• RU
  • icon На проверке: 14
Меню

Расчет и проектирование фундамента водонапорной башни, г. Санкт-Петербург

  • Добавлен: 04.11.2022
  • Размер: 2 MB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Курсовой проект - Расчет и проектирование фундамента водонапорной башни, г. Санкт-Петербург

Состав проекта

icon
icon башня.docx
icon башня.dwg

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon башня.docx

Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»
Кафедра «Строительство уникальных зданий и сооружений»
Пояснительная записка к курсовому проекту
«Основания и фундаменты»
Определение расчетных характеристик грунта и расчетных нагрузок3
Сбор нагрузок действующих на фундамент.4
Определение предварительных размеров фундаментов6
1Расчет глубины промерзания грунта6
2Расчет глубины залегания фундаментов по геологическому фактору7
3Выбор глубины фундамента мелкого заложения8
Проектирование фундаментов мелкого заложения8
1Предварительное определение размеров подошвы фундамента8
2Проверка выбранного размера фундамента10
Расчет осадок фундаментов мелкого заложения13
1Расчет оснований по несущей способности16
Проектирование свайных фундаментов17
1Назначение конструкции свайных фундаментов17
2Определение минимальных размеров ростверка17
3Определение размеров свай и их несущей способности17
4Определение количества свай при M=018
5Расстановка свай в плане19
Расчёт осадок свайных фундаментов20
Окончательные сведения:26
Цель данной курсовой работы – проектирование и расчет фундамента водонапорной башни. Работа включает в себя расчет двух видов фундаментов и последующий выбор оптимального варианта по экономическим показателям.
Географический район строительства – г. Санкт-Петербург.
Характеристики грунтов и глубины их залегания представлены в таблице 1.
Песок мелкозернистый
Песок крупнозернистый
Определение расчетных характеристик грунта и расчетных нагрузок
Схема сооружения и мощность слоев представлены на рис. 1.
Расчет основания производится по двум группам предельных состояний:
По несущей способности
Расчет основания по деформациям производится на основное сочетания нагрузок по несущей способности – на особое сочетание а при наличии особых нагрузок и воздействий – на основное и особое сочетание.
При этом расчеты выполняются с использованием расчетных значений характеристик грунтов:
где – нормативное значение данной характеристики – коэффициент надежности по грунту.
Согласно СниП 2.02.01-83 приложение 1 табл.1.3. коэффициент надежности по грунту принимается равным:
а) в расчётах основания по деформациям ;
б) в расчётах по несущей способности:
-для коэффициента внутреннего трения (песчаные грунты) (пылевато-глинистые грунты)
Расчётные характеристики грунтов:
Сбор нагрузок действующих на фундамент.
Сбор нагрузок проводится на уровне обреза фундамента. В таблице 2 приведены расчет и полученные значения нагрузок.
Характер и наименова-ние нагрузки элемента конструкции
Формула подсчёта нагрузки числовое значение
Нормативное значение нагрузки
Расчётное значение нагрузки
длительные 1. Вес воды в баке
Продолжение таблицы 1
Для расчёта осадок одиночного фундамента суммарную вертикальную нагрузку следует разделить на 6 (число колонн):
Определение предварительных размеров фундаментов
Глубина заложения фундамента d зависит от конструктивных особенностей здания (наличия подвалов коммуникаций и ввода трубопроводов) глубины промерзания геологических условий наличия грунтовых вод прочности и деформационных свойств грунтов основания наличия имеющихся и строящихся соседних сооружений и др.
1 Расчет глубины промерзания грунта
По заданию в архитектурно-планировочных решениях водонапорной башни отсутствуют подвалы но к данному сооружению подходят коммуникации – трубы водоснабжения электрокабели и другие коммуникации. Поэтому коммуникации необходимо проводить не под конструкциями фундаментов а в промежутки между ними.
Определим нормативную глубину сезонного промерзания грунта. Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания. В данном случае для города Санкт-Петербург: dfn= 1.2 м (определяется по карте сезонного промерзания территории России в СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений стр.81 и приложение 1) – для суглинков и глин.
По геологическому разрезу видно что промерзают грунты представленные слоями мелкозернистого и крупнозернистого песка для которых глубина промерзания больше чем для суглинков и глин и определяется по формуле:
dfn’=1.22·1.2= 1.464 м
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется как df =dfnkn где kn – коэффициент влияния теплового режима сооружения. Водонапорная башня - неотапливаемое сооружение поэтому kn=1.1. Тогда расчетная глубина сезонного промерзания грунта:
Рис. 2. Карта сезонного промерзания территории России для суглинков и глин
2Расчет глубины залегания фундаментов по геологическому фактору
Для грунтов основания данного сооружения характерна схема грунтов основания для г. Санкт-Петербург:
песок мелкозернистый маловлажный
Рис. 3. Схема грунтов основания для г. Санкт-Петербург
Рекомендуемые глубины заложения фундаментов для водонапорной башни:
От 161 до 27 м – для фундаментов мелкого заложения.
От 8м и более – для фундаментов глубокого заложения и свайных фундаментов
3Выбор глубины фундамента мелкого заложения
Т.к. первый два слоя грунта – надежные пески среднезернистые и крупнозернистые общей мощностью 3-4 м то рационально глубину заложения принять равной 1.7 м. Фундаменты заглублены в рабочий слой не менее чем 10 см.
Учёт влияния грунтовых вод заданием не предусмотрено.
Таким образом. предварительная глубина заложения фундаментов: d=170 см.
Проектирование фундаментов мелкого заложения
1Предварительное определение размеров подошвы фундамента
Площадь фундамента определяется из условия P≤R где Р – среднее давление под подошвой фундамента R – расчетное сопротивление грунта основания. Площадь фундамента определяется по формуле:
γВ=1000кгм3=1тсм3 – удельный вес воды
γср=средний удельный вес фундамента и грунта на ступенях принимаем равным 2100кгм3=21тм3
df=2.1 м – глубина заложения фундамента.
hB=0 – превышение поверхности грунтовых вод над уровнем подошвы фундамента.
Прямоугольный фундамент (b х ) - поскольку А = b х вводят дополнительно коэффициент b принимая равным соотношению сторон поперечного сечения опорной конструкции (колонны стойки)
Так как к >13 принимем =13.
Соответственно зависимость (2) записывается в виде:
Для практического применения это уравнение записываем в виде удобном для расчетов:
Расчетное сопротивление грунта основания определяется по формуле:
где коэффициент условия работы грунтового основания
коэффициент условия работы сооружения во взаимодействии с основанием
и определяются по табл.3 стр.10 СНиП 2.02.0183* Основания зданий и сооружений.
коэффициент принимаемый равным 1 если прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственными испытаниями
коэффициент зависящий от ширины подошвы фундамента
и безразмерные коэффициенты принимаемые в зависимости от по табл.4 стр.11 СНиП 2.02.0183*
расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента
осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента
осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента (до = 05) . Эти два значения рассчитываются по формуле:
Выше подошвы фундамента залегают два слоя песков: с удельными весами и мощностью соответственно . Найдем их осредненный удельный вес по формуле:
Под подошвой при этом рассматривается слой мощностью 05. Примем приблизительно слой в 1 м который представляет собой слой песка крупнозернистого. Тогда тм3
Таким образом левая часть равенства (3) зависит от b так же как и правая часть – R является функцией ширины фундамента b. Тогда
b определяем решая уравнение на компьютере (EXCEL MathCAD и пр.) или графически (рис.7). Последовательность действий такова сначала конструктивно задаемся шириной фундамента – b (например 1м 2м 3м). Затем в левой части уравнения (3) находим р а в правой части вычисляем R. Расчеты удобно вести в табличной форме например:
Рис. 4. Графическое представление уравнений.
По точке пересечения графиков определяем требуемый размер фундамента мелкого заложения. Принятые предварительно размеры фундамента: b=1.5м h=1.95м.
Тогда расчетное сопротивление грунта основания равно:
Среднее давление грунта под подошвой фундамента:
2Проверка выбранного размера фундамента
Осуществим три проверки подобранного фундамента:
Рис. 5. Расчетная схема для определения Pmax и Pmin
): – условие выполняется.
)Pmax≤12R – под краями фундамента
)Pmax≤15R – в угловых точках фундамента.
Наглядно изобразим места проверок на рис. 5.
Горизонтальная нагрузка создает момент относительно оси y который определяется по следующей формуле:
где и – горизонтальные силы действующие на бак и помещение насосной станции соответственно тс;
и – плечи сил и относительно подошвы фундамента м;
Рис. 6. Схема действия горизонтальных сил
Максимальное давление при котором еще не происходит отрыва подошвы фундамента от основания вычисляется по следующей формуле:
Iy – момент инерции фундаментов под всеми колоннами относительно оси у м4;
Iy вычисляется по следующей формуле:
Найдем момент инерции одного из четырех равноудаленных от оси y фундаментов.
Рис. 7. Определение момента инерции одного из четырех ближайших к оси у фундаментов
По теореме Гюйгенса-Штейнера определяем:
где – момент инерции фундамента относительно оси параллельной оси у – площадь фундамента (заменяет массу в теореме) – расстояние от оси у до параллельной оси.
Момент инерции фундамента относительно параллельной оси определим с учетом поворота главных осей инерции фундамента. Для этого определим главные моменты инерции фундамента:
Оси повернуты на угол α=30°. Тогда
Аналогично определим момент инерции у оставшихся двух фундаментов:
Момент инерции всех шести фундаментов равен:
где приведенный уд.вес фундамента и грунта на его уступах.
d – глубина заложения фундамента;
– проверка пройдена.
Расчет осадок фундаментов мелкого заложения
Выполнен расчет средней осадки под опорами №1 и №4.
Расчёт осадки фундамента производится на основе модели линейно деформируемой среды методом послойного суммирования. Расчёт выполняется по следующей формуле:
где — безразмерный коэффициент равный 08;
n—число слоев на которые разбита сжимаемая толща
Вертикальное давление на основание определяется по следующей формуле;
где Р—давление по подошве фундамента тcм2;
Fh —нагрузка приходящаяся на одну колонну тс;
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента по
вертикали проходящей через центр подошвы фундамент определяется следующим образом:
где —коэффициент принимаемый по табл. 1 приложения 2 СНиП 2.02.021-83* в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон фундамента и относительной глубины
- удельный вес грунта залегающего выше подошвы фундамента тсм3 ;
d - глубина заложения фундамента м.
Необходимо задаться рядом значений и для них высчитать значение . Расчет ведется в табличной форме.
Далее расчёт ведётся для выбранной фундаментной плиты. Выбирается крайняя левая плита №1. Для нее производится описанный ниже расчет.
Необходимо определить zg – вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта: zg=γII’d+ γIIz – сумма напряжений от собственного веса грунта обратной засыпки и веса грунта от подошвы до расчётного слоя (высота расчётного слоя h zg2=19×25+208×9=2347 тсм2 – при z=5 м.
В точке пересечения определяем глубину сжатой зоны грунта Hc= 6.18 м.
Рис. 8. Схема для определения осадки фундамента №1
Полученное значение осадки меньше предельно допустимого (20 см).
Далее описанные выше действия повторяются для 4-той плиты.
Рис. 9. Схема для определения осадки фундамента №4
Крен сооружения определяется следующим образом:
Полученное значение крена меньше предельно допустимого.
1Расчет оснований по несущей способности
Целью расчета является обеспечение прочности и устойчивости оснований а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Расчет производится исходя из условия:
F-расчетная нагрузка на основание (на уровне подошвы фундамента);
- сила предельного сопротивления грунта основания;
– коэффициент условий работы принимаемый для крупнозернистого песка: ;
– коэффициент надежности по назначению сооружения ( для зданий и сооружений II класса).
N1п=NI +Q=236.5+1536=25186 тс
—безразмерные коэффициенты принимаемые по табл. 7 СНиП 2.02.021-83*:
d- глубина залегания фундамента;
– коэффициенты формы фундамента:
Условие расчёта основания по несущей способности выполнено.
Осадка на всех опорах и относительная неравномерность осадок между всеми опорами не превышает предельных значений фундаменты мелкого заложения устанавливать можно.
Проектирование свайных фундаментов
1Назначение конструкции свайных фундаментов
Для расчетов принимаем сваи со следующими характеристиками:
- Размеры 65х06х06 м;
- Жесткой заделки с глубиной заделки равной 0.3м;
- Тип ростверка: низкий;
- Глубина заложения ростверка 25 м.
2Определение минимальных размеров ростверка
Размеры ростверка зависят от размеров колон опирающихся на ростверк. По эскизным расчетам принят квадратный в плане ростверк со стороной 2.7 м.
3Определение размеров свай и их несущей способности
Расчет несущей способности свай определяется в соответствии со СНиП 2.02.03-85 по следующей формуле:
- коэффициент условий работы сваи в грунте принимаемый равным 1
=477тсм2 расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи принимаемый по приложению 3 СНиП
площадь опирания сваи на грунт А=dcв2=(0.6м)2=036м2
u- наружный периметр поперечного сечения сваи u=4*dcв=4*0.6м=2.4м
f1 - расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи принимаемое по табл.2 тсм2
- коэффициенты условий работы грунта под нижним концом сваи принимаются равными 10
- толщина i-ого слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи м.
Результаты расчета заносятся в таблицу 7.
Рис. 10 Схема расположения сваи в грунте
Расчетная нагрузка на сваю определяется по следующей формуле:
где – коэффициент надежности принимается равным 1.4 отсюда:
4Определение количества свай при M=0
Необходимое количество свай под одной опорой определяется по следующей формуле:
где – суммарная нагрузка приходящаяся на свайный куст тс;
Где G – вес ростверка тс;
Принимаем n=4 с учетом эскизных расчетов.
5Расстановка свай в плане
Так как расстояние в плане между сваями и расстояние от крайней сваи до края ростверка должны быть: т.е. и Примем и .
Получаем новые размеры ростверка:
Необходимо проверить полученный фундамент на ветровую нагрузку. Момент действующий на сваю будет равен:
My=Tk*ak+TH* aн = 16.46*400+6.64*2875=8493 тсм.
Расчет нагрузки на самую удаленную сваю определяется по следующей формуле:
Условие выполняется.
Рис. 11 Схема расположения свай в плане
Расчёт осадок свайных фундаментов
Для определения осадки свайного фундамента необходимо определить размеры условного фундамента. Для этого определяется средневзвешенное значение угла внутреннего трения по оси кружения по следующей формуле:
Где: -угол внутреннего трения
-толщина слоя для сваи крайнего ряда.
Расчет ведется для опоры №1.
Угол передачи сжимающих напряжений в грунте за счет сил трения будет:
Далее от ростверка откладываются прямые под углом до линии проходящей через оголовки свай фундамента. Зная угол можно определить ширину условного фундамента:
где расстояние между гранями соседних свай м;
h —расстояние от подошвы ростверка до линии проходящей через оголовки свай фундамента м.
Рис. 12 Схема расположения условного фундамента под опорой №1
Так как ростверк имеет квадратную форму площадь подошвы условного фундамента может быть вычислена как квадрат его стороны:
Расчёт осадки свайного фундамента производится на основе модели линейно деформируемой среды методом послойного суммирования. Расчёт выполняется по следующей формуле:
где —безразмерный коэффициент равный 08;
—среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в
n—число слоев на которые разбита сжимаемая толща основания.
Вертикальное давление на основание определяется по следующей формуле:
где Р—давление по подошве фундамента тсм2 ;
-нагрузка приходящаяся на одну колонну тс;
- вес условного фундамента тсм2 ;
Для опоры №1 расчет будем производить для значения = 1954 тс.
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента определяются следующим образом:
где —коэффициент принимаемый по табл. 1 приложения 2 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон фундамента и относительной глубины =2
- средневзвешенное значение удельного веса грунта залегающего выше подошвы условного фундамента тсм3;
- глубина заложения условного фундамента =65 м.
Необходимо задаться рядом значений =2zb и для них высчитать значение . Расчёт ведётся в табличной форме:
Далее расчёт ведётся под выбранной опорой.
Выбирается крайняя левая опора - №1. Для нее производится описанный ниже расчёт.
Необходимо построить кривые и 02 используя следующую зависимость:
где —удельный вес слоя грунта тсм3;
—толщина слоя грунта.
Точка пересечения определяет глубину сжатой зоны грунта Hc= 358м.
Рис. 13 Определение осадок под фундаментом № 1
Далее считаем осадку:
Расчет осадки свайного фундамента под опорой №4.
h —расстояние от подошвы ростверка до линии проходящей через оголовки свай м.
Рис. 14 Схема расположения условного фундамента под опорой №4
Для опоры №1 расчет будем производить для значения = 2544 тс.
Выбирается крайняя правая опора - №1. Для нее производится описанный ниже расчёт.
Точка пересечения определяет глубину сжатой зоны грунта Hc= 367м.
Рис. 15 Определение осадок под фундаментом № 4
Крен сооружения определяется по формуле:
Условие выполняется.
Окончательные сведения:
Для свайных фундаментов принята забивная свая С6.5-60.
За грунт опирания под нижним концом сваи принят суглинок (слой №4 ).
Расчетная нагрузка на сваи принята N = 124.9 тс.
Количество свай в фундаменах – 4.
Расчетная осадка фундамента Ф1 составляет S1 = 1.75см; Ф4 – S =1.44см.
В данной работе было рассмотрено два варианта фундаментов: мелкого заложения и свайный фундаменты. В качестве фундаментов мелкого заложения принимаются монолитные отдельностоящие фундаменты из железобетона. Глубина заложения фундаментов 25 м. Необходимые размеры подошвы для наиболее нагруженного фундамента мелкого заложения: 15х195м. Максимальная расчетная осадка фундамента – 793 см.
В качестве альтернативного варианта рассматриваются свайные фундаменты. По способу заглубления выбираем забивные сваи по условию взаимодействия с грунтом – висячие. По форме и конструкции сваи принимаются квадратнопоперечного сечения с заостренным концом. Принимаем сваи: 6060 l=65 м. принимаем фундамент с низким ростверком необходимые размеры подошвы ростверка для наиболее нагруженного фундамента: 27 м 27 м. Максимальная расчетная осадка фундамента – 175 см. Оба вида фундаментов соответствуют требованиям как по несущей способности так и требованиям по совместным деформациям (осадки крены).
Для данного сооружения с нашей точки зрения целесообразно выбрать фундаменты мелкого заложения т.к. они требуют меньшего расхода материала и следовательно дешевле. Окончательно принимаем за основной вариант – фундаменты мелкого заложения.
Список использованной литературы
)СНиП 2.02.01-83. «Основание зданий и сооружений».
)СНиП 2.02.03-85. «Свайные фундаменты».
)Мельников В.А. Основания и фундаменты. Сбор нагрузок на фундаменты. Методические указания. СПб.: Изд-во Политехнического университета 2007.
)Мельников В.А. Основания и фундаменты. Определение глубины заложения фундаментов. Методические указания. СПб.: Изд-во Политехнического университета 2007.
)Мельников В.А. Основания и фундаменты. Фундаменты мелкого заложения: конструкции
определение размеров расчет осадок. Методические указания. СПб.: Изд-во Политехнического университета 2007.
)Мельников В.А. Основания и фундаменты. Свайные фундаменты: инженерно-геологическое обоснование определение размеров расчет осадок: метод. указания. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та 2012.

icon башня.dwg

башня.dwg
ФГАОУ ВО СПбПУ ИСИ СУЗиС
Геологический разрез и схема сооружения М 1:200
Схема сооружения М 1:200
Разрез фундаментов мелкого заложения М 1:100
засыпка из ср.з.песка
Разрез свайных фундаментов М 1:100
подготовка из тощего бетона
План расположения фундаментов мелкого заложения М 1:100
План расположения свайных фундаментов М 1:100
Разрез котлована М 1:100
План котлована М 1:100
Условные обозначения
песок мелкозернистый
песок крупнозернистый
грунт обратной засыпки
Варианты проектирования фундаментов водонапорной башни

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 9 часов 3 минуты
up Наверх