Вариантное проектирование фундаментов зданий

ОиФ.dwg

Обмазка горячим битумом 2 слоя
Уровень грунтовых вод
Трехэтажное общественное здание
Варианты фундаментов по сечению 1-1 М 1:40
План ростверков М 1:200 (на отм.-1
Схема расположения свай М 1:200
Наименов. слоя грунта
Физические характеристики
Механические характеристики
Пригодность в кач е.о.
Суглинок: мягкопласт.
Песок мелкий: ср. плот-ти
непригоден в качестве ест.осн-ия.
непригоден в качестве ест.осн-ия
пригоден в качестве ест.осн-ия
пригодна в качестве ест.осн-ия
Схема здания М 1:100
СП-41 270102 124 10 ОФ
варианты фундаментов
Примечания: 1. Фундаменты и фундаментные балки по оси 1 аналогичны фундпментам и фундаментным балкам по оси 11. 2. Фундаменты и фундаментные балки по оси А аналогичны фундпментам и фундаментным балкам по оси Е. 3. Гидроизоляция-бмазка горячим битумом в 2 слоя. 4. Подготовка под ростверк-бетон В7

123.dwg

Обмазка горячим битумом 2 слоя
Уровень грунтовых вод
Череповецкий государственный университет
Варианты фундаментов по сечению 1-1 М 1:40
План ростверков М 1:200 (на отм.-1
Схема расположения свай М 1:200
Наименов. слоя грунта
Физические характеристики
Механические характеристики
Пригодность в кач е.о.
Суглинок: мягкопласт.
Песок мелкий: ср. плот-ти
непригоден в качестве ест.осн-ия.
непригоден в качестве ест.осн-ия
пригоден в качестве ест.осн-ия
пригодна в качестве ест.осн-ия
Схема здания М 1:100
СП-41 270102 124 10 ОФ
варианты фундаментов
Примечания: 1. Фундаменты и фундаментные балки по оси 1 аналогичны фундпментам и фундаментным балкам по оси 11. 2. Фундаменты и фундаментные балки по оси А аналогичны фундпментам и фундаментным балкам по оси Е. 3. Гидроизоляция-бмазка горячим битумом в 2 слоя. 4. Подготовка под ростверк-бетон В7
Вариантное проектирование фундаментов сооружения "Цех по производству столярных изделий"

содержание.doc

Анализ конструктивного решения сооружения и определение расчетных нагрузок на фундаменты .. .. . 7
1. Изучение особенностей объемно-планировочного решения и технологического процесса в здании . . 7
2. Определение степени ответственности здания 7
3. Оценка жесткости здания чувствительности его к неравномерным осадкам . .8
4.Определение характера нагрузок на фундамент .. 9
Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов строительной площадки . .. 11
1. Дополнительные физические характеристики грунтов .. .. .11
2. Механические характеристики грунтов . 12
3. Условное расчетное сопротивление грунта .. ..13
4. Непосредственная оценка слоев грунта .. 16
5. Общая характеристика строительной площадки . 16
Вариантное проектирование. Выбор возможных вариантов устройства фундаментов . 16
Вариант 1. Фундамент мелкого заложения на естественном основании .. 17
1. Определение рациональной глубины заложения фундамента . 17
1.1. Влияние инженерно-геологических и гидрогеологических условий 18
1.2. Учет климатических условий района строительства 18
1.3. Конструктивные особенности здания . .19
2. Предварительное определение размеров подошвы фундамента 20
2.1. Определение размеров подошвы фундамента . .20
2.2. Конструирование фундамента . .21
2.3. Проверка давлений по подошве фундамента . .22
3. Расчет оснований фундаментов по предельным состояниям . ..28
3.1. Расчет оснований фундаментов по деформациям . ..29
3.2.1. Расчет абсолютной осадки фундамента S .. ..29
3.2.2. Проверка слабого подстилающего слоя .. ..32
3.2. Расчет оснований фундаментов по несущей способности ..34
Вариант 2. Свайный фундамент .. .39
1. Определение глубины заложения подошвы ростверка . ..40
2. Выбор вида и размеров свай . ..41
3. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю 42
3.1. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по грунту 42
3.2. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по сопротивлению материалов (сваи) ..43
4. Определение количества свай в фундаменте и их размещение ..44
5. Определение размеров ростверка .. 45
6. Проверка свай по несущей способности .46
7. Расчет свайного фундамента по деформациям 49
7.1 Определение границ условного фундамента ..50
7.2 Определение интенсивности давления по подошве условного фундамента 51
7.3. Определение осадки условного свайного фундамента .. ..52
Вариант 3. Проектирование фундамента на искусственно улучшенном основании .55
1. Выбор материала подушки ..55
2. Выбор глубины заложения фундамента ..55
3. Определение размеров подошвы фундамента ..55
4.Определение размеров песчаной подушки ..57
5. Проверка слабого подстилающего слоя ..57
6. Определим размеры подушки в плане . ..59
Технико-экономическое сравнение и выбор оптимального варианта фундамента . 60
Расчёт свайного фундамента по сечению 2-2 61
Расчёт свайного фундамента по сечению 3-3 . ..65
Защита фундаментов и подземных частей здания от грунтовых вод . ..69
Рекомендации по производству работ нулевого цикла. Техника безопасности .69
Список литературы .. .78

Документ Microsoft Word.doc

7. Технико-экономическое сравнение и выбор оптимального
Технико-экономическая оценка выполняется для каждого из разработанных вариантов фундамента и включает в себя определение объёмов основных работ для одного фундамента и подсчёт их стоимости.
Стоимость каждого варианта фундамента определяется по единым районным единичным расценкам (ЕРЕР).
1.Стоимость работ по устройству фундамента мелкого заложения.
Вид работ или элемент конструкции
Объем работ или конструкции
Единич. стоимость работ руб
Общая стоимость работруб.
Устройство фундамента
Разработка грунта при глубине выработки более 18м
2. Стоимость работ по устройству свайного фундамента.
Единич.стоимость работруб
Устройство монолит. роств. и
Забивные сваи до 12 м
3. Стоимость работ по устройству фундамента на песчаной подушке.
Разработка грунта в пределах d
Разработка грунта в пределах hcs
Устройство песчаной подушки
тяжелыми тромбовками
По результатам расчёта наиболее дешевым является вариант свайного фундамента. Его и принимаем для окончательного проектирования фундаментов по другим сечениям намеченным в задании.

курсоваяОиФ.doc

Министерство образования и науки Российской
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
“ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”
по дисциплине “Основания и фундаменты”
Тема курсового проекта
“Вариантное проектирование фундаментов зданий”
Целью курсового проекта по дисциплине «Основания и фундаменты» является ознакомление с принципами проектирования оснований и фундаментов и закрепление теоретических знаний. Тематика проектирования отвечает учебным задачам подготовки инженеров и увязана с решением практических вопросов – выполнением проектов фундаментов сооружений.
В ходе разработки курсового проекта необходимо рассчитать три типа фундаментов: мелкого заложения свайный фундамент на искусственно улучшенном основании.
Для фундаментов мелкого заложения проводятся следующие расчеты: определение физико-механических свойств грунтов оценка грунтовых условий строительной площадки расчет размеров фундаментов и выбор фундаментов отвечающих экономическим требованиям расчет оснований по первой и второй группам предельных состояний.
Для разработки свайных фундаментов - расчет глубины заложения и размеров ростверков выбор и расчёт свай определение осадки свайных фундаментов подбор оборудования для погружения свай.
Для фундамента на искусственно улучшенном основании - выбор материала подушки расчет размеров подушки проверка слабого подстилающего слоя.
На основании результатов расчёта подбирается наиболее экономичный вариант фундамента и рассчитывается для остальных сечений здания.1. Анализ конструктивного решения сооружения и определение расчетных нагрузок на фундаменты
1. Изучение особенностей объемно-планировочного решения и технологического процесса в здании
В соответствии с заданием необходимо запроектировать фундаменты под цехом по производству столярных изделий в городе Пермь.
функциональное назначение здания - цех по производству столярных изделий;
габариты здания - 60
тип каркаса здания - жб колонны сечением 600
наружные стены – навесные жб панели толщиной 250 мм;
материалы конструкций:
колонны – железобетонные
стропильные фермы – металлические
наружные стены - керамзитобетонные;
наличие подвалов подземных коммуникаций - отсутствуют;
грузоподъемность кранов – Q=10т;
2. Определение степени ответственности здания (сооружения) [1].
Для учета ответственности зданий и сооружений характеризуемой экономическими социальными и экологическими последствиями их отказов устанавливаются три уровня: I - повышенный II - нормальный III - пониженный.
Повышенный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений отказы которых могут привести к тяжелым экономическим социальным и экологическим последствиям.
Нормальный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений массового строительства (жилые общественные производственные сельскохозяйственные здания и сооружения).
Пониженный уровень ответственности следует принимать для сооружений сезонного или вспомогательного назначения (парники теплицы летние павильоны небольшие склады и подобные сооружения).
Данное производственное здание относится ко II классу ответственности. [1 п. 5.1]
3. Оценка жесткости здания чувствительности его к неравномерным осадкам.
Здания сооружения и их отдельные элементы в зависимости от чувствительности к осадкам подразделяются на жесткие относительно жесткие и нежесткие. [3]
Жесткие сооружения обладают большой вертикальной жесткостью. Они не изгибаются а дают осадку как единый массив при этом поверхность основания остается плоской. [3]
Относительно жесткие сооружения (конечной жесткости) деформируясь вместе с основаниями оказывают влияние на величину осадок и частично их выравнивают. В конструкциях происходит перераспределение напряжений и изменение усилий действующих на основание. [3]
Нежесткие — гибкие сооружения передавая нагрузку на грунты следуют за осадкой основания при этом дополнительных напряжений в них не возникает. [3]
В соответствии с [2 прил.4] значение предельных относительных деформаций:
-максимальная осадка Smax= 8 см.
-относи - тельная разность осадок (DsL)u =0002
Проектируемое здание относится к нежестким зданиям а потому высокочувствительно к неравномерным осадкам. Здание при неравномерном сжимании основания может получить дополнительные усилия в конструкциях которые не смогут полностью их воспринять может произойти смещение конструкции искривление и др.
Конструктивные мероприятия уменьшающие чувствительность сооружений к деформациям основания:
) увеличения жесткости за счёт применения жёстких соединений несущих конструкций;
) проектирование сооружений компактных в плане без выступов и пристроек;
) для выравнивания давлений рекомендуется внутренние стены делать сквозными на всю ширину или длину здания простенки и проёмы делать одинаковой ширины и высоты распределяя их равномерно продольные и поперечные стены располагать симметрично;
) устройство монолитных фундаментов;
4. Определение характера нагрузок на фундаменты. [4]
Исходя из п. 2.5 в [2] нагрузки и воздействия на основания передаваемые фундаментами сооружений устанавливаются расчетом как правило при рассмотрении совместной работы сооружений и основания. Учитываемые при этом нагрузки и воздействия на сооружение или его отдельные элементы коэффициенты надежности по нагрузке а также возможные сочетания нагрузок должны приниматься согласно требованиям СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» по [2] и [5].
В курсовом проекте нагрузки принимаются без учета перераспределения за счет деформируемости основания и жесткости верхнего строения. При этом сбор нагрузок на фундамент осуществляется по грузовым площадкам в предположении статической определимости надземных конструкций. Согласно п. 2.6 в [2] расчет оснований по деформациям должен производиться на основное сочетание постоянных длительных и кратковременных нагрузок; по несущей способности – на основное сочетание а при наличии особых нагрузок и воздействий – на основное и особое сочетание состоящее из постоянных длительных возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.
Для облегчения работы над курсовым проектом в задании приведены нормативные нагрузки в основном сочетании действующие на фундамент на уровне его обреза. Расчетные нагрузки определяются по формуле:
где Nн – сумма постоянных и временных нормативных нагрузок на уровне обреза фундамента (по заданию); γf - коэффициент надежности по нагрузке γf = 12.
Нормативные нагрузки на обрез фундамента
Расчетные нагрузки на обрез фундамента
При проектировании оснований фундаментов используют комбинации усилий (см. рис. 1) обеспечивающие:
- наибольший изгибающий момент (Мma
- наибольшую продольную силу (FV cor) и соответствующие ей изгибающий момент (Мcor) и поперечную силу (Fh cor) .
Рис. 1. Схема силовых факторов на уровне обреза фундамента
Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов строительной площадки
Классификация и оценка состояния грунтов производится в результате сопоставления их физических и механических характеристик с классификационными приведенными в нормативных документах. Такое сопоставление позволяет оценить свойства грунтов и выявить возможность их использования в основании сооружения. [4]
В задании на курсовой проект имеется паспорт грунтов строительной площадки в котором указаны нормативные значения основных показателей физических свойств грунтов определённых в лабораторных условиях. [4]
Данные геологических изысканий по исходным физическим характеристикам грунтов:
Исходные физические характеристики грунта
на границе текучести
на границе раскатывания
Глубина заложения грунтовых вод 38 метра от поверхности земли
1. Дополнительные физические характеристики грунтов. [4]
Число пластичности:
используется для классификации пылевато-глинистых грунтов по по [4 табл. 1 прил. 1].
Показатель текучести (консистенции):
оценивает глинистые грунты в соответствии с [4 табл. 2 прил. 1].
Коэффициент пористости:
используется для оценки плотности сложения песков по [4 табл. 3 прил. 1].
Степень влажности определяется по формуле:
где - удельный вес воды (10 кНм3).
По этому показателю классифицируются крупнообломочные и песчаные грунты [4 табл. 7 прил. 1] а также некоторые пылевато-глинистые грунты.
Найденные физические характеристики грунтов записываются в таблицу 3.
2. Механические характеристики грунтов. [4]
Согласно указаниям СНиП 2.02.01-83 [2 п. 2.11 2.16] характеристики грунтов должны определяться как правило на основе их непосредственных испытаний в полевых или лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.
Для предварительных расчетов оснований а также для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III классов допускается определять значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по их физическим характеристикам.
По прил. 1 в [2] определяют:
- - угол внутреннего трения грунта;
- С - удельное сцепление грунта;
- Е - модуль деформации грунта.
Для песчаных грунтов С Е определяют по [2 табл. 1 прил. 1] в зависимости от е.
Для пылевато-глинистых грунтов определяют:
- С по [2 табл. 2 прил. 1] в зависимости от IL и е;
- Е по [2 табл. 3 прил. 1] в зависимости от IL и е а также от происхождения и возраста грунтов.
В [4 табл. 6 прил. 1] приведено подразделение грунтов по Е.
Расчетные значения характеристик грунтов принимаются согласно [2 п. 2.13 2.16].
3. Условное расчетное сопротивление грунта Rо. [4]
Важным дополнительным показателем строительных свойств грунтов является условное расчетное сопротивление грунта Rо .
Для предварительных расчетов R0 находится с учетом физических характеристик грунтов по таблицам [2 прил. 3].
Промежуточные значения Rо для пылевато-глинистых грунтов находятся путем двойной интерполяции по формуле:
где e IL – характеристики грунта для которого определяется значение е1 е2 - соседние значения коэффициента пористости в интервале между которыми находится значение е для рассматриваемого грунта; и - табличные значения Rо для е1 соответственно при и ; и - то же для е2.
Вычисленные физико-механические характеристики грунтов строительной площадки
Наименование слоя грунта
Физические характеристики
Механические характеристики
Полное наименование грунта пригодность в качестве естественного основания
Показатель текучести
Угол внутреннего трения
Условное расчетное сопротивление
Не пригоден в качестве естественного основания
Мягкопластичный среднесжимаемый. Не пригоден в качестве естественного основания т.к. е>1
Полутвердая Слабосжимаемая. Пригодна в качестве естественного основания
Среднесжи-маемый средней плотности
насыщенный водой. Пригоден в качестве естественного основания
Пластичная Среднесжи-маемая. Пригодна в качестве естественного основания
4. Непосредственная оценка слоев грунта
В курсовой работе непригодными в качестве естественных оснований считаются грунты:
-пылевато-глинистые грунты в текучей и текучепластичной консистенции и с коэффициентом пористости у супесей е > 07; суглинков е > 1; глин е > 11;
-сильносжимаемые грунты;
-грунты с Rо ≤ 100 кПа.
Возможность использования слабых грунтов в качестве оснований выясняется только по результатам дополнительных исследований и применения мероприятий по искусственному улучшению грунтов строительной площадки. [4]
В курсовой работе непригодными в качестве естественного основания являются растительный слой и суглинок. По результатам расчетов для каждого слоя грунта делается вывод и записывается в 10 столбец таблицы 3.
5 Общая оценка строительной площадки
Строительная площадка характеризуется горизонтальным залеганием пластов грунта. Имеется один выдержанный уровень грунтовых вод на глубине 38 м.
В качестве несущего пласта нужно использовать глину проходя слабые непригодные грунты - растительный слой и суглинок т.к. коэффициент пористости е>1.
Вариантное проектирование. Выбор возможных вариантов устройства фундамента
Выбор вариантов фундаментов и их оснований рассмотрим для сечения I-I являющее наиболее нагруженным (см. задание).
Для данных инженерно-геологических условий и конструкций здания рассмотрим следующие варианты фундаментов и оснований:
Фундамент мелкого заложения на естественном основании (несущий слой полутвердая слабосжимаемая глина.).
Фундамент из забивных висячих свай опирающихся на глину.
Фундамент на искусственно улучшенном основании (песчаная подушка).
Вариант № 1. Фундамент мелкого заложения на естественном основании
В зависимости от типа здания его конструктивной схемы величины нагрузок и свойств грунтов могут быть применены фундаменты мелкого заложения на естественном основании следующих видов: массивные одиночные (столбчатые) ленточные плитные.
Наиболее часто в практике строительства используют сборные ленточные и столбчатые фундаменты. При больших нагрузках которые обычно встречаются в промышленных зданиях фундаменты выполняются монолитными.
Конструктивное решение фундамента зависит от глубины заложения и размеров подошвы. [4]
1. Определение рациональной глубины заложения фундамента [4]:
На выбор глубины заложения подошвы фундамента влияют следующие факторы:
- инженерно-геологические и гидрогеологические условия стройплощадки;
- климатические условия района строительства;
- конструктивные особенности проектируемого здания.
В каждом из упомянутых случаев глубина заложения определяется по особым правилам (см. п. 4.1.1 – 4.1.3) однако нужно помнить что технология производства работ требует минимальной глубины заложения при которой сводится к минимуму объем земляных работ упрощается водоотлив снижается опасность расструктуривания грунтов ниже дна котлована облегчается крепление откосов и т. д. С точки зрения экономики оптимальное решение может быть найдено только после проработки нескольких вариантов с разной глубиной заложения.
1.1. Влияние инженерно-геологических и гидрогеологических условий:
Полутвердая слабосжимаемая глина может служить надежным естественным основанием. Поэтому фундамент прорезая непригодные слои будет заглубляться в пригодный слой (песок средней крупности) на 10 см т.к. с поверхности залегают пласты непригодные в качестве естественного основания. Кроме того необходимо стремиться заложить фундамент выше уровня подземных вод WL. Заложение ниже отметки WL требует дополнительных водозащитных мероприятий во время строительства и эксплуатации здания в данном случае этого удалось избежать.
м – высота растительного слоя
м – высота слоя суглинка
м – величина заглубления в несущий слой (глина).
1.2. Учет климатических условий района строительства:
Нормативную dfn и расчетную df глубину сезонного промерзания грунта определяют в соответствии с [15 п. 2.26 – 2.28].
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта [2 п.2.27 формула 2].
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 глин [2 п. 2.27].
Расчётная глубина сезонного промерзания [2 п. 2.28 формула 3].
- табличный коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений kh = 11 кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой; для отапливаемых от 04-1 в зависимости от температуры в помещении наличии подвала и конструкции пола.
Глубина заложения наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений назначается по [2 п. 2.31 табл. 2] и должна быть не менее 05 df т.к. несущий слой глина с показателем текучести IL 025. При этом глубина исчисляется от уровня планировки т.к. отсутствует подвал и технического подполье.
1.3. Конструктивные особенности здания:
Глубина заложения фундамента под колонны назначается с учетом его высоты которая должна быть достаточной из условия прочности и заанкерирования колонн.
Глубину заделки типовых колонн и размеры фундаментов под них принимают по соответствующим типовым сериям [20 п. III.6.3] [4 прил. 2].
Примем унифицированные размеры подколонников для фундамента серии 1.412-177. Сечение колонны прямоугольное 600x400 мм. Исходя из этого принимаем подколонник рядового фундамента типа Б с размерами сечения 1200x1200 мм.
Унифицированные размеры подколонников
для фундамента по серии 1.412-177.
Принимаем высоту фундамента d=36 м >по [20 табл. III.11] соответствующую типоразмеру №5. Исходя из этого выбираем размеры подошвы фундамента 2400x1800мм по [20 табл. III.10].
Рис. 2. Конструктивная схема фундамента
2. Предварительное определение размеров подошвы фундамента:
2.1. Определение размеров подошвы фундамента:
Выбираем наиболее нагруженное сечение. Это сечение I – I. На обрез фундамента в этом сечении действует вертикальная нагрузка .
Площадь фундамента первоначально определяется по приближенной формуле (с учетом действия только вертикальных сил на обрез фундамента):
где – расчетная нагрузка на фундамент в уровне его обреза (при расчете по деформациям) ;
– условное расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента (под подошвой фундамента находится полутвердая слабосжимаемая глина для которой [табл. 3]);
- глубина заложения фундамента = 36 м;
– средний удельный вес материала фундамента и грунта расположенного на его обрезах .
2.2. Конструирование фундамента:
Принимаем размеры подошвы фундамента 2400x1800x300 мм по [6 табл. III.10] соответствующие типоразмеру №5 Аf=432 м2 > Аf=381 м2. Размеры второй подушки подошвы фундамента 1200x1800x300 мм по [6 табл. III.12].
Подошва фундамента принимается вытянутой в сторону действия М и Fh..
Плитная часть фундамента образуется ступенями высотой 300 мм. Количество ступеней 2.
Принимаем толщину дна стакана 300 мм.
Шаг колонн 6м. Толщина наружных стеновых панелей 250мм.
Для передачи фундаментам нагрузок от стен принимаем фундаментные балки для шага колонн 6 м номиналная длина 5950 мм масса 16т. [6 табл.III.16]
2.3. Проверка давлений по подошве фундамента:
При расчете центрально-нагруженных фундаментов давление на грунт под подошвой фундамента если исходить из принципа линейной деформируемости основания не должно превышать расчетное сопротивление грунта основания R т.е.
Так как на обрез фундамента действуют три усилия то должно выполнятся условие:
где Р – среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям; Рma R – расчетное сопротивление грунта оснований вычисляемое по [3 формула 7] для выбранной ширины bf и глубины d заложения фундамента.
где gс1 и gс2 - коэффициенты условий работы принимаемые по [2 табл. 3]; ; определяем соотношение между длиной и высотой здания- ;
- коэффициент принимаемый равным: если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями и если они приняты по таблицам 1 - 3 рекомендуемого приложения 1 [2]; ;
- коэффициенты принимаемые по [2 табл. 4] для величин не указанных в таблице вычисляются путем интерполирования;
kz - коэффициент принимаемый равным: при b 10 м - kz = 1;
b - ширина подошвы фундамента = 18 м;
gII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента (взвешивающее действие воды в данном случае не учитывается т.к. полутвердая глина является водоупорным слоем) кНм3
- то же залегающих выше подошвы
сII - расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента кПа ;
d1 =36м- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки
db - расстояние от уровня планировки до пола подвала; db =0м т.к. подвал отсутствует;
Произведем проверку для этого необходимо определить и проверить выполнение следующих условий:
Сначала уточняем величины нагрузок на основание (считаем что вес фундаментной балки и опирающихся на неё стен был учтён при определении нагрузок на обрез фундамента приведённых в здании). Тогда вес фундамента с подбетонкой:
где - объём фундамента;
- удельный вес материала фундамента (для железобетона ).
Вес грунта на обрезах фундамента:
где - объёмы грунта соответственно слева и справа фундамента;
- осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента.
Вычислим максимальное и минимальное краевое давление под подошвой фундамента:
где W – момент сопротивления площади подошвы фундамента относительно оси перпендикулярной плоскости действия момента:
M – момент от активного давления грунта:
где с и e – расстояние от вертикальной оси до нагрузки приложенной к подушке: ; .
Условия должны удовлетворяться с требуемой экономичностью. Так при устройстве монолитного фундамента допускается недогрузка 5 - 10%.
Условия выполняются но наиболее невыгодное из условий – первое но 6119% > 10% следовательно выбранный размер подошвы не подходит. Необходимо уменьшить размер подошвы и произвести вычисления с новой величиной (II приближение).
Пусть размеры стороны подошвы фундамента будут 2100x1800x300 по [6 табл. III.10].
Определяем расчётное сопротивление грунта по [2 формуле 7]:
Пусть размеры стороны подошвы фундамента будут 1800x1800x300 по [6 табл. III.10].
Уменьшать далее размеры подошвы фундамента невозможно из-за конструктивных соображений. Следовательно принимаем размеры b=1800 мм h=1800 мм.
3. Расчет оснований фундамента по предельным состояниям [4]:
Фундаменты рассчитываются по двум группам предельных состояний: по первой – по несущей способности и по второй – по деформациям.
Расчет строительных конструкций и оснований в нашей стране ведут методом предельных состояний.
Если нормальная эксплуатация сооружения невозможна при исчерпывании грунтом прочности то достигается предельное состояние основания по несущей способности (первое предельное состояние). Если деформации основания оказываются чрезмерными для надземных конструкций (при напряжениях меньше предела прочности грунта) то достигается предельное состояние основания по деформациям (второе предельное состояние).
Целью расчета оснований по предельным состояниям является уточнение предварительно принятых размеров фундамента такими пределами при которых гарантируется прочность устойчивость и трещиностойкость конструкций включая общую устойчивость сооружения а также нормальная эксплуатация подземных конструкций при любых возможных нагрузках и воздействиях.
Основания рассчитываются по деформациям во всех случаях и по не сущей способности (в случаях указанных в [1 п. 2.3]).
3.1 Расчёт основания по деформациям (II группа предельных состояний):
Расчеты оснований по деформациям производят исходя из теории линейно-деформируемой среды (теории упругости).
Целью расчета оснований по II группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение абсолютных перемещений фундаментов и подземных конструкций такими пределами при которых гарантировалась бы нормальная эксплуатация сооружения и не снижалась бы его долговечность.
3.2.1. Расчет абсолютной осадки фундамента S:
Расчет сводится к удовлетворению основного условия
где S – совместная деформация основания и сооружения определяемая расчетом;
SU – предельное значение совместной деформации основания и сооружения устанавливаемого [2 прил. 4].
Расчёт осадки основания производим методом послойного суммирования в соответствии с приложением 2[2] т.к. м и в основании нет грунтов с МПа.
Сущность метода состоит в следующем: основание разбивается на элементарные слои; в пределах сжимаемой толщи определяется осадка каждого слоя от дополнительных вертикальных напряжений; затем осадки всех элементарных слоев суммируются.
Результаты расчёта представлены в таблице 4 где:
) Для построения эпюр zр и zg грунт на разрезе строительной площадки расположенный ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои высотой hi так чтобы выполнялось условие:
толщина элементарного слоя принимается из условия при
) Определяют вертикальные напряжения от собственного веса грунта zgi на границе i – го слоя залегающего на глубине zi по формуле (на уровне подошвы фундамента) т.к. глина полутвердая и является водоупорным слоем то вес части слоя глины расположенного ниже УГВ будет рассчитываться без учёта взвешивающего действия воды.
Далее идет мелкий песок.
) Находят дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки на глубине zi под подошвой фундамента (по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента):
коэффициент определяемый по [2 табл.1 прил. 2] в зависимости от : ; ;
Значения α zpi заносим в таблицу 2 в графы 6 7 и 8 соответственно.
) Нижняя граница сжимаемой толщи основания условно находится на глубине Z = Hс там где zр = 02 zg если модуль деформации этого слоя или непосредственно залегающего под этой границей больше или равен 5 МПа.
Z = 3136 м что соответствует точке пересечения.
Hс можно определить графически как точку пересечения эпюр zр и 02 zg построенных в масштабе.
) среднее значение вертикального напряжения от внешней нагрузки в каждом i – том слое грунта:
) Полная осадка основания определяется как сумма осадок отдельных слоёв в пределах сжимаемой толщи по формуле:
где – безразмерный коэффициент учитывающий условность расчетной схемы принимаемый равным 08.
Полученные значения записываются в графе 10 таблицы 2.
) Предельно допустимая осадка для данного здания определяется по [2 прил.4]: см.
Таким образом основное условие расчета основания фундамента по деформациям удовлетворено:
S = Si =08001635=001308м=131см
где - безразмерный коэффициент учитывающий условность расчетной схемы принимаемый равным 08.
Определение осадки методом послойного суммирования
Рис. 3. Расчетная схема к определению осадки методом послойного суммирования
3.2.2. Проверка слабого подстилающего слоя:
При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности чем прочность грунта вышележащих слоев размеры фундамента должны назначаться такими чтобы обеспечить условие:
где и - вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта кПа (тсм2);
R z - расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z кПа (тсм2) вычисленное по формуле (7) для условного фундамента шириной bz м равной:
Az = Nszp ; a=(l - b)2
здесь N - вертикальная нагрузка на основание от фундамента;
l и b - соответственно длина и ширина фундамента.
a=(l - b)2= (18 – 18)2=0
Условие выполняется.
3.2. Расчёт оснований по несущей способности (I группа предельных состояний):
Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости оснований а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.
Расчет оснований по несущей способности производится лишь при определенных условиях нагружения а также при неблагоприятных инженерно-геологических условиях площадки строительства [2 п. 2.3].
В курсовой работе такой расчет выполняется в обязательном порядке (в учебных целях) для одного из фундаментов на естественном основании.
Несущая способность основания считается обеспеченной при выполнении одного из условий в зависимости от способа расчета:
а) при использовании аналитических методов расчета:
б) при расчете на сдвиг по подошве фундамента:
в) при расчете графоаналитическим методом круглоцилиндрических поверхностей:
где F – расчетная нагрузка на основание
γc – коэффициент условий работы зависящий от вида грунта основания
γn – коэффициент надежности по назначению сооружения
FSA – сдвигающие силы
FSR – удерживающие силы
k – коэффициент устойчивости представляющий собой соотношение суммарного момента сдвигающих сил к суммарному моменту удерживающих сил для выбранной круглоцилиндрической поверхности скольжения.
Потеря устойчивости основания происходит в тех случаях когда напряжения в грунтах превысят их сопротивления сдвигу. При этом считается что нормальные и касательные напряжения и по всей поверхности скольжения достигают значения соответствующего предельному равновесию вычисленному по формуле Кулона — Мора:
где и — соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта.
Возможны различные схемы потери устойчивости (разрушения) основания:
а) Плоский сдвиг по подошве фундамента или слабому прослойку.
б) Глубокий сдвиг с образованием поверхностей скольжения охватывающих фундамент и примыкающий к нему массив грунта.
При выборе схемы потери устойчивости (а значит и метода расчета) следует учитывать характер нагрузок и их равнодействующей (вертикаль наклон эксцентриситет); форму фундамента (ленточный прямоугольный и пр.); характер подошвы фундамента (горизонтальность наклон); наличие связей фундамента с другими элементами здания или сооружения ограничивающих возможность потери устойчивости; характеристику основания — вид и свойства грунтов (их стабилизированное или нестабилизированное состояние) однородность геологического строения наличие и наклон слоев и слабых прослоек наличие откосов грунта вблизи фундамента и пр.
Основания ленточного фундамента следует проверять на устойчивость только в направлении короткой стороны (ширины) фундамента а прямоугольного квадратного и круглого — в направлении действия момента либо наклона равнодействующей (направления ее горизонтальной составляющей).
Плоский сдвиг по подошве фундамента:
) Определяем состояние несущего слоя грунта согласно [2 п. 2.61].
В нестабилизированном состоянии находятся медленно уплотняющиеся пылевато–глинистые и биогенные грунты со степенью влажности SR>085 и коэффициентом консолидации . Сила предельного сопротивления основания для данных грунтов должна определяться с учетом избыточного давления в паровой воде U вычисленного методами фильтрационной консолидации грунтов.
Для водонасыщенных грунтов имеющих показатель консистенции IL05 допускается не определять коэффициент консолидации и не учитывать возможность возникновения нестабилизированного состояния грунтов (т. е. считать их стабилизированными).
Остальные виды грунтов считаем в стабилизированном состоянии.
Так как несущий слой – глина с показателем текучести IL05 следовательно грунт находится в стабилизированном состоянии.
) Оцениваем нагрузки:
) Определяем несущую способность основания состояние грунта нестабилизированное .
Nγ Nq Nc - безразмерные коэффициенты несущей способности определяемые по [2 табл.7] в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта цI и угла наклона к вертикали д равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента;
с1 - расчетное значение удельного сцепления грунта кПа;
j1 – расчетное значение угла внутреннего трения грунта;
где и - соответственно приведённые ширина и длинна фундамента м вычисляемые по формулам:
коэффициенты формы фундамента ;
и - расчетные значения удельного веса грунтов кНм3 находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды);
d - глубина заложения фундамента м;
Далее проверяем выполнение условия [2 формула 11]:
где F - расчетная нагрузка на основание
Fu - сила предельного сопротивления основания
gс - коэффициент условий работы принимаемый для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии gс = 085
gn - коэффициент надежности по назначению сооружения принимаемый равным 12; 115 и 110 соответственно для зданий и сооружений I II и III классов.
Проверим выполняется ли условие:
Условие выполняется несущая способность основания обеспечена.
Принимаем фундамент мелкого заложения со следующими размерами:
d=36 м – глубина заложения фундамента;
b=18 м – ширина подушки фундамента;
l=18 м – длина подушки фундамента.
Вариант № 2. Свайный фундамент
В России известно более 150 видов свай которые классифицируются по материалу конструкции виду армирования способу изготовления и погружения по характеру работы в грунте.
В настоящее время в строительстве наибольшее применение нашли следующие виды свай:
Сваи забивные жб погружаемые в грунт в готовом виде с помощью молотов вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов;
Сваи буронабивные устраиваемые заполнением пробуренных скважин бетонной смесью или жб элементами.
Сваи набивные устраиваемые в скважинах образованных уплотнением грунта;
Рациональная область применения различных видов свай определяется в первую очередь инженерно-геологическими условиями строительной площадки и характером нагрузок передаваемых от сооружения на фундамент.
Свайные фундаменты рационально применять при большой толщине слабых грунтов залегающих сверху (текучепластичных и текучих глинистых грунтов заторфованных насыпных) а также при высоком горизонте грунтовых вод и при глубоком промерзании грунтов для понижения трудоемкости увеличения степени механизации работ нулевого цикла и экономической их целесообразности.
В нашем случае свайный фундамент принимаем в виде кустов свай объединенных общим железобетонным ростверком квадратной формы в плане. Количество свай в кусте определяет величиной и видом нагрузки и несущей способностью свай. Принимаем жесткое сопряжение свайного ростверка со сваями.
1 Определение глубины заложения подошвы ростверка:
Ростверк пытаются заложить как можно выше так как это обеспечивает более экономичное решение.
При установлении глубины заложения подошвы ростверка руководствуются теми же соображениями что и при определении глубины заложения подошвы фундаментов возводимых на естественном основании [п. 4.1].
Расчетная глубина промерзания грунтов определенная в [п. 4.1.2]-
ориентировочно минимальная высота ростверка под колонну может быть определена по формуле м:
где аk - больший размер колонны в плане; h0 - глубина заделки сваи в ростверк.
Размеры подколонника выбираются аналогично фундаментам мелкого заложения на естественном основании. Принимаем глубину заложения ростверка 19м b и его высоту 07м.
2 Выбор вида и размеров свай:
Рис. 4. Схема определения глубины заложения ростверка и свай
Согласно [7 п. 2.2.] сваи по характеру работы в грунте разделяют на сваи-стойки и сваи трения (висячие). К сваям-стойкам относят сваи всех видов опирающиеся на скальные грунты а кроме того забивные сваи на малосжимаемые грунты. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным а также твердые глины с модулем деформации Е > 50 МПа.
Сваи передающие нагрузку острием и боковой поверхностью на сжимаемые грунты называются сваями трения (висячими).
Длина сваи определяется глубиной залегания слоя хорошего грунта в который заглубляется свая отметкой заложения подошвы ростверка и величиной заделки сваи в ростверк. При назначении длины сваи слабые грунты (насыпные торф грунты в текучем и рыхлом состоянии) необходимо прорезать и острие сваи заглублять в плотные грунты. При очень мощной толще слабых грунтов нижние концы свай оставляют в них.
Обычно заглубление сваи в крупнообломочные гравелистые крупные и средней крупности песчаные грунты а также глинистые грунты с показателем консистенции IL ≤ 01 должно быть не менее 05 м а прочие нескальные грунты – не менее 1 м.
Выбираем висячую забивную сваю с заглублением в глину (IL = 019) на 1 м:
Определив тип и требуемую длину сваи выбираем по сортаменту рациональное сечение и марку сваи [1 табл.2]. Выбираем сваю С 3 – 30 длинной 3 м с размером поперечного сечения b=25х25 см и длинной острия 020м.
3 Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю:
Допускаемая нагрузка на сваю определяется из условий работы сваи по грунту и по материалу. В расчетах используется меньшее значение расчетной нагрузки допускаемой на сваю полученное по двум указанным условиям.
3.1 Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по грунту:
Расчётная нагрузка Fd кН допускаемая на висячую забивную сваю определяется по формуле
где γc - коэффициент условий работы сваи в грунте принимается γc =1;
R - расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяемое по [7 табл. 1] с помощью интерполирования в зависимости от вида грунта его состояния и глубины заложения несущего слоя кПа.
A - площадь опирания сваи на грунт м2 (А = 025 025 = 00625 м2);
U - наружный периметр поперечного сечения сваи м (U = 025 4 = 10 м);
Разделим слои которые проходит свая на слои толщиной 2м и обозначим их. Получаем следующие слои: 1–ый слой суглинок h1 = 13 м 2–ой слой глина толщиной h2 = 125 м:
- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения свай на расчётные сопротивления грунта определяемые по [7 табл. 3] в зависимости от вида и состояния грунта
3.2 Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по сопротивлению материала (сваи):
Расчетная нагрузка Рс допускаемая на сваю по сопротивлению материала для железобетонной сваи определяется в соответствии со СНиП [8]. В курсовой работе применены сваи из бетона марки В 15 со стержневой арматурой (4 стержня А-I диаметром 10 мм). Расчетная нагрузка Рс (кПа) допускаемая на сваю (железобетонную центрально-сжатую прямоугольного и квадратного сечения с симметричным армированием) по сопротивлению материала определяется по формуле:
где γ с – коэффициент условий работы сваи (γс = 1 при d > 200 мм);
φ – коэффициент продольного изгиба (для низкого ростверка принимается φ = 1);
γb – коэффициент условий работы бетона (для забивных свай γсd = 1);
Rb – расчетное сопротивление бетона сжатию определяемое по [8 табл. 13] (Rb = 85 МПа);
А – площадь поперечного сечения сваи м2 (А = 025025 = 00625 м2);
Rs – расчетное сопротивление арматуры сжатию определяемое по [8 табл. 22*] (Rs = 225 МПа) ;
As – площадь поперечного сечения рабочей арматуры м2 ()
Несущая способность висячей сваи по грунту меньше чем по материалу (2568 кПа > 6019 кПа) следовательно в дальнейших расчетах используется наименьшее из этих значений т. е. N = 2568 кПа.
4 Определение количества свай в фундаменте и их размещение:
Необходимое количество свай в фундаменте рассчитывают приближенным способом предполагая равномерное размещение и передачу нагрузки на все сваи в ростверке из выражения:
где – расчетная нагрузка действующая по обрезу фундамента кН();
где k - коэффициент учитывающий действие момента М0I (при M0I 0 k = 12).
– расчетная нагрузка допускаемая на сваю;
где - коэффициент надежности определяемый по [7 п. 3.10];
а – шаг сваи принимаемый ориентировочно а = 3b (b – большая сторона или диаметр сваи) а = 3b = 3 025 = 075м;
- коэффициент надежности равный 11;
dр – глубина заложения подошвы ростверка м(dp = 19 м);
- усредненный удельный вес материала фундамента и грунта принимаемый = 20 кНм3.
Полученное количество округляется до целого числа свай nф. Следовательно nф = 6.
Расстояние между осями забивных висячих свай без уширений в плоскости их нижних концов должно быть не менее 3d (где d — или диаметр круглого или сторона квадратного или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи) 3d=075м.
5 Определение размеров ростверка:
Определение ширины ростверка
Ширина ростверка зависит от схемы размещения свай и возможного отклонения свай при забивке. Расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи при двухрядном их размещении
где b – ширина сваи равная 30 см.
с = 03b + 5 = 03 25 + 5 = 125 см 15 см (т.к. должно быть кратно 5).
Ширина ростверка bр равна:
Принимаем ширину ростверка конструктивно т.е. bр=18 м.
Длина ростверка lр равна:
Принимаем длину ростверка кратной 300 мм т.е. lр=21 м.
6 Проверка свай по несущей способности:
После размещения сваи и получения размеров ростверка определяют фактическую расчетную нагрузку на сваю N рассматривая фундамент как рамную конструкцию воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для фундаментов промышленных и гражданских сооружений с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю в плоскости подошвы ростверка допускается определять по формуле:
где – нагрузка приходящаяся на одну сваю в плоскости подошвы ростверка
n – число свай в фундаменте;
В курсовой работе поэтому формула имеет вид:
При этом должно выполняться условие: где γk - коэффициент надёжности определяемый [4 п.3.10] γk =14. Условие выполняется так как 2085 кН 2568 кН
Вычисляем момент действующий в плоскости подошвы ростверка:
Сваи по несущей способности необходимо проверять из условия:
Все условия выполняются.
Рассмотрим другой вариант расположения ростверка:
- условия выполняются.
Принимаем первый вариант устройства ростверка и свай т.к. он более экономичен.
7 Расчет свайного фундамента по деформациям:
Расчет фундамента из висячих забивных свай и его основания по деформациям (по второй группе предельных состояний) следует производить как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП [7]. Расчет сводится к определению размеров условного фундамента проверке напряжений возникающих по его подошве и вычислению осадки.
7.1 Определение границ условного фундамента:
Границы условного фундамента определяются следующим образом. Первоначально определяют средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунтов находящихся в пределах длины сваи:
где – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi.
Затем проводим наклонные плоскости под углом от точек пересечения наружных граней свай с подошвой ростверка до плоскости DC проходящей через нижние концы свай. Путем построения боковых вертикальных плоскостей проходящих через точки D и C до пересечения с поверхностью планировки грунта находят очертания условного фундамента ABCD который включает в себя грунт сваи и ростверк.
Размеры подошвы условного фундамента (соответственно ширину и длину его) определяют по выражениям:
- конструктивно принимаем 18м.
Площадь условного фундамента:
где и – размеры в пределах внешних граней крайних свай м;
h – глубина погружения свай в грунт считая от подошвы ростверка.
Рис.5. Схема к расчету основания по деформациям
7.2 Определение интенсивности давления по подошве условного фундамента:
Определив площадь условного фундамента и глубину его заложения определяют интенсивность давления по его подошве и сравнивают ее с расчетным сопротивлением грунта установленным на этой глубине аналогично фундаментам мелкого заложения [п. 4.2.3]. Тогда:
где – расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента ;
– вес свай ростверка и грунта в пределах условного фундамента ABCD кН с площадью Аy м2;
R – расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента кПа [3 ф. (7)].
где gс1 и gс2 - коэффициенты условий работы принимаемые по табл. 3 [2]; ; ;
- коэффициенты вычисляются путем интерполирования:
P=32407 кН R=58887 кПа.- условие выполняется.
7.3. Определение осадки условного свайного фундамента:
Определяют по формулам приведенным в [3 п. 5.1.2].
) hi ≤ 04b т. е. hi = 04b = 04 18 = 072 м
Принимаем . hi = 070 м.
где b – ширина условного фундамента.
) Полная осадка основания определяется как сумма осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи по формуле:
- условие выполняется так как .
Результаты расчета сведены в таблицу 5.
Рис. 6. Расчетная схема к определению осадки методом послойного суммирования
Вариант №3. Проектирование фундамента на искусственно улучшенном основании (песчаная подушка)
Песчаная подушка - это простейший вид искусственного улучшения основания.
Применение подушек способствует уменьшению и выравниванию осадок сооружения и более быстрому их затуханию а также уменьшению глубины заложения фундаментов. Их целесообразно применять когда основание с поверхности сложено слабыми грунтами. Подушки используют для полной замены (прорезки) непригодного как основание пласта или для частичной замены слабого грунта с целью уменьшения на него давления. В теле подушки грунты необходимо послойно уплотнять.
Расчет песчаной подушки сводится к определению ее размеров и осадки возводимого на ней фундамента.
1. Выбор материала подушки:
В качестве подушки в курсовой работе принимаем песок средней крупности средней плотности R=400 кПа. Устанавливается по [3. прил.3]. При этом основанием фундамента является слой суглинка мягкопластичного среднесжимаемого с условным расчетным сопротивлением R0 = 135 кПа.
2. Выбор глубины заложения фундамента:
Аналогично фундаменту мелкого заложения подошва закладывается конструктивно т.е. df=15 м и принимаем подколонник рядового фундамента типа Б с размерами сечения 1200x1200 мм и одну фундаментную подушку h=03 м.
Таким образом глубина заложения получается dф=15 м.
3. Определение размеров подошвы фундамента:
Определяем ориентировочную площадь фундамента:
Принимаем подушку 1800x1800 мм и проверяем по формулам аналогичным в фундаментах мелкого заложения.
Расчетное сопротивление грунта основания R определяется по [3 прил.3ф. 1 или 2.]
В нашем случае для dф=15 м2 т.е. используется формула:
b d-соответственно ширина и глубина проектируемого фундамента м;
k1 – коэффициент принимаемый для оснований сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами кроме пылеватых песков k1=0125 пылеватыми песками супесями суглинками и глинами k1 = 005;
R0 – принимается по [2 табл. 3] R0=400 кПа.
Условия выполняются. Следовательно выбранный размер подошвы подходит по всем проверкам.
4.Определение размеров песчаной подушки:
В КП высота песчаной подушки определяется конструктивно как разность глубины залегания пригодного слоя грунта после слабого и глубины заложения фундамента.
Таким образом высота песчаной подушки составляет 17 м.
5. Проверка слабого подстилающего слоя:
На уровне низа подушки должно соблюдаться условие :
где z g – природное давление (от собственного веса грунта) на кровлю слабого слоя кПа:
γi; hi – соответственно удельный вес и толщина каждого i–го вышележащего слоя.
z go = γ ' df = 15815 = 237 кПа
γi hi = γп 17 = 18317 = 3111 кПа
z g = 237 + 3111 = 5481 кПа.
zр –дополнительное давление на кровлю слабого слоя от внешней нагрузки:
где α – коэффициент изменения дополнительного давления на глубине основания учитывающий форму подошвы фундамента [3 табл. 1 прил. 2] (при = 2zb = 21718 = 189 где z = 17 м – расстояние от низа подошвы фундамента до слабого подстилающего слоя α = 0367).
zр = 036728249 = 10367 кПа
р0 = 30619-237 = 28249 кПа .
Rz – расчетное сопротивление грунта для условного фундамента опирающегося на слабый слой. Rz вычисляют по [3 формула (7)] с учетом характеристик слабого слоя и ширины подошвы условного фундамента bz определяемой по формуле:
F = 900+6136+3071= 99207 кН
bz = F zр =99207 10367 = 957 м2 ;
Находим R для глины:
γс1 = 125; γс2 = 10;
при φII = 188 град : (определяются методом интерполяции) ;
b = bz = 957 м – ширина подошвы условного фундамента;
Проверим условие z g + z р = 5481 + 10367 = 58693 кПа
Проверка выполняется но не удовлетворяет условию экономичности однако оставляем конструкцию подушки без изменений поскольку приняты минимальная глубина заложения фундамента и размеры подушки.
Рис. 7. Выбранный вариант фундамента на песчаной подушке
6. Определим размеры подушки в плане:
угол распределения давления в теле подушки. Устойчивость подушки в слабом грунте обеспечивается при .
угол наибольшей крутизны откоса заменяемого грунта (обратной засыпки): по [4 табл.1 прил.3] 900.
Окончательно принимаем:
Технико-экономическое сравнение и выбор оптимального
Технико-экономическая оценка выполняется для каждого из разработанных вариантов фундамента и включает в себя определение объёмов основных работ для одного фундамента и подсчёт их стоимости.
Стоимость каждого варианта фундамента определяется по единым районным единичным расценкам (ЕРЕР).
1.Стоимость работ по устройству фундамента мелкого заложения.
Вид работ или элемент конструкции
Объем работ или конструкции
Единич. стоимость работ руб
Общая стоимость работруб.
Устройство фундамента
Разработка грунта при глубине выработки более 18м
2. Стоимость работ по устройству свайного фундамента.
Единич.стоимость работруб
Устройство монолит. роств. и
Забивные сваи до 12 м
3. Стоимость работ по устройству фундамента на песчаной подушке.
Разработка грунта в пределах d
Разработка грунта в пределах hcs
Устройство песчаной подушки
тяжелыми тромбовками
По результатам расчёта наиболее дешевым является вариант свайного фундамента. Его и принимаем для окончательного проектирования фундаментов по другим сечениям намеченным в задании.
Расчёт свайного фундамента по сечению 2-2
Для сечения 2-2 принимаем те же сваи что и для 1-1 (С30-25). Принимаем глубину заложения ростверка 19м b и его высоту 07м.
1. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю:
1.1. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по грунту:
Расчётная нагрузка Р допускаемая на висячую сваю определяется по формуле:
–ый слой суглинок h1 = 13 м 2–ой слой глина толщиной h2 = 125 м:
1.2. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по сопротивлению материала (сваи):
γс = 1 при d > 200 мм;
φ = 1 для низкого ростверка принимается;
γсd = 1 для забивных свай;
2. Определение количества свай в фундаменте и их размещение:
а = 3b = 3 025 = 075м;
Принимаем 2 свай в кусте.
3. Определение размеров ростверка:
Принимаем длину ростверка конструктивно т.е. bр=18 м.
4. Проверка свай по несущей способности:
5. Расчет свайного фундамента по деформациям:
5.1. Определение границ условного фундамента:
5.2. Определение интенсивности давления по подошве условного фундамента:
P=14394 кН R=58887 кПа.- условие выполняется.
Расчёт свайного фундамента по сечению 3-3
1 Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю:
Принимаем 4 свай в кусте.
P=25914 кН R=58887 кПа.- условие выполняется.
Защита свайного фундамента и подземных частей здания от грунтовых вод
В данном КП УГВ находится в пределах водоупорного слоя-полутвердой глине. В данном случае необходимо провести гидроизоляцию свай и ростверка от капиллярных вод. Гидроизоляция ведётся по наружному контуру подземных конструкций. Средства используемые для гидроизоляции такие же как при гидроизоляции фундамента мелкого заложения:
От капиллярной влаги подземные конструкции в местах соприкосновения с грунтом чаще всего изолируют окрасочной гидроизоляцией на битумной битумно-полимерной и полимерной основах которая наносится в два – четыре слоя. Во влажных грунтах обмазку делают по оштукатуренной цементным раствором поверхности стены. В сильновлажных грунтах к цементному раствору добавляют цезерит уплотняющий бетон и растворы.
Рекомендации по производству работ нулевого цикла. Техника безопасности
1. Подготовительные работы
Подготовительные работы предусматривают очистку территории площадки от пней строений мусора планировку территории устройство водоотводящих сооружений перенос подземных коммуникаций устройство временных дорог подводку электроэнергии для работы машин и освещения ограждение территории строительства устройство складских и служебных помещений и т.д.
2. Геодезические работы
Перед началом производства работ необходимо произвести разбивку осей зданий то есть привязку главных разбиваемых линий к координатам строительной сетки после чего осуществляется разбивка котлована и траншей под фундаменты. Оси главных разбивочных линий представляют собой продольные и поперечные оси здания затем отмеряются расстояния до осей стен или колонн. Эти оси закрепляют на расстоянии 2 – 3 м от бровки котлована на специально установленной обноске которая устраивается из столбов с прибитыми к ней досками. Верхняя кромка столбиков должна иметь остроконечную поверхность. Верхние концы всех досок должны находиться на одной отметке. Оси стен и котлованов должны быть обозначены и пронумерованы краской а в доски вбиты гвозди к которым крепится проволока для переноса границы котлована или оси фундамента в котлован. На поверхности земли контуры котлована отмечают колышками.
3. Разработка грунта
Разработка грунта в котлованах производится тремя основными способами: механическим (экскаваторами бульдозерами скреперами) гидромеханическим (с применением землесосных снарядов и гидромониторов) и взрывом.
В практике городского строительства наиболее распространенным является механический способ разработки грунта когда грунт отвозится автомобилями или разработка производится в отвал. Грунт в котлованах не добирается до проектной отметки на 20-25 см.
Выбор механизма для отрывки котлована производится с учетом вида грунта. При маловлажных грунтах и неглубоких котлованах в случае когда отвальный грунт остается на месте постройки для устройства котлованов могут применяться бульдозеры экскаваторы с прямой и обратной лопатой и драглайны. При очень влажных и насыщенных водой грунтах отрывка может производиться лишь с поверхности так как установка экскаватора на дне котлована и движение автомобилей отвозящих грунт приводят к нарушению структуры грунта служащего основанием сооружения.
4. Подготовка основания
Подготовка основания является ответственным процессом при возведении фундаментов. Непосредственно перед возведением фундаментов производится разработка недобора грунта в котловане малыми средствами механизации.
При устройстве монолитных фундаментов когда неровности дна котлована заполняются раствором или бетоном и тем самым обеспечивают контакт фундамента с основанием зачистка может выполняться с некоторыми неровностями. В зимнее время последний слой грунта следует удалять непосредственно перед укладкой фундамента.
Если была допущена разработка грунта ниже проектной отметки дна котлована то производят подсыпку местным грунтом с уплотнением его до естественной плотности. Если нет механизмов для уплотнения то подсыпают песок щебень или гравий.
Если дно котлована было замочено после его отрывки то размокший грунт должен быть удален до глубины при которой он сохранил свою естественную влажность. После этого подсыпают местный грунт с уплотнением до проектной отметки. Можно не срезать размокший грунт а втрамбовывать в него кирпичный щебень который “отсасывает” воду из грунта и уменьшает его влажность. Поверхность щебня покрывают так называемой “стяжкой” в виде тонкого слоя слоя цементного раствора.
5. Бетонирование монолитных фундаментов
Возведение монолитных фундаментов применяемых под колонны или столбы осуществляется в опалубке. Комплексный процесс сооружения отдельных монолитных фундаментов включает устройство опалубки сборку и установку арматурных каркасов подачу и уплотнение бетонной смеси и уход за ней.
В зависимости от местных условий и имеющегося оборудования возведение монолитных фундаментов может осуществляться по любой технологической схеме. При этом грузоподъемность кранов на максимальном вылете крюка должна быть не менее 3 тонн. Необходимый вылет крюка крана определяется для каждого объекта отдельно.
Если фундаменты возводятся ниже уровня грунтовых вод то после окончания бетонирования следует прекратить откачку воды.
Опалубка снимается с фундаментов после затвердевания бетона до такой прочности при которой можно не опасаться откалывания углов и кромок. Как правило распалубка производится через 3 – 4 дня.
Бетонные фундаменты при минимальной суточной температуре –30 С должны возводиться из теплого бетона. Для этого инертные материалы и вода подогреваются после чего приготавливается бетон. Затем должны быть предусмотрены меры обеспечивающие твердение его во всяком случае до 50 % проектной прочности. Это достигается применением одного из следующих способов подогрева бетона: пароподогрев электропрогрев или обогрев бетона в тепляках.
При укладке фундаментов многоэтажных зданий можно применять при небольших отрицательных температурах способы ускоряющие твердение бетона добавлением в него хлористого кальция сохраняя невозможность вымораживания влаги.
6. Засыпка пазух котлованов
Обратная засыпка пазух котлованов должна производиться сразу после сооружения фундаментов.
Во избежание попадания поверхностных вод в пазухи котлованов уплотнение грунта рекомендуется выполнять немедленно после засыпки его в пазухи. Засыпка грунта в пазухи котлованов и его уплотнение должно производиться послойно. При этом следует применять пневмо- и электротрамбовки трамбующие и вибротрамбующие навесное малогабаритное оборудование. Засыпаемый в пазухи грунт не должен содержать органических включений. Толщина слоев при заполнении пазух не должна быть более 10 см.
Во избежание повреждения фундаментов грунт вокруг них в стесненных условиях должен быть уплотнен механическими трамбовками на ширину 1 м от обрезов и на высоту не менее 04 м над верхом фундамента. В этих местах запрещается трамбовать грунт ближе чем на 1 м от обреза фундаментов трамбующими и вибротрамбующими машинами.
Вдоль наружных стен здания устраивают отмостку из водонепроницаемых материалов и на 15 см выше отметки – горизонтальную изоляцию помещений от грунтовой влаги.
7. Техника безопасности при возведении фундаментов
Прежде чем приступить к возведению фундаментов все рабочие занятые на монтаже должны пройти специальный инструктаж по технике безопасности. Знания правил техники безопасности рабочими и инженерно-техническими работниками должны проверяться не реже 1 раза в год.
Основные положения по технике безопасности должны быть отражены в проекте организации работ по строительству объекта. С этими положениями следует ознакомить весь персонал занятый монтажными работами. Для этого нужно перед началом работ вывесить плакаты указывающие безопасные приемы монтажа предупредительные надписи; отметить места складирования элементов. Опасные для движения людей и механизмов зоны должны быть огорожены или оборудованы предупредительными сигналами.
Осуществлять монтажные работы в ночное время допускается лишь при хорошем искусственном освещении. Освещать следует не только места установки элементов но и приобъектные склады а также зоны перемещения конструкций.
Перемещать сборные элементы над рабочими местами запрещается.
Строповку блоков следует производить только за монтажные петли заделанные в блоках а подъем их осуществлять специальными траверсами или стропами прочность и надежность которых должны периодически проверяться.
Перед подъемом блока рабочий должен убедиться в правильности его строповки после чего следует приподнять блок на высоту не более 30 см и убедиться в надежности его закрепления. Поднимать и опускать блок следует плавно без рывков и раскачивания строго по вертикали. Во время подъема и опускания не допускается перекручивание троса крана. Чтобы избежать этого следует удерживать блок в определенном положении при помощи оттяжек. Не допускается подтягивание или подталкивание элементов во время их подъема и опускания.
Если возникает необходимость в этом то подтягивание можно допустить при неподвижном положении стрелы или крана и троса в случае когда блок находится на расстоянии не более 50 см по вертикали от места укладки. Во время подъема блока и подачи к месту укладки в зоне его движения не должны находиться люди.
Перед установкой блока он должен быть опущен над местом укладки примерно на 05 м от поверхности грунта после чего осуществляется центровка и установка блока в рабочее положение. Снятие крюков с петель блока разрешается после полного окончания выверки и утановки элемента на свое место.
Оставлять поднятые блоки на время перерыва в работе не допускается. При горизонтальном перемещении поднятого элемента он должен проходить на высоте не менее 1 м от верха самого высокого предмета находящегося на его пути.
Особое внимание должно уделяться надежности установки крана. Башенные краны допускаются к работе после осмотра их путей. Нельзя приступать к работе если подкрановые пути будут иметь отклонения от нормального положения. В период оттаивания грунта подкрановые пути проверяются 2 раза в день.
Самоходные краны устанавливаемые на бровке котлована должны находиться на таком расстоянии от края откоса при котором обеспечивается его устойчивость. В зимнее время рабочие места проходы трапы и т.п. должны очищаться от снега наледи мусора и посыпаться песком. Не допускается поднимать элементы примерзшие к земле или друг к другу.
В данном курсовом проекте запроектированы фундаменты одноэтажного промышленного здания на основе существующих методов расчета оснований по предельным состояниям с учетом их инженерно-геологических условий площадок строительства и конструктивных особенностей здания - фундамент мелкого заложения свайный фундамент и фундамент на искусственно улучшенном основании.
При выполнении курсового проекта получены следующие данные:
Фундамент мелкого заложения
Глубина заложения фундамента равна .
Размеры подошвы фундамента b=1800 мм h=1800 мм.
Определили основные нагрузки действующие на фундамент.
Провели проверку давлений по подошве фундамента.
Провели расчет основания фундамента по деформациям.
Определили осадку фундамента .
Провели расчет основания фундамента по несущей способности
Глубина заложения ростверка равна .
Провели выбор свай С 30 - 25.
Определили количество свай n=6
Размеры ростверка bр=2100мм h=1800 мм.
Определили интенсивность давления по его подошве и сравнили ее с расчетным сопротивлением грунта
Провели расчет основания фундамента по деформациям. Определили осадку фундамента .
Технико-экономические показатели были определены для трех вариантов из которых наиболее экономичным является свайный фундамент. Для него просчитываются оставшиеся сечения.
ГОСТ 27751-88. Надежность строительных конструкций и оснований.
СНиП 2.02.01-83 «Основания здания и сооружений». Стройиздат 1985 г.
Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов (основы теории и примеры расчета): Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат 1990.
Учебно-методическое пособие для выполнения курсового проекта по теме «Вариантное проектирование фундаментов сооружений» часть I II – ЧГУ 2007 г.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. - М.: Стройиздат 1986.
Шутенко Л.Н. и лр. Основания и фундаменты: Курсовое и дипломное проектирование. - Киев: Высш. шк. 1989.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1986.
СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции». Стройиздат 1985 г.