Проектирование фундаментов промышленного здания

Разрез 1-1.dwg

Основания и фундаменты
Фундаменты промышленного здания
Почвенно-растительный слой
За отметку 0.000 принимается отметка чистого пола 1-го этажа

Пояснительная записка.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Пояснительная записка
к курсовому проекту
по дисциплине «Основания и фундаменты»:
на тему:«Проектирование фундаментов промышленного здания»
Обозначение КП – 2069059 – 08.03.01 –– 2021
Руководитель работы:
Оценка инженерно-геологических условий площадки3
Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения8
1 Фундаменты мелкого заложения на естественном основании8
1.1 Ленточный фундамент под стену8
1.2 Фундамент под среднюю колонну11
1.4 Расчет осадки фундамента мелкого заложения на естественном основании13
2 Проектирование песчаной подушки.15
2.1 Расчет осадки фундамента мелкого заложения на искусственном основании19
2.2 Подбор размеров подошвы столбчатого фундамента под крайнюю колонну и ленточного фундамента под стену здания21
Проектирование свайных фундаментов.24
1 Свайный фундамент под стены26
2 Свайные фундаменты под средние колонны27
3 Свайные фундаменты под крайние колонны28
4 Расчет осадки свайного фундамента30
Проектирование свай в пробитых скважинах34
1 Сваи в пробитых скважинах под стены35
2 Сваи в пробитых скважинах под средние колонны36
3 Сваи в пробитых скважинах под крайние колонны37
4.Расчёт осадки СПС.38
Расчёт стоимости устройства фундамента.42
Список литературы.44
Оценка инженерно-геологических условий площадки
Длина здания – 60 м;
Ширина здания – 225 м;
Высота этажа – 36 м;
Колонны – жб сечением 400х400 мм;
Перекрытия – жб плиты массой 27 кПа;
Полезная нагрузка – 14 кПа;
Район строительства – г. Владимир;
Кровля – рулонная (2 слоя рубероида);
Нагрузка от кровли – 1 кПа;
Нагрузка от полов и перегородок – 4 кПа;
Подвал – отсутствует.
Таблица 1. Физико-механические характеристики грунтов
Почвенно-растительный слой
Песок средней крупности
Сбор нагрузок выполняем для 3-х характерных участков здания: I-I – под среднюю колонну II-II– под крайнюю колонну III-III– под торцевую кирпичную стену.
Рис1. План-схема здания
Для I и II участков определяются сосредоточенные нагрузки (кН) для III участка – погонная расчетная нагрузка (кНмп).
При расчете конструкций и грунтового основания по несущей способности (по первой группе предельных состояний) учитываются расчетные нагрузки определяемые с учетом коэффициентов перегрузки. Превышение данных нагрузок не допустимо. Расчетные нагрузки определятся с коэффициентом перегрузки равным 1 и учитываются при расчете по деформациям (вторая группа предельных состояний).
Таблица 2. Сбор нагрузок
От колонн среднего ряда
От цокольных панелей
От плит перекрытий и покрытий
Продолжение таблицы 2
От перегородок и полов
От полезной нагрузки в сечении:
(1 эт. не учит. т.к. полы по грунту)
От снеговой нагрузки
Таблица 3. Сводная таблица нагрузок
Определение нормативной глубины сезонного промерзания грунта.
В соответствии с п. 5.5.3 СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» нормативная глубина сезонного промерзания при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять по формуле:
d0=034 – крупнообломочные грунты
d0=03– песок гравелистый крупный и средней крупности
d0=028 – суглинки глина
Mt – безразмерный коэффициент численно равный модулю отрицательных температур за зимний период (СниП « Строительная климатология»).
Район строительства- г. Владимир
Грунт основания (2 слой)- Глина
Согласно табл. 5 СП 131.13330.2020 сумма среднемесячных отрицательных температур за год равняется:
Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения
1 Фундаменты мелкого заложения на естественном основании
С учётом конструктивных особенностей здания диапазона и характера нагрузок на фундамент напластования слоёв грунта и типоразмеров элементов ленточного фундамента выбираем глубину заложения подошвы.
Подошва фундамента мелкого заложения располагается ниже глубины сезонного промерзания грунтов. В представленном районе строительства – в г. Владимир глубина сезонного промерзания грунта равна 15 м. Грунт под подошвой - глина. Исходя из глубины сезонного промерзания грунта и конструктивных особенностей фундаментных стеновых блоков ФБС (06х04) и фундаментных ленточных подушек ФЛ принимаем глубину заложения фундамента равной Расположение подошвы фундамента ниже глубины промерзания обусловлено тем что при промерзании под подошвой возникают силы морозного пучения.
1.1 Ленточный фундамент под стену
Рис.2 Компоновка элементов фундамента под торцевые кирпичные стены
Для расчёта ленточного фундамента под стену предварительно зададимся его шириной. Исходя из значений для ИГЭ-2
при глубине примем предварительно ширину фундамента b= 32 м
По формуле (5.7) СП 22.13330.2011 «Основания и фундаменты» вычисляем сопротивление грунта R:
– безразмерные коэффициента условия работа;
– безразмерные коэффициенты принимаем по таблице 5.5. СП 22.13330.2011 в зависимости от внутреннего угла трения ;
- осреднённое значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента;
- осреднённое значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента.
- удельное сцепление.
Собственный вес фундамента и грунта на его обрезе:
Давление под подошвой:
Таким образом принимаем в качестве основания жб фундаментную ленточную подушку с b=32 м и h=05 м.
Рис.3 К определению усреднённых значений удельного веса грунтов выше и ниже подошвы фундамента.
1.2 Фундамент под среднюю колонну
В случае если глубина заложения фундаментов под разные части здания одинакова и т.к. расчётное сопротивление мало зависит от ширины подошвы принимается R=Rлент.ф
На этом этапе предварительного подбора площади подошвы наличие горизонтальной нагрузки учивается коэффициентом
Тогда площадь подошвы :
При сложном загружении фундамента рекомендуется следующее соотношение сторон
Рис.4 К расчёту столбчатого фундамента под среднюю колонну.
Предварительно принимаем
Подбор размеров подошвы сводится к проверки условия: ;
- изгибающий момент относительно оси симметрии подошвы фундамента.
- момент сопротивления площади подошвы.
Принимаем размеры фундамента под среднюю колонну 54х45
Б) Под крайнюю колонну.
Рис.5 К расчёту столбчатого фундамента под крайнюю колонну.
Размеры фундамента под крайнюю колонну 51х42
1.4 Расчет осадки фундамента мелкого заложения на естественном основании
Расчёт осадки ведётся с использованием расчётной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства. Расчёт осадки ведём для наиболее нагруженного фундамента – столбчатого фундамента под среднюю колонну.
Грунтовую толщу под подошвой фундамента делим на слои толщиной:
Определяем природное давление в характерных точках:
Определяем дополнительное давление в уровне подошвы фундамента:
Определяем дополнительное давление в характерных точках:
где – безразмерный коэффициент зависящий от геометрических
параметров фундамента и глубины нахождения точки определяемый по табл. 5.8 [1].
Расчёт осадки ведётся в пределах сжимаемой толщи. Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи (НГСТ):
Если E 7 МПа условие НГСТ: ;
Если E 7 МПа условие НГСТ: .
Рис.6 Схема для расчёта осадки фундамента мелкого заложения
Для расчёта осадки рекомендуется следующая табличная форма:
Таблица 4 Расчёт осадки
Расчёт осадки ведётся методом послойного суммирования:
– дополнительное давление в середине слоя.
Расчёт осадки ведётся из условия что где – предельно допустимая осадка зависящая от конструктивных особенностей надземной части здания.
Условие выполняется следовательно осадка здания находится в пределах допустимых норм.
2 Проектирование песчаной подушки.
К методу улучшения характеристик грунтового основания относится устройство грунтовых подушек (искусственных оснований). Данный вид оснований подразумевает замену слабого слоя на грунт с повышенными физико – механическими характеристиками. К такому грунту относятся пески мелкой и средней крупности песчаная гравийная смесь. Характерной особенностью искусственных оснований устраиваемых использованием песка является высокий модуль деформации. Также в основании сложенном песками отсутствуют силы морозного пучения. Поэтому в регионах с глубиной промерзания более 15 м использование песчаных подушек позволяет уменьшить глубину заложения фундаментов.
При проектировании песчаных подушек основным параметров является выбор её толщины. Целесообразно использовать песчаные подушки мощностью не более 3 м.
Расчёт песчаной подушки сводится к проверке 3 условий:
Рис.7 Схема столбчатого фундамента
Для предварительного подбора подошвы фундамента принимаем расчётное сопротивление песка: . Тогда предварительно площадь подошвы будет равна:
Принимаем размеры подошвы:
Для подошвы определяем расчётное сопротивление песчаной подушки:
Корректируем размеры подошвы фундамента:
Назначаем толщину песчаной подушки:
Вес фундамента и грунта на его обрезах:
Изгибающий момент относительно оси симметрии подошвы фундамента:
Момент сопротивления площади подошвы фундамента:
Подбор размеров песчаной подушки сводится к проверки условия: ;
Тогда максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента будут соответственно равны:
Выполним проверку слабого подстилающего слоя.
Определяем природное и дополнительное давления на подстилающий слой:
– безразмерный коэффициент зависящий от геометрических
Расчётное сопротивление подстилающего слоя определяется для некоторого условного фундамента шириной которая определяется по формуле:
2.1 Расчет осадки фундамента мелкого заложения на искусственном основании
Рис.8 Схема для расчёта осадки фундамента мелкого заложения
Для расчёта осадки рекомендуется следующая табличная форма.
2.2 Подбор размеров подошвы столбчатого фундамента под крайнюю колонну и ленточного фундамента под стену здания
а) подбор размеров подошвы столбчатого фундамента под крайнюю колонну
Принимаем размеры подошвы: b x l = 33 х 39 = 1287 м2.
Принимаем размеры подошвы: b x l = 3 х 36 = 108 м2. Тогда:
Подбор размеров подошвы сводится к проверке условий:
Условия для средней и крайней колонны соблюдаются но данные фундаменты конструктивно не подходят для использования в имеющихся грунтовых условиях.
б) подбор размеров подошвы ленточного фундамента под стену
Так как расчётное сопротивление грунта R мало зависит от ширины фундамента то в данном случае когда глубина заложения подошвы столбчатого фундамента та же что и под колонну принимаем для следующего расчёта
Ширина подошвы фундамента подбирается из условия что давление под подошвой должно быть меньше расчётного сопротивления грунта:
Зададимся b = 27 м. Тогда вес фундамента и грунта на его обрезах:
где – осреднённое значение веса бетона и грунта на обрезах
Давление под подошвой фундамента:
Уточняем расчётное сопротивление подушки по формуле:
Условие соблюдается.
Проектирование свайных фундаментов.
Конструирование свайных фундаментов включает в себя:
Расчёт несущей способности;
Определение глубины заложения ростверка;
Назначение длины сваи;
Вычисление расчётной допускаемой нагрузки;
Определение количества свай под колоннами и шага свай под стенами.
Глубина заложения ростверка определяется в зависимости от наличия подвала и глубины сезонного промерзания грунтов.
Принимается вариант свайных фундаментов с использованием призматических свай сечение 03х03 м. Длина сваи принимается из соображений что остриё свай должно быть погружено в наиболее прочные слои грунта не менее чем на 1 м. В глинистых грунтах –это слои с наименьшем показателем текучести в песчаных грунтах в зависимости от крупности песка. При этом следует учитывать что после забивки свай необходимо срубить голову в пределах 300 мм.
Сваи изготавливают длиной до 13 м с кратностью 1 м. Если требуется длина более 13 м то сваи делают составными.
Рис. 9 Расчётная схема сваи принудительного погружения
Определение несущей способности свай ведём согласно требований СП 24.13330.2016 Свайные фундаменты.
Определение несущей способности призматической сваи которая погружается забивкой или вдавливанием сводится к определению расчётного сопротивления под остриём вдоль боковой поверхности по формуле:
- коэффициент условий работы сваи в грунте принимаемый равным 1;
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа
А - площадь опирания сваи на грунт принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру или по площади сваи-оболочки нетто
U - наружный периметр поперечного сечения ствола сваи;
- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта.
Предельно допускаемая нагрузка с учетом коэффициента запаса:
1 Свайный фундамент под стены
Рис.10 Расчётная схема свайных фундаментов под стену.
Шаг свай под стены здания:
2 Свайные фундаменты под средние колонны
Количество свай определяется по формуле:
где – расчётно-допускаемая нагрузка на сваю;
– расчётная нагрузка на сваю от наземных конструкций;
– безразмерный коэффициент.
Рис.11 Расчётная схема свайного фундамента под среднюю колонну.
Подбор количества свай сводится к проверке условий:
где изгибающий момент относительно оси y;
расстояние от главных центральных осей до оси сваи
рассчитываемой на нагрузку;
расстояние от главных центральных осей каждой сваи в
Вес ростверка грунта на обрез:
Максимальная нагрузка на сваю:
Минимальная нагрузка на сваю:
3 Свайные фундаменты под крайние колонны
Рис. 12 Расчётная схема свайного фундамента под крайнюю колонну.
4 Расчет осадки свайного фундамента
Расчёт осадки свайного фундамента сводится к определению осадки некоторого условного фундамента подошва которого проходит через конец свай а боковые грани через точку пересечения плоскости подошвы линии расположенной под углом
Рис.13 К расчёту осадки свайных фундаментов.
Ширина условного фундамента:
Длина условного фундамента:
Площадь условного фундамента:
Давление под подошвой условного фундамента:
При расчёте осадки с использованием схемы линейно-деформируемого полупространства должно учитываться следующее условие:
где давление под подошвой условного фундамента;
расчётное сопротивление грунта основания.
Расчётное сопротивление грунта основания:
– безразмерные коэффициенты принимаем по таблице 5.5. СП 22.13330.2011 в зависимости от внутреннего угла трения .
Разбиваем грунтовую толщу на слои
Расчёт осадки сводится в табличную форму.
Проектирование свай в пробитых скважинах
Сваи в пробитых скважинах (СПС) устраиваются по технологии фундаментов в вытрамбованных котлованах. Проектирование СПС начинается с назначения длины сваи. Рекомендуется в качестве основного несущего слоя использовать грунты с наименьшим показателем текучести или наиболее крупные пески. В проекте принимаются СПС с диаметром ствола 03-08 м длиной 3-8 м.
Конструктивно принимаем диаметр .
Находим несущую способность сваи по формуле:
где – коэффициент условий работы сваи в грунте;
1 Сваи в пробитых скважинах под стены
Расчетная нагрузка на фундамент под стены:
Шаг свай определяем из выражения:
Рекомендуемая высота ростверка 05 м. Задаемся шириной ростверка 06 м тогда:
При конструировании свайных фундаментов расстояние между осями свай должно быть в данном случае .
Окончательно принимаем ростверк шириной длиной
Рис.15 СПС под стены здания
2 Сваи в пробитых скважинах под средние колонны
Рис. 16 СПС под средние колонны
3 Сваи в пробитых скважинах под крайние колонны
Количество свай под крайнюю колонну:
Рис.17 СПС под средние колонны
4.Расчёт осадки СПС.
Расчёт осадки СПС ведётся с учётом расчётной нагрузки на сваю с коэффициентом перегрузки который равен 1.
Расчёт осадки СПС сводится к расчёту осадки одиночной сваи.
При расчёте осадки СПС учитывается эффект уплотнения грунтового основания который выражен в формировании зон уплотнения с модулем деформации 15 МПа.
Расчёт осадки СПС ведётся с использованием расчётной схемы грунтового основания в виде линейно деформированного полупространства. При этом осадка определяется методом послойного суммирования деформируемых слоёв в пределах активной зоны сжатия грунтового основания.
Расчёт осадки СПС аналогичен расчёту осадки фундамента мелкого заложения на естественном основании сводится к расчёту некоторого условного фундамента с круглой подошвой соответствующего диаметра уширения глубины в уровне уширения.
Отличие заключается в эффекте грунта под уширение.
Рис.18 К расчёту осадки СПС.
Прежде чем выполнять расчёт осадки нужно проверить следующее условие:
- нагрузка на одну сваю которая определяется по формуле:
Условие выполняется.
Давление под подошвой под основание свай:
Разбиваем грунтовую толщу на слои .
Условие выполняется.
Расчёт стоимости устройства фундамента.
Критерием сравнительной экономической эффективности является минимум приведённых затрат которые определяются с учётом себестоимости работ и капитальных вложений в базу строительства трудоёмкости продолжительности возведения фундаментов и расхода материалов.
Таблица 8 Подсчёт стоимости фундаментов
Фундаменты на естественном основании
Устройство сборных фундаментов
Устройство монолитных фундаментов
Фундамент на естественном основании с песчаной подушкой
Устройство сборных фундаментов
Продолжение таблицы 7
Фундамент из призматических свай
Устройство свайных фундаментов из призматических свай
Устройство монолитного ростверка
Устройство СПС с учётом общего объёма бетона и щебня
Вывод: для данного промышленного здания в заданных грунтовых условиях наиболее экономически эффективны сваи в пробитых скважинах (СПС) с минимальной стоимостью.
СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. Минрегион России 2011 г.
Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов: учеб. пособие В.А. Веселов. - М.: Стройиздат 1990.
СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85. Минрегион России 2011 г.
СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. 7. Справочник проектировщика. Основания фундаменты и подземные сооружения [Текст] под ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. - М.: Стройиздат 1985.
Чичкин А.Ф. Кузнецов А.Н. Хрянина О.В. Расчет оснований и проектирование фундаментов. Учебное пособие к практическим занятиям. Пенза ПГУАС 2012.
Крутов В.И. Проектирование и устройство свайных фундаментов и упрочненных оснований из набивных свай в пробитых скважинах: практическое пособие В.И. Крутов В.К. Когай И.К. Попсуенко В.С. Глухов И.С. Арутюнов; под общей редакцией д.т.н. проф. В.И. Крутова. - Пенза: ПГУАС 2011.-100 с.

сваи в пробитых скважинах лист 5 (поставить отметки ).dwg

Основания и фундаменты
Фундаменты промышленного здания
Сваи в пробитых скважинах
За отметку 0.000 принимается отметка чистого пола 1-го этажа 2. Расчетно-допускаемая нагрузка на сваю Nр.д=1602 кН 3. При устройстве ростверков используется бетон В20 W6 4. Подготовку под ростверк выполнять из бетона В7.5 5. На завершающем этапе формирования уширения из щебня выполнить динамический контроль определения "отказа". За величину "отказа" принимается перемещение трамбовки на 6 мм от сбрасывания последней с высоты 1
м. При большем значении "отказа" следует втрамбовать дополнительный объем щебня.

свайный фундамент лист4, фундамент на мелком заложении лист3.dwg

Основания и фундаменты
Фундаменты промышленного здания
Свайный фундамент под стены
Свайный фундамент под средние
Свайный фундамент под крайние
За отметку 0.000 принимается отметка чистого пола 1-го этажа 2. Расчетно-допускаемая нагрузка на сваю Nр.д.=939 кН 3. При устройстве ростверков используется бетон В20 W6 4. Подготовку под ростверк выполнять из бетона В7.5 5. По мере завершения забивки свай выполнить зачистку и уплотнение основного грунта в пределах пятна бетонной подготовки 6. Проектом предусмотренно проведение испытания свай динамической нагрузкой для подтверждения несущей способности сваи. Испытания проводятся для четырех свай. Величина "отказа" принята 5 мм для молота с массой ударной части 3т при сбрасывании с высоты 1 м
Фундамент мелкого заложения
За отметку 0.000 принимается отметка чистого пола 1-го этажа 2. Площадка строительства представлена: ИГЭ-1 почвенно- растительный слой мощностью 0
м; ИГЭ-2 глина мощностью 3
м; ИГЭ-3 супесь мощностью 5 м; ИГЭ-4 песок крупный мощностью 10 м; 3. Глубина заложения фундамента принята из условия экплуатации подошвы в ИГЭ-2. Расчётное сопротивление R=199
кПа 4. При устройстве монолитных жб фундаментов используется бетон В20 W6 5. Подготовку под фундаменты мелкого заложения выполнять из бетона В7.5

План фундаментов.Ф-т мелкого заложения на искусственном основании лист 1.dwg

За отметку 0.000 принимается отметка чистого пола 1-го этажа 2. Площадка строительства представлена ИГЭ-1 - почвенно-растительный слой мощностью 0
м ИГЭ-2 -глина мощностью 3
м ИГЭ-3 -супесь мощностью 5
м ИГЭ-4 - крупный мощностью 10 м 3. Глубина заложения фундамента принята из условия расположения подошвы в слое глины. Расчетное сопротивление постилающего слоя R=373 кПа. 4. При отрывке котлована учитывается необходимость зачистки дна котлована или уплотнения укаткой. 5. При устройстве монолитных жб фундаментов используется бетон В20 W6 6. Песчаную подушку выполняют отсыпкой песком средней крупности с последующим трамбованием .
Фундаменты мелкого заложения
Сваи в пробитых скважинах (СПС)
Фундамент мелкого заложения
на искусственном основании
Основания и фундаменты
Фундаменты промышленного здания
Фундаменты мелкого заложения на искусственном основании