Здание фабричного корпуса в г. Петрозаводске

фундаменты07.dwg

варианты фундаментов
План фундаментов (М 1:200)
Варианты фундаментов
Фундамент на естестественном основании

фундаменты курсовик.doc

КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Курсовой проект Курсовой проект защищен
Руководитель Халюк С.С. Руководитель Халюк С.С.
«Здание фабричного корпуса в Петрозаводске»
по дисциплине «Основания и Фундаменты»
Нормоконтролер Проект выполнила
Исходные данные для проектирования 3
Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки 3
1.Геологические характеристики грунтов ..3
2.Определение наименований грунтов 4
3.Определение расчетной и нормативной глубины промерзания..7
Разработка варианта фундамента 7
1.Фундамент на естественном состоянии ..7
2.Фундамент на улучшенном основании ..10
3.Свайный фундамент .12
Определение технико-экономических показателей .16
Расчет остальных фундаментов ..17
Гидроизоляция и дренаж .19
Список используемой литературы .20
Курсовой проект выполняется на основании выданного задания. Задание представляет собой проект здания фабричного корпуса в городе Петрозаводске. Строительство дома ведется на площадке со спокойным слабохолмистым рельефом. Грунт площадки имеет три слоя один из которых – верхний насыпной слой – глина. Второй слой представляет собой супесь. Третий слой представляет собой суглинок. Сведения о нагрузках действующих на обрез фундамента сведены в таблицу:
Здание химической лаборатории
Оценка инженерно-геологических
условий и свойств грунта.
1. Геологические характеристики грунтов.
Площадка строительства находится в городе Петрозаводск и инженерно-геологические условия ее освещены тремя выработками: скв. №1 скв. №2 скв. №3 скв. №4 скв. №5.
Первый слой – образец №1 –глина для которой известны следующие характеристики:
Удельный вес твердых частиц грунта γs=269кНм3
Предел текучести WL=050
Предел раскатывания WР=030
Коэффициент фильтрации kф=31х 10-8смс
Модуль деформации Е=7500кПа
Для расчета по несущей способности:
Удельный вес грунта γI=155кНм3
Угол внутреннего трения φ1=14 град
Для расчета по деформациям:
Удельный вес грунта γII=182 кНм3
Угол внутреннего трения φII=16 град
Сцепление СII=30 кПа
Второй слой – образец №12 – супесь для которой известны следующие характеристики:
Удельный вес твердых частиц грунта γs=264 кНм3
Предел текучести WL=031
Предел раскатывания Wр=025
Модуль деформации Е=8000кПа
Коэффициент фильтрации kф=1110-5 смс
Удельный вес грунта γ1=155кНм3
Угол внутреннего трения φ1=17град
Удельный вес грунта γ11=183 кНм3
Угол внутреннего трения φ11=20град
Третий слой – образец №7 – суглинок для которого известны следующие характеристики:
Удельный вес твердых частиц грунта γs=268 кНм3
Предел текучести WL=036
Предел раскатывания Wр=022
Модуль деформации Е=10000 кПа
Коэффициент фильтрации kф=2510-7 смс
Удельный вес грунта γ1=157 кНм3
Угол внутреннего трения φ1=15град
Удельный вес грунта γ11=185 кНм3
Угол внутреннего трения φ11=17град
2. Определение наименований грунтов.
а) Расчет по несущей способности
Удельный вес сухого грунта
γd= γ(1+W)=155(1+039)=1115кНм3
Коэффициент пористости
е =( γs- γd) γd=(269-112)112=14
n=e(1+e)=14(1+14)=06
Полная влагонепроницаемость
Wsat=Wmax=e· γW γs=14·10269=052
где γW- удельный вес воды; γW=10 кНм3
Sr=WWsat=W· γs e· γW=018*26608*10=06
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды
γsb=( γs- γW)(1+e)=(269-10)(1+14)=704 кНм3
б) Расчет по деформациям
Удельный вес сухого грунта
γd= γ(1+W)=182(1+039)=1309 кНм3
Коэффициент пористости
е =( γs- γd) γd =(269-1309)1309=106
n=e(1+e)=106(1+106)=051
Wsat=Wmax=e· γW γs =106·10269=039
Sr=WWsat=W· γs e· γW=039*269106*10=098
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды
γsb=( γs- γW)(1+e)=(269-10)(1+106)=82кНм3
Показатель текучести
IL=(W-Wp)( WL-Wp)=(039-030)(050-030)=045
Коэффициент относительной сжимаемости
mV=E=068000=75х10-5 1кПа
Супесь (образец №12)
а) Расчет по несущей способности:
γd= γ(1+W)=155(1+029)=1202кНм3
е =( γs- γd) γd =(264-1202)1202=119
n=e(1+e)=119(1+119)=054
Wsat=Wmax=e· γW γs =054·10264=020
Sr=WWsat=W· γs e· γW=029020=145
γsb=( γs- γW)(1+e)=(264-10)(1+119)=748кНм3
γd= γ(1+W)=183(1+029)=142 кНм3
Wsat=Wmax=e· γW γs =119·10264=045
Sr=WWsat=W· γs e· γW=029045=064
γsb=( γs- γW)(1+e)=(264-10)(1+119)=748 кНм3
Ip=WL-Wp=031-025=006
IL=(W-Wp)( WL-Wp)=(029-025)(031-025)=07
mV=E=0748000=93х10-5 1кПа
Суглинок (образец №7)
γd= γ(1+W)=157(1+031)=12кНм3
е =( γs- γd) γd=(268-12)12=12
n=e(1+e)=12(1+12)=05
Wsat=Wmax=e· γW γs =12·10268=045
Sr=WWsat=W· γs e· γW=031*26812*10=07
γsb=( γs- γW)(1+e)=(268-10)(1+12)=76кНм3
γd= γ(1+W)=185(1+031)=141кНм3
е =( γs- γd) γd =(268-141)141=09
n=e(1+e)=09(1+09)=047
Wsat=Wmax=e· γW γs =09·10268=03
Sr=WWsat=W· γs e· γW=03103=103
γsb=( γs- γW)(1+e)=(268-10)(1+09)=88кНм3
Ip=WL-Wp=036-022=014
IL=(W-Wp)( WL-Wp)=(031-022)(036-022)=064
mV=E = 05210000=52х10-5 1кПа
= 052 – для суглинка
Глина (образец №1) – тугопластичная среднесжимаемый легкая песчанистая Супесь (образец №12) – полутвердая среднесжимаемая легкая песчанистая.
Суглинок (образец №7) – мягкоопластичный среднесжимаемый тяжелый песчанистый.
3. Определение расчетной и нормативной глубины промерзания.
Нормативная глубина промерзания грунта определяется по формуле (2)
СНиП 2.02.01-83 для районов где глубина промерзания не более 25м: dfn=do×Mt – нормативная глубина сезонного промерзания
Mt - безразмерный коэффициент численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе принимается по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика".
do - величина принимаемая равной м для: суглинков и глин 023м.
Mt=368 для г.Петрозаводск
Расчетная глубина промерзания определяется по формуле (3) СНиП 2.02.01-83:
kh - коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен т.к. здание с техническим подвалом kh=05.
Разработка вариантов фундамента.
Разработку вариантов следует производить для одного наиболее нагруженного фундамента заданного сооружения. В нашем случае – фундамент №2.
1. Фундаменты на естественном основании.
Выбор глубины заложения фундамента.
За относительную отметку ±0000 принимаем пол первого этажа. Обрез фундаментов выполняем на отметке -0150м. В соответствии с конструктивными требованиями при глубине пола в подвале на отметке 27 м примем толщину пола 02 м а расстояние от низа конструкции пола в подвале до подошвы фундамента назначим равным 04 м имея в виду что высота типового блока подушки составит 03 м. Тогда глубина заложения подошвы фундамента от уровня планировки будет равна 36 м а от отметки земли – 27 м что больше df=05 м.
Площадь подошвы фундамента и его размеры в плане.
N011 - усилие передаваемое по обрезу фундамента кН
А = 3200(6349-20·36) = 091м2;
По конструктивным требованиям принимаем b=15м и l = 15м.
Конструирование веса фундамента и определение веса фундамента NфII и грунта на его ступенях NгрII.
Собственный вес фундамента:
где Vф- объем фундамента
γжб - удельный вес железобетона кНм3; γжб=25 кНм3
Vф= 15·15·03+12·12·03-0475·0675·05= 095м3
NфII = 095·25 = 2375кН
Вес грунта находящегося на ступенях фундамента кН
где Vгр- объем грунта находящегося на ступенях фундамента м3
γII-удельный вес грунта кНм3
Vгр = 055·055·33-01501503 = 09м3
NгрII = 09· 205 = 1845кН.
Определение среднего давления P по подошве фундамента и сравнение его с расчетным сопротивлением грунта основания R.
P = (N0II+ NфII+ NгрII)А ≤ R
P = (3200+2375+1845)225 = 2454 МПа ≤ 6349 МПа
Недогрузка фундамента составляет (6349-2454)·100%6349 = 61%
Определение абсолютной осадки основания фундамента S и сравнение с предельной величиной деформации основания Su установленной для рассматриваемого типа здания.
Расчет сводится к удовлетворению условия
Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейного деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:
- безразмерный коэффициент =08
zpi- среднее значение дополнительного вертикального нормального
напряжения в i-ом слое грунта
hi- толщина i-го слоя грунта
Ei- модуль деформации i-го слоя грунта
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента zg 0 при планировке срезкой:
γ- удельный вес грунта расположенного выше подошвы фундамента
zg 0 =20530 = 615 кПа
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта zg на границе слоя расположенного на глубине z от подошвы фундамента:
γi - удельный вес i-го слоя грунта
hi - толщина i-го слоя грунта
Вертикальное давление на основание на уровне подошвы фундамента
zр 0 =P- zg 0 = 2454-615= 1839кПа
Р- среднее давление под подошвой фундамента
Вертикальные нормальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента определяется по формуле:
α - коэффициент принимаемый по СНиП.
Величины используемые при расчете осадок фундаментов по методу послойного суммирования.
S=08[(1839+(1839+23804)2+(23804+2258)2)·0218000+((2248+1487)2+(1487+893)2+(893+528)2+(528+393)2+(393+353)2+(353+216)2)·05 22000+((216+164)2+(164+130)2+(130+108)2)·0510000] = 00163м = 163см.
Сравним предельную осадку с максимальной:
S = 163 см Su = 12см
Условие удовлетворяется.
2. Фундаменты на улучшенном основании.
Расчёт песчаной или гравийной подушки сводится к определению её размеров и осадки возводимого на ней фундамента.
)В качестве улучшенного основания принимаем песок средней крупности со следующими характеристиками:
gII=201кНм3jII=38°gs=264кНм3
w=016Е=40·106Пакф=2·10-2смс
Рассчитываем дополнительные характеристики:
е=(gsgII)·(1+w)-1=(264201)·(1+016)-1=052
gsbII=(gs-gb)(1+е)=(264-10)(1+052)=1079кНм3
)Глубину заложения подошвы фундамента принимаем аналогично тому как делали это для фундамента на естественном основании
)В соответствии с крупностью выбранного песка для подушки по таблице справочника устанавливаем расчётное сопротивление R0 для него которое даётся применительно к фундаменту имеющему ширину b=1м. Принимаем R0=500кПа.
)Исходя из принятого расчётного сопротивления R0=500кПа производим предварительное определение площади подошвы фундамента А0 и его размеров в плане b и l.
А0 = N0II(R0-gср·d0) = 510(500-20·36) = 119м2
Из конструктивных требований принимаем b=15м и l=15м.
)Для окончательного назначения размеров фундамента определяем расчётное сопротивление грунта подушки (d >2м).
R=(R0·(1+k1·(b-b0)b0))+k2·γII(d-d0)
Гдеb=15мk2=025d=36м k1=005
R1 = (500·(1+005·(15-1)1))+025·20·(36-2) = 522кПа
А1 = 1500(522-20·36) = 315м2
)Вычисляем собственный вес фундамента:
Vф = 15·21·03+12·18·03-0675·0475·05 = 143м3
NфII = 143·25 = 3575кН
NгрII=182(055·0853.3-015·01503) = 2796кН
)Определим среднее давление P по подошве фундамента
P = (510+3575+2796)315 = 1821кПа ≤ 522кПа
Условие выполняется.
Найдем дополнительные вертикальные напряжения от собственного веса грунта
zg 0 на уровне подошвы фундамента:
Дополнительное вертикальное давление на уровне подошвы фундамента zр 0:
zр 0 = P- zg 0=1821-615 = 1206кПа
)Зададимся толщиной висячей подушки hп=10м.
Проверяем условие szg+szp Rz - проверка напряжений на кровле слабого подстилающего слоя
szg= 615+1·1079 = 7085кПа
szp= 0548·1206 = 661 кПа
Для установления Rz вычислим площадь условного фундамента
Ау = N0IIszp = 3200661=77м2 b=27м l=27м.
Rz=12·11(072·1·1·182+387·36·192+(23-1)·33·192+645·18)11=6066кПа
85+661=1370 6066кПа – условие удовлетворяется.
D=((6066-1370)6066)·100%=466%
Ширину подушки понизу определяем по формуле:
где a - угол распределения давления в теле подушки (30° 40°). Принимаем a=35°
тогда bп=15+2·1·tg35°=3м
Осадку фундамента определяем так же как для фундамента на естественном основании.
S = 08 [(1206+(1206+1719)2+(1719+1318)2)*0218000+((1318+1241)2+(1241+808)2+(808+502)2+(502+382)2+(382+277)2+(277+217)2)*0522000+((217+166)2+(166+131)2+(131+109)2)*0510000] = 0013м = 13см
Сравним предельную осадку с максимальной
3. Свайный фундамент.
Определение глубины заложения подошвы ростверка:
db – глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала м;
hр – высота ростверка
t- глубина заделки свай в ростверк м: t=005м
ak- больший размер колонны в плане ak=06м
hр min = 06+005+02 = 085м
hef – толщина пола подвала hef = 02м
dр = 27+02+085 = 405м
dр = 405м > df = 12м - условие выполняется.
Выбор типа марки и длины сваи:
Марка сваи С6-30 (ГОСТ 19804.1-79). Бетон В25; Rb=145Мпа. Продольная арматура 414 А- Rs=340Мпа Аs=616см2. Поперечное сечение сваи 03х03м длина 4 м острие – 03 м.
Свая погружается с помощью забивки дизель-молотом.
Определение расчетной нагрузки на сваю:
P = gc· (gcR·R·A + u Σgcf·fi·hi)
gc - коэффициент условий работы сваи в грунте gc =1
А - площадь опирания сваи на грунт м2
hi – толщина i-го слоя грунта
gcR gcf –коэффициенты условий работы грунта соприкасающегося с
боковой поверхностью м
R fi- расчетные сопротивления грунта под нижним концом сваи и i-го
слоя грунта по боковой поверхности сваи определяемые по
u - наружный периметр поперечного сечения сваи м
Разбивку грунта делаем на элементарные слои толщиной 1м.
Р = 1·(1·2500·009 + 12·(138·1 + 140·1 + 142·1 + 143·1 + 119·1 + 119·1 )) = 4662 кПа
Р = φ·γс(Rb·A + Rsc·Аs) = 1·1(14500·009 + 340000·0000616) = 1514 кПа.
В дальнейших расчетах используем меньшее значение расчетной нагрузки а именно по грунту Р = 4662 кПа.
Расчетная нагрузка допускаемая на сваю:
Определение размеров ростверка:
Условное давление под подошвой ростверка
sр = р(3·dc)2 = 4662(3·03)2 = 5756кНм2
Условная площадь подошвы ростверка
Ар = N01(sp - gcp·dp·gf) = 3200(5756-215·405·11) = 106м2
Приближенный вес ростверка и грунта на его уступах:
Np1=gf·Ap·dp·gср=11·106·405·215=1015кН
Количество свай в ростверке:
n = (N011+Np1)Nu = (3200+1015)3330 = 18 = 2 шт.
Размещаем сваи с расстоянием между осями не меньше 3d = 3·03 = 09м. По конструктивным соображениям расстояние между сваями по углам прямоугольника 09м х 03м.
Размер ростверка в плане с учетом свесов 18м х 12м.
Фактическое давление на сваю:
NСII=03034215=6912 кН
= 215121803=139 кН.
Вес грунта располагающегося на ростверке:
= 11518305182=1142кН.
Расчетные значения указанных выше внешних нагрузок для первой группы предельных состояний (коэффициент надежности по нагрузке =11):
=11139=153 кН; NСII=116912=76 кН ;N01=11510=5610 кН; NG11=111142=12562 кН.
Нагрузка приходящаяся на одну сваю:
Условие выполняется следовательно фундамент запроектирован правильно.
Расчет ростверка на продавливание колонной:
N (a1· (bc+c2)+a2· (dc+c1)) ·h1·Rbt
где N – расчетная продавливающая сила равная сумме реакций всех свай расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания.
Расчет ростверка на поперечную силу:
При расчете на действие поперечной силы должно удовлетворяться условие:
где Q = Ni – сумма реакций всех свай находящихся за пределами наклонного сечения.
Расчеты на продавливание колонной и на поперечную силу проводить не требуется т.к. сваи находятся внутри пирамиды продавливания.
Расчет ростверка на местное сжатие:
Должно удовлетворятся условие:
Ак = 0604 = 024м2 – площадь сечения колонны
N01 = 5610кПа 1514500024 = 5220кПа
Расчет осадок свайного фундамента:
Представим свайный фундамент в виде условного фундамента на естественном основании.
Средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунтов находящихся в пределах длины сваи:
φi11 – расчетные значения углов внутреннего трения для слоев
φср 11 = (24·4+172)6 = 217º
Проведем наклонные плоскости под углом α= φср 114=2174=54º от точек пересечения наружных граней свай с подошвой ростверка до плоскости (горизонтальной) проходящей через нижний конец сваи. Находим очертание условного фундамента который включает в себя грунт сваи и ростверк.
Размеры подошвы условного фундамента:
by = b+2l·tg(φср 114) = 18+2·4· tg 54° = 25м
аy = а+2l·tg(φср 114) = 12+2·4· tg 54° = 19м
Рср II = (N0II+ NсвII+ NросII+ NгрII)Ау R
N0II – расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента
NсвII NросII NгрII - вес свай ростверка грунта в пределах условного фундамента кН
R - расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента
Рср II = (3200+6916+139+1142)475 = 1358кПа R = 4444кПа
R = 12·1(061·1·25·11+344·19·17+(344-1)·335·17+604·10)11 = 4444кПа
Условие удовлетворяется
Для расчета осадки условного фундамента определим дополнительное давление p0 = Рср II - zg 0
5·4+185·2 = 1230 кПа
p0 = 1358 – 1230 = 128кПа
Величины используемые при расчете осадок фундаментов по методу
послойного суммирования.
S=08[(128+121)·052·22000+(121+97)·052·22000+(97+70)·052·22000 + (70 + 50)·052·22000 + (50+36)·052·22000 + (36+27)·052·22000 + (27+21)·052·22000+(21+17)·052·10000+(17+14)·052·10000+(14+11)·052·10000] = 0001м = 01см
Определение технико-экономических показателей рассматриваемых вариантов устройства оснований и фундаментов и выбор основного варианта.
Для определения стоимости работ по каждому варианту необходимо установить объемы отдельных работ и особенности их производства.
ФУНДАМЕНТ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ
Фундамент монолитный отдельный под колонну
- поправка на глубину
- поправка на мокрый грунт (при количестве грунта >50% от общего объема)
Водоотведение (количество мокрого грунта >50%)
ФУНДАМЕНТ НА УЛУЧШЕННОМ ОСНОВАНИИ
Искусственное улучшение основания под фундамент (песчаная подушка)
- поправка на мокрый грунт
Устройство жб забивных свай
Устройство монолитного ростверка
В результате проведённого технико-экономического сравнения получили что наиболее выгодным является фундамент на естественном основании.
Этот вариант принимаем в качестве основного для расчетов остальных фундаментов данного сооружения.
Расчет остальных фундаментов на естественном основании.
Расчет фундамента №1:
А = 1800(6349-21527) = 07м2
Nф11 = (11203+070903-035065065)23 =92кН
Nгр11 = Vгр γ11 = (11203+070903)·205 = 10кН
р = ( No11+ Nф11+ Nгр11)А R
р = (6349+92+10)07 =4378кПа 6349кПа
Расчет фундамента №3:
А = 2400(7936-21536) = 02м2
Поскольку рассчитывается ленточный фундамент площадь которого равна A = b·1м получаем требуемую ширину подошвы фундамента b = 02 м. Выбираем ближайший по размерам типовой сборный блок-подушку ФЛ 8-12-2 шириной b = 08 м высотой h = 03 м длиной l = 118 м
Nф11 = (0811803+070903-035065065)23 = 746кН
Nгр11 = Vгр γ11 = (0811806-047)·205 = 71кН
р = (2400+746+71)094 = 3251кПа 7936кПа
Расчет фундамента №4:
R = 111(072·1·1·205+387·36215+(23-1)33215+645·18)11 = 500кПа;
А = 650(500-20527) = 05м2
Nф11 = (0811803+070903-035065065)23 =746кН
р = (650+746+10)094 =3240кПа 500кПа
Расчет осадок для фундамента №3:
S = 08·[(2636+2480)·022·18000 + (2480+ 1908)·022·18000 + (1908 +1798)·052·18000 +(1798+1170)·052·22000+(1170 + 728)·052·22000+(728 + 554)·052·22000+(554+401)·052·22000+(401+314)·052·22000+(314+240)·052·22000+(240+190)·052·10000+(190+158)·052·10000] = 008м
Гидроизоляцию и дренаж устраивают с целью защиты подземных конструкций и помещений от грунтовых вод. В курсовом проекте в связи с высоким уровнем подземных вод (УГВ выше уровня пола подвала) принимается многослойная оклеечная гидроизоляция. Изоляция выполняется с наружной стороны по всей поверхности подземной части. Оклеечную гидроизоляцию проектируют из рулонов материалов с негниющей основой – гидроизола.
Гидроизоляционный ковер ниже расчетного уровня подземных вод должен быть непрерывен по всей заглубленной в грунт поверхности (стен обрезов фундаментов пола подвала и т.д.). Гидростатический напор (в вертикальном и горизонтальном направлениях) должен быть уравновешен пригрузочным слоем бетона. Определяем толщину пригрузочного слоя бетона:
hn=14м –высота столба гидростатического напора
Полученный результат толщины пригрузочного слоя не удовлетворяет экономическим соображениям поэтому применяем систему водоснабжения которая устраивается при производстве земляных работ. Установку вакуумного водопонижения (УВВ 2) в сочетании с электроосмосом. По периметру котлована с интервалом 15 2м располагают иглофильтры а между ними по бровке котлована забивают металлические стержни из арматуры. Эти стержни присоединяют к положительному полюсу источника постоянного тока (И=40..600) а иглофильтры – к отрицательному.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
СНиП 2.02.01-83 «Основание зданий и сооружений» М.1985г.
«Механика грунтов основания и фундаменты»
методические указания г.123сПб-1985г.
Берлинов М.В. «Основания и фундаменты» МВ. шк. 1998г.
Клотов Н.М. и др. «Основания и фундаменты»М.