Расчёт фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

артем оиф.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра оснований фундаментов динамики сооружений и инженерной геологии
Расчёт фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов
Руководитель проекта:
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ3
Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства4
2.Классификация грунтов4
ПОСТРОЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ5
2. Определение высоты фундамента6
2.1. Определение высоты фундамента по конструктивным требованиям6
2.2. Определение расчётной высоты фундамента6
3. Определение глубины заложения фундамента7
4. Определение размеров подошвы фундамента9
5. Вычисление вероятной осадки фундамента11
6. Расчет тела фундамента15
6.1. Конструирование фундамента15
6.3. Определение площади сечения арматуры плитной части фундамента18
6.4. Расчет подколонника фундамента21
Расчет свайного фундамента23
1. Общие положения23
2. Определение несущей способности одиночной висячей сваи24
3. Конструирование ростверка25
4. Вычисление вероятной осадки свайного фундамента26
5. Расчет тела ростверка свайного фундамента30
5.1. Расчет прочности ростверка на продавливание колонной30
5.2.Расчет прочности ростверка по поперечной силе 31
5.3. Расчет подколонника ростверка34
Целью данного курсового проекта является: для заданных конструкций здания и грунтовых условий площадки строительства на основании вариантного подхода запроектировать (рассчитать сконструировать и вычислить) оптимальный тип фундаментов в двух расчетных сечениях. Под вариантным подходом подразумевается выбор двух типов фундаментов (фундамент мелкого заложения ФМЗ или свайный фундамент СФ) приемлемых в заданных грунтовых условиях определение их основных параметров (габариты число свай в кусте и т.д.) и технико-экономическое сравнение с выявлением наиболее оптимального варианта.
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Задание на проектирование включает в себя:
Бланк задания к курсовому проекту с исходными данными для проектирования состав здания график выполнения курсового проекта список рекомендуемой литературы;
Бланк грунтовых условий площадки строительства включающий схему расположения геологических выработок геологические колонки и физико-механические характеристики грунтов;
Бланк с исходными данными о сооружении (план разрез) характеристиками конструкции материалов наличии подвалов и т.п.
Первый этап – горизонтальная привязка – контур здания в масштабе наносится на инженерно-картографический план стройплощадки таким образом чтобы выработки обозначенные на плане находились по возможности внутри контура здания или вблизи от него.
Второй этап – вертикальная привязка – определение: планировочных отметок узлов строительной площадки “черных” и “красных” отметок углов здания и “нулевой” отметки здания соответствующей уровню чистого пола 1-го этажа.
Рис.1. К определению вертикальной привязки проектируемого здания цеха металлоконструкций
Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства
Природный рельеф строительной площадки с размерами в плане ABxAD=18000х10000 м (рис.1) имеет уклон абсолютные отметки от уровня Балтийского моря колеблются от 750 до 760 м. Принимаем решение выровнять существующий природный рельеф сглаживанием путем срезки возвышенностей площадки.
Абсолютную отметку планировочной поверхности принимаем равной 7550 м. Абсолютную отметку ±0000 соответствующую уровню чистого пола 1-го этажа проектируемого здания назначаем:
Оценка инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства заключается в уточнении наименований каждого инженерно-геологического элемента ИГЭ а также в определении производных и классификационных характеристик грунтов и начального расчетного сопротивления R0.
Расчет производится в порядке залегания ИГЭ грунта от поверхности земли по одной из четырех скважин. В сечении I-I - это скважина №4 т.к. расчетное сечение расположено близко к этой скважине.
2.Классификация грунтов
Таблица производных и классификационных характеристик грунтов
Наименование грунта и его состояние
Суглинок полутвердый непросадачный
Супесь текучая непросадочная
Песок средней крупности средней плотности насыщенный водой
Песок мелкий средней плостности влажный
ПОСТРОЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ
Строим инженерно-геологические разрезы по направлениям являющимся наиболее информативными. Такими будут разрезы I-I - по скважинам 1-3 и II-II - по скважинам 2-4. Они дают наибольшую информацию о состоянии рельефа строительной площадки а расчетное сечение I-I попадает в оба инженерно-геологических разреза.
Рис.2 Инженерно-геологические разрезы
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ В СЕЧЕНИИ I-I
Строительство ведется в г. Пенза.
Расчет и проектирование фундамента (ФМЗ-1) в сечении I-I (А7) производим по заданной расчетной нагрузке на обрез фундамента: NII=1225 кН и МII=58 кНм.
Мощность ИГЭ-1 h1=20м начальное расчетное сопротивление Rо=24587 кПа и модуль деформации Ео = 22000 кПа является достаточными чтобы использовать данный слой грунта в качестве несущего.
Назначаем класс бетона фундамента В20. Толщину защитного слоя принимаем аs=40мм. Железобетонные колонны прямоугольного сечения bchc=06 05 м.
2. Определение высоты фундамента
2.1. Определение высоты фундамента по конструктивным требованиям
Определение высоты фундамента по конструктивным требованиям выполняем в следующей последовательности:
Назначаем предварительную высоту плитной части фундамента исходя из того что dmin=02м. Принимаем d=025 м.
Назначаем предварительную глубину (высоту) стакана фундамента hcf по формуле:
hcf= h3+005=075+005=08 м
где 005 м – зазор между нижним торцом колонны и дном стакана;
h3 – глубина (высота) заделки колонны в стакан фундамента; определяется из условий:
а) жесткой заделки колонны в фундамент:
h3=15·hс=15·05=075 м;
б) достаточной анкеровки продольной арматуры колонны в стакан фундмента:
h3=25ds=25·16=400 мм=04 м
где ds – диаметр продольной арматуры колонны принимаем dsmin=16 мм.
Класс бетона колонн принимаем В20. Окончательно принимаем h3=075 м.
Определяем полную высоту фундамента Hf по конструктивным требованиям по формуле:
Hf = hcf + d = 08 + 025 = 105 м.
2.2. Определение расчётной высоты фундамента
Определение расчетной высоты фундамента выполняем в следующей последовательности:
Уточняем требуемую рабочую высоту плитной части фундамента h0pl по приближенной формуле:
где hc и bc- соответственно высота и ширина колонны: hc=05 bc=06 м;
NI – расчетная нагрузка передаваемая колонной на уровне обреза фундамента:
NI = γf·NII= 12·1225 = 1470 кН;
γf – коэффициент надежности по нагрузке: γf =12;
α – коэффициент α=085;
γb2 – коэффициент учитывающий длительность действия нагрузки: γb2 = 10;
γb9 – коэффициент учитывающий вид материала фундамента: γb9 = 09;
Rbt - расчетное сопротивление бетона растяжению для бетона кл. В20 Rbt=09 МПа;
pгр – реактивный отпор грунта от расчетной продольной нагрузки NI без учета веса фундамента и грунта на его уступах:
Определяем требуемую расчетную высоту плитной части фундамента hpl по формуле:
hpl=h0pl+as=035+004=039>03м выполняется. Полученную расчетную высоту плитной части фундамента hpl округляем кратно 015м в большую сторону принимая равной hpl=045 м.
Определяем расчетную высоту фундамента Hf по формуле:
Hf = hpl+hcf=045+05=095 м.
Полученную высоту фундамента Hf округляем в большую сторону кратно 03 м принимая во внимание что минимальная высота фундамента должна быть не менее 15 м. Принимаем Hf=15 м.
3. Определение глубины заложения фундамента
Определение глубины заложения фундамента производим согласно п. 2.25-2.33 [1] в следующей последовательности.
Определяем расчетную глубину промерзания df несущего слоя грунта по формуле:
df = kdfn =05*132=066 м.
где k – коэффициент учитывающий температурный режим здания принимается по табл.1[1]; к=05;
dfn – нормативная глубина промерзания грунта определяется в зависимости от климатического района строительства для г. Пенза dfn =023√33=132 м.
Выясняем зависит ли глубина заложения фундамента от глубины промерзания грунтов. Для этого определяем величину df+2=066+2=266 м.
Так как dw=3 м df +2=266 м то для нашего несущего слоя – суглинок полутвердый - глубина заложения фундамента d1 назначается не менее расчетной глубины промерзания грунта df .
Определяем глубину заложения фундамента d по конструктивным требованиям:
d1 = Hf += 15+015=165 м
где Hf =15м – высота фундамента =015м- высота цоколя.
Во втором слое залегает супесь в текучем состоянии требуется расчёт слабого подстилающего слоя по СП 22.13330.2011
Вывод: Так как расчетная глубина промерзания df грунта меньше чем конструктивная глубина заложения d фундамента то в качестве расчетной глубины заложения фундамента принимаем большую из них т.е. df =165 м.
Абсолютная отметка подошвы фундамента FL=DL–df =755-165=7385 м.
Рис.3 Конструктивно-компоновочный чертеж
4. Определение размеров подошвы фундамента
Определение размеров подошвы фундамента производится в следующей последовательности:
Так как фундамент испытывает воздействие нормальной силы NII и изгибающего момента МII он считается внецентренно нагруженным. Следовательно фундамент проектируется прямоугольным в плане вытянутым в плоскости действия момента при этом и соотношение размеров сторон подошвы фундамента принимается в пределах =bf lf = 075.
Исходя из принятого соотношения сторон определяем предварительные (ориентировочные) размеры подошвы фундамента. Ширина подошвы фундамента bf определяется по формуле:
где - коэффициент соотношения сторон подошвы фундамента =075;
R0 – начальное расчетное сопротивление грунта ИГЭ-2 R0=400 кПа;
γmt – осредненный удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах γmt=20кНм3;
d – глубина заложения фундамента расстояние от уровня планировки земли до подошвы фундамента d=165 м.
Тогда длина подошвы фундамента lf определяется по формуле:
lf = bf = 208075 = 277 м.
Полученные размеры подошвы фундамента bf и lf округляем кратно 03 м в большую сторону. Принимаем bf = 21 м и lf = 30 м.
Одноэтажное каркасное промздание
Уточняем расчетное сопротивление грунта основания R. При этом расчетное сопротивление определяется в предположении возможного замачивания просадочного слоя грунта в период эксплуатации здания и использованием расчетных значений прочностных характеристик ( и сII) в водонасыщенном состоянии согласно п.3.9.б[1]:
где с1 и с2 –коэффициенты условий работы принимаются по табл. 3[1] с1 =125 и с2 =1;
k - коэффициент т.к. прочностные характеристики грунта ( и сII) определены непосредственными испытаниями то k=10;
М Мq Mc-коэффициенты зависящие от угла внутреннего трения несущего слоя грунта для =24- М=072 Мq=387 Mc=624 принимаются по табл. 4[1];
bf – ширина подошвы фундамента bf =21 м;
kz – коэффициент т.к. ширина подошвы фундамента bf =21 м10 м kz=1;
d – глубина заложения фундамента;
сII - расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента сII=30кПа;
’II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента определяется по формуле:
здесь 1 - удельный вес грунта ненарушенной структуры ИГЭ-1; р1=192 гсм3 – плотность грунта ненарушенной структуры ИГЭ-1 g=98210 мс2 - ускорение свободного падения; II-то же ниже подошвы фундамента. Так как расчетное сечение I-I расположено ближе к скважине №4 следовательно толщи грунта принимаем по скважине №4. Тогда:
Уточняем размеры подошвы фундамента bf и lf с полученным в п.4 расчетным сопротивлением R и округляем их кратно 03 м в большую сторону:
Полученные размеры подошвы фундамента bf и lf округляем кратно 03 м в большую сторону. Принимаем bf = 15 м и lf = 21 м.
Определяем максимальное и минимальное краевое давление и среднее давление под подошвой внецентренно нагруженного фундамента в предположении линейного распределения напряжений в грунте.
где - момент сопротивления подошвы фундамента.
Для исключения возникновение в грунте пластических деформаций проверяем выполнение следующих условий:
Все условия выполняются следовательно фундамент подобран правильно. Однако в основании имеется значительное недонапряжение составляющее
Условие выполняется фундамент запроектирован экономично: в таком случае принимаем эти значения:
5. Вычисление вероятной осадки фундамента
Вычисление вероятной осадки ФМЗ-1 в сечении I-I производится методом послойного суммирования в следующей последовательности.
Вычисляем ординаты эпюр природного давления zg (вертикальные напряжения от действия собственного веса грунта) и вспомогательной 05zg по формуле:
γIii – удельный вес i-го слоя грунта (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды).
точка 0 – На поверхности земли:
точка 1 –На уровне подошвы фундамента:
zg1= 1d=192165=3168 кПа;
точка 2 -На границе 1го и 2го слоя:
zg2=zg1+1h12=19.20.35+31.68=384 кПа;
точка 3 –На уровне подземных вод:
zg3= zg2+2dw=2982+1881=572 кПа;
точка 4 – На границе 2-го и 3-го слоя (на уровне подземных вод с учетомвзвешивающего действия воды:
zg4=zg3 + sb2h23=572+97630=8648 кПа;
точка 5 – На границе 3-го и 4-го слоя (на уровне подземных вод с учетомвзвешивающего действия воды:
zg5=zg4 + sb3h3=8648+101924=11094 кПа;
Ниже 3 -го слоя песка залегает глина в твердом состоянии являющаяся водоупорным слоем поэтому к вертикальному напряжению на кровлю глины добавляется гидростатическое давление столба воды находящегося над глиной
w = γwh3 = 10054 = 540 кПа;
полное вертикальное напряжение действующее на кровлю глины
zg5+ w = 11094 + 540 = 16494 кПа; 05zg3 = 8247 кПа;
Точка 6 – на границе 4-го и 5-го слоев:
zg6=zg5+4h4=16494+191*16=1955 кПа;
Точка 7 – на границе 5-го подошвы слоя:
zg7=zg6+5h5=195.5+1956=312.5 кПа;
По полученным значениям ординат на геологическом разрезе в масштабе строим эпюру природного давления zgi (слева от оси OZ) и вспомогательную эпюру 05zgi (справа от оси OZ).
Определим дополнительное вертикальное давление на основание от здания по подошве фундамента: ро = р - zgо = -3168 =38746кПа
Разбиваем толщу грунта под подошвой фундамента на элементарные подслои толщиной i=(0204)bf=0415=06 м. Принимаем Δi=06 м.
Определяем вертикальные напряжения zр на глубине zi от подошвы фундамента по вертикали проходящей через центр подошвы:
где i - коэффициент рассеивания напряжений для соответствующего слоя грунта принимаемый по прил.2 табл. 1 [1] который зависит от формы подошвы фундамента и соотношений:
По полученным данным строим эпюру вертикальных напряжений zр от подошвы фундамента (справа от оси ОZ).
Определяем высоту сжимаемой толщи основания Hс нижняя граница которой принимается на глубине z=Hс где выполняется условие равенства zр =05zg. Hс = 381 м.
Определяем величину общей осадки по формуле:
где =08 – безразмерный коэффициент;
zγi - среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента от собственного веса выбранного при отрывке котлована кПа:
где zg0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента кПа;
N – число слоев на которые разбита сжимаемая толща основания.
Для удобства расчета осадки все вычисления ведем в табличной форме.
Рис.4 Расчет осадки методом послойного суммирования
Расчет вероятной осадки ФМЗ-1 в сечении I-I
Проверяем соблюдение условия S=602см Su=10см условие соблюдается следовательно фундамент запроектирован верно.
6. Расчет тела фундамента
6.1. Конструирование фундамента
Конструирование фундамента выполняем в следующей последовательности:
Назначаем количество и высоту ступней фундамента принимая одну ступень фундамента т.к. h0pl =0.3м при этом высоту ступени h1 назначаем равной 03 м.
Тогда окончательная высота плитной части фундамента принимается равной hpl=03 м а окончательная рабочая высота плитной части фундамента:
hоpl = hpl-аs=03-004=026 м.
Назначаем размеры консолей первой с1 ступени плитной части фундамента принимая их кратно 015 м.
В направлении действия момента – в направлении большей стороны принимаем:
с1=(125) h1 = 10×03=03 м
В направлении перпендикулярном плоскости действия момента принимаем
с1=(125) h1 = 15×03=045 м.
Рис.5 К определению высоты фундамента. Конструирование фундамента
6.2. Расчет прочности плитной части на продавливание
Проверяем выполнение условия:
hn – hcf ≥ 05(ln – hc)
Так как 12–065=055 > 05(12–06)=03 условие выполняется следовательно при стаканном сопряжении сборной колонны с фундаментом расчет на продавливание следует вести по 1-ой схеме. В этом случае продавливание плитной части рассматривается от низа колонны или подколонника на действие продольной силы N1 и изгибающего момента М1
При расчёте плитной части фундамента на продавливание рассматривается условие прочности только одной наиболее нагруженной грани пирамиды продавливания в предположении что продавливание происходит по поверхности пирамиды меньшим основанием которой служит площадь действия продавливающей силы боковые грани которой начинаются у колонны и направлены под углом 45° к горизонтали (рис. 4.2):
FRbtUmhopl=9000584026=136656 кН
где b-коэффициент для тяжелого бетона кл. В20 b=10;
Rbt-расчетное сопротивление бетона растяжению принимается по прил. 1 [14] для бетона кл. В20 Rbt=09 МПа;
bm-средний размер проверяемой грани пирамиды продавливания при bf-bc=15–12=03м>2hopl=052 определяется по формуле:
Um= 2(bn+ hp +2hopl)=2(12+12+2026)=584 м
где bc – размер сечения колонны или подколонника являющийся верхней стороной рассматриваемой грани пирамиды продавливания bc=bn=12 м;
F – продавливающая сила принимаемая равной расчетной продольной силе NI приложенной к верхнему основанию пирамиды продавливания за вычетом отпора грунта приложенного к нижнему основанию и сопротивляющемуся продавливанию определяется по формуле:
F = рmaxАо = 2334079 = 18439 кН
где pmax – максимальное краевое давление под подошвой внецентренно нагруженного фундамента без учета давления грунта на его уступах определяется по формуле:
А0 – часть площади подошвы фундамента ограниченная нижним основанием рассматриваемой грани пирамиды продавливания и продолжением в плане соответствующих ребер (прямоугольник abcdef) определяется по формуле:
Ао = 05bf (lf - ln - 2hopl)
Ао = 0515(21 – 12 - 2026) = 1107 м2
Итак F=58664 кН 136656 кН условие выполняется следовательно продавливания дна стакана не произойдет окончательно принимаем hopl =026 м.
Рис.6 К расчету прочности плитной части на продавливание
6.3. Определение площади сечения арматуры плитной части фундамента
Площадь сечения рабочей арматуры плитной части фундамента определяется из расчета на изгиб консольных выступов вдоль сторон фундамента lf и bf в сечениях проходящих по граням колонны и подколонника и по граням ступеней фундамента.
Расчет выполняется в следующей последовательности:
В сечениях I-I II-II определяем изгибающие моменты.
В плоскости действия момента – в направлении большей стороны:
где РI-I – давление грунта в сечении I-I определяется по формуле:
Рис.7. Определение площади сечения арматуры плитной части фундамента
В направлении перпендикулярном плоскости действия момента от активного давления (отпора) грунта ргр=24587 кПа:
В тех же сечениях определяем требуемую площадь сечения рабочей арматуры Asтр в плитной части фундамента. Подбор арматуры ведется на всю ширину или длину фундамента.
В направлении перпендикулярном плоскости действия момента:
где hо1 hо2 – расчетная рабочая высота фундамента соответственно в сечениях I-I II-II:
hо1 = h1 – аs=03-004=026 м
hо2 = Hf – аs=15-004=146 м
МI-I МII-II - изгибающие моменты соответственно в сечениях I-I II-
Rs - расчетное сопротивление арматуры растяжению для арматуры кл. А-400 Rs=350МПа.
Из значений АsI-I АsII-II в соответствующем направлении выбираем большее по которому и производим подбор диаметра и количество стержней. Для этого задаемся шагом стержней обычно S=150200 мм. Принимаем S=200 мм. Количество стержней больше числа шагов на 1. Деля Аsmax на число стержней получаем требуемую площадь Аsтр одного стержня по которой используя сортамент арматуры прил. 6 [14] подбираем окончательный диаметр одного стержня.
В плоскости действия момента – в направление большей стороны:
Принимаем шаг стержней S=200 мм. Аsmax=224 см2. Количество стержней принимаем n=10шт. Тогда:
Принимаем диаметр одного стержня =12мм (Аs=1313 см2). Окончательно принимаем 1012.
В направлении перпендикулярном плоскости действия момента:
Принимаем шаг стержней S=200 мм. Аsmax=1403 см2. Количество стержней принимаем n=7шт. Тогда:
Принимаем диаметр одного стержня =10мм (Аs=0785 см2). Окончательно принимаем 710.
Рис.6 Схема армирования подошвы Рис.7 Сетка С-1
6.4. Расчет подколонника фундамента
Для армирования подколонника используем КР-1 и КР-2 С-3. КР-1 расположена в плоскости действия момента а КР-2 перепендикулярно данной плоскости.
КР-1: в качестве вертикального армирования принимаем 3 стержня 12 А400 l=1470 мм с шагом 500 мм в качестве горизонтального армирования принимаем 4 стержня 6 А240 l=1100 мм с шагом 200 мм.
КР-2: в качестве вертикального армирования принимаем 2 стержня 12 А400 l=1470 мм с шагом 300 и 400 мм в качестве горизонтального армирования принимаем 4 стержня 6 А240 l=1100 мм с шагом 200 мм.
Расчет прочности подколонника не производим принимаем арматуру конструктивно: арматура А400 диаметром 8 мм. Стенки стакана усиливают арматурной сеткой С3 с шагом 100мм. На один подколонник приходится 5 сеток: 5x100=500 мм.
Рис.8 Продольное армирование подколонника плоскими каркасами в плоскости действия момента.
Рис.9 Продольное армирование подколонника плоскими каркасами в направлении перпендикулярном плоскости действия момента.
Рис.10 Арматурная сетка С-2.
Рис.11. Схема армирования подколонника арматурной сеткой С-2.
Расчет свайного фундамента
Глубину заложения подошвы ростверка свайного фундамента принимаем d=125м. (см.п.4.3.)
Принимаем что ростверк свайного фундамента выполняется из монолитного железобетона кл. В20. Толщину защитного слоя бетона свайного фундамента принимаем as=40 мм. Принимаем кустовой отдельно стоящий тип свайного фундамента.
Принимаем сопряжение свай с ростверком свободным. Тогда высота плитной части ростверка свайного фундамента по конструктивным соображениям определяется по формуле:
hp=hcf+045=065+045=11 м.
Высоту ростверка принимаем кратно 015 м т.е. hp=12 м.
За опорный слой принимаем ИГЭ-3 – песок средней крупности Ео=35000кПа и R=400кПа. В этот слой минимальная глубина погружения сваи должна быть не менее 10 м. Тогда предварительная длина сваи должна составлять
5 так-как мощность ИГЭ-2 составляет 4 м.
Принимаем сваю марки С7-30.
Для заданных грунтовых условий строительной площадки назначаем готовую забивную железобетонную сваю марки С7-30 длиной призматической части Lсв= 6 м с размером сторон квадратного поперечного сечения b=03 м длиной острия lо=025 м. Расчетная глубина заложения одиночной висячей сваи принимаем равной
d+ h12 + h2 +lо +h31 =125+075+4+025+17=795 м.
где h31= Lсв–h12–03- h2-l0 =17м – глубина погружения сваи в несущий слой грунта.
Принимаем что свая погружается с помощью забивки дизель – молотом.
2. Определение несущей способности одиночной висячей сваи
Определение несущей способности одиночной висячей сваи производится в следующей последовательности.
Для выбранного типа и размера сваи по формуле определяем расчетную несущую способность одиночной висячей сваи:
где с – коэффициент условий работы сваи в грунте с =1;
сR и сf – коэффициент условий работы грунта соответственно под нижней боковой
поверхностью сваи зависит от способа погружения принимается по табл. 3[2] сR =1 сf =1.
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи принимается по табл. 1[2] для песка средней крупности R=3770 кПа;
Асв- площадь поперечного сечения сваи Асв=009 м2;
u-наружный периметр поперечного сечения сваи u=12;
fi- расчетное сопротивление сдвигу боковой поверхности сваи i-му слою грунта принимается по табл. 2[2] при средней глубине расположения:
для 1-го слоя грунта при z1=1625м f1= 27037кПа;
для 2-го слоя грунта при z2=3м f1= 0 кПа;
для 3-го слоя грунта при z3=5м f2= 0 кПа;
для 4-го слоя грунта при z4=6825м f2= 5945 кПа;
Рис.12 Схема к определению несущей способности одиночной сваи
Определяем расчетную нагрузку допускаемую на сваю ND:
где m-коэффициент надежности по нагрузке m=14.
Исходя из предположения что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на сваю расположенные в кусте определяем требуемое количество свай в фундаменте по формуле
для трапецеидальных эпюр принимаем k1=12;
N1 – вес ростверка и грунта на его обрезах.
С учетом наличия изгибающего момента окончательно принимаем n=6 шт.
3. Конструирование ростверка
Размещение свай в плане и конструирование ростверка выполняем конструктивно опираясь на следующие требования:
- равнодействующая от постоянных нагрузок должна проходить как можно ближе к центру тяжести условной подошвы свайного фундамента;
- минимальное расстояние в плане между осями свай должен быть менее 3-6d где d-диаметр круглой или размер стороны поперечного сечения квадратной сваи принимаем 3d=303=09 м.;
- расстояние от края ростверка до оси крайнего ряда сваи принимаем равным размеру поперечного сечения сваи т.е. 03 м.;
- с целью использования унифицированной опалубки габаритные размеры ростверка в плане должны быть кратны 03 м а по высоте-015 м. Конструирование ростверка свайного фундамента см. рис.
Рис.13 Конструирование ростверка свайного фундамента
4. Вычисление вероятной осадки свайного фундамента
Определим деформационные характеристики приведенного 3-хслойного основания:
Вычислим ординаты эпюр природного давления zg и вспомогательной 05zg :
Основное значение модуля сдвига и коэффициента Пуассона грунтов прорезаемых сваей:
Модуль сдвига и коэффициент Пуассона грунта по нижним концом сваи
G2 = G’’=1346Мпа; v2 = v’’=0.3
Подсчитаем необходимые для расчета коэффициенты и параметры:
Kv1 =2.82-3.78*0306+2.18*0.306 2 = 1.867
V=(v1 + v2 )2=(0.306+0.3)2=0.303
Kv=2.82-3.78*0.303+2.18*0.303 2 =1.875
α' =0.17*ln(1.867*70.339)=0.62 ( где )
’=0.17*ln(1.867*587*7(1346*0.339))=0.48
Модуль упругости материала ствола сваи Е=325 Мпа (бетон класса В30) потому жесткость ствола на сжатие
Относительная жесткость сваи
Определяем осадку одиночных свай 1 и 6
Где N1 и N6 – вертикальная нагрузка передаваемая на сваи 1 и 6
Определяем осадку одиночных свай 5 и 2
Где N2и N5 – вертикальная нагрузка передаваемая на сваи 2 и 5
Определяем осадку одиночных свай 3 и 4
Где N4 и N3 – вертикальная нагрузка передаваемая на сваи 4 и 3
Рис. 16 План свайного куста
Определяем дополнительные осадки сваи от взаимного влияния соседних свай находящихся на расстоянии а.
Вычисляем коэффициенты для соседних свай
Вычисляем коэффициенты для свай расположенных по диагонали
Осадки каждой сваи куста. Состоящего из 6 свай при известном расположении нагрузок между ними производим по формулам
Общую осадку отдельностоящего свайного фундамента определяем как среднюю осадку для всех свай:
Проверяем условие s=057 см su = 10 см.
Условие выполняется осадки фундамента не превышают предельно допустимые значения.
5. Расчет тела ростверка свайного фундамента
5.1. Расчет прочности ростверка на продавливание колонной
Расчет прочности плитной части внецентренно нагруженного ростверка на продавливание колонной заключается в проверке следующего условия
Npi – расчетное усилие в сваях от нагрузок на уровне верха определяется по формуле
здесь n- количество свай n=4шт;
bc и hc – размеры поперечного сечения колонны у нижнего торца;
с1 и с2- расстояния от плоскости грани колонны до плоскости ближайшей грани сваи: с1 =045 м и с2=015 м;
и 2 – коэффициенты принимаемые по табл. 9.8 [13] в зависимости от величины
коэффициентов k1=с1h1=04504=1125 и k2=с2h1=01504=0375 поэтому
где h1-рабочая высота ростверка h1= hр-аs=045-005=116 м
Rbt – расчетное сопротивления бетона растяжению для тяжелого бетона кл. В20 Rbt =0.9 МПа.
N=208868кН[213 (05+01)+4225(06+055)]04900=220923 кН.
Вывод: Продавливания плитной части ростверка не произойдет.
5.2. Расчет прочности ростверка по поперечной силе
Расчет прочности плитной части ростверка по поперечной силе в наклонном сечении выполняется в месте изменения высоты ростверка и заключается в проверке следующего условия.
где Q=Np – сумма расчетных усилий всех свай находящихся за пределами наклонного сечения:
bp – ширина подошвы ростверка bp=18 м;
h01 =116 м – рабочая высота ростверка в рассматриваевом сечении h01= h1–as=04-005=04;
Rbt = 09 МПа – расчетное сопротивления бетона растяжению для бетона кл. В20;
m=199 так как m= сh01=01504=0375(c-длина проекции рассматриваемого наклонного сечения принимаемая равной расстоянию от плоскости внутренних граней свай до ближайшей грани подколонника или ступеней ростверка).
Q =79934 кН 19918 04 900 =128952 кН
Условие выполняется следовательно прочность нижней ступени по поперечной силе обеспечена.
5.3. Расчет прочности ростверка на изгиб
Расчет прочности ростверка на изгиб производят в сечениях по граням колонны а также по наружным граням подколонника и ступеней ростверка.
Расчетные изгибающие моменты для каждого сечения определяют как сумму моментов от расчетных усилий в сваях и от местных нагрузок приложенных к консольному свесу ростверка по одну сторону от рассматриваемого сечения.
М1-1=2 Npil1=23996703=2398 кНм
М2-2=2 Npil2=23996706=4796кНм
- расстояние от оси сваи до ближайшей грани колонны l2=07 м.
В направлении перпендикулярном плоскости действия момента
М1-1=3 N*l1=32450=0кНм
М2-2=3 N*l2=324503=2205кНм
- расстояние от оси сваи до ближайшей грани колонны l2=025 м.
В тех же сечениях определяем требуемую площадь сечения рабочей арматуры Asтр в плитной части ростверка. Подбор арматуры ведется на всю ширину или длину фундамента.
где hо1 и hо2 – расчетные рабочие высоты ростверка соответственно в сечение I-I II-II:
hо1 = h1 –аs=045-005=04 м
hо2 = Hр–аs=12-005=115 м.
М1-1М2-2- изгибающие моменты соответственно в сечении I-I II-
Rs- расчетное сопротивление арматуры растяжению определяется по прил. 5[14] для арматуры кл. А400 Rs=350 МПа.
Из двух значений Аs1-1 и Аs2-2 выбираем большее по которому и производим подбор диаметра и количество стержней. Для этого задаемся шагом стержней обычно S=150200 мм.
Принимаем шаг стержней S=200. Аsmax= 2155 см2. Количество стержней принимаем n=8шт.
Принимаем 818 (Аs =2545 см2).
В направлении перпендикулярном плоскости действия момента.
Принимаем шаг стержней S=200. Аsmax=608 см2. Количество стержней принимаем n=11шт. Тогда
Принимаем 1110 (Аs =0785 см2).
Рис.14 К расчету ростверка свайного фундамента на прочность
5.3. Расчет подколонника ростверка
Для армирования подколонника используем КР-3 и КР-4 С-3. КР-3 расположена в плоскости действия момента а КР-4 перепендикулярно данной плоскости.
КР-3: в качестве вертикального армирования принимаем 3 стержня 12 А400 l=1320 мм с шагом 500 мм в качестве горизонтального армирования принимаем 3 стержней 6 А240 l=1100 мм с шагом 150 мм.
КР-4: в качестве вертикального армирования принимаем 2 стержня 12 А400 l=1320 мм с шагом 300 и 400 мм в качестве горизонтального армирования принимаем 3 стержней 6 А240 l=1100 мм с шагом 150 мм.
Армирующие сетки подколонника принимаем конструктивно: арматура А400 диаметром 8 мм. Стенки стакана усиливают арматурной сеткой С3 с шагом 100мм в вертикальном направлении. На один подколонник приходится 5 сеток:5x100=500 мм
СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования. – М.: 2016. – 41 с.
СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Нормы проектирования. –М.: 2011. – 42 с.
СП 131.13330.2018. Строительная климатология. –М.: 2018. 98 с.
СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. – М.: 2016. – 362 с.
СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции– М.: 2018. – 79 с.
Расчет фундаментов мелкого заложения: Учебное пособие. – Казань КГАСУ 2015. – 93 с.
Расчет свайных фундаментов: Учебное пособие. – Казань КГАСУ 2015. – 93 с
Основания и фундаменты. Учебно-методическое пособие к практическим занятиям для студентов очной формы обучения по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство» Сост. И.Т.Мирсаяпов Р.Р.Хасанов Д.Р.Сафин. - Казань: КГАСУ 2016. - 92с.

оифАРТ.dwg

Спецификация арматурных изделий
Ведомость расхода стали на элемент
Технико-экономические показатели
Наименование элемента
За условную отметку ±0.000 принят уровень чистого пола 1-ого этажа
что соответствует абсолютной отметке 91.15 2. Под фундаментом предусмотрена бетонная подготовка из бетона класса В10 толщиной 100мм. 3. Арматурные стержни сеток каркасов свариваются контактной точечной сваркой. 4. Стаканный стык колонны с фундаментом замонолитить мелкозернистым бетоном класса В20.
Схема плана строительной площадки и геологических выработок М 1:500
Фрагмент плана на отм +0.000
Фундаменты ФМЗ-1 под железобетонные колонны Опалубочный чертеж
Схема армирования подошвы фундамента ФМЗ-1
Фундаменты Сф-1 под железобетонные колонны Опалубочный чертеж
Арматурный чертеж ФМЗ-1
Арматурный чертеж СФ-1
Схема армирования подошвы фундамента СФ-1
Расчетная схема ФМЗ-2
Расчетная схема СФ-1
что соответствует абсолютной отметке 100.15 2. Под фундаментом предусмотрена бетонная подготовка из бетона класса В10 толщиной 100мм. 3. Арматурные стержни сеток каркасов свариваются контактной точечной сваркой. 4. Стаканный стык колонны с фундаментом замонолитить мелкозернистым бетоном класса В20.
Фрагмент плана свайных фундаментов между осями 1-2 и А-Б М1:200
Фрагмент плана фундаментов мелкого заложения между осями 1-2 и А-Б М1:200
Условные обозначения
Компоновочный чертеж ФМЗ-1
Изм. Кол. уч. № док. Подп.
Рук. проекта Cафин Д. Р.
Основания и фундаменты
Фрагменты планов фундаментов
КГАСУ. ИС. 16. КП. 19
Инв.NПодп.и дата Взам. Инв.N
Инженерно-геологический разрез I-I Мверт 1:200; Мгор 1:500
Инженерно-геологический разрез II-II Мверт 1:200; Мгор 1:500
сII=30 кПа; φ=24°; E0=22 МПа; R0=245
сII=11 кПа; φ=18°; E0=7 МПа; R0=0 кПа; i-3
сII=1 кПа; φ=38°; E0=35 МПа; R0=400 кПа; i-3
сII=70 кПа; φ=22°; E0=25 МПа;R0=282кПа; i-3
сII=2 кПа; φ=30°; E0=25 МПа; R0=200 кПа;
Фрагмент плана на отм. +0
Схема плана строительной площадки и геологических выработок М 1:1000
Наименование выработок
Расстояние мд выработками
Абсолютная отм. устья скважин
Инженерно-геологический разрез II-II
Инженерно-геологический разрез I-I
песок средней крупности
и арматурные чертежи. Спецификация.
Планы ФМЗ и СФ. Разрезы. Опалубочные
За относительную отметку 0.000 принята отметка уровня чистого пола
соответствующая абсолютной
Арматурные стержни сеток и каркасов сваривать контактной точечной сваркой в соответствии
Стаканный стык колонны с фундаментом замонолитить мелкозернистым бетоном кл. В20.
подошвы фундамента ФМЗ-1
подошвы ростверка СФ-1
Компановочный чертеж
Расчетная схема ФМЗ-1
Катализаторная фабрика
Схема плана 1-го этажа М 1:100
- железобетонная колонна
- бетонная подготовка
- фундаментная балка
Фундамент мелкого заложения ФМЗ-1
Свайный фундамент СФ-1
геологических выработок М1:1000
Схема плана строительной площадки и
Фрагмент плана СФ и ФМЗ в осях 1-2 и А-Г
Инженерно-геологический разрез II-II Мверт 1:200; Мгор 1:1000
Инженерно-геологический разрез I-I Мверт 1:200; Мгор 1:1000
Суглинок полутвердый
Глина тугопластичная
Песок средней крупности
кНм³; 1 = 29°; с1 = 1 кПа Е01 = 15 МПа; R0 = 200 кПа
кНм³; 2 = 16°; с1 = 15 кПа Е01 = 10 МПа; R0 = 183
γ3 = 20 кНм³; 3 = 12°; с1 = 82 кПа Е01 = 28 МПа; R0 = 331
кНм³; 1 = 14°; с1 = 50 кПа Е01 = 24 МПа; R0 = 204
γ5 = 20 кНм³; 1 = 20°; с1 = 25 кПа Е01 = 12 МПа; R0 = 277