Основания и фундамента фабричного корпуса

Сооружение.dwg

Горизонт №1 Песок пылеватый
средней степени водонасыщения СII
Горизонт №2 Суглинок тугопластичный СII
Горизонт №3 Песок средней крупности
средней плотности СII
Горизонт №4 Суглинок тугопластичный СII
Фундамент мелкого заложения "А
Свайный фундамент "Б
Варианты фундаментов М 1:100
Вид сверху "А" М 1:50
Вид сверху "Б" М 1:50
Схема свайного фундамента М 1:50
План фундаментов М 1:200
Сооружение №9 Фабричный корпус
План фундаментов Варианты фундаментов
Бетонный пол Подбетонка Песчано-гравийная смесь Грунт уплотненный
Кирпичная стенка 400 Колонна каркаса 600х400
Асфальто-бетонная отмоска
Обмазочная гидроизоляция
Стяжка цементно-песчаная Песчано-гравийная смесь Грунт уплотненный
Кирпичная стена 400 Колонна каркаса 600х400

Курсовой проект.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
По дисциплине «Основания и фундаменты сооружений»
Руководитель работы
(доработать к защите и т.д.)
Расчет физических и механических характеристик грунтов
Инженерно-геологическое заключение
Выбор глубины заложения
Определение размеров фундамента
Проверка подстилающего слоя
Расчет свайного фундамента
Определение количества свай
Расчёт свайного фундамента по деформациям
Проверка фундамента на действие сил морозного пучения
Расчет ленточного фундамента
Расчет фундамента в подвальной части
Расчет остальных фундаментов
Проверка относительной разности осадок
Методы борьбы с морозным пучением
Гидроизоляция подвальных помещений
Мероприятия по сохранению структуры грунта
Список используемой литературы
В данном курсовом проекте проектировали фабричный корпус район строительства – г. Комсомольск-на-Амуре с нормативной глубиной промерзания . Корпус состоит из трех пролетов шириной 18 м 6 м и 24 м соответственно шаг колонн равен 6 м. В осях Б-З имеет полный каркас с колоннами сечения 400x400 600x400 и 800x400. Колонны железобетонные несущие стены состоят из кирпича толщиной 400 мм. Здание чувствительно к неравномерным деформациям. Сооружение имеет мостовой кран грузоподъемностью 100кН. Корпус имеет подвал в осях А-В глубиной 3 м. Здание относится ко второй категории надежности район строительства сейсмоопасной зоны не имеет. В здании присутствует отопление с температурой в зимнее время +20 градусов.
На основании исходных данных необходимо разработать два варианта фундаментов:
- фундамент в открытом котловане (фундамент неглубокого заложения);
- свайный фундамент.
Нагрузки на фундамент от колонны приводятся в двух комбинациях:
- максимальная вертикальная нагрузка и соответствующие моменты и горизонтальная нагрузка (I комбинация);
- максимальный момент и соответствующие вертикальные и горизонтальные нагрузки (II комбинация).
Нагрузка от стены на фундамент под колонну одинакова для всех комбинаций.
Расчетные нагрузки даны для расчета по II предельному состоянию. Чтобы получить нагрузки для расчета по I предельному состоянию значение нагрузок на здание следует умножить на коэффициент надежности по нагрузке (средняя величина f = 115 – 118).
Расчет основания столбчатого фундамента выполняется по II-ой группе предельных состояний (по осадкам) а расчет тела фундамента - по I-ой группе.
Расчет свайного фундамента ведут по I-ой группе предельных состояний. В случаях когда свайный фундамент расположен в слабых грунтах производится расчет основания по II-ой группе предельных состояний.
Район строительства – г. Комсомольск-на-Амуре
Нормативная глубина промерзания
Схема расчета песчаного грунта
) По гранулометрическому составу
песок пылеватый т.к. содержание частиц крупнее 01мм 75% = 2928%
) По плотности сложения
Коэффициент пористости :
) Коэффициент водонасыщения
Грунт средней степени водонасыщения.
II. Удельный вес грунта
Слой грунта выше уровня WL. g =10 мс2
III. Нормативное удельное сцепление Cn нормативный угол внутреннего трения φn и модуль деформации E.
Песок среднедеформируемый.
IV. Коэффициент поперечной деформации (Пуассона) для песков
V. Прочностные характеристики для расчета по I предельному состоянию
VI. Прочностные характеристики для расчета по II предельному состоянию
VII. Расчетное сопротивление
Песок средний т.к. содержание частиц крупнее 025мм >50% = 3226%
Песок средней плотности.
Грунт водонасыщенный.
Слой грунта ниже уровня WL. g =10 мс2
е – коэффициент пористости.
Схема расчета глинистого грунта
) По числу пластичности
) По показателю текучести
II. Коэффициент пористости
) Коэффициент водонасыщения (степень влажности)
III. Прочностные и деформационные характеристики грунта
Нормативное удельное сцепление Cn:
Нормативный угол внутреннего трения φn:
Модуль деформации E:
По степени деформируемости:
Суглинок среднедеформируемый.
IV. Коэффициент поперечных деформаций (коэффициент Пуассона)
– для суглинка и глины
V. Удельный вес грунта
VI. Прочностные характеристики для расчета по I предельному состоянию
VII. Прочностные характеристики для расчета по II предельному состоянию
VIII. Расчетное сопротивление R0
Нормативное удельное сцепление нормативный угол внутреннего трения
модуль деформации и расчетное сопротивление определяются по таблицам СП 22.13330.2011.
Расчет проводится по первому (по несущей способности) и по второму (по деформациям) предельным состояниям.
Грунты классифицируются по типу виду и разновидности согласно ГОСТ
-по гранулометрическому составу;
-по плотности сложения;
-по степени водонасыщения;
-по числу пластичности;
-по показателю текучести.
Результаты расчетов занесены в таблицу характеристик физико-механического состояния грунтов основания.
В процессе инженерно-геологических изысканий было пробурено четыре скважины глубиной 125 м. В результате было выявлено следующее:
) Площадка относится к первой категории сложности инженерно-геологичес-ких условий с выдержанной мощностью слоев в пределах строительной площади.
) Был выявлен один установившийся уровень грунтовых вод на отметке 65 м от уровня планировки. Грунтовые воды не являются химически агрессивными.
) Выявлено четыре инженерно-геологических горизонта:
-первый горизонт имеет удовлетворительные прочностные характеристики может быть использован как в качестве несущего слоя для фундамента в открытом котловане так и для свайного типа строительства фундамента;
-второй горизонт также имеет удовлетворительные прочностные характеристики уступающий характеристикам первого горизонта; рекомендуется для фундамента свайного типа;
-третий горизонт имеет хорошие прочностные характеристики рекомендуется в качестве несущего слоя для свайных фундаментов;
-четвертый горизонт обладает удовлетворительными прочностными характеристиками из-за относительно высокого показателя текучести не рекомендуется в качестве несущего слоя.
Разновидность грунта по ГОСТ 25100-2011
Характеристики физического состояния
Характеристики механического состояния
модуль деформации Е МПа
Число пластичности %
Показатель текучести ед.
Коэффициент пористости е
Коэффициент водонасыщения
Коэффициент Пуассона
Расчетное сопротивление кПа
По первому предельному состоянию
По второму предельному состоянию
Песок пылеватый плотный
Суглинок тугопластич-ный
Песок средней крупности средней плотности
По инженерно-геологическим условиям
По конструктивным требованиям
При стаканном сопряжении железобетонной колонны с фундаментом минималь-ная высота тела фундамента 15м.
По расчетной глубине промерзания
df = kf * dfn=292*07=204м
При температуре внутри сооружения +10º kf =07
Делаем вывод о зависимости глубины заложения от расчетной глубины промерзания:
Глубина заложения фундамента не зависит от расчетной глубины промерзания.
К дальнейшему расчету принимаем максимальную глубину заложения d=15м.
Определение размеров подошвы фундамента
Для внецентренно нагруженных фундаментов (0; 0)
A=l*b где l - длина фундамента
По первому сочетанию:
Площадь подошвы фундамента определяется методом последовательных приб-лижений:
где – усредненный вес материала фундамента и грунта на уступах
I. Выбор глубины заложения фундамента
II. Корректирование R
где - коэффициент условия работы грунта несущего слоя;
- коэффициент условия работы сооружения;
k=11 т.к. прочностные характеристики определены по СНИПу.
b - ширина подошвы фундамента.
удельный вес грунта ниже подошвы фундамента.
глубина заложения фундамента без подвальной части здания.
среднее значение удельного веса грунта выше подошвы фундамента.
Высота определяется от отметки планировки до низа строительной конструкции. В курсовом проекте принимаем отношение
Типовые инвентарные опалубки выполняются с модулем 300.
Для дальнейшего расчета принимаем .
Размер поперечного сечения - 600x400
Тип подколонника - Б(1200х1200)
Выбираем фундамент по и :
Фундамент – ФБ7 (серия 1.412)
Расход бетона = 277м3
Фундамент одноступенчатый:
Первая ступень плитная - 2400х1500;
Высота уступа - 300;
Вес фундамента и грунта на уступах
Расчет среднего фактического давления под подошвой фундамента
Так как условие не выполняется увеличиваем ширину подошвы b.
Расход бетона = 385м3
Фундамент двухступенчатый:
) Первая ступень плитная - 3000х1800;
) Вторая ступень - 2400х1800;
) Высота каждого уступа - 300;
) Вес фундамента и грунта на уступах
Для прямоугольной подошвы:
Так как условие выполняется далее определяем осадку фундамента.
Определение осадки методом «послойного суммирования»
I. Построение эпюры природного давления (давления от собственного давления грунта)
II. Построение эпюры вертикальных напряжений от внешней нагрузки
Где z - расстояние от подошвы фундамента до точки напряжения в которой мы определяем.
Толщи грунта ниже подошвы фундамента делятся на слои одинаковой мощности
III. Построение эпюры
B=30+6=36; L=48+6=54;
где B - ширина котлована.
– учитывает влияние других компонентов напряжения на величину осадки
– модуль деформации i-го слоя
– напряжение i-го слоя от веса конструкции
– природное давление i-го слоя
– вертикальное напряжение от собственного веса грунта в i-ом слое
– коэффициент зависящий от
давление от внешней нагрузки по кровле слабого слоя
I. Выбор глубины заложения ростверка
а) По расчетной глубине промерзания:
если грунт пучинистый
б) По конструктивным требованиям:
Заглубление в несущий слой выполняется не менее чем на 4м.
Принимаем жесткое сопряжение сваи с ростверком.
II. Выбор марки сваи
Продольная арматура - 412A-I
III. Несущая способность сваи
коэффициент условия работы сваи в грунте
коэффициент условия работы грунта под нижним концом сваи
коэффициент работы грунта по боковой поверхности
площадь поперечного сечения сваи
коэффициент продольного изгиба сваи.
коэффициент условия работы сваи.
Сечение 30x30 и более -
сопротивление осевому сжатию бетона.
поперечное сечение сваи.
коэффициент условия работы арматуры
расчетное сопротивление арматуры сжатию
IV. Коэффициент использования материала
К дальнейшему расчету принимаем меньшую несущую способность:
V. Расчетная нагрузка на сваю
коэффициент условия работы учитывающий повышение однородности грунтовых условий.
коэффициент надежности по назначению принимаем т.к. сооружение II класса.
коэффициент надежности по грунту принимаем т.к. несущая способность определена расчетом.
допускаемая нагрузка на сваю;
VI. Определение ориентировочного веса ростверка
а) Давление под подошвой ростверка:
б) Площадь подошвы ростверка:
в) Вес ростверка и грунта на уступах:
Размеры сечения сваи 300х300 мм.
Нагрузка на наиболее удаленную сваю с учетом действия моментов.
расстояние от главных осей до оси сваи в которой определяем нагрузку;
расстояние от главных осей до оси каждой сваи.
Расчет свайного фундамента по деформациям
I. Мощность сжимаемой толщи
II. Коэффициент относительной сжимаемости
III. Определяем нагрузку на уровне подошвы грунто – свайного массива
IV. Среднее давление под подошвой грунто - свайного массива
V. Осадочное давление на уровне подошвы грунто – свайного массива
VI. Мощность эквивалентного слоя
Для всех грунтов на расчетную схему выносим коэффициент Пуассона:
VII. Мощность сжимаемой толщи
Если толща состоит из разных грунтов то определяем средний коэффициент относительной сжимаемости:
VIII. Осадка фундамента
где 12 – коэффициент учитывающий шероховатость.
– условие выполняется.
Фундамент устойчив к действиям сил морозного пучения. Особых условий вы-полнять не требуется.
Т.к фундаменты №3 и №4 являются ленточными и практически идентичны по нагрузкам то для дальнейшего расчета берем фундамент у которого нагрузки больше.
Фундаментный блок: ФБС-4 (5 шт)
Определение нагрузки на уровне подошвы
I. Нагрузка по обрезу
II. Вес стеновых блоков
III. Вес грунта на консолях
IV. Среднее фактическое давление
Определение осадки фундамента методом Н.А. Цытовича
I. Осадочное давление
II. Мощность эквивалентного слоя
III. Мощность сжимаемой толщи
IV. Коэффициент относительной сжимаемости
V. Средний коэффициент относительной сжимаемости
Расчет фундамента в подвальной части здания
Определение ширины подошвы фундамента
Подборка фундамента для подвала
Фундаментный блок – ФБС-4 (5 шт)
Число ступеней – одноступенчатый
Определение нагрузки на отметке -3500
II. Вес силовых блоков
V. Определение величины активного давления грунта на уровне подошвы фундамента
VI. Суммарный момент
VII. Краевые давления
- условие выполняется.
I. Корректирование R
Тип подколонника – А
Глубина стакана – 800
Число ступеней – 2 ступени:
) Ступень первая плитная - 2100х2400;
) Вторая ступень – 1500х1500
) Высота уступа - 300
I. Расчет среднего фактического давления под подошвой фундамента
II. Краевые давления
VI. Осадка фундамента
Расчет остальных фундаментов
Глубина заложения -
Для внецентренно нагруженных фундаментов (
Определение площади подошвы методом последовательных приближений
Типовые инвентарные опалубки выполняются с модулем 300
Тип подколонника – Б
Размер поперечного сечения – 600х400
Число ступеней – 1 ступень:
)Ступень первая плитная - 1800х2400;
) Высота уступа - 450
Так как условие не выполняется увеличиваем длину и ширину подошвы l и b.
)Ступень первая плитная - 2100х3000;
)Вторая ступень – 2100х2400;
III. Осадочное давление на уровне подошвы фундамента
IV. Мощность эквивалентного слоя
V. Мощность сжимаемой толщи
VI. Мощность сжимаемой толщи
VII. Средний коэффициент относительной сжимаемости
Оба условия относительной разности осадок выполняются.
Для защиты от морозного пучения существует несколько способов: замена грунта на непучинистый удаление влаги из грунта утепление грунта.
Замена грунта на непучинистый (т.е. напесчаный) возможна при заложении фундамента. Под его основание укладывают подушку из утрамбованного песка высотой около 30 см и шириной на 20 см больше чем ширина фундамента. Смысл этой подушки в том чтобы во-первых равномернее распределить нагрузку от фундамента во-вторых уменьшить действие нормальной составляющей сил пучения на мелкозаглубленный фундамент. Здесь надо понимать чтопесчаная подушкаснижает действие пучения не за счет того что песок непучинистый грунт а за счет уменьшения слояпучинистого грунта. Если при глубине промерзания 15 м укладывать фундамент на глубину 1 м то слой пучинистого грунта составит 50 см а его возможное увеличение до 5 см. Если под тот же фундамент делать песчаную подушку 30 см то слой пучинистого грунта составит уже не 50 см а 30 см и его возможное увеличение будет не больше 3 см. Непучинистый грунт также рекомендуется использовать для обратной засыпки после того как фундамент залит иопалубкас него снята. Так в непосредственном контакте с фундаментом будет находиться непучинистый грунт не содержащий влаги который не будет примерзать к его стенкам. Со временем (через несколько лет) песок в обратной засыпке и в подушке может заилиться: частички глины из окружающего грунта будут попадать в него и он потеряет свои непучинистые свойства. Для защиты от заиливания песчаную подушку и обратную засыпку нужно отделить от остального грунта пленкой или фильтрующей тканью.
Другая мера по борьбе против пучения - это удаление влаги в свою очередь эту меру можно разделить на две составляющих - защита от попадания влаги с атмосферными осадками и удаление уже имеющейся влаги. Чтобы оградить грунт вокруг фундамента от осадков в виде дождя и тающего снега по всему периметру дома нужно делать отмостку. Ее ширина должна быть больше ширины обратной засыпки чтобы вода отводилась подальше от фундамента.
Утепление грунта вокруг дома позволяет уменьшить или вообще исключить промерзание земли. Благодаря утеплению грунта становится возможно строительство мелкозаглубленных фундаментов за счет искусственного уменьшения глубины промерзания. Однако это возможно только в областях где среднегодовая температура положительная. Толщина утеплителя зависит от его теплоизоляционных свойств и от климатических условий.
Еще одна мера по защите фундамента от морозного пучения применяемая при строительстве любых видов фундаментов - это сделать его поверхность более гладкой. Сам по себе бетон - пористый материал и с его поверхностью грунт хорошо смерзается и при пучении сильно воздействует на него. Самый простой способ устранить это - прокладывать рубероид между поверхностью фундамента и грунтом. Рубероид более гладкий материал и движущийся грунт будет по нему скользить и касательная составляющая силы пучения значительно снижается.
Если уровень грунтовых вод располагается ниже отметки пола подвала и не поднимается выше нее но по капиллярам влага может проникать в подвал то пол и штукатурку стен выполняют из плитки или в виде цементного слоя с железнением а с наружной стороны фундаменты покрывают гидроизоляционной мастикой. В этом случае осадки здания развивающиеся после устройства пола и покрытия штукатуркой стен в подвале могут повредить их. Однако вследствие небольшого проникания капиллярной влаги по трещинам это мало отражается на влажностном режиме подвалов. Кроме того такие трещины легко можно заделать со стороны подвала.
Если уровень грунтовых вод находится или может подниматься выше отметки пола подвала необходимо делать сплошную гидроизоляцию под полом и по стенам на высоту 05м выше отметки его ожидаемого положения. Такая гидроизоляция испытывает гидростатическое давление направленное в сторону изолируемого помещения. Для удержания гидроизоляции в проектном положении ее прижимают специальной конструкцией способной воспринимать указанное давление. Если при этом уровень грунтовых вод может подниматься выше отметки пола подвала не более чем на 05м то гидроизоляцию пола можно удержать пригрузочным слоем бетона. Вес слоя бетона на единицу площади должен быть не менее гидростатического давления а толщина пригрузочного слоя из тощего бетона в этом случае равняться приблизительно расстоянию по вертикали до максимального уровня грунтовых вод. Если уровень грунтовых вод поднимается выше отметки пола подвала более чем на 05м то для удержания гидроизоляции в проектном положении делают специальную конструкцию работающую на изгиб. В зависимости от характера этой конструкции различают гидроизоляцию внутреннюю и наружную.
В первую очередь необходимо принять меры к общему осушению строительной площадки и защите котлованов от попадания в них внешней воды. Устройство водоотводных канав с выпуском воды в пониженные места является важным мероприятием. Если поверхность участка ровная и отсутствие близких низин затрудняет спуск воды самотеком необходимо устраивать специальные сборные колодцы из которых уже и откачивать воду.
При устройстве котлована необходимо:
· принять меры к немедленному и быстрому удалению попавшей в котлован воды;
· при обычном открытом водоотливе забирать воду из специально устроенных в дне котлована приямков (зумпфов) так чтобы уровень воды в них всегда стоял ниже выработки дна котлована примерно на 02—05 м.
· не допускать застаивания воды в котловане для чего производить водоотлив также при перерыве в работах и усиливать его в дождливое время;
· в слоистых и ленточных грунтах удалять воду по методу глубинного водоотлива; если применяется открытый водоотлив откапывать котлован с защитными канавками и устраивать приямки с таким расчетом чтобы держать осушенную толщу грунта в дне не менее 04—05 м;
· если земляные работы производятся экскаваторами шагающими или гусеничными не добирать дно котлована до проектной отметки на 04—05 м и оставшийся слой грунта снимать вручную или снарядами не разрушающими грунт например скреперами;
· в глинистых грунтах независимо от способа производства работ не добирать дно котлована до проектных отметок на 02 — 04 м в оставленный защитный слой снимать непосредственно перед кладкой фундамента (в тот же день).
Производственные ошибки: нарушение структуры грунтов под фундаментами при заблаговременном производстве подземных работ в результате грунты подвержены метеорологическим воздействиям возникающим вследствие промерзания и оттаивания набухания и размягчения. Особенно чувствительны к таким воздействиям глинистые грунты существенно изменяющие свой объем. Набухание и размягчение приводит к развитию неравномерных осадок. Структура грунтов нарушается также под динамическим воздействием. К динамическим воздействиям очень чувствительны водонасыщенные пылеватые грунты. Для сoхрaнения естественной структуры данных грунтов не рекомендуется вблизи здания выполнять рaбoты мехaнизмoв с динамическим вoздействием; выпoлнение ремoнтнo-стрoительных рaбoт с нарушением технoлoгии - прoбивкa прoемoв в фундaментaх без предвaрительнoй устaнoвки рaзгружaющих перемычек и прoгoнoв oткoпкa кoтлoвaнoв oкoлo ранее возведенных фундaментoв на глубину превышающую проектную некaчественнaя ее oбрaтнaя зaсыпкa зaтoпление кoтлoвaнa прoизвoдственными или хозяйственными вoдaми; зaсыпкa пазух кoтлoвaнoв вoдoнепрoницaемыми грунтами.
Рассмотрев возможные варианты фундаментов и исходя из инженерно-геологических изысканий можно сделать вывод о необходимости остановиться на варианте устройства фундаментов стаканного типа т.к. грунт подходящий по несущей способности залегает не глубоко учитывая нагрузку от сооружения. Поэтому принимаем за основной фундамент стаканного типа.
СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*
ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация.
СНиП II-23-81* Стальные конструкции.
СНиП 2.01.07-86* Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. М. 1988.
СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений Госстрой СССР. –М.: Стройиздат 1985. – 40с.
СНиП 2.03.01 –84*. Бетонные и железобетонные конструкции Минстрой России. – М.: ГП ЦПП 1996. – 76 с.
СП 24.13300.2011. Свайные фундаменты.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.
В.Г.Симагин «Основания и фундаменты. Проектирование и устройство»
А.В.Пилягин «Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений»
Механика грунтов основания и фундаменты.Б. И. Долматов С.-П. Стройиздат 1988.
Механика грунтов основания и фундаменты. C. Б. Ухов М. АСВ 2002.