Расчет фундаментов мелкого заложения и свайного

курсовой.doc

Оценка климатических инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки.3
1 Определение наименования грунтов по ГОСТ 25100-95.3
2 Определение физико-механических свойств грунтов по СНиП 2.02.01-83*.5
3 Оценка влияния грунтовых вод на выбор типа и конструкции фундамента.6
4 Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов.6
5 Описание геологического разреза. Оценка грунтовых условий строительной площадки. Выбор вариантов фундаментов.7
6 Посадка здания назначения плановых и высотных привязок.7
Расчет и конструирования фундаментов мелкого заложения на естественном основании.8
1 Расчетная глубина промерзания грунтов.8
2 Глубина заложения фундаментов.9
3 Определение плановых размеров фундаментов мелкого заложения по расчетным сечениям из расчетов по II предельному состоянию.10
4 Конструирование фундаментов мелкого заложения.14
5 Расчет осадок фундамента.15
Расчет свайного фундамента.19
1 Выбор типа способа погружения размеров свай и типа ростверка.19
2 Определение несущей способности одиночной сваи.20
3 Определение количества свай и их размещение в свайном фундаменте.21
4 Проверка несущей способности свай в свайном фундаменте (I предельное состояние).24
5 Расчет условного свайного фундамента по расчетному сопротивлению грунта основания (II предельное состояние).25
6 Конструирование свайного фундамента.26
Библиографический список.32
Цель данной курсовой работы – проектирование и расчет фундаментов для жилого 7 этажного здания с несущими продольными стенами из кирпича. Толщина наружных стен: верхних этажей 51 см пяти нижних этажей 64 см толщина внутренних стен 38 см. Перекрытия – сборный железобетонный многопустотный настил. Крыша односкатная совмещенная из сборного железобетонного настила. Размеры в плане 12х756м.
Здание имеет подвал в осях 5-9. Отметка пола подвала – 220 м. Отметка пола первого этажа 000 м на 120 м выше отметки спланированной поверхности земли.
Место строительства – г. Находка. Заданы отметка природного рельефа – 1421 м отметка планировки – 1418 м и отметка уровня грунтовых вод – 1371 м.
Также известны инженерно-геологические условия физические характеристики грунтов и их гранулометрический состав.
В ходе разработки в курсовой работе необходимо рассчитать два типа фундаментов: мелкого заложения и свайный.
В курсовой работе производятся расчеты: определение физико-механических свойств грунтов оценка грунтовых условий строительной площадки. Для фундаментов мелкого заложения проводятся расчеты: выбор вариантов фундаментов и расчет размеров расчет оснований по деформациям расчет осадки. Для свайных фундаментов: выбор вариантов свай габаритов и их шаг проверка несущей способности свай (I п.с.) расчет условного свайного фундамента (II п.с.).
Оценка климатических инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки.
1 Определение наименования грунтов по ГОСТ 25100-95.
Для каждого слоя грунта устанавливают характеристики физического состояния: влажность w плотность плотность твердых частиц грунта удельный вес грунта коэффициент пористости е коэффициент водонасыщености (степень влажности) влажность на границе текучести wL и границе раскатывания wp число пластичности Iр и показатель текучести IL.
Вычисление производится по следующим формулам:
Инженерно-геологические условия
-слой: растительный не классифицируется.
класс – природные дисперсные грунты
подгруппа - осадочные
тип- определяется по числу пластичности:
- глина так как 17 ≤ Iр ≤ 27 включительно; разновидность – определяется по показателю текучести:
- глина тугопластичная так как 025 ≤ IL ≤ 050 включительно.
коэффициент пористости:
Вывод: грунт второго слоя глина тугопластичная.
- суглинок так как 7 ≤ Iр ≤ 17 включительно; разновидность – определяется по показателю текучести:
- суглинок мягкопластичный так как 05 ≤ IL ≤ 075 включительно.
Вывод: грунт третьего слоя суглинок мягпластичный.
подгруппа - осадочный
тип- минеральные силикатные
По гранулированному составу: Песок - крупный
вид – определяется по коэффициенту пористости:
- песок плотный т.к е ≤055.
разновидность – определяется по степени влажности:
Вывод: грунт четвертого слоя песок крупный плотный насыщенный водой.
2 Определение физико-механических свойств грунтов по
Физико-механические характеристики грунтов
Название грунта по ГОСТ 25100-95
Физические характеристики
Механические характеристики
Глина тугопластичная
Суглинок мягкопластичный
Песок крупный плотный насыщенный водой
3 Оценка влияния грунтовых вод на выбор типа и конструкции фундамента.
Грунтовые воды протекают в толще четвертого слоя который представляет собой песок крупный плотный насыщенный водой. Уровень грунтовых вод проходит на отметке WL = 1371 м. Расстояние от поверхности до воды dw = 1418 – 1371 = 47 м. Подземная часть здания не доходит до грунтовых вод более чем на 1м поэтому их влияние на конструкции не учитывается.
4 Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов.
На глубину заложения фундамента влияют основные климатические факторы такие как промерзание - оттаивание грунтов. Глубина заложения фундамента из условия промерзания грунтов назначается в зависимости от их вида. В таких грунтах где при промерзании наблюдается морозное пучение - увеличение объема нельзя закладывать фундаменты выше глубины промерзания.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается - равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов на открытой оголённой от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.
Нормативную глубину сезонного промерзания грунта dfn м при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов где глубина промерзания не превышает 25 м ее нормативное значение допускается определять по формуле СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»:
где Mt - безразмерный коэффициент численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе принимаемых по СНиП по строительной климатологии и геофизике а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции находящейся в аналогичных условиях с районом строительства; d0 - величина принимаемая равной 023 м для суглинков и глин.
Место строительства г. Находка Приморского края.
Зимние температуры в холодные месяцы равны оС.
5 Описание геологического разреза. Оценка грунтовых условий строительной площадки. Выбор вариантов фундаментов.
Строительная площадка имеет спокойный рельеф с абсолютной отметкой 1418 м. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием слоев. Наблюдается согласное залегание пластов с малым уклоном (i = l-2%).
С поверхности залегает растителный слой мощностью 03 м.
Под ним залегает слой глина тугопластичная мощностью 15 м.
Глина подстилается суглинком мягпластичным мощностью 21 м.
Песок крупный плотный насыщенный водой мощностью 108 м.
Грунтовые воды залегают на абсолютной отметке 1371 м т.е. на глубине 59 м от поверхности и принадлежат к четвертому слою что не будет влиять на устройство оснований и фундаментов.
Послойная оценка грунтов:
-слой - растителный - не может служить естественным основанием.
-слой - глина тугопластичная. Модуль деформации Е = 135 МПа указывает на то что данный слой является средним естественным основанием.
-слой – суглинок мягкопластичный. По модулю деформации Е = 92 МПа среднесжимаемый и может служить средним естественным основанием.
-слой – песок крупный плотный насыщенный водой. По модулю деформации
Е = 41 МПа малосжимаемый надежное естественное основание.
Проектируемые фундаменты как с подвалом так и без него попадают во второй слой поэтому нет необходимости учитывать разность осадок фундаментов в разных частях зданий.
Слой на который опираются все фундаменты (второй) является средним естественным основанием поэтому нет необходимости проведения мероприятий по его укреплению.
Грунтовые воды проходят ниже отметки промерзания грунта на 453 метра поэтому нет опасности усиления морозного пучения.
6 Посадка здания назначения плановых и высотных привязок.
За отметку планировки принимаем спланированную отметку поверхности земли с абсолютной отметкой 1418 м что соответствует относительной отметке -12 м.
Расчет и конструирования фундаментов мелкого заложения на естественном основании.
1 Расчетная глубина промерзания грунтов.
Глубина заложения фундаментов назначается в результате совместного рассмотрения инженерно-геологических условий строительной площадки конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий и сооружений величины и характера нагрузки на основание.
По инженерно-геологическим условиям глубина заложения фундаментов назначается в соответствии с особенностями напластования и свойствами отдельных пластов грунта глубиной сезонного промерзания и оттаивания грунтов уровнем подземных вод и его колебанием рельефом строительной площадки.
Глубина заложения фундамента из условия промерзания грунтов назначается в зависимости от их вида состояния начальной влажности и уровня подземных вод в период промерзания. При промерзании грунты увеличиваются в объеме в них развиваются силы морозного пучения которые в отдельных грунтах могут превысить давления по подошве фундамента и быть причиной деформации зданий и сооружений.
Различают нормативную dfn и расчетную df глубину промерзания грунтов.
Расчетная глубина промерзания:
kh - коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунтов у наружных фундаментов (kh = 05 при t = 5 C для зданий с подвалом и техническим подпольем kh = 1 при t = 15 C для зданий без подвала с полами по утепленному цокольному перекрытию)
2 Глубина заложения фундаментов.
Напластование грунтов на каждой площадке сугубо индивидуально. При выборе типа и глубины заложения опорных частей фундаментов проектируемого сооружения следует вначале оценить прочность и сжимаемость слоев грунта по данным инженерно-геологических изысканий.
Глубина заложения фундамента из условия промерзания фунтов назначается в зависимости от их вида состояния начальной влажности и уровня подземных вод в период промерзания. При промерзании грунты увеличиваются в объеме в них развиваются силы морозного пучения которые в отдельных грунтах могут превысить давления по подошве фундамента и быть причинной деформации зданий и сооружений.
Глубину заложения наружных и внутренних фундаментов отапливаемых сооружений с холодными подвалами и техническими подпольями принимают
по табл. 2 [1] с учетом уровня подземных вод dw.
В нашем случае dw=59 м
Проверяем условия: dw≤ df + 2; или dw> df + 2;
> 0685 + 2 > 2685 (с подвалом)
> 137 + 2 > 337 (без подвала)
Следовательно значение глубины фундамента зависит от df.
3 Определение плановых размеров фундаментов мелкого заложения по расчетным сечениям из расчетов по II предельному состоянию.
Размеры подошвы фундаментов подбираются по формулам сопротивления материалов для внецентренного и центрального сжатия от действия расчетных нагрузок.
Среднее давление по подошве фундамента ( рII к Па) для расчета оснований по 2-ой группе предельных состояний определяется по формуле:
No II- внешняя расчетная нагрузка на обрезе фундамента кН
Nf II- расчетная нагрузка от веса фундамента кН
Nd II - расчетная нагрузка от веса грунта и пола подвала лежащих на уступах фундамента кН
А-площадь подошвы фундамента равная (b*1)м2 для ленточных фундаментов.
γmt- средний удельный вес грунта (γmt=20 кНм3)
При расчете нескальных грунтов давление по подошве фундамента не должно превышать условную критическую нагрузку:
R – расчетное сопротивление грунта основания рассчитывается по формуле учитывающей совместную работу сооружения и основания и коэффициенты надежности.
где - коэффициенты условий работы принимаемые по СНиП [1] т.3
k = 11 - т.к. прочностные характеристики грунта (с и j) приняты по таблицам СНиП. [1].
Mγ Mq Mc - коэффициент принимаемые по табл. 4 СНиП [1].
kz - коэффициент принимаемый равный b10м - kz = 1
b - ширина подошвы фундамента.
- осредненное расчетное значение удельного веса грунта залегающего ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) кНм3.
- то же залегающее выше подошвы.
- расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего под подошвой фундамента кПа.
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола пола определяется по формуле:
где hs - толщина слоя грунта выше подошвы со стороны подвала м;
hcf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала кНм3;
gcf – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала м;
db - глубина подвала расстояние от уровня планировки до пола подвала м (для сооружений с подвалом шириной В≤20 м и глубина свыше 2м принимается db=2м)
Определение плановых размеров фундаментов мелкого заложения по расчетным сечениям из расчетов по II предельному состоянию под наружную стену по оси «А» в осях 1-5 без подвала.
Грунт на который опирается фундамент – суглинок мягкопластичный.
Расчет ведется по II группе предельных состояний
Нагрузка по обрезу: NoII = ( 2850 + 20 ) = 305 кНм
Характеристики грунта:
cn = 172 ; φno = 166 ; γII = 188 кНм3 γII`= 183 кНм3
γmt=20 кНм3 d = 217 м
Расчетное сопротивление:
Mγ = 039; Mq = 257; Mc = 515; ;
Так как метод подбора размеров фундамента графо-аналитический строим графики зависимости P(b)и R(b)
b = 2 м каталог ФЛ 20.12
Определение плановых размеров фундаментов мелкого заложения по расчетным сечениям из расчетов по II предельному состоянию под внутреннюю стену по оси «Б» в осях 5-9 с подвала.
Нагрузка по обрезу: NoII = ( 367+44 ) = 411 кНм
cn = 40 ; φno = 15 ; γII = 188 кНм3 γII`= 188 кНм3
γmt=20 кНм3 d = 2385 м
Mγ = 032; Mq = 230; Mc = 484
Так как метод подбора размеров фундамента графо-аналитический- строим графики зависимости P(b)и R(b)
b = 16 м каталог ФЛ 16.12
4 Конструирование фундаментов мелкого заложения.
Принимаем железобетонные плиты для ленточных фундаментов ФЛ 20.12 шириной 2000 мм длинной 1180 мм и высотой 500 мм. Объем бетона 0975 м3 и масса плиты 254 тонны.
Стеновые блоки для ленточных фундаментов ФБС 12.5.6 длиной 1180 мм шириной 500 мм. и высотой 580 мм. Объем бетонного блока 033 м3 и масса блока 079 тонны.
Для внутренних стен принимаем железобетонные плиты для ленточных фундаментов ФЛ 16.12 шириной 1600 мм длинной 1180 мм и высотой 300 мм. Объем бетона 0486 м3 и масса плиты 126 тонны.
Грунтовые воды находятся ниже уровня конструкции пола подвала более чем 1 метр.
Гидроизоляцию используют рулонного типа наклеивают по выровненной штукатуркой наружным поверхностям стен и предохраняют от механических повреждений стенкой из кирпича. Зазор между изоляцией и стенкой заполняют жидким цементным раствором.
5 Расчет осадок фундамента.
Осадка оснований S с использованием расчетной схемы линейно-деформируемоей среды определяется методом послойного суммирования. Метод основан на том что осадка основания фундамента по центральной оси подошвы определяется как сумма осадок отдельных слоев грунта на которые разбивается сжимаемая толща в пределах каждого геологического слоя. Мощность каждого из слоев рекомендуется принимать hi = 0.4b где b -ширина подошвы фундамента.
где - безразмерный коэффициент = 08
zpi - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения на верхней и нижней границах слоя по вертикали проведенной через центр подошвы фундамента.
hi и Ei - соответственно толщина и модуль деформации i-ro слоя грунта.
n - число слоев на которые разбита сжимаемая толщина основания.
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента: zp по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента определяются по формуле:
где а - коэффициент принимаемый по табл.1 в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины равной: = 2zb
p0 = p - zq0 - дополнительное вертикальное давление на основание
p - среднее давление под подошвой фундамента;
zq0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта
γi и Hi - удельный вес и толщина i-ого слоя грунта.
Проверяем наиболее опасное сечение с шириной подушки фундамента 2 м.
Строим эпюру напряжений от собственного веса грунта.
zg2 = 16 · 03 = 48 кПа
zg3 = 188 · 15 + 48 = 33 кПа
zg4 = 183 · 21 + 33 = 7143 кПа
zg5 = 203 · 11 + 7143 = 9376 кПа
zg6 = 9376 + 10 · 97 = 19076 кПа
zg0 = zg3 + 08 · 183 = 4764 кПа
Строим эпюру напряжений от фундамента по формуле:
р0 = 2128 – 4764 = 16516 кПа
Значения напряжений приведены в таблице 3.
Определение сжимающей толщи грунта.
Строим эпюру zp = 02·zg
Сжимаемую толщу основания определяем графически - в точке пересечения
графиков f(02·zg0) и f(zp)
Расчетная схема осадки.
Исходя из расчетной схемы осадки (рис.) видно что 02·zg эпюра напряжения от грунта пересекается с эпюрой напряжения фундамента zp пересекутся на водоупорном грунте. Осадка не превышает допустимые 10 см.
Расчет свайного фундамента.
1 Выбор типа способа погружения размеров свай и типа ростверка.
Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Сваи передают нагрузку от сооружения на прочные грунты а ростверки предназначены для распределения нагрузки между сваями от несущих конструкций сооружения. В работе применяются ростверки заглубленные в грунт.
По характеру работы принимаются висячие сваи. Такие сваи воспринимают нагрузку за счет сопротивления грунта по боковой поверхности и острию сваи так как они погружены в сжимаемые грунты и имеют перемещения.
По характеру устройства - забивные сваи.
Сваи железобетонные квадратного сечения диаметром 30см.
Принимаем в качестве несущего слоя песок крупный плотный насыщенный водой в который заделываем сваю на глубину 1 м.
2 Определение несущей способности одиночной сваи.
- коэффициент условия работы сваи в грунте;
- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (7000);
- площадь поперечного сечения сваи (009 м2);
- наружный периметр поперечного сечения сваи (12 м);
- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним
концом сваи и учитывающий влияние способа погружения на
расчетное сопротивление грунта;
- расчетное сопротивление
Расчетная нагрузка на сваю по грунту определяется:
- коэффициент надежности по нагрузке.
Определение несущей способности и расчетной нагрузки для сваи длиной 5 м.
Считаем несущую способность сваи Fd.
3 Определение количества свай и их размещение в свайном фундаменте.
Число свай определятся по формуле:
NоI – расчетная нагрузка на фундамент в уровне поверхности земли
Nc - принятая расчетная нагрузка
α - коэффициент зависящий от вида свайного фундамента
α = 75 - для «ленты»
d - размер стороны сечения сваи = 03 м
hp - высота ростверка от уровня планировки до подошвы
γмt - (20 кНм3) - осредненный удельный вес материала ростверка и грунта на уступах.
γс = 11 - коэффициент надежности.
Расчет количества свай под наружную стену без подвала по оси «А» в осях 1-5.
nc = 057 на один погонный метр.
Расчетное расстояние между осями свай по длине стены:
Оптимальный шаг для свай должен входить в пределы 3d ≤ tопт ≤ 6d.
Принимаем однорядное расположение свайного фундамента с шагом равным t = 175м. Находим свесы ростверка по следующей формуле:
Принимаем ширину свеса равной со = 11см.
Находим ширину ростверка по формуле:
Принимаем ширину ростверка равной 06 м так как минимальная ширина фундаментного блока равна 06 м. исходя из конструктивного решения.
Схема расположения свай под наружную стену без подвала по оси «А» в осях 1-5.
Расчет количества свай под внутреннюю стену с подвала по оси «Б» в осях 5-9.
nc = 077 на один погонный метр.
Принимаем однорядное расположение свайного фундамента с шагом равным t = 125м. Находим свесы ростверка по следующей формуле:
Схема расположения свай под внутреннюю стену с подвала по оси «Б» в осях 5-9.
4 Проверка несущей способности свай в свайном фундаменте
(I предельное состояние).
Исходя из I-го предельного состояния должно выполняться следующее условие:
где NoI - расчетная нагрузка на фундамент в уровне поверхности земли
QgI - вес грунта на уступах ростверка = 0.
QpI - вес ростверка с учетом коэффициента γ=11
Условие ; не выполняется.
Для выполнения условия изменяем шаг свай с t =175 м. до t = 16 м при этом изменяется nc = 057 м до nc = 0625 м.
Получаем следующие :
Данное условие удовлетворяется. Принимаем шаг свай t = 16 м.
5 Расчет условного свайного фундамента по расчетному сопротивлению грунта основания (II предельное состояние).
Основание условного свайного фундамента должно удовлетворять требованиям II группы предельных состояний. Среднее давление по подошве р не должно превышать расчетного сопротивления грунта а осадки - допустимых значений.
Среднее давление по подошве условного фундамента от центрально приложенной нагрузки определяют от действия расчетных нагрузок применительно ко II группе предельных состояний с коэффициентом надежности γf=1 по формуле:
NoII – расчетная нагрузка на уровне спланированной отметки земли
QpII – вес ростверка и подземных конструкций
QгрII- вес грунта условного фундамента
А усл – площадь условного фундамента
Рассчитаем среднее значение угла внутреннего трения грунта для отдельных слоев толщиной Нi м.
= 15о; = 166о ; = 403о;
H2 = 15; H3 = 21; H4 = 108;
Расчет среднего удельного веса грунта γср:
Расчетное сопротивление грунта основания R вычисляется по формуле:
условие выполняется.
Схема условного фундамента.
6 Конструирование свайного фундамента.
Сваи марки С 5-30 располагаются по всем осям здания и забиваются из расчета с шагом 16 м под ленточный фундамент. Несущая способность одной сваи Nc = 64553 кН.
Сваи объединяются монолитным ростверком сечением 600×300 мм. В ростверк сваи заделываются на 100 мм.
В данном курсовом проекте разработано два варианта фундаментов: мелкого заложения и свайный. Для данной строительной площадки грунтовые условия одинаково хороши как для фундаментов мелкого заложения так и для свайных фундаментов. В качестве основного варианта выбран свайный фундамент поскольку практически исключены земляные работы не требуется замена подстилающего слоя грунтов щебеночным слоем толщиной 05 м.

мелкого заложения разрез.dwg

Жб плита перекрытия 220
Глина уплотненная 100
обмазочная гидроизоляция
Щебеночная подготовка 100
рулонная гидроизоляция
Бетонное основание 80
Приложение Рисунок1. Ленточный фундамент под внутреннюю стену с подвалом
Приложение Рисунок 2. Ленточный фундамент под наружную стену без подвала
Глина туго- пластичная
Суглинок мягко- пластичный

свайный разрез.dwg

Жб плита перекрытия 220
Бетонное основание 80
Приложение Рисунок 8. Свайный фундамент под внутреннюю стену с подвалом
Приложение Рисунок 9. Свайный фундамент под наружную стену без подвала
Глина уплотненная 100
обмазочная гидроизоляция
рулонная гидроизоляция
Глина туго- пластичная
Суглинок мягко- пластичный