Вариантное проектирование фундаментов здания

ПЗкопиякопия.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
по дисциплине «Основания и фундаменты»
«Вариантное проектирование фундаментов здания»
Принял: преподаватель Медведева Н.В.
Анализ конструктивного решения сооружения и определение расчетных нагрузок на фундаменты5
1Изучение особенностей объёмно - планировочного решения и технологического процесса в здании5
2 Определение степени ответственности здания5
3 Оценка жесткости здания5
4. Определение характера нагрузок на фундаменты.6
Оценка инженерно - геологических условий и свойств грунта.8
1 Дополнительные физические характеристики грунтов9
2 Механические характеристики грунтов10
3 Определение условного расчетного сопротивления грунта R010
4 Непосредственная оценка каждого из грунтовых слоев11
5 Общая оценка строительной площадки12
Вариантное проектирование. Выбор возможных вариантов устройства фундамента13
Вариант № 1. Фундамент мелкого заложения на естественном основании
1. Определение рациональной глубины заложения фундамента.13
2. Предварительное определение размеров подошвы фундамента17
3. Расчет оснований фундамента по предельным состояниям24
Вариант№2. Свайный фундамент34
1 Глубина заложения ростверка35
2 Выбор вида и размеров свай35
3 Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю36
4 Определение количества свай в фундаменте и их размещение38
5 Определение размеров ростверка40
6 Проверка свай по несущей способности42
7 Расчет свайного фундамента по деформациям43
Вариант№3. Фундамент на грунтовой подушке48
1. Выбор материала подушки48
2. Выбор глубины заложения фундамента48
3. Определение размеров подошвы фундамента49
4. Определение размеров песчаной подушки51
Защита фундаментов и подземных частей здания от грунтовых вод56
Технико-экономическое сравнение и выбор оптимального варианта фундамента57
1. Стоимость каждого варианта фундамента57
Расчет фундамента на песчаной подушке по оставшимся сечениям60
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 связана с решением практических вопросов – выполнением проектов фундаментов сооружений.
В ходе разработки курсового проекта необходимо рассчитать три типа фундаментов: мелкого заложения свайный на песчаной подушке.
Для фундаментов мелкого заложения проводятся расчеты: определение физико-механических свойств грунтов оценка грунтовых условий строительной площадки расчет размеров и выбор вариантов фундаментов расчет оснований по деформациям расчет осадки.
Для разработки свайных фундаментов: расчет размеров ростверков определение осадки свайных фундаментов.
Анализ конструктивного решения сооружения и определение расчетных нагрузок на фундаменты
1Изучение особенностей объёмно - планировочного решения и технологического процесса в здании
В соответствии с заданием необходимо запроектировать фундаменты под одноэтажным каркасным промышленным зданием в г. Воронеже. Функциональное назначение здания – цех по производству отопительных конвекторов.
Каркас цеха образуют железобетонные колонны сечением 1000х400 и свободно опирающиеся на них фермы.
Наружные стены здания как продольные так и поперечные выполнены из панелей изготовленных из легкого бетона толщиной 250 мм.
Подвал проектом не предусмотрен.
Габаритные размеры здания (в осях) - 48000 х 24000х 14200 (мм) два пролета по 12000 мм. В пролете в продольных осях А-Б находится мостовой кран грузоподъемностью Q=10т.
2 Определение степени ответственности здания
Согласно по степени ответственности выделяют 3 класса объектов:
Класс I - здания и сооружения имеющие народнохозяйственное назначение а также социальные объекты требующие повышенной надежности (ТЭС АЭС телебашни и.т.д.);
Класс II - промышленные и гражданские здания не входящие в классы I и III с коэффициентом надежности по назначению = 095;
Класс III - складские здания (без процесса сортировки и упаковки) одноэтажные жилые здания временные здания и сооружения.
Данный цех относится ко II классу ответственности.
3 Оценка жесткости здания
Все здания по жесткости и характеру деформаций делятся на абсолютно жесткие абсолютно гибкие и конечной жесткости .
Проектируемое здание относится к зданиям конечной жесткости 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.; для этого особенно важна оценка чувствительности. О степени чувствительности конструкций можно судить по величине предельной относительной деформации ( Чем меньше допустимая предельная деформация тем выше чувствительность конструкции к неравномерным осадкам.
Согласно значения предельных относительных деформаций:
-максимальная осадка Smax= 8 см.
-относи - тельная разность осадок (DsL)u =0002
Меры по снижению чувствительности здания к неравномерным деформациям:
а) рациональная компоновка сооружения в плане и по высоте;
б) повышение прочности и пространственной жесткости сооружений достигаемое усилением конструкций в особенности конструкций фундаментно-подвальной части в соответствии с результатами расчета сооружения во взаимодействии с основанием (введение дополнительных связей в каркасных конструкциях устройство железобетонных или армокаменных поясов разрезка сооружений на отсеки и т.п.);
в) увеличение податливости сооружений (если это позволяют технологические требования) за счет применения гибких или разрезных конструкций;
г) устройство приспособлений для выравнивания конструкций сооружения и рихтовки технологического оборудования.
4. Определение характера нагрузок на фундаменты.
Исходя из п. 2.5 в [3] 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 [3] и [4].
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 [3] 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( при расчете по несущей способности) и γf = 1(при расчете по деформациям).
Таблица 1: Нормативные нагрузки на обрез фундамента
Таблица 2: 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 грунта.
Классификация и оценка состояния грунтов производится в результате сопоставления их физических и механических характеристик с классификационными приведенными в [5][6][7]. Такое сопоставление позволяет оценить свойства грунтов и выявить возможность их использования в основании сооружения.
В задании на курсовой проект имеется паспорт грунтов строительной площадки в котором указаны нормативные значения основных показателей физических свойств грунтов определённых в лабораторных условиях.
Данные геологических изысканий по исходным физическим характеристикам грунтов: таблица 3
Исходные физ. характеристики грунта
На границе текучести (L)
На границе раскатывания (P)
Песок средней крупности
Глубина заложения грунтовых вод: 62 м от поверхности земли.
1 Дополнительные физические характеристики грунтов
-Число пластичности: .
Используется для классификации пылевато-глинистых грунтов по [8 табл. 1 прил. 1].
-Показатель текучести (консистенции): .
Оценивает глинистые грунты в соответствии с [8 табл. 2 прил. 1].
-Коэффициент пористости: .
Используется для оценки плотности сложения песков по [8 табл. прил. 1]подразделяет илистые грунты по [8 табл. 4 прил. 1].
- Степень влажности:
где - удельный вес воды (). По этому показателю классифицируются крупнообломочные и песчаные грунты [8 табл. 7 прил. 1] а также некоторые пылевато-глинистые грунты. Песчаные и пылевато-глинистые грунты подразделяются по относительному содержанию органического вещества согласно [8 табл. 5 прил. 1].
Найденные физические характеристики грунтов записываются в таблицу 4.
2 Механические характеристики грунтов
Согласно указаниям [3] по прил. 1 определяют:
φ - угол поворота грунта;
С - удельное сцепление грунта;
Е - модуль деформации грунта.
Для песчаных грунтов φ С и Е определяют по [3 табл. 1 прил. 1] в зависимости от е.
Для пылевато-глинистых грунтов φ С определяют по [3 табл. 2 прил. 1] в зависимости от IL и е ; Е – по [3 табл. 3 прил. 1] в зависимости от IL и е а также от происхождения и возраста грунтов.
В [8 табл. 6 прил. 1] приведено подразделение грунтов по Е.
Найденные механические характеристики грунтов записываются в таблицу 4.
3 Определение условного расчетного сопротивления грунта R0
Для предварительных расчетов R0 находится с учетом физических характеристик грунтов по таблицам приложения 3 [3]. Промежуточные значения R0 для пылевато-глинистых грунтов находятся путем двойной интерполяции по формуле:
где е IL - характеристики грунта для которого определяется значение
е1 е2 - соседние значения коэффициента пористости в интервале между которыми находится значение е для рассматриваемого грунта;
R0 (1. 0) и R0 (1. 1) - табличные значения R0 для е1 соответственно при IL = 0 и IL = 1; R0 (2. 0) и R0 (2. 2) - то же для е2;
Кроме того можно R0 определить по формуле (7) [3] принимая ширину подошвы фундамента b = 1 м.
Значения R0 записываются в таблицу 4.
4 Непосредственная оценка каждого из грунтовых слоев
В курсовом проекте непригодными в качестве естественных оснований считаются грунты:
-почвенные илы торфы заторфованные грунты рыхлые пески;
-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 R0 ≤ 100 кПа.
Возможность использования слабых грунтов в качестве оснований выясняется только по результатам дополнительных исследований и применения мероприятий по искусственному улучшению грунтов строительной площадки.
В курсовой работе непригодным в качестве естественного основания является растительный слой и торф (ненадежные грунты). По результатам расчетов для каждого слоя грунта делается вывод и записывается в 10 столбец таблицы 4.
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
Полутвердая слабосжимаемая пригодна в качестве естественного основания.
Рыхлый влажный среднесжимаемый не пригоден в качестве естественного основания.
Плотный влажный слабосжимаемый пригоден в качестве естественного основания.
Твердый слабосжимаемый пригоден в качестве естественного основания.
5 Общая оценка строительной площадки
Строительная площадка характеризуется горизонтальным залеганием пластов грунта. Имеется один выдержанный уровень грунтовых вод на глубине 62 м.
Как показывает анализ (см. таб. 4) в качестве несущего пласта нужно использовать песок средней крупности проходя более слабый пласт глины и непригодный мелкий песок.
Вариантное проектирование. Выбор возможных вариантов устройства фундамента
Выбор вариантов фундаментов и их оснований рассмотрим для сечения 2-2 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 песок средней крупности).
Фундамент из забивных висячих свай заходящих в глину.
Фундамент на песчаной подушке.
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.
1. Определение рациональной глубины заложения фундамента.
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
Плотный слабосжимаемый песок средней крупности может служить надежным естественным основанием. Поэтому фундамент прорезая верхние слои будет заглубляться в пригодный слой (песок средней крупности) на 10 см т.к. с поверхности залегают пласты непригодные в качестве естественного основания и более слабые чем пригодный слой. Кроме того необходимо стремиться заложить фундамент выше уровня подземных вод WL=62 м. Заложение ниже отметки WL требует дополнительных водозащитных мероприятий во время строительства и эксплуатации здания в данном случае этого удалось избежать.
м – высота слоя глины
м – высота слоя мелкого песка
м – величина заглубления в несущий слой (песок средней крупности).
1.2. Учет климатических условий района строительства
Нормативную dfn и расчетную df глубину сезонного промерзания грунта определяют в соответствии с [3 п. 2.26 – 2.28].
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта [3 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 03 м для песков средней крупности [3 п. 2.27].
Расчётная глубина сезонного промерзания [3 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 [3 п. 2.31 табл. 2].
dw = 62 м > df + 2= 18+2= 38 м следовательно глубина заложения фундамента под подошвой которого находится песок средней крупности не зависит от глубины сезонного промерзания грунта.
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 двухветвевое 1000x400 мм. Исходя из этого принимаем подколонник рядового фундамента типа Г с размерами сечения 1800x1200 мм.
Унифицированные размеры подколонников
для фундамента по серии 1.412-177.
Принимаем высоту фундамента d=36 м = по [1 табл. III.11] соответствующую типоразмеру №5. Исходя из этого выбираем размеры подошвы фундамента 2400x1800мм по [1 табл. III.10]. Тогда принимаем глубину заложения конструктивно d=365м.
Рис. 2. Конструктивная схема фундамента
2. Предварительное определение размеров подошвы фундамента
2.1. Определение размеров подошвы фундамента
Выбираем наиболее нагруженное сечение. Это сечение 2 –2. 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 песок средней крупности для которой [табл. 3]); - глубина заложения фундамента = 365 м; – средний удельный вес материала фундамента и грунта расположенного на его обрезах .
2.2. Конструирование фундамента
Принимаем размеры подошвы фундамента 2400x1800x300 мм по [1 табл. III.10] соответствующие типоразмеру №5 А=432 м2 > Аf=281 м2.
Подошва фундамента принимается вытянутой в сторону действия М и Fh.. Плитная часть фундамента образуется одной ступенью высотой 300 мм.
Шаг колонн 12м. Толщина наружных стеновых панелей 250мм.
Рассматриваемое сечение находится внутри здания. Внутренние стены отсутствуют значит фундаментные балки и подбетонки пока для расчета не требуются.
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 [3 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 [3]; ;
- коэффициенты принимаемые по [3 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 учитывается только в песке средней крупности толщиной 300 мм в суглинке не учитывается так как в твердом состоянии он является водоупором) кНм3
Причем z=2b=1.8*2=3.6м.
- то же залегающих выше подошвы
сII - расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента кПа ;
d1 =365м- 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. Тогда вес фундамента:
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:
MII – момент от активного давления грунта:
Вес грунта одинаков слева и права значит последние два слагаемых взаимноуравновешиваются.
Условия должны удовлетворяться с требуемой экономичностью. Так при устройстве монолитного фундамента допускается недогрузка 5 - 10%.
Условия выполняются но наиболее невыгодное из условий – первое но 74% > 10% следовательно выбранный размер подошвы не подходит. Необходимо уменьшить размер подошвы и произвести вычисления с новой величиной (II приближение). Однако конструктивно в данном варианте выбрана наименьшая возможная подушка. Возможно следующее решение: на заказ обрезается большая сторона 24 м до размеров 18м.
Пусть размеры стороны подошвы фундамента будут 1800x1800x300.
Определяем расчётное сопротивление грунта по [2 формуле 7]:
Рис. 3. Конструктивная схема фундамента
Теоретически дальнейшее уменьшение подушки возможно. Таким образом ее размеры будут равны размерам подколонника. Произведем 3 приближение. Однако расчет осадки будет произведен для 2 приближения.
Пусть размеры стороны подошвы фундамента будут 1200x1800x300.
Z=2b=2*12=24 м. Тогда
Рис. 4. Конструктивная схема фундамента
3. Расчет оснований фундамента по предельным состояниям
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.
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.
1.1. 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 [3 прил. 4].
Расчёт осадки основания производим методом послойного суммирования в соответствии с приложением 2[3] 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 5 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 .Твердый суглинок является водоупорным слоем его вес будет рассчитываться без учёта взвешивающего действия воды. Слой песка находящийся ниже уровня грунтовых вод рассчитывается с учетом взвешивающего действия воды.
) Находят дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки на глубине zi под подошвой фундамента (по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента):
коэффициент определяемый по [3 табл.1 прил. 2] в зависимости от и n=lb=1818=1.
Значения α zpi заносим в таблицу 5.
) 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 = 4219 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 таблицу 5.
) Предельно допустимая осадка для данного здания определяется по [3 прил.4]: см.
Таким образом основное условие расчета основания фундамента по деформациям удовлетворено:
Определение осадки методом послойного суммирования
Рис. 5. Расчетная схема к определению осадки методом послойного суммирования
3.1.2. 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 szp + szg Rz
где szp и szg - 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: (10)
здесь N - вертикальная нагрузка на основание от фундамента;
l и b - соответственно длина и ширина фундамента.
a=(l - b)2= (18 – 18)2=0
76+ 126409=188169кПа 124081 кПа
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 [3 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).
а) Плоский сдвиг по подошве фундамента:
) Определяем состояние несущего слоя грунта согласно [3 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 – песок средней крупности это значит что грунт считаем в стабилизированном состоянии.
) Оцениваем нагрузки:
) Определяем несущую способность основания состояние грунта стабилизированное где . Силу предельного сопротивления основания прямоугольного фундамента при действии на него вертикальной нагрузки допускается определять по формуле (16).
Nγ Nq Nc - безразмерные коэффициенты несущей способности определяемые по [3 табл.7] в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта и угла наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента;
и - соответственно приведённые ширина и длинна фундамента м вычисляемые по формулам:
коэффициенты формы фундамента ; 1
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);
с1 - расчетное значение удельного сцепления грунта кПа;
d - глубина заложения фундамента м;
Далее проверяем выполнение условия [3 формула 11]:
где F - расчетная нагрузка на основание
Fu - сила предельного сопротивления основания
gс - коэффициент условий работы принимаемый для песков средней крупности gс = 1
gn - коэффициент надежности по назначению сооружения принимаемый равным 115 соответственно для зданий и сооружений II класса.
Проверим выполняется ли условие:
Условие выполняется с большим запасом. Но по конструктивным соображениям мы не можем уменьшить размеры 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.
1 Глубина заложения 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.
Расчетная глубина сезонного промерзания грунтов определенная в п 4.1.2- df=1.8м. Глубина заложения ростверка должна быть больше глубины промерзания.
Подвал в здании отсутствует.
Высота ростверка под колонны рекомендуется от 70 до 100 см.
Принимаем ростверк высотой (глубина заделки сваи в ростверк ) тогда глубина заложения ростверка будет равна .
2 Выбор вида и размеров свай
Согласно СНиП 2.02.03 - 85 (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.
Необходимо принять висячую забивную сваю цельного квадратного сплошного сечения с ненапрягаемой арматурой таб.2 [8].
Принимаем сваю С 3 -20. Длина сваи 3м. Сечение 20х20 см.
Рис.6 К определению глубины заложения ростверка и выбору сваи
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 Р кН допускаемая на висячую забивную сваю определяется по формуле
где γc - коэффициент условий работы сваи в грунте принимается γc =1;
γк – коэффициент надежности γк=14;
R - расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяемое по табл. 1 [9] с помощью двойного интерполирования в зависимости от вида грунта его состояния и глубины заложения несущего слоя кПа.
A - площадь опирания сваи на грунт м2 (А = 0202 = 004 м2);
U - наружный периметр поперечного сечения сваи м (U = 02 4 = 08 м);
Разделим слои которые проходит свая на участки длиной 2м и обозначим их в результате получаем:
Мелкий песок: h1 = 1 м (z1=3 м; f1=35);
Песок средней крупности: h2 = 155 м (z2=4275м; f2=53825);
- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения свай на расчётные сопротивления грунта определяемые по табл. 3 [9] в зависимости от вида и состояния грунта
3.2 Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по сопротивлению материала (сваи)
Расчетная нагрузка Р допускаемая на сваю по сопротивлению материала для железобетонной сваи определяется в соответствии со СНиП [10]. В данной 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 по сопротивлению материала определяется по формуле:
где γ с – коэффициент условий работы сваи (γс = 09 при d = 200 мм);
φ– коэффициент продольного изгиба (для низкого ростверка принимается φ = 1);
γcb –коэффициент условий работы бетона (для забивных свай γcb = 1);
Rb–расчетное сопротивление бетона сжатию определяемое по [10] (Rb=85 МПа);
А -площадь поперечного сечения сваи м2 (А = 004 м2);
Rs-расчетное сопротивление арматуры сжатию определяемое по [10] (Rs=225МПа) ;
As - площадь поперечного сечения рабочей арматуры м2
Несущая способность висячей сваи по грунту меньше чем по материалу (16503кН 370кН) следовательно в дальнейших расчетах используется наименьшее из этих значений т. е. Р = 16503кН.
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 () ;
а - шаг сваи принимаемый ориентировочно а = 3b но не менее 07 м(b - большая сторона) а = 3b = 3 02 = 06 м а=07м.
К=12- внецентренном нагружении;
dp - глубина заложения подошвы ростверка м (dp = 25 м);
Рекомендуемое количество свай 4-6.
Чтобы уменьшить количество свай можно увеличить их длину или ширину сечения.
Делаем II приближение
Принимаем сваю С 3 -30. Длина сваи 3м. Сечение 30х30 см.
Рис.7 К определению глубины заложения ростверка и выбору сваи
Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по грунту
A - площадь опирания сваи на грунт м2 (А = 03 03 = 009 м2);
U - наружный периметр поперечного сечения сваи м (U = 03 4 = 12 м);
Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по сопротивлению материала (сваи)
Свая из бетона марки В 15 со стержневой арматурой (4 стержня А-I диаметром 10 мм). Расчетная нагрузка Рс (кПа) допускаемая на сваю по сопротивлению материала определяется по формуле:
где γ с – коэффициент условий работы сваи (γс = 1 при b> 200 мм);
А -площадь поперечного сечения сваи м2 (А = 009 м2);
Несущая способность висячей сваи по грунту меньше чем по материалу (32056кН 83565кН) следовательно в дальнейших расчетах используется наименьшее из этих значений т. е. Р = 32056кН.
Тогда необходимое количество свай:
Принимаем количество свай: 6 штук.
5 Определение размеров ростверка
Ширина и длина ростверка зависит от схемы размещения свай и возможного отклонения свай при забивке. Ширина и длина ростверка примем кратными 300 мм. Так как принято 6 свай то при двурядном расположении расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи: с = 03b + 5см
где b - ширина сваи равная 30 см.
с = 03b + 5 = 03 30 + 5 = 14 см 15 см (т.к. должно быть кратно 5).
Ширина ростверка bр равна:
bр =а+b+2c=09+03+2*015=15м.
Длина ростверка lр равна:
lр=2a+b+2c=2*09+03+2*015=24м.
Размеры подколонника принимаются такими же как и в фундаменте мелкого заложения. Высота его определяется конструктивно.
Рис.8 К определению размеров ростверка
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
. Причем должно выполняться условие NсрР.
n - число свай в фундаменте;
В данной работе поэтому формула имеет вид:
(относительно подошвы ростверка);
Вычисляем момент действующий в плоскости подошвы ростверка:
Сваи по несущей способности необходимо проверять из условия:
Запас по несущей способности меньше 10%.
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 [9]. 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 АВ 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.
Рис.9 к определению условного фундамента
Размеры подошвы условного фундамента (соответственно ширину и длину его) определяют по выражениям:
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. 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)].
Расчетное сопротивление грунта основания:
где gс1 и gс2 - коэффициенты условий работы принимаемые по табл. 3 [3]; ; ; ; b=By=199м;
- коэффициенты вычисляются путем интерполирования:
7.3 Определение осадки условного свайного фундамента
Определяют по формулам приведенным в [3 п. 5.1.2].
) hi ≤ 04 b т. е. hi = 04 b = 04 199 = 0796 м
) Полная осадка основания определяется как сумма осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи по формуле:
где - безразмерный коэффициент учитывающий условность расчетной схемы принимаемый равным 08.
- условие выполняется так как .
Результаты расчета сведены в таблицу:
Толщина элементарного слоя
Глубина расположения точки
Рис.10. Расчетная схема к определению осадки методом послойного суммирования
Вариант№3. Фундамент на грунтовой подушке
Грунтовые подушки - простейший вид искусственно улучшенного основания. Вообще применение подушек способствует уменьшению и выравниванию осадок сооружения и более быстрому затуханию а также уменьшению объема и глубины заложения фундаментов. Их целесообразно применять когда основание с поверхности сложено слабыми грунтами. Подушки используют для полной замены (прорезки) непригодного как основание пласта (опертые подушки) или для частичной замены слабого грунта (висячие подушки) с целью уменьшения на него давления.
При заданных грунтовых условиях и нагрузках рассмотрим вариант фундамента на песчаной подушке применяемый для уменьшения объема и глубины заложения фундамента.
1. Выбор материала подушки
В качестве подушки в курсовой работе принимаем местный плотный песок средней крупности R0=500 кПа.
2. Выбор глубины заложения фундамента
Для колонны сечения 1000х400мм выбран подколонник размерами 1800х1200мм с глубиной стакана 095м. Исходя из конструктивных соображений dmin=0.95+0.3+0.3=1.55м.
Исходя из этого подбираем по высоте типовой фундамент под колонну серии 1.412: 18м. Значит примем глубину заложения d=185м.
В расчете фундамента мелкого заложения было установлено что глубина сезонного промерзания грунтов df=18 м.
Глубина заложения фундамента принята d=185м.
Рис. 11 Опрделение глубины заложения фундамента и определение размеров подушки
3. Определение размеров подошвы фундамента
Определяем ориентировочную площадь фундамента:
Исходя из размера ориентировочной площади фундамента и существующих размеров подошв типовых фундаментов серии 1412 принимаем подушку 1800х1800х300мм.
Проверим давления возникающие по подошве фундамента аналогично фундаменту мелкого заложения:
- вес грунта слева справа.
Расчетное сопротивление грунта основания R определяем по [3 прил. 3 ф. 1 или 2.]
В нашем случае для d =185м 2 м т.е. используется формула:
R = R0[1 + k1(b – b0)b0] (d + d0)2 d0 где
b d-соответственно ширина и глубина проектируемого фундамента м;
k1 – коэффициент принимаемый для оснований сложенных песками средней крупности k1 = 0125;
R= 500 [1+ 0125(18 - 1) 1 ] (185+2)4=52938кПа
Проверяем выполнение условий:
Условия выполняются. Не выполняется условие экономичности. Из конструктивных соображений не можем уменьшить подушку.
4. Определение размеров песчаной подушки
В курсовом проекте высота песчаной подушки определяется так чтобы на уровне низа подушки соблюдалось условие :
где z g – природное давление (от собственного веса грунта) на кровлю слабого слоя кПа: z g = γi hi + z g0
γi; hi – соответственно удельный вес и толщина каждого i–го вышележащего слоя.
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]
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
z go = df = 191185= 35335кПа
z g = 35335+ 202 1 = 55535кПа.
р0 = 40729-35335= 37196кПа .
zр = 3719606546= 24345кПа
Az = F zр =131962824345= 542м2 ;
Рис. 12 Определение размеров песчаной подушки
bz=233м тогда z=2b=466м.
Для мелкого песка: γс1 = 13; γс2 = 12496;
k = 11; kz = 1; Mγ = 098; Mq = 493; Mс = 740 CII = 2 кПа;
b = bz = 233 м – ширина подошвы условного фундамента;
Проверим условие z g + z р = 55535+ 24345= 298985кПаR=4779кПа
Условие выполняется но не выполняется условие экономичности.
Рис. 13 Определение размеров песчаной подушки
z g = 35335+ 202 07 = 49475кПа.
zр = 371960808 = 30054кПа
Az = F zр =131962830054= 439м2 ;
bz=21 м тогда z=2b=42 м.
Для пылеватого песка: γс1 = 13; γс2 = 12496;
b = bz = 21 м – ширина подошвы условного фундамента;
Проверим условие z g + z р = 30054+ 49475= 350015кПаR=43142кПа
z g = 35335+ 202 05 = 45435кПа.
zр = 371960896 = 33328кПа
Az = F zр =131962833328= 396м2 ;
bz=199м тогда z=2b=398м.
b = bz = 199м – ширина подошвы условного фундамента;
Проверим условие z g + z р = 45435+ 33328= 378715кПаR=40298кПа
Размеры подушки в плане определяем по формулам:
α-угол распределения напряжений в теле подушки.
bcf= bcs+ 2hcstg(90-φ);
φ-угол наибольшей крутизны откоса заменяемого грунта по [8 табл.1].
bcs= 18+ 2 05·tg45=28м
bcf= 28+205tg(90-63)=332 м
Ширина грунтовой подушки должна быть больше ширины фундамента поверху не менее чем на 06 м понизу - на 04 м.
Принимаем размеры подушки поверху –332м понизу – 28 м.
Рис.14 Определение размеров песчаной подушки
Защита фундаментов и подземных частей здания от грунтовых вод
В курсовом проекте уровень грунтовых вод ниже уровня заложения фундамента поэтому защитные мероприятия от грунтовых вод не нужны. Устройство водоотлива также не требуется.
Однако фундаменты погружены в песчаные влажные грунты. И кроме того влага может попасть из атмосферы что будет способствовать коррозии и
разрушению конструкций.
Необходимо устроить изоляцию фундамента для исключения капиллярного подсоса влаги из грунта.
От капиллярной влаги подземные конструкции в местах соприкосновения с грунтом чаще всего изолируют окрасочной гидроизоляцией на битумной битумно-полимерной полимерной основах которая наносится в 2-4 слоя.
Для предохранения здания от замачивания поверхностными водами устраивается отмостка шириной 05-07м.
Технико-экономическое сравнение и выбор оптимального варианта фундамента
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.
1. Стоимость каждого варианта фундамента
Стоимость каждого варианта фундамента определяется по единым районным единичным расценкам (ЕРЕР).
Для определения стоимости расчета по каждому варианту необходимо установить объемы отдельных видов работ и особенности их производства.
Устройство водоотлива не требуется так как грунтовые воды залегают ниже подошвы фундамента.
Для фундаментов под колонну определяется полная стоимость их устройства.
Стоимость работ определяем по укрупненным оценкам (табл.6)
Фундамент мелкого заложения
I.Разработка грунта при глубине выработки более 18м (365м)
V. Искусственное улучшение грунта основания (бетонная подготовка)
Устройство фундамента
II.Монолитные фундаменты
I.Разработка грунта при глубине выработки более 18м (25 м)
IV.Жб сваи: забивные призматические сваи до 12 м
Устройство ростверка
Устройство подколонника
Устройство монолитного фундамента
Устройство песчаной подушки
Уплотнение грунта тяжелыми трамбовками
Таким образом наиболее экономичным является фундамент на песчаной подушке. Примем его для окончательного проектирования фундаментов по двум другим сечениям.
Расчет фундамента на песчаной подушке по оставшимся сечениям
Конструирование фундамента
Исходя из размера ориентировочной площади фундамента и существующих размеров подошв типовых фундаментов серии 1412 принимаем подушку 1800х1800х300мм. Причем подушка минимально возможная для данных размеров подколонника.
Кроме того для опирания наружных стен на фундамент устанавливают фундаментную балку. Для опирания этой балки на подушку фундамента устанавливают подбетонки. Выбираем для шага колонн 12 м фундаментную балку марки ФБН1 длиной 10700мм высотой 400 мм шириной верхней грани 300мм.
Условия выполняются. Не выполняется условие экономичности. Из конструктивных соображений не можем уменьшить подушку (плитная часть должна выступать из-за подколонника чтобы установить подбетонки).
Определение размеров песчаной подушки
z g = 35335+ 202 035 = 42405кПа.
р0 = 2847-35335= 24937кПа .
zр = 249370961 = 23964кПа
Az = F zр =131962823964= 55м2 ;
bz=23м тогда z=2b=46м.
k = 11; kz = 1; Mγ =098; Mq =493; Mс = 740 CII = 2 кПа;
b = bz = 23м – ширина подошвы условного фундамента;
Проверим условие z g + z р = 42405+ 23964=28205кПа>R=391кПа
Условие выполняется. Но не выполняется условие экономичности.
z g = 35335+ 202 03 = 414кПа.
zр = 249370967 = 24114кПа
Az = F zр =131962824114= 55м2 ;
Для глины: γс1 = 125; γс2 = 12496;
k = 11; kz = 1; Mγ =0482; Mq = 2941; Mс = 5534 CII = 582 кПа;
Проверим условие z g + z р = 414+ 24114= 28254кПаR=658кПа
Расхождение 57% так как поменялся грунт. Уменьшать подушку далее нерационально так как в этом случае рационально использовать фундамент мелкого заложения на естественном основании.
Значит принимаем предыдущий вариант.
bcs= 18+ 2 035·tg45=25м
bcf= 28+2035tg(90-63)=316 м
Принимаем размеры подушки поверху –316 м понизу – 25 м.
р0 = 19211-35335= 15678кПа .
zр = 156780961 = 15067кПа
Az = F zр =131962815067= 876м2 ;
bz=3м тогда z=2b=6м.
b = bz = 3м – ширина подошвы условного фундамента;
Проверим условие z g + z р = 42405+ 15067=19308кПа>R=41106кПа
Условие выполняется. Но не выполняется условие экономичности. Однако уменьшать подушку далее нецелесообразно. Принимаем высоту 035 м.
z g = 35335+ 202 04 = 43415кПа.
р0 = 3464-35335= 31107кПа .
zр = 311070944 = 29365кПа
Az = F zр =131962829365= 45м2 ;
bz=21м тогда z=2b=42м.
Для мелкого песка: γс1 = 13; γс2 = 12496;
b = bz = 21м – ширина подошвы условного фундамента;
Проверим условие z g + z р = 43415+ 29365=337164кПа>R=3923кПа
Условие выполняется. Но не выполняется условие экономичности.
и n=lb=1818=1. α = 0961
zр = 311070961 = 29893кПа
Az = F zр =131962829893= 44м2 ;
bz=21м тогда z=2b=42м.
Проверим условие z g + z р = 42405+ 29893=341335кПа>R=3853кПа
Фундамент симметричен относительно обеих осей.
Значит вес грунта слева уравновешивает вес грунта справа и момент от подбетонки слева уравновешивает подбетонку справа.
Значит Мх = Му= 60-50=10кНм.
р0 = 2687-35335= 23337кПа .
zр = 233370961 = 2243кПа
Az = F zр =13196282243= 59м2 ;
bz=24м тогда z=2b=48м.
b = bz = 24м – ширина подошвы условного фундамента;
Проверим условие z g + z р = 42405+ 2243=26671кПа>R=39385кПа
Условие выполняется. Но не выполняется условие экономичности. Принимаем этот вариант.
В данном курсовом проекте были подобраны три вида фундамента: фундамент мелкого заложения свайный фундамент фундамент на искусственном основании (на песчаной подушке) на основе расчётов и проверок подтверждающих возможность их использования в строительстве под промышленное здание. Варианты фундаментов рассчитывались предварительно для одного наиболее нагруженного сечения(2-2).
В ходе оценки инженерно-геологических условий и свойств грунтов строительной площадки был выявлен непригодный грунт – мелкий песок в качестве несущего слоя использовался нижележащий слой –песок средней крупности. В курсовом проекте фундамент был сконструирован под колонны поэтому был выбран фундамент стаканного типа.
При технико-экономическом сравнении был выбран наиболее экономичный вариант фундамента – на песчаной подушке. Он был принят для окончательного проектирования фундаментов по 5 другим сечениям.
Запроектированные фундаменты промышленного здания могут использоваться в строительстве поскольку удовлетворяют всем условиям проверки и более того имеют запас прочности уменьшить который нельзя по конструктивным соображениям.
Шутенко Л.Н. и лр. Основания и фундаменты: Курсовое и дипломное проектирование. - Киев: Высш. шк. 1989.
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.
СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - М.: Стройиздат 1985.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. - М.: Стройиздат 1986.
Горбунов-Посадов М.И. и др. Основания фундаменты и подземные сооружения (Справочник проектировщика) Под ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. - М.: Стройиздат 1985.
ГОСТ 25.100-96. Грунты. Классификация. - М.: Изд-во стандартов 1982.
Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83). - М.: Стройиздат 1986.
Медведева Н.В. Учебно-методическое пособие к выполнению курсового проекта «Основания и фундаменты. Вариантное проектирование фундаментов и сооружений»- ГОУ ВПО «Череповецкий государственный университет» 2007
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1986.
СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат 1985.
СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения основания и фундаменты. - М. 1988.

КУРСОВОЙ.dwg

Схема сооружения (сечение А-А)
СП-41 270102 116 10 ОиФ
Цех по производству отопительных конвекторов
Планирование фундамента
Схема сооружения (М 1:200)
Варианты фундамента (сечение 2-2) (М 1:50)
пригодна в качестве естественного основания; 2. Песок мелкий - e=0
q=28 C=2кПа Eo=18МПа рыхлый
не пригоден в качестве естественного основания; 3. Песок средней крупности - e=0
q=40 C=3кПа Eo=50кПа Ro=500кПа влажный
пригоден в качестве естественного основания; 4. Суглинок - Ip=0
пригоден в качестве естественного основания. Гидроизоляция - окрасочная на битумной и полимерной основе. Искусственное улучшение основания под фундаменты-уплотнение грунта тяжелыми трамбовками.
Варианты фундаментов (М 1:50) (3-3)
План фундаментов (М 1:200)
Схема расположения свай в плане