Расчет оснований и фундаментов здания химического корпуса

ОиФ.dwg

Глина мягкопластичная
Удельный вес грунта γ
Модуль деформации грунта Е
Глина мягко- пластичная
Суглинок туго- пластичный
Глина мягкопластичная IL=0
Супесь пластичная IL=0
почвенно-растительный
глина мягкопластичная
суглинок тугопластичный
уровень подземных вод
Наименование грунтов
Инженерно-геологический разрез М1:100
Фундамент мелкого заложения. Свайный фундамент.
Инженерно-геологический разрез
Проектирование фундамента
Фундамент мелкого заложения М1:50
Свайный фундамент М1:50
Фундаменты мелкого заложения
Спецификация фундаментов
подошвой ростверков выполнить подготовку из бетона
Под подошвой фундаментов мелкого заложения и под
Уровень подземных вод на отметке
Поружение свай производится дизель-молотом.
Основанием для фундаментов мелкого заложения ФМЗ-1
ФМЗ-4 служит глина мягкопластичная со следующими физико- механическими характеристиками:
Отметка подошвы фундамента -2
м для фундаментов ФМЗ-1
м для фундамента ФМЗ-4.
Основанием для свайных фундаментов С9-30
С9-40 и С9-35 служит суглинок тугопластичный со следующими физико-механическими характеристиками:
Отметка низа ростверка -1
Совмещенный план ФМЗ и ФС
Совмещенный план фундаментов мелкого заложения и свайного ростверка М1:100
План свайного поля М1:200
План и поперечный разрез М1:200
План участка М1:1000
Химический корпус в г. Москва
Спецификация свайного поля
план и сечение свайного фундамента ФС-4
КП 2013-ПГв-08-01-АД и ТСП

ОиФ.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафедра «Автомобильные дороги и технология строительного производства»
Пояснительная записка
к курсовому проекту
Расчет оснований и фундаментов здания
Оценка инженерно-геологических усилий3
Расчет фундаментов мелкого заложения4
1 Определение глубины заложения фундаментов4
1.1 Анализ инженерно геологических условий.4
1.2 Назначения глубины заложения.4
2 Определение размеров подошвы фундамента6
3 Расчет осадки основания под фундаментом13
Расчет свайного фундамента16
1 Расчет по первой группе предельных состояний16
2 Расчёт осадок свайного фундамента25
Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов29
Курсовой проект 32 с. 11 рис. 4 табл. 5 источников 1 приложение.
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ; ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ; РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОСНОВАНИЯ; ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ; СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ; ДЕФОРМАЦИЯ ОСНОВАНИЯ; ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.
Объектом курсового проекта является расчет оснований и фундаментов здания химического корпуса.
В результате работы над проектом установлены физико-механические характеристики грунтов и дано их наименование определено расчетное сопротивление основания выполнены расчеты фундаментов мелкого заложения и свайные.
На основе технико-экономического сравнения вариантов фундаментов в качестве наиболее рационального принят фундамент мелкого заложения.
Оценка инженерно-геологических усилий
Табл.1. Сводная ведомость физических свойств грунта.
Физико-механические характеристики
Удельный вес грунта при естественной влажности γ кНм3
Удельный вес твердых частиц γs кНм3
Естественная влажность д. е.
Удельный вес сухого грунта γd кНм3
Коэффициент пористости e д.е.
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды γsb кНм3
Степень влажности грунта Sr
Влажность на границе текучести L д. е.
Влажность на границе пластичности Р д. е.
Число пластичности грунта JP
Показатель текучести JL
Удельное сцепление С кПа
Угол внутреннего трения φ град.
Коэффициент фильтрации Кф смс
Модуль деформации грунта Е МПа
Условное расчетное сопротивление R0 кПа
слой: глина толщина слоя 35 м по числу пластичности JP=018>017 [1 табл. Б.11] глина по показателю текучести находится в мягкопластичном состоянии (050 JL=067075 [1 табл. Б.14]) модуль деформации Е=5 МПа условное расчетное сопротивление R0=1495 кПа [2 табл. В.3].
слой: супесь толщина слоя 25 м по числу пластичности JP=006007 [1табл.Б.11] супесь по показателю текучести находится в пластичном состоянии (0JL=0671 [1 табл. Б.14]) модуль деформации Е=140 МПа условное расчетное сопротивление R0=224 кПа[2 табл. В.3].
слой: суглинок толщина слоя 5 м по числу пластичности JP=016017 [1табл. Б.11] суглинок по показателю текучести находится в тугопластичном состоянии (025 JL=050=050 [1 табл. Б.14]) модуль деформации Е=190 МПа условное расчетное сопротивление R0=215 кПа[2 табл. В.3].
Заключение по данным геологического разреза: площадка имеет спокойный рельеф с отметками 1150-1200. Отметка планировки площадки – 1150. Грунты основания имеют слоистое напластование с согласованным залеганием слоев. Все грунты могут служить естественным основанием. Уровень глубины промерзания грунтов для г.Москва 14 м что соответствует отметке 1010 м. Уровень грунтовых вод расположен на отметке –1050 м. Слабые грунты отсутствуют т.е. грунтовые условия на строительной площадке благоприятные.
Выбор возможных вариантов фундаментов: в качестве возможных вариантов фундаментов принимаем:
) фундамент мелкого заложения;
) свайный фундамент на забивных призматических сваях.
Расчет фундаментов мелкого заложения
1 Определение глубины заложения фундаментов
1.1 Анализ инженерно геологических условий.
Природный рельеф спокойный с горизонтальным залеганием пластов грунта. Уровень грунтовых вод находится на отметке -100 м ниже уровня планировочной отметки.
1.2 Назначения глубины заложения.
Глубина заложения фундаментов должна приниматься с учетом:
– назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения нагрузок и воздействий на его фундаменты;
– глубины прокладки инженерных коммуникаций;
– существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;
– инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов характера напластований наличия слоев склонных к скольжению карманов выветривания карстовых полостей и пр.);
– гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;
– глубины сезонного промерзания.
Строительство здания ведется в городе Москва.
Нормативная глубина промерзания dfn=14 м. Определим расчетную глубину промерзания грунта.
где - коэффициент теплового режима здания равный 06 (для отапливаемых зданий с полами по грунту и внутренней температурой 15ºС) табл. 5.2 [2].
2 Определение размеров подошвы фундамента
Рис.1. Разрез фундамента мелкого заложения.
гдеN - вертикальная сила на обрезе фундамента;
- усредненное значение удельного веса материалов фундамента и грунта на его уступах равное 20 кНм3.
где b - ширина фундамента;
l - длина фундамента.
Расчётное сопротивление грунта основания R1 находим по формуле 5.7 [2]
где коэффициенты условий работы принимаемые по таблице 5.4 [2];
k – коэффициент принимаемый равный 1;
– коэффициенты принимаемые по таблице 5.5 [2] при ;
глубина заложения фундамента;
– осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учётом взвешивающего действия воды) кНм2 (тсм2);
= кНм3 (для рабочего слоя «2» т.е. для глины мягкопластичной)
– то же залегающих выше подошвы;
– расчётное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента кПа (тсм3)
Проверка напряжений под подошвой фундамента:
Условие проверки по трем напряжениям выполняется. Следовательно в качестве фундамента ФМЗ-1 мелкого заложения отдельно стоящего принимаем фундамент глубиной заложения 255 м и размерами подошвы 27×38 м.
гдеN- вертикальная сила на обрезе фундамента
ширина фундамента; - длина фундамента.
Расчётное сопротивление грунта основания R1
Проверка напряжений под подошвой фундамента:
Условие проверки по трем напряжениям выполняется. Следовательно в качестве фундамента ФМЗ-2 мелкого заложения отдельно стоящего принимаем фундамент глубиной заложения 255 м и размерами подошвы 29×40 м.
гдеN- вертикальная сила на обрезе фундамента;
Условие проверки по трем напряжениям выполняется. Следовательно в качестве фундамента ФМЗ-3 мелкого заложения отдельно стоящего принимаем фундамент глубиной заложения 255 м и размерами подошвы фундамента 23×32м.
Рис. 2. Разрез фундамента мелкого заложения.
По конструктивным соображениям предварительную площадь подошвы фундамента принимаем равной 54×54 м2 т.к. сооружением который стоит на данном фундаменте является дымовая труба с диаметром в нижнем сечении 5 м.
гдекоэффициенты условий работы принимаемые по таблице 5.4 [2];
к– коэффициент принимаемый равный 1;
глубина заложения фундамента
Условие не выполняется следует увеличить площадь подошвы фундамента. Возьмем в качестве b=60 м и l=60 м.
Условие проверки по трем напряжениям выполняется. Следовательно в качестве фундамента ФМЗ-4 мелкого заложения отдельно стоящего принимаем фундамент глубиной заложения 315 м и размерами подошвы 60×60 м.
3 Расчет осадки основания под фундаментом
Для расчета осадок выбираем наиболее нагруженный фундамент а именно фундамент ФБЗ-2 где Рср=1099 кПа b=2900 мм l=4000 мм.
Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:
где - безразмерный коэффициент равный 08;
n - число слоев на которые разбита сжимаемая толща основания.
) определим давление грунта под подошвой фундамента и на границе слоев по формуле:
n - число уровней в котором определяется давление.
Удельный вес грунтов залегающих ниже уровня подземных вод но выше водоупора должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды.
Слева от оси фундамента строится эпюра бытовых давлений.
) строим эпюру (рис.3).
Рис.3. Расчетная схема для определения осадок методом послойного суммирования. Эпюры напряжений.
) вычислим давление от сооружения:
Толща грунта под подошвой фундамента разбивают на элементарные слои h ≤04b.
где pср - давление по подошве от расчетных нагрузок по второй группе предельных состояний 1099 кПа
- природное вертикальное напряжение на уровне заложения подошвы фундамента кПа.
Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине 68 м где выполняется условие szр = 02szq (здесь szр – дополнительное вертикальное напряжение на глубине 68м по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента; szq – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине 68 м).
Таблица 2. Расчёт осадки основания под фундаментом .
Расстояние от подошвы фундамента до подошвы i-го слоя Z м
Мощность i-го слоя грунта hi м
Удельный вес грунта γ кНм3
Природное давление zqi кПа
Модуль деформации Е МПа
Из прил. 4[2] su= 100 cм.
s= 0165 см su= 100 см.
Абсолютная осадка не превышает предельно допустимой по [2] следовательно размеры фундамента удовлетворяют нормативным условиям и существующим нагрузкам.
Расчет свайного фундамента
1 Расчет по первой группе предельных состояний
Глубину заложения ростверка принимаем равной 135 м.
Для расчета возьмем сваю длиной 9 м и с размерами сечения 03х03 (С9-30).
Расчет производится по первой группе предельных состояний по несущей способности грунта основания сваи.
) определим несущую способность по грунту сваи:
где - коэффициент условия работы сваи в грунте (=1);
- коэффициенты условий работы грунта под нижним концом и на боковой поверхности сваи ;
- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяемое по табл. 7.2 [3] кПа;
- площадь опирания на грунт сваи м2;
- наружный периметр поперечного сечения сваи м;
- расчетное сопротивление
- толщина i – го слоя грунта м.
Выбираем сваю С9-40.
Рис. 4. Поперечный разрез свайного фундамента ФС-1
=1503 кПа (табл.7.2 [3]);
z1= 1900 м;f1= 817 кПа (таблица 7.3 [3]);h1= 110 м;
z2= 2975м;f2= 977 кПа;h2= 105 м;
z3= 4125 м;f3= 1123 кПа;h3= 125 м;
z4= 5375 м;f4= 1221 кПа;h4= 125 м;
z5= 6550м;f5= 2528 кПа;h5= 110 м;
z6= 7600м;f5= 2580 кПа;h5= 100 м;
z7= 8600м;f5= 2630 кПа;h6= 100 м;
z8= 9600м;f5= 2680 кПа;h7= 100 м;
) расчетная несущая способность сваи:
где - коэффициент надежности (=14);
) необходимое число свай в кусте определяется из условия
Принимаем количество свай в одном ростверке равной 4.
) размещение свай в плане ростверка и конструирование ростверка.
Расстояния между сваями должно входить в пределы:3d-6d т.е. 900-1800 мм. Принимаем расстояния от осей свай – 1100 мм расстояние от сваи до края ростверка по вертикали 150мм.
Рис. 5. План ростверка.
) определение фактической нагрузки на сваю и сравнение её с расчётной.
гдеn – количество свай в кусте;
и – моменты действующие в плоскости рамы и из плоскости рамы;
xi и yi – расстояния от центра тяжести ростверка до центров тяжести всех свай находящихся в кусте.
Условие проверки выполняется. Тогда в качестве 1-го случая фундамента будет служить ростверк размерами 29×29 м и высотой 12 м со сваями С9-40 в количестве 4 штук.
Типовую конструкцию сваи для второго случая фундамента выбираем ту же что и в первом случае т. е. С9-40. Тогда несущая способность сваи по грунту не изменится и будет равна Fd=4889 кН. Соответственно расчетная несущая способность сваи тоже не изменится Fdg=34921 кН.
Необходимое число свай в кусте определяется из условия
Принимаем количество свай в одном ростверке равной 5.
Размещение свай в плане ростверка и конструирование ростверка.
Расстояния между сваями должно входить в пределы:3d-6d т.е. 900-1800 мм. Принимаем расстояния от осей свай по вертикали и горизонтали – 1100 мм расстояние от сваи до края ростверка 150мм.
Рис. 6. План ростверка.
Определение фактической нагрузки на сваю и сравнение её с расчётной.
Условие проверки выполняется. Тогда в качестве 2-го случая фундамента будет служить ростверк размерами 25×25 м и высотой 12 м со сваями С9-40 в количестве 5 штук.
Конструкцию сваи для третьего случая фундамента выбираем С9-30.
Несущая способность сваи по грунту
Расчетная несущая способность сваи
Fdg=3215814=2297 кН.
Расстояния между сваями должно входить в пределы:3d-6d т.е. 900-1800 мм. Принимаем расстояния от осей свай по вертикали и горизонтали – 900 мм расстояние от сваи до края ростверка 150мм.
Рис. 7. План ростверка.
Определение фактической нагрузки на сваю и сравнение её с расчётной.
Условие проверки выполняется. Тогда в качестве 3-го случая фундамента будет служить ростверк размерами 24×24 м и высотой 12 м со сваями С9-30 в количестве 4 штук.
Выбираем сваю С9-35.
Рис.8. Поперечный разрез свайного фундамента ФС-4.
=1503 кПа (табл.1 [3]);
z1= 1900 м;f1= 817 кПа (таблица 2 [3]);h1= 110 м;
z6= 7600м;f6= 2580 кПа;h6= 100 м;
z7= 8600м;f7= 2630 кПа;h7= 100 м;
z8= 9600м;f8= 2680 кПа;h8= 100 м;
) несущая способность сваи
По конструктивным причинам количество свай в одном кусте принимаем равной 16.
Расстояния между сваями должно входить в пределы:3d-6d т.е. 900-1800 мм. Принимаем расстояния от осей свай по вертикали и горизонтали – 1800 мм расстояние от сваи до края ростверка 150мм.
Рис. 9. План ростверка.
Условие проверки выполняется. Тогда в качестве 4-го случая фундамента будет служить ростверк размерами 605×605 м и высотой 12 м со сваями С9-35 в количестве 16 штук.
2 Расчёт осадок свайного фундамента
Расчет осадки произведем для свай ФС-1.
Усредненное значение угла внутреннего трения грунта:
Расстояние от наружных граней крайних рядов вертикальных свай до границы условного фундамента: l=htgα=87500954=083 м.
Ширина подошвы условного фундамента: b=083+26+083= 426 м.
Расчет свайного фундамента ведем как расчет фундамента мелкого заложения в виде условного фундамента.
Толща грунта под подошвой фундамента разбивают на элементарные слои h не более 04b (hi=04×426=1704 м).
Рис. 10. Схема к расчету осадки фундамента.
Определение среднего давления:
- вес условного фундамента.
Расчётное сопротивление грунта основания R находим по формуле 7 [2]:
=072 =387 =645 из табл. 4[2] при ;
== 1012 кНм3 (для суглинка тугопластичного);
безразмерный коэффициент равный 08;
значение дополнительного вертикального нормального напряжения в
соответственно толщина и модуль деформации
число слоев на которые разбита сжимаемая толща основания.
Определим давление грунта под подошвой фундамента и на границе слоев по формуле
n- число уровней в котором определяется давление.
Строим эпюру (рис.11).
Рис. 11. Расчетная схема для определения осадок методом послойного суммирования. Эпюры напряжений.
Вычислим давление от сооружения:
Толща грунта под подошвой фундамента разбивают на элементарные слои h≤04b.
где - давление по подошве от расчетных нагрузок по второй группе предельных состояний 26206 кПа
Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине 1167 м где выполняется условие szр = 02szg (здесь szр – дополнительное вертикальное напряжение на глубине 1167 м по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента; szg – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине 1167 м).
Таблица 3. Расчёт осадки основания под фундаментом.
Дополнительное давление zpi кПа
Природное давление zgi кПа
s= 0047 см su= 100 см.
Абсолютная осадка не превышает предельно допустимой по [2]. Следовательно размеры фундамента подобраны верно.
Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов
Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов выполняется на основании показателей стоимости прямых затрат на устройство фундаментов с заполнением таблицы принимая во внимание следующий состав работ:
Монолитное бетонирование;
Таблица 4. Технико-экономическое сравнение вариантов.
Сметная стоимость на ед. изм. руб.
Варианты фундаментов
Разработка грунта с погрузкой на автомобили-самосвалы экскаваторами с ковшом вместимостью 05(05-063) м3
Засыпка котлованов с перемещением грунта до 5 м бульдозерами мощностью 59(80) кВт (л.с.)
Уплотнение грунта пневматическими трамбовками
Устройство железобетонных фундаментов общего назначения под колонны объемом до 10 м3
Бетон тяжелый крупность заполнителя 20 мм класс В25 (М300)
Погружение дизель-молотом копровой установки на базе экскаватора железобетонных свай длиной до 12 м
Ростверки из бетона класса В225 с расходом стали 100 кгм3
Сваи забивные цельные сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой продольной арматурой С9-30
По технико-экономическим показателям наиболее выгодным вариантом фундамента является фундамент мелкого заложения.
ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. - М. МНТКС изд-во стандартов 1996.-29 с.
СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооруженийГосстрой СССР. - М.: Стройиздат 1995.- 42 с.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаментыГосстрой России. - М.: ГУП ЦПП 2000. – 48 с.
Основания фундаменты и подземные сооружения: Справочник проектировщика. под ред. Сорочана - М.: Стройиздат 1985.
Механика грунтов основания и фундаменты: Учеб. пособие для строит спец. вузов С.Б. Ухов В.В. Семенов В.В. Знаменский и др.; М.: Высш. шк. 2002.-566 с: ил.
Швецов Г.И. Инженерная геология механика грунтов основания и фундаменты: Учебник для вузов.-2-е изд. перераб. доп. - М.: Высш. шк. 1997. -319 с: ил.
Малышев М.В. Болдырев Г.Г. Механика грунтов. Основания и фундаменты: Учеб. пособие.- Изд-во АСВ. -М. 2001. -328 с: ил.
Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов (Основы теории и примеры расчета): Учеб. пособ для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат 1990. - 304 с: ил.
Берлинов М.В. Ягупов Б.А. Расчет оснований и фундаментов: Учеб. для ср. спец. учеб. заведений. - 2-е изд. перераб. и доп.- М. Стройиздат 2001.- 272 с. ил.
Расчет фундаментов мелкого заложения. Методические указания к выполнению курсового проекта контрольных работ по курсу «Механика грунтов основания и фундаменты». – Уфа: Изд-во УГНТУ 1999.- 46 с.
Расчет свайных фундаментов. Методические указания к выполнению курсового проекта контрольных работ по курсу «Механика грунтов основания и фундаменты». – Уфа: Изд-во УГНТУ 1999. - 46 с.
Филипович А.И. Филипович С.В. Основные правила оформления курсовых дипломных проектов и работ: Справочное пособие для студентов строительных специальностей. - Уфа: Изд-во УГНТУ 1998.-110 с.