Проектирование и расчет оснований и фундаментов трёхэтажного промышленного здания

ОиФ.dwg

КР-АГТУ-270102.65 № 071591
-ти этажное общежитие на 161 место
КП-АГТУ-270102.65 № 071591
план этажа на отм. 0
литологические разрезы
СХЕМЫ К РАСЧЁТУ ОСАДКИ ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ ПОД КОЛОННУ Б-2 М 1:50
ФУНДАМЕНТ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ПОД КОЛОННУ Б-2 М 1:50
СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ ПОД КОЛОННУ Б-2 М 1:50
ПЛАН ФУНДАМЕНТОВ М 1:100
СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК М 1:1000
ЛИТОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗРЕЗЫ
М вертикальный 1:100
М горизонтальный 1:100
суглинок мягкопластичный
глина тугопластичная
песок средней плотности

ОиФ.doc

Федеральное агентство по рыболовству
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Астраханский государственный технический университет»
Образовательная деятельность в сфере высшего и дополнительного профессионального образования сертифицирована DQS по ISO 9001
Кафедра Строительство
Пояснительная записка
Проектирование и расчет оснований и фундаментов
трёхэтажного промышленного здания
Руководитель: Шереметов И.М.
Оценка инженерно-геологических условий 4
3.Заключение по площадке 6
4.Геологический разрез .7
Сбор нагрузок на фундамент под колонну Б-2 8
Конструирование фундамента мелкого заложения . 9
1.Определение глубины заложения подошвы фундамента 9
2.Определение размеров подошвы 9
3. Конструирование фундамента 10
4. Определение конечной осадки основания фундамента методом послойного суммирования .11
Конструирование свайного фундамента 15
1.Определение глубины заложения ростверка свайного фундамента 15
2.Определение несущей способности сваи 15
3. Определение осадки основания свайного фундамента .16
Определение стоимости вариантов фундаментов 21
Список использованной литературы 22
Задачей данного проекта является разработка конструкций фундаментов для четырех характерных сечений промышленного здания и расчет оснований по предельным состояниям 2 группы.
Целью данного курсового проекта является установление величины расчетного сопротивления; определение величины нагрузок действующих на фундаменты; расчет выбранных фундаментов и оснований по предельным состояниям; произвести конструирование фундамента мелкого и свайного фундамента.
Построение геологического разреза
Строительство ведется в городе Астрахань. Перед построением геологического разреза решают вопрос о привязке проектируемого сооружения на плане (рисунок 1.1). Начинают построение геологического разреза с ориентировочного решения на плане проектируемого объекта. оценивают условия освещенности объекта направление господствующего ветра в районе строительства (в данном случае – это северозападный ветер) рельеф местности условия изученности района строительства. Так как на плане не указана застройка то следовательно свободная привязка. Окна не обращены на север значит выполняется условие инсоляции помещений.
Первое направление для построения геологического разреза – вдоль оси соединяющий скважины №1 и №2 . Второе направление – вдоль оси соединяющий скважины №2 и №3. Третье направление – вдоль оси соединяющий скважины №3 и №4. Геологический разрез строится с учетом геологических резервов по всем скважинам. Строим геологический разрез в следующих масштабах: вертикальный М100 и горизонтальный М100.
Судя по геологическому разрезу (рисунок 1.2) площадка имеет неспокойный рельеф. Подземные воды залегают на отметке -243м. Отметка планировки -190.
Грунт отобран из скважины №1.
При числе пластичности Ip = 12.5;
Коэффициент пористости e = 041.
Показатель текучести Jl = -068.
Степень влажности Sr=0.33
Рассматриваемый грунт – насыпной слой суглинка коричневого твердого.
Расчетное сопротивление грунта R0=450 кПа (согласно таб. 3 приложения 3 СНиП 2.02.01- 83 "Основания зданий и сооружений")
Грунт отобран из скважины №2.
При числе пластичности Ip = 11.6;
Коэффициент пористости e = 0861.
Показатель текучести Il = -027.
Степень влажности Sr=0.94
Рассматриваемый грунт – Суглинок коричневый твердый просадочный.
Расчетное сопротивление грунта R0=235 кПа (согласно таб. 3 приложения 3 СНиП 2.02.01- 83 "Основания зданий и сооружений")
Грунт отобран из скважины №3.
При числе пластичности Ip = 140;
Коэффициент пористости e = 0781.
Показатель текучести Jl = 1.04.
Степень влажности Sr=0.79
Рассматриваемый грунт – суглинок коричневый твердый.
Расчетное сопротивление грунта R0=180 кПа (согласно таб. 3 приложения 3 СНиП 2.02.01- 83 "Основания зданий и сооружений")
Грунт отобран из скважины №4.
При числе пластичности Jp = 14.0;
Коэффициент пористости e = 0951.
Показатель текучести Jl = 0.01.
Степень влажности Sr=0.84
Рассматриваемый грунт – глина коричневая полутвердая.
Расчетное сопротивление грунта R0=275 кПа (согласно таб. 3 приложения 3 СНиП 2.02.01- 83 "Основания зданий и сооружений")
Грунт отобран из скважины №5.
При числе пластичности Ip = 20.3; грунт относится суглинкам (согласно таб. 11 пособия к СНиП 2.02.01- 83 "Основания зданий и сооружений").
Показатель текучести Jl = -06
Степень влажности Sr=1
Рассматриваемый грунт – песок желтый мелкий плотный насыщенный водой.
Расчетное сопротивление грунта R0=300 кПа (согласно таб. 3 приложения 3 СНиП 2.02.01- 83 "Основания зданий и сооружений")
Сбор нагрузок действующих на фундаменты
Определяем нагрузки на колонну по оси Б-2.
Грузовая площадь А = 80 х 50 = 400 м2
Сбор нагрузок на фундамент колонны
Нормативная нагрузка
Коэффициент надежности по нагрузке f
Расчетная нагрузка кНм2
На единицу площади кНм2
от грузовой площади кН
Кров. ковер (2 сл. унифлекса)
Утеплитель (мин-ват. плита)
Железобетонная колонна на 3х этажах
На чердачное перекрытие
На три междуэтажных перекрытия с учетом понижающего коэффициента
Сбор нагрузок на фундамент под наружную стену
Определяем нагрузки на колонну по оси В-2.
Грузовая площадь А = 40 х 5 = 20 м2
Стены 3х этажей за вычетом оконных проемов
Проектирование фундаментов мелкого заложения в оси Б - 2.
1. Выбор глубины заложения фундаментов.
Принимаем в качестве несущего слоя слой №2 – суглинки. Колонны - железобетонные. Обрез фундамента на отметке –0150 м.
Нормальная глубина сезонного промерзания:
Расчетную глубину промерзания принимаем исходя из геологических особенностей местности .
Тогда глубина заложения фундамента
2.Определение размеров подошвы фундамента
Задаемся соотношением длины подошвы фундамента к его ширине lb = 1.
Определяем площадь фундамента:
где - коэффициент учитывающий меньший вес грунта лежащего на обрезах фундамента по сравнению с удельным весом материала фундамента (принимаем );
R – нормативное значение сопротивления грунта основания (R = 235) кПа;
N – нормативное значение нагрузки на фундамент;
d – глубина заложения фундамента м.
Назначаем размеры подошвы фундамента выполненного из монолитного железобетона . В качестве материала фундамента принимаем бетон класса В15.
Высота фундамента h = 1.2 м глубину стакана назначаем равной 04 м чтобы глубина заделки колонны в фундамент находилась в пределах 1-15hк (hк = 0.35м).
Толщина стенок бетонного армированного стакана принимаем 06 м.
Конструктивно принимаем ст = 75 мм в направлении размера b.
Высоту нижней ступени примем hl = 450 мм.
Расчетное сопротивление грунта:
где γс1 = 1 γс2 = 1- коэффициенты условий работы принимаем по табл. 3[1];
k - коэффициент принимаемый равным 1 та как прочностные характеристики грунта приняты по таблице 2 приложения 1 [1];
Мγ = 038 Мq =255 Мс = 509 коэффициенты принимаемые по табл.4 [3];
kz – коэффициент принимаемый при b 10 м равным 1;
γII - осредненный значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундаментов кНм3;
- осредненный значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента кНм3 ;
сII = 112 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d1 = 135 м – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений.
Принимаем b=2 м. Тогда .
Таким образом размеры подошвы 2 х 2 м (R=1269 кПа).
Среднее давление под подошвой фундамента от расчетных вертикальных усилий:
где - коэффициент учитывающий меньший вес грунта лежащего на обрезах фундамента по сравнению с удельным весом материала фундамента (принимаем ).
- вес грунта на обрезах фундамента (1753кПа);
- вес фундамента (26кПа).
Окончательно принимаем для фундамента под колонну монолитную плиту размером .
4.Определение конечной осадки основания фундамента методом
послойного суммирования.
Расчет оснований производится исходя из условия:
где S – совместная деформация основания и сооружения определяемая расчетом
Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения принимается по [1].
Осадки основания рассчитываются методом послойного суммирования по формуле:
где =08 – безразмерный коэффициент
n – число слоев на которые разбита сжимаемая толща основания.
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границе слоя расположенного на глубине z от подошвы фундамента определяется по формуле:
где - удельный вес грунта расположенного выше подошвы фундамента;
и - удельный вес и толщина
- вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;
dn - глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа.
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента определяются по формуле:
где α – коэффициент принимаемый по табл.1 приложения 2 [1] в зависимости от относительной глубины и отношения сторон прямоугольного фундамента ;
P0 – дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента
Нижняя граница сжимаемой толщи основания до которой производится суммирование осадок принимается на глубине где выполняется условие:
Требование СНиП выполняется.
глубина заложения фундамента
При действии внецентренно приложенной нагрузки форму подошвы фундамента целесообразно назначать в виде прямоугольника. Задаемся соотношением длины подошвы фундамента к его ширине lb = 1.5.
Учитывая что фундамент является внецентренно нагруженным увеличиваем размеры фундамента на 20 %. тогда ориентировочная площадь подошвы фундамента составит .
Толщина стенок бетонного армированного стакана принимаем 08м.
γII - расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундаментов кНм3;
- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундаментов кНм3;
d1 = 23 м – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений.
Таким образом размеры подошвы 2 х 3 м (R=1269 кПа).
- вес грунта на обрезах фундамента (252кПа);
- вес фундамента (366кПа).
Конструирование свайного фундамента в сечении Б - 2
1.Определение глубины заложения ростверка свайного фундамента
По своим физико-механическим характеристикам слой №4 (глины) является более прочным чем слой №3. Поэтому в качестве несущего слоя под нижний конец сваи принимаем слой №4. Заглубление сваи в слой №4 должно быть не менее 1 м.
Принимаем свободное сопряжение ростверка со сваей с глубиной заделки оголовка сваи в ростверк – 50 мм.
Тогда при глубине заложения ростверка d = 1.4 м требуемая длина сваи:
Принимаем сваи сечением 30х30 см длиной 5 м.
2.Определение несущей способности сваи.
Несущая способность сваи определяется по формуле:
где γс=1 – коэффициент условий работы сваи в грунте;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;
А – площадь поперечного сечения сваи равна 009 м2;
U – наружный периметр поперечного сечения сваи;
γCRγcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи.
Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяем по табл.VI.1 приложения VI [3]: R = 5485 кПа (IL=0.1).
По табл. VI.2 приложения VI [3] определяем расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи:
Периметр ствола сваи:
По табл. VI.3 приложения VI [3]:
Несущая способность сваи:
Определяем требуемое количество свай фундамента по формуле:
- коэффициент принимаемый в ленточных фундаментах 75
h – глубина заложения подошвы ростверка (03);
d – сторона поперечного сечения сваи (03);
γ – удельный вес материала ростверка (20 кНм3);
- расчетная нагрузка на фундамент (41916 кН) ;
- расчетная нагрузка на сваю определяемая по формуле
Требуемое количество свай:
При проектировании свайного фундамента количество свай округляется до целого числа в большую сторону таким образом принимаем свайный фундамент на 1м из 1 сваи.
Определим толщину ростверка:
- усилие приходящееся на одну сваю;
- расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.
По конструктивным требованиям высота ростверка должна быть не менее hp=0.05+0.3=0.35м что больше полученной в результате расчета на продавливание следовательно окончательно назначаем высоту ростверка hp =04м.
По конструктивным требованиям расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи следует принимать равным не менее .
Определяем расчетное расстояние между осями свай:
Принимаем расстояние между осями свай равное 095 м n = 105 штп.м.
Производим проверку фактической нагрузки приходящейся на каждую сваю по формуле:
где - вес ростверка кН;
- вес грунта на обрезах ростверка кН;
Проверяем сжимающие напряжения в грунте в плоскости нижних концов свай
где - вес грунта и сваи в объеме условного фундамента кНм3
- площадь подошвы условного фундамента
- расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента кПа
Определяем средне взвешенный угол внутреннего трения:
где φII1φII2φII3 и φII4 – расчетные значения углов внутреннего трения для пройденных
сваей слоев грунта толщиной соответственно d1 d2 d3
H – длина сваи от ростверка до конца острия;
d – высота элементарного слоя грунта.
Ширина условного фундамента
где - длина сваи от ростверка до конца острия.
Вес грунта в объеме АБВГ:
Вес ростверка приходящийся на 1 м фундамента:
Давление под подошвой условного фундамента определяем по формуле:
Найдем осредненный удельный вес грунтов залегающих выше подошвы
условного фундамента:
Найдем осредненный удельный вес грунтов залегающих ниже подошвы
Определяем расчетное сопротивление грунта основания под подошвой условного фундамента :
- условие выполняется следовательно сжимающие напряжения в плоскости нижних концов сваи допустимы.
3.Определение осадки основания свайного фундамента
Расчетные значения осадок определяют методом послойного суммирования.
где - расчетные значения абсолютных и средних осадок м;
- предельные значения абсолютных и средних осадок м.
Расчет для линейно деформируемого слоя производят в следующем порядке:
Найдем вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границах слоев по формуле:
hi – толщина i-того слоя грунта.
На поверхности земли: ;
На границе 1 и 2 слоев: ;
На границе 2 и 3 слоев: ;
На границе 3 и 4 слоев: ;
На контакте двух элементарных
На подошве 4 слоя: ;
Находим значение дополнительного напряжения на уровне подошвы ростверка
где – сжимающие напряжения в грунте в плоскости нижних концов свай;
- вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне острия сваи кПа.
Находим коэффициенты относительной сжимаемости и модули деформации
где – поправочный коэффициент принимаемый для песков и супесей 074
- коэффициент сжимаемости.
Расчет осадки производится от нагрузки так как за время существования грунта осадки под действием собственного веса уже произошли и новую деформацию основания будет вызывать нагрузка превосходящая значение .
Распределение дополнительных напряжений по глубине устанавливают по формуле:
где – коэффициент определяемый по табл. 1 приложения 2 [1] в зависимости от вида фундаментов плане и относительной глубины .
Результаты расчетов сведены в таблицу:
Нижнюю границу сжимаемой толщи определяем графически:
Величину осадки определяем по формуле:
где – корректирующий коэффициент;
- среднее значение дополнительного напряжения в
n - число слоев на которые разбита сжимающая толща.
Требование СНиП выполняется
4 Расчет затухания осадки во времени для сечения Б-2.
Расчет для случая когда уплотняющие напряжения уменьшаются пропорционально глубине то есть эпюра имеет вид прямоугольного треугольника с вершиной внизу. При этом рассматривается только фильтрация отжимаемой воды вверх.
Полную стабилизированную осадку определяем по формуле
где hэ - мощность эквивалентного слоя м;
mvm – средний коэффициент относительной сжимаемости грунта МПа-1;
Определяют мощность эквивалентного слоя по формуле:
где Awm – коэффициент эквивалентного слоя зависящий от коэффициента Пуассона формы подошвы жесткости фундамента принимаемый по табл. 43 [3].
Awm= 238 (для песчаных грунтов);
hэ = 238 × 143 = 34м
Н = 2 hэ = 2 ×34 = 68 м
Определяют средний относительный коэффициент сжимаемости по формуле:
zi – расстояние от середины слоя i-го слоя до глубины 2hэ м.
Найдем осадку по формуле:
Определяем коэффициент консолидации по формуле:
где w – удельный вес воды кНм3;
Кфт – средний коэффициент фильтрации определяемый по формуле
где Н – мощность сжимаемой толщи м;
kфi - коэффициент фильтрации i-го слоя грунта смс.
Вычислим время необходимое для уплотнения грунта до заданной степени по формуле:
Задаемся значениями U и N.
Данные сводим в таблицу.
График затухания осадки во времени
Конструирование свайного фундамента в сечении В - 2
Тогда при FL1= -19.00 и глубине заложения ростверка d = 1.4 м требуемая длина сваи:
Принимаем сваи сечением 30х30 см длиной 6 м.
Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяем по табл.VI.1 приложения VI [3]: R=9250 кПа (IL=0.01).
- расчетная нагрузка на фундамент (4503 кН) ;
По конструктивным требованиям высота ростверка должна быть не менее hp=0.05+0.3=0.35мчто больше полученной в результате расчета на продавливание следовательно окончательно назначаем высоту ростверка hp =04м.
Принимаем расстояние между осями свай равное 16 м n = 063 штп.м.
Вес грунта в объеме АБВГ :
условного фундамента :
Список использованной литературы
СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений Госстрой СССР. М.: Стройиздат 1986. 40 с.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР 1986. 48 с.
Берлинов М.В. Ягупов Б.А. Примеры расчета оснований и фундаментов. М.: Стройиздат 1986. 173 с. ил.
Потапов С.Н. Механика грунтов основания и фундаменты. Методические указания к выполнению курсового проекта. – СГТУ 1992. 27 с.
Далматов Б.И. механика грунтов основания и фундаменты. – 2-е изд. перераб. п доп. – Л.: Стройиздат Ленинградское отд-ние 1988. – 415 с. ил.