 – площадь опирания на грунт сваи;
u=0.354=1.4 м – периметр поперечного сечения сваи;
fi кПа – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи.
γcR =1.0 γcf =1.0 - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта(Погружение забивкой сплошных и полых с закрытым нижним свай молотом);
Fd =1.0( 1.035000.1225+1.4(1271.7+130.51.7+132.451.7+133.581.7+1472)=428.75+425.6=85435 кН.
Определение необходимого числа свай.
=fvγf = 520115=598 кН – расчетная нагрузка по обрезу ростверка;
γf=1.15 – коэффициент надежности по нагрузке;
Среднее давление на основание под ростверком:
d=035 м – сторона поперечного сечения сваи;
=Fdγк=854.351.4=610 25 кН – расчетное сопротивление сваи;
γк=1.4 – коэффициент надежности;
Pp=610251.1=55477 кПа;
По этому значению Pp определяем площадь подошвы ростверка:
γcp=20 кНм3 – средний удельный вес материала ростверка и грунта;
γf=1.1 – коэффициент надежности по нагрузке;
dp=32 м – глубина заложения ростверка.
Ap=598(55477-203.21.1)=1.235 м2
Т.к. расчет производится на 1 п.м. стены.
Поэтому ширина ростверка bp=Ap1=1235 м.
Определяем расчетный вес ростверка и грунта на его обрезах:
= γf Ap γcp dp=1112352032=8694 кН
nc=(598+8694)61025=1.12.
ар=1nc=089 м Принимаем ар =0.9 м (кратным 005 м);
т.к. 1.5dcв ар 3 dcв и n2 выбираем двухрядное шахматное расстояние между рядами
Ширина ростверка определяется по формуле:
с0=01 м – расстояние от края ростверка до грани сваи;
ср=054 м – расстояние между рядами свай;
m=2 – количество рядов свай;
Проверка нагрузок на краевые и угловые сваи.
N кН – вертикальная нагрузка на сваю от расчетных нагрузок действующих на фундамент.
Nd=Np+ + - расчетная вертикальная нагрузка на уровне подошвы ростверка как сумма внешних вертикальных расчетных нагрузок Np расчетного веса ростверка и грунтов на уступах ростверка ;
Мх кНм – расчетные изгибающие моменты относительно главной центральной оси х плана свай в плоскости подошвы ростверка;
n – число свай в фундаменте.
=Аэлем1 – объем ростверка;
;= - вес грунта на уступах;
;=11.530.525=6.05 кН.
== =11.53 кНм3 – средний удельный вес грунта
10.25=0.525 м3 – объем грунта на уступах;
Nd=598+288+605=632 85 кН
N=632852 + 400.2720.272=316.43+7407=3905 кН
N=3905 кН = 610 25 кН. Проверка выполнена.
Определение осадки свайного фундамента как условно массивного.
S м – совместная осадка сооружения и свайного фундамента;
Su м –предельное значение совместной деформации основания свайного фундамента и сооружения.
Определяем средний угол внутреннего трения:
град – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной
= (6.823+222)(6.8+2)=22.8 град.
Определяем размеры подошвы условного фундамента:
h м – глубина погружения свай в грунт;
by=1.09-20.1+28.80.1=2.65 м;
Ay= byay=2651=2.65 м2 – площадь условного фундамента.
Определяем среднее давление по подошве условного массивного фундамента по формуле:
Nн=fv+++ кН – сумма вертикальных нормативных нагрузок на
уровне подошвы условного фундамента с учетом веса условного фундамента
(включая вес грунта и свай).
Nн=520+8694+0.350.359224+(10.880.220.6+19.80.8810.58+120.8810.08)=65986+11261=772.47 кН.
Pср=772472.65=2915 кПа.
RкПа – расчетное сопротивление грунта основания под подошвой условного массивного фундамента.
=0.61; =3.44; =6.04 – коэффициенты зависящие от угла внутреннего трения грунта;
=10.08 кНм3 – осредненное расчетное значение удельного веса грунта залегающих ниже подошвы фундамента;
= =10.66 кНм3 – осредненное расчетное значение удельного веса грунта залегающих выше подошвы фундамента;
=40 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
by = 265; dy=10 м – соответственно ширина и глубина заложения условного массивного фундамента;
Pср=2915 кПа R=89313 кПа. Проверка выполнена.
Su =8 см –определяется по СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»;
Толщина расчетных слоев (h
α – коэффициент принимаемый в зависимости от формы подошвы условного фундамента соотношения сторон(Lb) и относительной глубины =2Zbу;
Z м – расчетное расстояние от подошвы условного фундамента до границы расчетного слоя;
P0=Pср- zq0 =2915 – 12799=16351 кПа – дополнительное вертикальное давление на основание;
zq0=12799 кПа – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента;
Все расчеты представлены в таблице на стр. 17:
Схема для расчета осадки свайного фундамента.
Таблица расчета осадки свайного фундамента.
Глубина от подошвы условного фундамента до расчетного слоя z м
Толщина слоя hl м (см)
Удельный вес грунта γl кНм3
Дополнительное напряжение zр кПа
Среднее доп-ое напряжение zрi кПа
S=00145 м = 1.45 см ≤ Su =8 см. Проверка выполнена.