Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

КурсовойФунд(печать).dwg

Геологический разрез
Проектирование фунда- ментов мелкого заложения
Фундаменты мелкого заложения
Фундамент на естественном
Эпюра распределения напряжений
Фундамент на искуственном
Схема разреза здания
Схема нагрузки на фундамент
Проектирование фундаментов
Днепропетровск 2007 р.
Физико-механические свойства грунтов.
свайных фундаментов.
Фундаменты мелкого залажения

Записка.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ПРИДНЕПРОВСКАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ
Кафедра Основания и фундаменты
«Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения и
свайных фундаментов».
Количество пролётов 3
Шаг колонн по рядам ---
Вид колонн (материал) ЖБК
Сечение колонн (база) 04 х 04 м
Нагрузка на фундаменты 10 кНм3
Планировочная отметка – 015 м
Отметка пола подвала ---
Район строительства г.Днепропетровск
Здание (тип) неотапливаемое
Физико-механические свойства грунтов
Песок мелкозернистый
Анализ инженерно-геологических условий площадки
Геологический разрез
По основным физическим характеристикам и классификационным показателям грунтов площадки определяются физико-механические характеристики грунтов площадки обеспечивающие возможность определения расчетного сопротивления и деформации оснований а именно:
- коэффициент пористости е
где - плотность минеральных частиц
W - природная влажность
- природная плотность
- степень влажности грунта
) глина четвертичная
- число пластичности грунта по значениям влажностей на пределе текучести и раскатывания
Ip = Wl - Wp = 04 – 02 = 02
- показатель текучести грунта
По вычисленным физико-механическим характеристикам и классификационным показателям грунта по табл.1 прил.1 СНиП 2.02.01-83 определяются прочностные и деформационные характеристики грунта С j Е
Все вычисленные и определенные физико-механические характеристики грунтов заносятся в сводную таблицу физико-механических характеристик грунтов площадки.
I. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании
Выбор глубины заложения фундамента
Глубина заложения фундамента зависит от:
климатического района строительства (глубины промерзания грунта);
технологических особенностей проектируемого здания (наличия подвалов технологических каналов расположенных в подземной части здания технологических отстойников водящих боровов подводящих трубопроводов и др.);
конструктивных особенностей проектируемого здания или сооружения;
фактора инженерно-геологических условий.
1. С учетом глубины промерзания глубина заложения фундамента назначается по расчетной схеме глубины сезонного промерзания грунта df которая устанавливается следующим образом:
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:
где Mt - безразмерный коэф. численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика" (для Днепропетровска Mt = -133).
d0 - величина в метрах принимаемая равной:
для суглинков и глин - 023
для супесей песков мелких и пылеватых - 025
для песков средней крупности крупных и гравелистых - 030
для крупнообломочных грунтов - 034
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется: (м)
где kh - коэф. учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый 08.
Глубина заложения фундаментов по первому фактору (глубине промерзания):
2. С учетом технологических особенностей проектируемого здания глубина заложения фундамента должна назначаться на 05 м ниже отметки технологических подвалов т.е:
где dn - отметка пола подвала или пола технологического пространства проектируемого объекта.
Подвала в данном здании нет.
3. С учетом конструктивных особенностей здания глубину заложения фундамента рекомендуется назначать в зависимости от действующих нагрузок и принимать при
00 g 2000 кHd = 15 м
00 g 3000 кНd = 20 м
00 g 5000 кНd = 25 м
g > 5000 кН d = 30 м (при N = 5400 кН)
4. При анализе инженерно-геологических условий учитывают следующие факторы:
фундамент должен быть заглублён в несущий слой грунта минимум на 05 м;
фундамент должен прорезать верхние слои слабого грунта;
под подошвой фундамента нельзя оставлять тонкий слой несущего грунта.
Вывод: Исходя из анализа инженерно-геологических условий конструктивных особенностей здания принимаем глубину заложения фундамента
При этом несущим слоем является песок мелкозернистый с характеристиками: C = 2 кПа E = 28 МПа φ = 32 =193 кНм3.
Расчет площади подошвы с проверкой контактных напряжений
Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчетному сопротивлению R кр. при ширине фундамента b = 1м:
где - коэффициенты условий работы оснований () и сооружений () принимаются по табл.3 СНиП 2.02.01-83;
К – коэффициент принимаемый равным 1 если прочностные характеристики грунта (j и С) определены непосредственными испытаниями К = 11 если j и С приняты по табл.1-3 прил.1 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений";
- коэффициенты принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83
kz – коэффициент влияния площади фундамента. Для фундаментов шириной
b > 10м кz = Z0 b+02 (Z0 = 80 м)
b - ширина фундамента (принятая нами b = 1м)
- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента;
- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента
- удельные весы грунтов залегающих выше подошвы фундамента (см. рис.)
CII - расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d1 - глубина заложения фундаментов без подвальных зданий (помещений) от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала определяемая по формуле (если нет подвала то d1 = d):
hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала м;
hcf - толщина пола подвала м.
- удельный вес конструкции пола подвала.
dв - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола.
Определяется площадь фундамента в первом приближениям по формуле:
По определенной площади фундамента вычисляются размеры фундамента в плане:
где α- соотношение сторон фундамента ( = lb) или сторон сечения колонны или сооружения. По вычисленным размерам фундамента в плане устанавливается сопротивление грунта основания по формуле (1):
I. 1) При b = 1 м R = 51427 кПа
II. 1) При b = 345 м R = 5966 кПа
III. 1) При b = 317 м R = 58726 кПа
Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 01м для гражданских зданий т.е. принимаем b = 32 м а l = 32 м соответственно A = м2 R = 58726 кПа.
1 Проверяем контактные напряжения.
Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию:
N Mx My - усилия передаваемые на фундамент от сооружения (по заданию или расчету рамы)
Wx Wy - момент сопротивления подошвы фундамента
Конструирование фундамента
По заданию вид колонны – железобетонная размерами 04 х 04 м.
1. Тип фундамента назначают из условия жесткости
Фундамент принимаем с подколонником.
2.Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:
bпк= bк+06=04+06=1 м
lпк=lк+06 = 04+06 =1 м
Для выбранного типа фундаментов определяется высота конструкции фундамента или его плитной части по формуле:
- размеры сечения колоны (по заданию).
- расчётное сопротивление бетона на растяжение кПа;
- среднее давление подошвы фундамента кПа.
Реальная высота (с учётом защитного слоя) вычисляется по формуле:
Принимаем оптимальную высоту равную 900 мм (кратную 150 мм)
При данной высоте конструктивно целесообразно установить 3 ступени по – 300 мм.
Расчет фундамента на продавливание
Проверяем условие жесткости конструкции фундамента по условию:
Продавливание происходит по поверхности усеченной пирамиды верхним основанием которой является нижнее сечение основание подколонника или колонны а грани расположены под углом 45°
где: Aтр – площадь поверхности грани пирамиды продавливания;
Aпр – площадь продавливания – площадь подошвы фундамента за пределами пирамиды продавливания.
кПа – расчетное сопротивление бетона на растяжение.
- условие выполняется.
Армирование конструкций фундамента
При определении усилий в конструкции фундамента (подошвы фундамента) в заданном сечении за расчетную схему принимается консольная балка с жесткой заделкой в заданном сечении - оставшейся части фундамента на которую действует нагрузка.
Подбор рабочей арматуры производим по двум сторонам:
Площадь сечения одного стержня:
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1313 см2 тогда As = 5х1313 = 6565 см2 .
Площадь сечения одного стержня:см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 9 мм с As1 = 0636 см2 тогда As = 5х0636 = 318 см2
Из сортамента выбираем арматуру Вр-1 диаметром 4 мм с As1 = 0126 см2 тогда As = 5х0126 = 063 см2
Принимаем сетку С1 из арматуру А-400 диаметром 12 мм. По стороне l и b ее количество составит шт.
Расчет осадки методом послойного суммирования
Среднее давление подошвы фундамента Рср = 5873 кПа
Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.
Разбиваем основание фундамента на элементарные слои м
Вычисляем и строим эпюру естественного давления
Вычисляем и строим эпюру где
a – коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины выбирается значение из таблицы СниПа.
Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
Считаем суммарную осадку по всем слоям:
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 3
Проверяем выполнение условия S Su . В нашем случае 714 см 8 см где Su =8см – предельное значение осадки. Условие выполнилось.
Эпюра распределения напряжений szp szg
II. Фундаменты мелкого заложения на искусственном основании в виде грунтовой подушки
1. Глубина заложения фундамента зависит от:
Учитывая то что данная расчётно-графическая работа – учебная принимаем глубину заложения фундамента из предыдущем расчёте т.е.
Под подошвой фундамента находится песок мелкозернистый поэтому в учебных целях принимаем подушку из суглинка (γs = 263 кНм3 γ = 20 кНм3 W = 15 %) со следующими физико-механическими свойствами:
определяем коэф. пористости
Принимаем γd = 1652 кНм3 ;
- определяем показатель текучести
Вывод: Исходя из анализа инженерно-геологических условий конструктивных особенностей здания принимаем глубину заложения фундамента d = 30 м. Грунтовую подушку выполняем из суглинка с характеристиками: C = 34 кПа E = 245 МПа φ = 245.
1. Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчетному сопротивлению R кр. при ширине фундамента b = 1м:
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных (помещений) зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала определяемая по формуле (если нет подвала то d1 = d):
где α- соотношение сторон фундамента ( = lb = 1) или сторон сечения колонны или сооружения
По вычисленным размерам фундамента в плане устанавливается сопротивление грунта основания по формуле (1):
I. 1) При b = 1 м R = 32437 кПа
II. 1) При b = 45 м R = 39024 кПа
III. 1) При b = 40 м R = 38083 кПа
Проверка целесообразности дальнейшего подбора:
Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 01м для т.е. принимаем b = 41 м а R = 38083 кПа.
2. Проверяем контактные напряжения.
1. Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:
bпк= bк + 06 = 10 м
При данной высоте конструктивно целесообразно установить 3 ступени по–300 мм.
Расчет на продавливание
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1313 см2 тогда As = 5х1313 =6565 см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1313 см2 тогда As = 5х1313 = 6565 см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 3 мм с As1 = 007 см2 тогда As = 5х007 = 035 см2
Принимаем сетку С2 из арматуру А-400 диаметром 12 мм. По стороне l и b ее количество составит шт.
Выбор размеров подушки
1. Определение высоты подушки.
Исходя из условия что принимаем в расчёт м. Т.к. размеры подушки должны быть кратны 10 см то принимаем hпод = 25 м.
2. Определение размеров подушки в плане.
α – угол естественного откоса. Для суглинка (окружающего грунта) он равен 40.
– угол распределения напряжений. Для песка (материал подушки) он равен 30.
м. Для кратности принимаем
м. Для кратности принимаем = 151 м
Итак окончательно приняли следующие размеры грунтовой подушки:
1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 38123 кПа
2. Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.
4. Разбиваем основание фундамента на элементарные слои м
5. Вычисляем и строим эпюру естественного давления
6. Вычисляем и строим эпюру где
7. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
8.Считаем суммарную осадку по всем слоям:
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 4.
Проверяем выполнение условия S Su . В нашем случае 490 см 8 см где Su =8см – предельное значение осадки. Условие выполнилось.
III Расчёт свайных фундаментов
Выбор глубины заложения ростверка
1. Определение глубины заложения ростверка зависит от нескольких факторов:
Глубины промерзания грунта. Из предыдущих расчётов мы уже определили эту величину
Наличие конструктивных особенностей. В нашем случае подвальных помещений нет поэтому
Глубина заложения ростверка. Исходя из условия что
dр - глубина заложения ростверка м;
hст - глубина стакана в фундаменте. Для наших фундаментов под ЖБК-колонны hст = 0.
Учитывая все перечисленные условия принимаем глубину заложения ростверка dр = 15 м исходя из кратности ростверка по высоте 15 см.
Принимаем шарнирное соединение ростверка и сваи. Голова сваи заходит в тело ростверка на 5 – 10 см. принимаем для расчёта 10 см.
Тогда отметка головы сваи будет равна –14 м.
Считаем что несущим слоем будет глина четвертичная поэтому заглубляем сваю в слой глины на 36 м (для применения стандартной длины сваи). При этом длина сваи равна hсв = 13 м.
Под нижним концом сваи находится сжимаемый грунт (Е 50 МПа). Дальнейший расчёт ведём как для висячей сваи. Принимаем железобетонную забивную сваю квадратного сечения. Для выбранной нами длины можно принять сечение 40 х 40 см.
Определение несущей способности сваи
где n – количество слоёв с одинаковыми силами трения по длине сваи;
γс – коэффициент условий работы ( γс = 1);
γсr и γсf - коэффициенты условий работы под подошвой сваи и по боковой поверхности зависят от условий изготовления или погружения сваи. (γсr =1 и γсf = 1);
А – площадь сечения сваи;
R – расчётное сопротивление под подошвой сваи зависит от длины сваи и грунта. (R = 6900 кПа);
U – периметр сечения сваи;
f - расчётное сопротивление по боковой поверхности сваи зависит от l (принимается из СниПа).
Определение расчетной нагрузки на сваю
Определяем по формуле:
γк – коэффициент запаса. Для расчёта он равен 14 если для полевых испытаний то равен 125.
Определим необходимое количество свай в фундаменте по формуле:
где N – заданная нагрузка на фундамент.
Конструирование ростверка
Определяем фактическую нагрузку на сваю:
где y – расстояние от главной оси до оси самой нагруженной сваи
yi – расстояние до оси каждой сваи
P > Nф; 84350 > 768 – условие выполняется.
Расчёт на продавливание. Расчет не производим так как конструкция ростверка жёсткая.
Расчет деформаций свайных фундаментов
Выполняем проверку давления под нижним концом сваи:
399 кПа. 237552 кПа. – условие выполняется.
Расчет осадки линейно деформированного пространства
1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 4797 кПа
2.Вычисляем и строим эпюру естественного давления
3.Рассчитываем дополнительную вертикальную нагрузку
4.Высота рассчитываемых слоёв hi = 02 ' b = 02 ' 409 = 082 м
5.Вычисляем и строим эпюру где
α – коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины выбирается значение из таблицы СниПа.
6.Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
В нашем случае 60.305 кПа > 49977 кПа условие выполняется.
7.Считаем суммарную осадку по всем слоям:
8.Проверяем выполнение условия S Su . В нашем случае 337 см 12 см где Su = 12 см – предельное значение осадки
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 6.
Фундамент на естественном основании
Фундамент на искусственном основании
Объем обратной засыпки
Количество арматуры кг
устройство гидроизоляции и дренажа
уплотнение грунтовой подушки
забивка и доставка свай
IV. Технико-экономическое сравнение вариантов
Считаю что самый рациональный фундамент будет фундамент мелкого заложения на естественном основании т.к. объем земляных работ и объем бетона меньше чем у других вариантов. Для дальнейшего расчета принимаем фундаменты мелкого заложения на естественном основании.
V. Расчет фундамента мелкого заложения на естественном основании по ряду Г
d0 - величина в метрах принимаемая равной:
Подвал в данном здании нет.
g > 5000 кН d = 30 м
где α- соотношение сторон фундамента (α = lb) или сторон сечения колонны или сооружения. По вычисленным размерам фундамента в плане устанавливается сопротивление грунта основания по формуле (1):
I. 1) При b = 1 м R = 27314 кПа
II. 1) При b = 405 м R = 35214 кПа
III. 1) При b = 346 м R = 33685 кПа
Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 01м для гражданских зданий т.е. принимаем b = 36 м а l = 36 м соответственно A = м2 R = 33685 кПа.
Проверяем контактные напряжения
2. Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию:
2. Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:
Армирование конструкции фундамента
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 8 мм с As1 = 0503 см2 тогда As = 5х0503 = 4024 см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 6 мм с As1 = 0283 см2 тогда As = 5х0283 = 1415 см2
Принимаем сетку из арматуру А-400 диаметром 12 мм. По стороне l и b ее количество составит шт.
1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 33685 кПа
2.Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
3.Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.
4. Разбиваем основание фундамента на элементарные слои м
5. Вычисляем и строим эпюру где
6. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
7. Считаем суммарную осадку по всем слоям:
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 8
Проверяем выполнение условия S Su . В нашем случае 370 см 8 см где Su =8см – предельное значение осадки. Условие выполнилось.