Расчет и проектирование оснований и фундаментов многоэтажного здания

Пояснительная записка.docx

Задание и исходные данные
Анализ местных условий строительства.
Реализация расчета нагрузок в ПК
Проектирование свайно-плитного фундамента
Расчет несущей способности грунта основания сваи
Расчет осадки комбинированного свайно-плитного фундамента
Требуется запроектировать свайно-плитный фундамент под 35-ти этажный жилой дом с 2-х уровневой подземной парковкой и встроенными нежилыми помещениями.
Здание односекционное имеющее 35 этажей 3 технических этажа и 2 подземных. Общее количество этажей – 40. На первом этаже – встроенные офисные помещения подземные этажи предназначены для размещения автостоянки (2-х уровневая автостоянка на 23 машиноместа). Здание имеет прямоугольную форму в плане.
Размеры здания в осях 411×160 м. Размеры здания в уровне 1 этажа (с учетом въезда на подземную парковку) 417×208 м и 417×16.0 м – площадь застройки здания. Высота здания 1164 м.
Конструктивная схема решена в виде монолитного железобетонного каркаса с колоннами плоскими безбалочными перекрытиями и диафрагмами жесткости.
Колонны – монолитные железобетонные сечением 600×600 мм среднего ряда и 1200×600 мм крайнего ряда.
Наружные стены здания выполнены из газобетонных блоков D500 толщиной 300 мм с наружной отделкой кирпичом – 120 мм.
Диафрагмы жесткости – монолитные железобетонныекачестве толщиной
Плиты быть перекрытия таблице и покрытия – монолитные встроенных железобетонные условие толщиной 250 мм плита показатели перекрытия смеси подвала и дому подземной размер парковки имеет количество толщину
Кровля – малоуклонная с тепло- паро- и гидроизоляцией.
Полы – керамогранитная плитка на клеевой основе по стяжке из цементно-песчаного раствора.
Рельеф площадки ровный спланированный.
Толщина фундаментной плиты конструктивно принята 1500 мм с размерами 426×170 м. За отметку 0.000 принята отметка чистого пола первого этажа. Отметка поверхности земли -0.300.
Анализ местных условий строительства
Место строительства – г. Воронеж.
Исходные данные из нормативной и справочной литературы:
– по снеговой нагрузке – III снеговой район (СП 131.13330.2012);
– расчетное значение веса снегового покрова Sg =1.8 кПа (СП 20.13330.2011);
– II район по давлению ветра со средней скоростью 5 мс (СП 20.13330.2011);
– сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму Мt = 29.9 (СП 131.13330.2012 табл. 3).
В результате проведенных инженерно-геологических изысканий установлен геолого-литологический разрез грунтовой толщи:
В геолого-литологическом разрезе участка до глубины 500 м по данным бурения выделено 4 инженерно-геологических элемента (ИГЭ) совпадающих с геологическими слоями (на основании ГОСТ 20522-2012 Методы стат. обработки результатов испытаний):
ИГЭ-1 (от 1 до -9 м) супесь желто-бурая;
ИГЭ-2 (от -10 до -32..-36 ) – песок средней крупности неоднородный;
ИГЭ-3 (от -32 -36 м до -42 -44) – суглинок темно-серый;
ИГЭ-4 (от -42 -44 до -50 м) – супесь темно-серая.
Верхний почвенно-растительный (или насыпной) слой грунта в пределах застройки срезается на глубину 08 м. Подземные воды до разведанной глубины не встречены (в учебных целях).
Обобщенные физико-механические характеристики грунтов представлены в табл. 1.
Физико-механические характеристики грунтов
Для получения нормативных и расчетных значений показателей свойств грунта выполнены следующие расчеты.
Для глинистых грунтов определяем число пластичности IP и показатель текучести IL. Для песчаных грунтов - коэффициент водонасыщения Sr и плотность сложения. Производим классификацию грунтов по ГОСТ 25100-2011.
Степень влажностиSrопределяется по формуле
гдеw- природная влажность грунта в долях единицы
ρs- плотность частиц грунтагсм3 (тм3)
ρw- плотность водыпринимаемая равной 1 гсм3 (тм3)
e- коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности (прил.11 стр. 150).
Sr=265×011(0772 1) = 037
Т.к. Sr 05 то супесь является маловлажной.
К-т пористости находится в пределах e >07 поэтому крупный песок относится к пескам рыхлого сложения.
Для песка крупного маловлажного средней плотности сложения R0 = 250 кПа.
Песок средней крупности.
Sr=265×017(0687 1) = 065
Т.к. Sr >05 то супесь является влажной.
К-т пористости находится в пределах e 07 поэтому крупный песок относится к пескам средней плотности.
Для песка крупного маловлажного средней плотности сложения R0 = 400кПа.
Число пластичности IP = (WL - WP)·100% =(036-022)·100%=14%.
Грунт – суглинок темно-серый.
Показатель текучести:
Так как IL 0 то консистенция – твердая.
Расчетное сопротивление грунта R0 = 260 кПа.
Sr=266×013(0658 1) = 053
Для песка крупного маловлажного средней плотности сложения R0 = 255 кПа.
Сбор нагрузок выполнен в соответствии с требованиями СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».
Для расчета принимаются следующие виды нагрузок:
Постоянные – нагрузка от собственного веса несущих конструкций и наружных стен.
- длительные – вес от перегородок и внутреннего инженерного оборудования;
- кратковременные – нагрузки от людей автотранспорта снеговая нагрузка.
Нормативные значения постоянных нагрузок от собственного веса конструкций и грунтов определяют по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и по средним значениям плотности как произведение объема на удельный вес материала.сборных конструкций приводится в ГОСТах или паспортах на изделия.
Возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от их нормативных значений вследствие изменчивости нагрузок или отступлений от условий нормальной эксплуатации учитывается умножением нормативных нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке γf. Для расчетов оснований и фундаментов по деформациям γf =1. Для расчетов по первой группе значения γf принимаются по СП 20 Нагрузки и воздействия.
Нагрузки определены в табличной форме табл. 2.1 – 2.3.
Сбор нагрузок на 1 м2 покрытий
Нагрузки на 1 м2 фундаментной плиты (подземной парковки 1 уровня)
Жб монолитная фундаментная плита
Стяжка (цем.-песч. раствор) =100мм
Полезная нагрузка для автопарковок
- полная (3.5 кПа - норматив.нагр.)
Нагрузки на 1 м2 плиты перекрытия (подземной парковки 2 уровня)
Жб монолитная плита перекрытия
Нагрузки на 1 м2 плиты перекрытия 1-го этажа (офисные помещения)
Жб монолитная плита перекрытия
Утеплитель - минераловатные плиты
Цементная стяжка с армированной сеткой
Полы (керамогранитная плитка на клеевой основе)
Перегородки (кирпич толщ. 120 мм)
Полезная нагрузка (для офисных помещений)
- полная (2 кПа - норматив.нагр.)
Нагрузки на 1 м2 плиты перекрытия жилых этажей
Цементно-песчаная стяжка
Полезная нагрузка (для квартир жилых зданий)
- полная (1.5 кПа - норматив.нагр.)
Нагрузки на 1 м2 плиты перекрытия технического этажа
Цементная стяжка с армированием
Полезная нагрузка (для технических этажей)
Нагрузки на 1 м2 плиты покрытия
Пароизоляция (Техноэласт толщ. 10 мм)
Утеплитель - пенополистирол
Уклонообразующая стяжка (керамзитобетон)
Нагрузки от собственного веса конструкций
Наименование нагрузки
Наружная стена (Кирпичная кладка 120 мм + блок стеновой D500 300 мм) Н=275 м (коэф. проемности 085)
Ограждение балконов (кирпичная кладка 120 мм) Н=12 м
Ограждение парапетов (Кирпичная кладка 250 мм) Н=1.2 м
Диафрагмы жесткости 300 мм Н=2.75 м
Диафрагмы жесткости 300 мм Н=2.1 м (подвал)
Колонны монолитные жб 600х600 мм среднего ряда Н=2.75 м
Колонны монолитные жб 1200х600 мм крайнего ряда Н=2.75 м
Колонны монолитные жб 600х600 мм среднего ряда Н=2.1 м (подвал)
Колонны монолитные жб 1200х600 мм крайнего ряда Н=2.1 м (подвал)
Монолитная жб фундаментная плита Н=1500 мм
Монолитные жб стены 500 мм Н=2.1 м (стены подвала)
Сбор нагрузок по этажам
Расчетный вес на ед. изм. кН
Цокольный этаж (подземная парковка 1 уровня)
Монолитные жб стены 500 мм Н=2.1 м
Диафрагмы жесткости 300 мм Н=2.1 м
Цем. стяжка + врем.нагрузки
Колонны монолитные жб 600х600 мм Н=21 м среднего ряда
Колонны монолитные жб 1200х600 мм Н=21 м крайнего ряда
Цокольный этаж (подземная парковка 2 уровня)
Перекрытие подземной парковки 300 мм + врем. Нагрузки
Первый этаж (офисные помещения)
Междуэтажное перекрытие 300 мм + врем. нагрузки
Колонны монолитные жб 600х600 мм Н=27 м среднего ряда
Колонны монолитные жб 1200х600 мм Н=27 м крайнего ряда
Типовой этаж (жилые помещения)
Междуэтажное перекрытие 250 мм + врем. нагрузки
Ветровое давление является существенной динамической нагрузкой т.к. при ее действии в общем случае может меняться величина нагрузки место ее приложения и направление. При колебаниях в элементах сооружения возникают значительные силы инерции которые влияют на НДС сооружения.
Согласно СП 20 «Нагрузки и воздействия» нормативное значение основной ветровой нагрузки во всех случаях определяется как сумма средней и пульсационной составляющих:
Для определения средней составляющей нагрузки в какой-либо точке достаточно знать форму сооружения тип местности в которой оно расположено и высоту точки над поверхностью планировки:
w0 – нормативное значение ветрового давления принимается в зависимости от ветрового района по табл. 11.1 СП 20 (ветровой район – I w0=023);
k(ze) – к-т учитывающий изменение ветрового давления для высоты
с – аэродинамический коэффициент.
Для определения изменения ветрового давления по высоте сооружения k(ze) используется степенной закон изменения нормативной скорости ветра с изменением высоты в нижнем слое атмосферы. Показатель степени в этом законе зависит от шероховатости подстилающей поверхности и от самой скорости ветра.
В зависимости от шероховатости подстилающей поверхности земли различают местности типа А Б и С.
А – открытые побережья морей озер водохранилищ сельские местности в том числе с постройками высотой менее 10 м пустыни степи лесостепи тундра;
В – городские территории лесные массивы и другие местности равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
С – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м.
Сооружение считается расположенным в местности данного типа если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h – при высоте сооружения 60 м и на расстоянии 2 км – при h > 60 м.
(Типы местности могут быть различными для разных расчетных направлений ветра).
К-т k(ze) для высот ze ≤ 300 м определяется по табл. 11.2 или формуле 11.4 СП 20 в зависимости от типа местности.
Для промежуточных высот - интерполяцией.
Значения коэффициентов k(ze) определяют с наветренной и подветренной сторон разбивая здание по высоте на отдельные зоны высотой не более 10 м.
Рис. 1.1 – Схема к определению ветровой нагрузки
нормальной к поверхности здания
Нормативное и расчетное значение ветровой нагрузки нормальной по высоте здания с наветренной стороны:
- к-т надежности по назначению для ЗиС пов. отв. – 11;
с – аэродинамический к-т зависящий от конфигурации здания. Значения к-в принимаются для отдельных поверхностей или точек здания как к-ты давления которые следует учитывать при определении ветровой нагрузки нормальной к рассматриваемой поверхности и относящейся к единице площади этой поверхности. Положительным значениям к-та давления соответствует направление давления к поверхности сооружения а отрицательным – направление от поверхности. Для наветренных вертикальных поверхностей с = + 08 для подветренных с = - 06.
wII (5) = 11·5·038·08·05=084 кНм
wII (10) = 11·10·038·08·065=217 кНм
wII (20) = 11·10·038·08·085=284 кНм
wII (30) = 11·10·038·08·098=328 кНм
wII (40) = 11·10·038·08·11=368 кНм
wII (50) = 11·10·038·08·12=401 кНм
wII (60) = 11·10·038·08·13=435 кНм
wII (70) = 11·10·038·08·138=461 кНм
wII (80) = 11·10·038·08·145=485 кНм
wII (90) = 11·10·038·08·153=512 кНм
wII (100) = 11·10·038·08·16=535 кНм
wII (110) = 11·10·038·08·166=555 кНм
wII (1164) = 11·64·038·08·17=364 кНм
wI (5) = 14·084=118 кНм
wI (10) = 14·217=304 кНм
wI (20) = 14·284=398 кНм
wI (30) = 14·328=4.59 кНм
wI (40) = 14·368=515 кНм
wI (50) = 14·401=561кНм
wI (60) = 14·435=609 кНм
wI (70) = 14·46=644 кНм
wI (80) = 14·485=679 кНм
wI (90) = 14·512=717 кНм
wI (100) = 14·535=749 кНм
wI (110) = 14·555=777 кНм
wI (1164) = 14·364=51 кНм
Нормативное и расчетное значение ветровой нагрузки нормальной по высоте здания с подветренной стороны:
wII (5) = 11·5·038·06·05=063 кНм
wII (10) = 11·10·038·06·065=163 кНм
wII (20) = 11·10·038·06·085=213 кНм
wII (30) = 11·10·038·06·098=246 кНм
wII (40) = 11·10·038·06·11=276 кНм
wII (50) = 11·10·038·06·12=301 кНм
wII (60) = 11·10·038·06·13=326 кНм
wII (70) = 11·10·038·06·138=346 кНм
wII (80) = 11·10·038·06·145=363 кНм
wII (90) = 11·10·038·06·153=384 кНм
wII (100) = 11·10·038·06·16=401 кНм
wII (110) = 11·10·038·06·166=4.16кНм
wII (1164) = 11·64·038·06·17=2.73 кНм
wI (5) = 14·063=088 кНм
wI (10) = 14·163=228 кНм
wI (20) = 14·213=298 кНм
wI (30) = 14·246=344 кНм
wI (40) = 14·276=386 кНм
wI (50) = 14·301=421 кНм
wI (60) = 14·326=456 кНм
wI (70) = 14·346=484 кНм
wI (80) = 14·363=508 кНм
wI (90) = 14·384=538 кНм
wI (100) = 14·401=561 кНм
wI (110) = 14·416=353 кНм
wI (1164) = 14·273=231 кНм
Нормативное и расчетное значение момента в уровне подошвы фундаментной плиты от ветровой нагрузки с наветренной и подветренной сторон при длине здания 417 м и глубине заложения 6 м (отметка поверхности земли -03 м отметка пола цокольного этажа – подземной парковки 1-го уровня -48 м + толщина фундаментной плиты 15 м):
Нормативное значение момента в уровне подошвы фундамента от ветровой нагрузки:
Расчетное значение момента в уровне подошвы фундамента от ветровой нагрузки:
Расчет пульсационной составляющей ветровой нагрузки состоит из двух этапов:
- определение частот собственных колебаний сооружения;
- расчет пульсационной составляющей в зависимости от положения частот собственных форм колебаний здания в полученном спектре.
Реализация расчета нагрузок в ПК
Расчет здания производился в программном комплексе Лира-САПР 2013.
Создаем расчетную пространственную плитно-стержневую модель здания. Перекрытия моделируем пластинчатыми колонны – стержневыми конечными элементами (КЭ). Назначаем граничные условия. Задаем жесткостные характеристики.
Далее задаем нагрузки в виде загружений:
-собственный вес элементов конструкции;
-равномерно распределенная нагрузки от конструкции пола и наружных стен;
-полезная и снеговая нагрузка;
-статическая ветровая нагрузка по оси Х;
-статическая ветровая нагрузка по оси Y;
-пульсационная ветровая нагрузка по оси X;
-пульсационная ветровая нагрузка по оси Y.
К зданию прикладывалась сумма давлений наветренной и подветренной сторон. Ветровая нагрузка на сооружения прикладывалась в виде погонной нагрузки на стержневые элементы по контуру дисков перекрытий и покрытия.
Пульсационная составляющая определялась средствами программного комплекса Лира-САПР 2013 на основании статического расчета и расчета на собственные колебания.
Во вкладке расчет формируем таблицу динамических загружений (рис.2). В «Параметры» указываем ветровой район (II) размеры здания вдоль оси Х и У (411х160 м) тип местности (тип В) и тип здания. После формируем динамические загружения из статических (рис.3).
Так же формируем таблица по РСУ и РСН.
Рис.2 Динамические загружения
Рис.3. Формирование динамических загружения
Далее выполняем расчет каркаса здания
Рис. 4 Ветровая нагрузка по оси Х
Рис. 5 Ветровая нагрузка по оси У
Проектирование свайно-плитного фундамента
Тип проектируемых свай - буронабивные сваи. Согласно СП52-102-2003 длину сваи принимают (025-03)H где Н-высота зданий. Исходя из условия назначаем длину сваи 335м. Диаметр свай принимаем 600 мм. Ростверком служит фундаментная плита толщиной 15 м. Отметка острия свай назначаем в зависимости от грунтовых условий строительной площадки. В качестве несущего пласта принимаем суглинок темно-серый. Тогда абс.отм нижнего конца свай- 380 м.
Определяем несущую способность сваи:
- коэффициент условий работы свай. В случае опирания ее на глинистые грунты при Sr 085- во всех остальных случаях
- коэффициент условий работы грунта под нижнем концом сваи
R- расчетное сопротивление грунта под нижнем концом сваи (п.7.2.7. СП 24.13330.2011) равное 2205 кПа;
А- площадь опирания сваи т.е. площадь поперечного сечения сваи;
U- периметр поперечного сечения ствола сваи;
- коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи зависящий от способа образования скважины и бетонирования (табл. 7.6. СП 24.13330.2011);
- расчетное сопротивление
- толщина i-го слоя грунта.
Допускаемая нагрузка на сваю.
- коэффициент условия работы учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов (=1.15).
- коэффициент надежности по уровню ответственности для повышенного уровня ответственности здания =1.2.
- коэффициент надежности по грунту принимаемый равным 14.
Расчет по несущей способности грунта основания сваи
Расчет несущей способности грунтов основания одиночной сваи или в составе свайного фундамента имеет вид:
- расчетная нагрузка на одиночную сваю от сооружения
- расчетная несущая способность одиночной сваи.
Расчет осадки комбинированного свайно-плитного фундамента
Метод расчета осадки таких фундаментов основан на совместном рассмотрении жесткости свай и плиты. В этом расчете когда включается плита приближенно принимают на сваю 35% от общей нагрузки на плиту 15%.
Расчет осадки комбинированного фундамента производиться на основании определения частных значений жесткости всех свай и ростверка коэффициента их взаимодействия и всего фундамента.
Жесткость всех свай определяется по формуле:
- коэффициент увеличения осадки принимаемый по табл. 7.19 СП 50-102-2003 и равный 818;
- количество свай 390 шт.;
- жёсткость одной сваи определяется как отношение нагрузки на одиночную сваю к ее осадке: .
- модуль деформации грунта на уровне подошвы сваи 18 Мпа;
- диаметр сваи равный 06 м;
- коэффициент влияния осадки определяемый по формуле:
Получаем что жесткость одной сваи равна:
Жесткость всех свай: .
Жесткость плитного ростверка определяется по формуле:
- средневзвешенное значение модуля деформации грунтовой толщи на глубину равную ширине плитного ростверка определяемое по формуле:
А- площадь плитного ростверка 69795 м2;
- коэффициент Пуассона грунта для супесей- 030;
- коэффициент площади зависящий от отношения размера плиты и принимается по таблице 5.1
Получаем жесткость плитного ростверка:
Общая жесткость свайно-плитного фундамента определяется по формуле:
Осадку свайно-плитного фундамента вычисляют по формуле:
- расчетная нагрузка на фундамент.
Согласно СП 22.13330.2016 предельно допустимое значение осадки здание см.
Расчет пульсационной составляющей ветровой нагрузки
В результате расчета первая частота собственных колебаний fi= 362 Гц согласно СП 20.13330.2016 предельное значение собственных колебаний flim=11 Гц. Следовательно:
Для сооружений у которых первая частота собственных колебаний fi Гц больше предельного значения собственной частоты flim :
Расчетное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки с наветренной стороны в плоскости ZOY будет равно:
Расчетное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки с подветренной стороны в плоскости ZOY будет равно:
Расчетное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки с наветренной стороны в плоскости ZOХ будет равно:
Расчетное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки с подветренной стороны в плоскости ZOХ будет равно:

фундамент мое.dwg

План парковки уровень 1
План парковки уровень 2
Схема расположения свайного поля
Высотные и большепролетные здания и сооружения
Спортивный комплекс с плавательным бассейном
Геолого-литологический разрез по линии I-II
плотный неоднородный
- супесь желто-бурая
- суглинок темно-серый
- глина красно-бурая
Условные обозначения
Схема к определению длинны и ненсущей способности свай
Проектирование оснований и фундаментов многоэтажного здания
-ти этажный жилой дом с 2-х уровневой подземной парковкой и встроенными нежилыми помещениями
план парковки уровень 2
схема расположения свайного поля
схема к определению длины и несущей способности сваи
геолого-литологический разрез по линии I-II
АСА ДГТУ Кафедра ИГОФ