Расчет фундамента промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время проблема грамотного проектирования, расчета и обустройства фундаментов является очень актуальной, так как правильно выполненные вышеперечисленные работы являются залогом долговечной и надежной работы всей конструкции. Напротив ошибки в расчете и нарушение технологии возведения, могут привести к негативным последствиям, таким как, например, неравномерная осадка, что в свою очередь может спровоцировать образование трещин и преждевременное разрушение здания.

Целью выполнения курсового проекта является приобретение теоретических и практических навыков проектирования фундаментов и знакомство с действующими строительными нормами и правилами, для дальнейшего использования этих знаний при разработке и строительстве реальных объектов.

Нашей задачей является в соответствии с заданием подобрать, спроектировать и рассчитать наиболее подходящий фундамент для указанного варианта каркасного промышленного здания, определить материал для этого фундамента и его размеры.

В данном курсовом проекте исследуется промышленное здание с полным железобетонным каркасом.

Рассматриваются два варианта устройства фундамента: фундамент мелкого заложения и свайный фундамент.

Курсовой проект состоит из 1 листа чертежей выполненных на листе формата A1 и 54 листов пояснительной записки.

Курсовой проект содержит в себе 19 иллюстраций и 8 таблиц с расчетами. Последовательность проектирования оснований и фундаментов: анализ проектируемого здания, оценка результатов инженерно-геологических изысканий, выбор типа основания и фундамента, начиная с привязки здания к строительной площадке.

1. Место строительства

Свердловская область, г. Екатеринбург (Свердловск).

Грунтовые условия



2. План здания

3. Характеристика географического положения площадки строительства, ее климатических и сейсмических условий

Место строительства - г. Екатеринбург. Судя по разрезам рельеф местности - спокойный, площадка строительства - ровная. Нормативная глубина промерзания - 2.1 м. Абсолютная отметка грунтовых вод в пределах выработки - 25 м. Абсолютная отметка пола первого этажа - 28.50 м.

Климатические параметры холодного периода года в Екатеринбург:

Абсолютно min t°С воздуха = -47.

Средняя суточная амплитуда t воздуха наиболее холодного

месяца = 7.1°С

Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее

холодного месяца = 73%.

Количество осадков за ноябрь-март = 114.

Преобладающее направление ветра за декабрь-февраль = З.

Max скорость ветра по румбам за январь = 5.

Средняя скорость ветра за период со средней суточной t° воздуха ? 8°С = 3.7 .

Климатические параметры теплого периода года в Екатеринбург:

Барометрическое давление = 980.

Средняя суточная амплитуда t° воздуха наиболее теплого

месяца = 10.6°.

Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее

теплого месяца = 68%.

Количество осадков за апрель-август = 383.

Суточныйmax осадков = 94.

Преобладающее направление ветра за июнь-август = З.

Зона влажности = сухая.

Суровые условия.

Месячная t° воздуха в январе = от - 15.5

Месячная t° воздуха в июле = +17.2

Рельеф площадки строительства спокойный. В пределах площадки для анализа инженерно-геологических условий разработано 5 скважин глубиной 10 м. Расстояние между скважинами 55 и 55.5 м.

С поверхности грунта залегают песок пылеватый, подстилает его так же пылеватый песок, а третьим слоем являются пески средней крупности.

Мощность пластов: 1 - от 0.6 до 4.0 м,

2 - от 3.0 до 5.3 м,

3 - от 10 м.

Абсолютная отметка уровня грунтовых вод - 25 м.

Физико-механические свойства грунтов представлены в таблице 1:



Таблица 3.1. - Физико-механические свойства грунтов.

Номер грунта	Наименование грунта	Удельный вес частиц грунта гs	Удельный вес грунта г	Влажность щ	Коэффициент пористости е	Влажность на границе раскатывания щР	Влажность на границе текучести щL	Коэффициент фильтрации кф	Угол внутреннего трения ц	Сцепление С	Модуль деформации Е
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
I	Песок пылеватый	26.7	17.7	6.9	0.60	-	-	3.9 ·10-4	32	5.0	8.0
II	Песок пылеватый	26.5	20.0	24.9	0.65	-	-	1.5 ·10-4	30	4.0	10.0
III	Песок средней крупности	26.7	20.5	22.5	0.60	-	-	3.6·10-1	38	2.0	25.0

Физико-механические свойства грунтов приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2. - Характеристика физико-механических свойств грунтов.

Наименование грунта	Заданные характеристики	Вычисленные характеристики
	Мощность слоя, м	Плотность грунта с, т/м3	Плотность частиц грунта сs, т/м3	Природная влажность щ, доли ед.	Влажность на пределе текучести щL, доли ед.	Влажность на пределе раскатывания щР, доли ед.	Коэффициент фильтрации kф,м/сут.	Коэффициент пористости е	Плотность скелета грунта сd, т/м3	Число пластичности JP, %	Показатель текучести JL, доли ед.	Коэффициент водонасыщения Sr, доли ед.	Модуль деформации Е, кПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Песок пылеватый	0.6 - 0.4	1.77	2.67	0.069	-	-	3.9 ·10-7	0.60	1.656	-	-	0.307	8.0
Песок пылеватый	3.0-5.3	2.0	2.65	0.249	-	-	1.5 ·10-7	0.65	1.601	-	-	1	10.0
Песок средней крупности	0.4 - 0.6	2.05	2.67	0.225	-	-	3.6·10-4	0.60	1.673	-	-	1	25.0
Наименование грунта	Вычисленные характеристики
	Для расчета основания
	по несущей способности	по деформациям
	Удельный вес гI, кН/м3	Угол внутреннего трения цI, град	Удельное сцепление сI, кПа	Удельный вес гII, кН/м3	Угол внутреннего трения цII, град	Удельное сцепление сII, кПа
1	15	16	17	18	19	20
Песок пылеватый	17.7	29.1	3.33	17.7	32	5.0
Песок пылеватый	20.0	27.27	2.66	20.0	30	4.0
Песок средней крупности	20.5	34.55	1.33	20.5	38	2.0

Грунт отобран из скважин 1, 2 и 3, глубина скважин 10 м.

Первый слой:

Песок пылеватый, так как е = 0,6 и находится в пределах 0,6 ? е ? 0,8, то песок пылеватый средней плотности, так как модуль деформации Е_о = 8 МПа (5,0 МПа ? Е_о ? 200,0 МПа), среднесжимаемый. По насыщению песка водой: коэффициент водонасыщения S_r = 0.307-малой степени водонасыщения (0 ? S_r ? 0.5).

Вывод: рассматриваемый грунт, песок пылеватый: средней плотности, среднесжимаемый, слабо насыщенный водой. Может служить естественным основанием.

Второй слой:

Песок пылеватый, так как е = 0,65 и находится в пределах 0,6 ? е ? 0,8, то песок пылеватый средней плотности, так как модуль деформации Е_о = 10 МПа (5,0 МПа ? Е_о? 200,0 МПа), среднесжимаемый. По насыщению песка водой: коэффициент водонасыщения S_r = 1 - насыщенный водой (0.8 ? S_r ? 1.0).

Вывод: рассматриваемый грунт, песок пылеватый: средней плотности, среднесжимаемый, насыщенный водой. Может служить естественным основанием.

Третий слой:

Песок средней крупности, так как е = 0,6 и находится в пределах 0,55 ? е ? 0,7, то песок средней плотности, так как модуль деформации Е_о = 25 МПа (5,0 МПа ? Е_о ? 200,0 МПа), среднесжимаемый. По насыщению песка водой: коэффициент водонасыщения S_r = 1,0-насыщенный водой (0,8 ? S_r ? 1,0).

Вывод: рассматриваемый грунт, песок средней крупности: средней плотности, среднесжимаемый, насыщенный водой.Может служить естественным основанием.



4.Анализ проектируемого здания

Ш Объект - одноэтажное промышленное здание;

Ш Размеры в плане 72 Ч180 м.

Ш Высота до низа стропильной конструкции 12,6 м.

Ш Шаг колонн: 6 м.

Ш Конструктивная схема здания - здание каркасное с железобетонным каркасом.

Ш Способы передачи нагрузок на основание: от колонн на железобетонные отдельные фундаменты, а от них на грунтовые основания.

Ш Фундаменты внецентренно нагружены, т.к. на них от колонн передается, кроме вертикальных нагрузок, моментные и горизонтальные.

Ш Стены здания выполнены из панелей толщиной мм.

Ш Температура внутри производственного корпуса . Температура внутри бытовых помещений равна

Рис. 4.1. - План здания.

5.Сбор нагрузок, действующих на фундаменты

Вертикальная сосредоточенная нагрузка N^H, передающаяся от колонны на фундамент, подсчитывается как произведение заданной единичной нагрузки соответствующего пролета на грузовую площадь покрытия (или перекрытия), приходящуюся на рассматриваемую колонну.

В единичные значения нагрузок включены: собственный вес всех конструкций покрытия (перекрытия), собственный вес колонны, снеговая, крановая и другие виды временных нагрузок.

Вертикальная сосредоточенная нагрузка от колонны считается приложенной в центре поперечного сечения колонны. Кроме вертикальной нагрузки от колонн, на которые опираются элементы покрытия или перекрытий, на фундаменты передаются моменты M^H и горизонтальные силы Q^H, действующие в плоскости поперечника здания.

Горизонтальные силы (Q^H) считаются приложенными в уровне обреза фундаментов. Направление действия моментов и горизонтальных сил в плоскости поперечника здания может быть принято для внутренних колонн любым, для наружных колонн вовнутрь помещения.

Нагрузки от собственного веса стен подсчитываются как произведение веса одного квадратного метра вертикальной поверхности стены на грузовую площадь, приходящуюся на фундамент.

Вес стеновых панелей принимается равным 3 кПа (кН/м²) их вертикальной поверхности. В подсчете нагрузок от стен должны быть учтены коэффициенты уменьшения их веса за счет оконных и дверных проемов. Они принимаются для наружных стен цехов промышленных зданий К = 0.5; для бытовых помещений К = 0.6.

Таким образом, учитывая вышесказанное, можем подсчитать нормативные и расчетные нагрузки.

Нормативные нагрузки приведены в таблице 4.1.и

Таблица 4.1. - Нагрузка от колонн.

№ Фундамента	№ Колонны	Грузовая площадь, м2	Единичная нагрузка, кН/м2	Продольная сила сжатия NH, кН	Момент МН, кН*м	Горизонтальная сила QH, кН
А-2	А-2	72	12	864	69.12	8.64
Б-3	Б-3	144	15	2160	108	12.96



Таблица 4 - Нагрузка от стен

№ Фундамента	№ Колонны	Грузовая площадь, м2	Единичная нагрузка, кН/м2	Коэффициент ослабления нагрузки	Нагрузка от стен, NHст , кН
А-2	А-2	97.2	3	0.5	145.8

При вычислении расчетных нагрузокпо Iпредельному состоянию следует принять осредненный коэффициентK=1.2:

Нагрузка на фундамент А-2:

Продольная сила сжатия N^H_I=N^H·K = 864·1.2 = 1037кН,

Нагрузка от стенN^H_стI= N^H_ст·K=145.8·1.2 =174.96 кН,

Момент М^Н_I=М^Н·K=69.12·1.2=81.216 кН·м,

Горизонтальная сила Q^H_I= Q^H·K =8.64·1.2=10.152 , кН,

Нагрузка на фундамент Б-3:

Продольная сила сжатия N^H_I=N^H·K = 2160·1.2 = 2592кН,

Момент М^Н_I= М^Н·K =108·1.2=129.6кН·м,

Горизонтальная сила Q^H_I= Q^H·K =12.96·1.2=15.552, кН,

При вычислении расчетных нагрузокпо IIпредельному состоянию следует принять осредненный коэффициент K=1:

Нагрузка на фундамент А-2:

Продольная сила сжатия N^H_I=N^H·K = 864·1= 864кН,

Нагрузка от стенN^H_стI= N^H_ст·K=145.8·1=145.8 кН,

Момент М^Н_I= М^Н·K =69.12·1=69.12кН·м,

Горизонтальная сила Q^H_I= Q^H·K =8.64·1=8.64, кН,

Нагрузка на фундамент Б-3:

Продольная сила сжатия N^H_I=N^H·K = 2160·1= 2160кН,

Момент М^Н_I= М^Н·K =108·1=108кН·м,

Горизонтальная сила Q^H_I= Q^H·K =12.96·1=12.96, кН,



6.Подбор колонн и назначение размеров подколонника

В данном проекте примем двухветвевую колонну размером 1000 x 400. Размер сечения ветви - 400x 200; данный подколонник будет использоваться как в первом, так и во втором сечениях.

Рисунок 5.1. - Конструкция подколонника

7.Расчет фундамента мелкого заложения

Глубина заложения фундамента назначается с учетом следующих требований:

1. Конструктивных требований,

2. Инженерно-геологических и гидрогеологических условий.

3. Возможности морозного пучения грунта.

Исходя из конструктивных требований:

1. Глубина заделки колонны в стакан не менее - 0.9 м,

2. Толщина дна стакана должна быть не менее - 0.3 м,

3. Следует предусмотреть место для заполнения бетоном между колонной и дном стакана - 0.05 м,

4. Толщина подошвы примем -0.3 м

Таким образом исходя из конструктивных соображений минимальная глубина заложения фундамента будет равна:

Рассмотрим инженерно-геологические и гидрогеологические условия.

В качестве несущего слоя грунта принимаем I слой - песок пылеватый.

Грунт является пучинистым, т.к. уровень грунтовых вод находится менее двух метров от подошвы фундамента мелкого заложения.

Глубина заложения фундамента следует назначитьниже глубины сезонного промерзания.

Определим расчетную глубину промерзания грунта.

d_fn = 2.1м - нормативная глубина промерзания в районе г. Екатеринбург,

В случае аварийной ситуации в тепловых сетях здание может стать неотапливаемым на некоторый период, поэтому коэффициент теплового режима здания k_f = 1.1, тогда

Назначаем глубину заложения фундаментов с учетом инженерно-геологических, гидрогеологических условий, возможности морозного пучения грунта и конструктивных требований.

Для надежности конструкции заглубляем фундамент ниже отметки расчетной глубины сезонного промерзания на 10-15 см:

Рисунок 6.1. - Расчет фундамента по конструктивным соображениям

За предварительную глубину заложения фундамента берем 2.46 м из расчета сезонного промерзания, округляем кратно 0,3 м, => 2.7 м.

Перед отрытием котлована делаем водопонижение.

Определение в первом приближении расчетное сопротивление грунта R, приняв меньший размер площади подошвы фундамента b равным 1.0 м или ширине обреза фундамента.

, (1)

, - коэффициенты условий работы;

k- если прочностные характеристики грунта (ц и с) определены непосредственными испытаниями;

М_г, М_q, М_с - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения ц_II;

k _z - коэффициент, принимаемый равным: при b <10 м - k_z= 1;

b- ширина подошвы фундамента, м;

d₁ - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки, м;

г_II-осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды),

- то же, залегающих выше подошвы,

с₂-расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

Для расчета осредненных значений г_II и г'_II толщу грунта взаимодействующего с нашим фундаментом на элементарные участки д_i:

д₁ = 2.7 м,

д₂ = 1 м,

д₃ = 1.5 м,

д₄ = 3 м,

д₅ = 0.5 м,

=1.25,=1, d₁= 2.7,с₂ = 5.0 м,

М_с = 8.55,М_г = 1.34, М_q = 6.34,

Рисунок 6.2. - Расчет осредненных значений г_II и г'_II

Суммировать вертикальные нагрузки в уровне обреза фундамента.

Определяем сумму всех вертикальных сил на обрез фундамента:

где N^H- нагрузка на фундамент от колонн, кН;

N_ст - нагрузка на фундамент от стен, кН;

УN_II = 1009.8 кН;

Определить в первом приближении площадь подошвы фундамента.

где - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта, принимаемого равным 20 ч 23 кН/м3.

;

Уточнить размеры фундамента с учетом требований стандартизации и унификации (размеры каждой из сторон подошвы фундамента, размеры и число ступеней плитной части фундамента).

;

; ;

где b и l - ширина и длина фундамента.

n = 1,2;

;

.

Конструктивно принимаем b=1,6 м. l=1,8 м.

Конструируем фундамент. Под колонны цехов промышленных зданий проектируются отдельно стоящие монолитные железобетонные фундаменты стаканного типа. Под колонны бытовых помещений могут быть приняты сборные железобетонные башмаки.

Рисунок 6.3. - Конструкция фундамента мелкого заложения 1.

Уточним расчетное сопротивление грунта основания R в соответствии с принятыми размерами подошвы фундамента.

Согласно (1)

b₁ = 1.6м. тогда R₁ = 483.85кПа,

Определяем максимальное Р_max, среднее Р_сри минимальное P_minдавления под подошвой фундамента от фактических нагрузок с учетом веса фундамента и грунта на его уступах и сравнить эти давления с расчетным сопротивлением грунта. Полученные результаты должны удовлетворять следующим ограничительным условиям:

для центрально-нагруженных фундаментов среднее давление не должно превышать расчетного сопротивления, т.е. P < R;

для фундаментов, находящихся под действием моментов относительно одной из осей инерции давления ограничиваются условиями:

P_max<1,2 · R; P_min>0;

;

для фундаментов, находящихся под действием моментов относительно двух осей инерции давления ограничиваются условиями:

P_max<1,5 · R; P_min>0; ;

Если ограничительные условия не выполняются, необходимо увеличить размеры подошвы фундамента или изменить ее форму, затем проверка условий проводится вновь. При этом недонапряжение грунта основания по сравнению с расчетным сопротивлением грунта не должно превышать 15…20%.

а) Определение веса фундамента и веса грунта:

G_ф = V_ф·г _ж/б = 5.014 ·24 = 120.336 кН;

V_ф =2.55·1.6·1 + 1.8·0.3·1.6=5.014 м³;

G_гр = г_гр · V_гр = г_гр · (V_ABCD - V_ф) = 19.5 · (8.208- 5.014) =62.283кН.

где G_ф - вес фундамента, кН;

V_ф - объем фундамента, м³;

г _ж/б - удельный вес железобетона, кН/м³;

G_гр -вес грунта, кН;

г_гр - удельный вес грунта, кН/м³;

V_гр - объем грунта, м³;

V_ABCD - объем грунта и фундамента, м³.

б) Определение фактических нагрузок с учетом веса фундамента и грунта на его уступах:

УN_II = УN_0II + G_ф +G_гр;

УN_II = 992 + 120.336+62.283=1174.619 кН;

в) Определение моментов, относительно центра тяжести подошвы фундамента:

Рисунок 6.4. - Расчетная схема для фундамента мелкого заложения 1.



г) Определение среднего давления по подошве:

;

д) Определение

;

;

;

;

;

.

.

е) Проверка условия: P<R, и недонапряжения грунта основания по сравнению с расчетным сопротивлением грунта.

407.69< 483.82 кПа

Рассчитаем осадки и другие деформации фундаментов и сопоставим их с допустимыми по нормам деформациями.

Расчет ведётся методом послойного суммирования в виде таблицы. Толщина слоя для фундамента 1 составляет t ? 0.4·b, t ? 0.64.

Осадка фундамента определяется по формуле:

,

где в - безразмерный коэффициент равный 0,8;

у_zpi - среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта, равное среднему арифметическому между напряжениями на кровле и подошве элементарного слоя грунта, кПа;

h_i - толщина i-го слоя грунта, м;

Е_oi- модуль общей деформации i-го слоя грунта, кПа;

n - число элементарных слоев грунта.

Определим напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента кН/м².

Определим напряжения от собственного веса грунта на границах слоев толщиной h_i

,

где h_i = t

Для участков лежащих ниже уровня грунтовых вод, удельный вес грунта принимаем с учетом взвешивающего действия воды:



Определим дополнительные вертикальные напряжения на кровле каждого слоя

где б - коэффициент рассеивания напряжений в зависимости от формыфундамента, соотношения сторон и относительной глубины.

Определяем дополнительные вертикальные напряжения. Подсчет напряжений на границах элементарных слоев сводим в таблицу 5.

Таблица 6.1. - Параметры для определения величины осадки фундамента.

№	z	2z/b	l/b	б	уzг,i	уzг,j	уzg,i	уzpi	уzp	0.2уzg,i	Eе,i	E,i
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	12	8
0	0	0	1.125	1	50.445	49.436	50.445	407.69	399.53	10.089	75	8
1	0.4	0.5	1.125	0.960	48.427		57.525	391.38		11.505	75	8
2	0.8	1	1.125	0.703	35.463	29.94	61.7	286.6	242.78	12.34	75	8
3	1.2	1.5	1.125	0.488	24.417		65.877	198.95		13.175	75	8
4	1.6	2	1.125	0.336	16.95	14.604	70.053	136.98	118.02	14.01	75	8
5	2.0	2.5	1.125	0.243	12.258		74.2	99.069		14.84	75	10
6	2.4	3	1.125	0.180	9.08	8.021	78.2	73.384	64.82	15.64	75	10
7	2.8	3.5	1.125	0.138	6.961		82.2	56.261		16.44	75	10
8	3.2	4	1.125	0.108	5.448	4.943	86.2	44.031	39.95	17.24	75	10
9	3.6	4.5	1.125	0.088	4.439		90.2	35.877		18.04	75	10
10	4.0	5	1.125	0.072	3.632	3.355	94.2	29.354	27.1	18.84	75	10
11	4.4	5.5	1.125	0.061	3.077		98.2	24.869		19.64	75	10
12	4.8	6	1.125	0.052	2.623	2.26	102.2	21.19	18.34	20.44	75	10
13	5.2	6.5	1.125	0.038	1.916		104.4	15.49		20.88	75	10

Граница сжимаемой толщи ВС определяется исходя из условия:

если Е ? 5 МПа.

если Е< 5 МПа.



Для Е = 10 МПа нижнюю границу сжимаемой толщи примем по условию это условие соблюдается на глубине: z = 5.2м,

Определим осадку S по формуле:

S₁=0.047= 4.7см,

S₂=0.0007= 0.07см,

S= S₁+ S₂=4.77 см,

10 см - предельно допустимое значение осадки, установленное нормами проектирования.

Рисунок 6.5 - Расчетная схема определенияосадок методом послойного суммирования для фундамента мелкого заложения 1.

8.Расчет фундамента мелкого заложения

Определим в первом приближении расчетное сопротивление грунта R, приняв меньший размер площади подошвы фундамента b равным 1.0 м или ширине обреза фундамента. Найдем Rпо формуле (1):

д₁ = 2.7 м.

д₂ = 1 м

д₃ = 4.5 м,

д₄= 0.5м,

=1.25,=1, d₁= 2.85,

М_с = 8.55,М_г = 1.34, М_q = 6.34,

с₂ = 5.0 м

Рисунок 7.1. - Расчет осредненных значений г_II и г'_II

Суммировать вертикальные нагрузки в уровне обреза фундамента.

Определяем сумму всех вертикальных сил на обрез фундамента:

где N^H- нагрузка на фундамент от колонн, кН; УN_II = 2160 кН;

Определим в первом приближении площадь подошвы фундамента.

где - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта, принимаемого равным 20 ч 23 кН/м³.

;

Уточним размеры фундамента с учетом требований стандартизации и унификации (размеры каждой из сторон подошвы фундамента, размеры и число ступеней плитной части фундамента).

;

; ;

где b и l - ширина и длина фундамента.

n = 1,2;

;

.

Конструктивно принимаемb=2.2 м. l=2.5 м.

Конструируем фундамент.

Рисунок 7.2. - Конструкция фундамента мелкого заложения 2.

Уточним расчетное сопротивление грунта основания R в соответствии с принятыми размерами подошвы фундамента.

b₁ = 2.2 м, тогда R₁ = 492.33кПа,

а) Определение веса фундамента:

G_ф = V_ф · г _ж/б =6.018·24=144.432 кН;

V_ф = 2.5·2.2·0.3+1.6·1.6·0.3+1.6·1·2.25= 6.018 м³

G_гр = г_гр · V_гр = 19.5 · (15.675- 6.018) =188.3 кН.

б) Определение фактических нагрузок с учетом веса фундамента и грунта на его уступах:

УN_II = УN_0II + G_ф +G_гр;

УN_II = 2160 + 144.432 + 188.3=2492.732 кН

в) Определение моментов, относительно центра тяжести подошвы фундамента:

Рисунок 7.3. - Расчетная схема фундамента мелкого заложения 2.

г) Определим среднее давление по подошве:

;

д) Определение

;

;

;

;

;

.

.

е) Проверим условие: P<R, и недонапряжение грунта основания по сравнению с расчетным сопротивлением грунта.

453< 495.07 кПа,

Рассчитаем осадки и другие деформации фундаментов и сопоставим их с допустимыми по нормам деформаций.

Расчет ведётся методом послойного суммирования в виде таблицы. Толщина слоя для фундамента 1 составляет t ? 0.4·b, t ? 0.64.

Осадка фундамента определяется по формуле:

,

где в - безразмерный коэффициент равный 0,8; у_zpi - среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта, равное среднему арифметическому между напряжениями на кровле и подошве элементарного слоя грунта, кПа; h_i - толщина i-го слоя грунта, м; Е_oi- модуль общей деформации i-го слоя грунта, кПа; n - число элементарных слоев грунта.

Определим напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента кН/м².

Определим напряжения от собственного веса грунта на границах слоев толщиной h_i

,

где h_i = t

Для участков лежащих ниже уровня грунтовых вод, удельный вес грунта принимаем с учетом взвешивающего действия воды:

Определим дополнительные вертикальные напряжения на кровле слабого слоя

где б - коэффициент рассеивания напряжений в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон и относительной глубины.

Определяем дополнительные вертикальные напряжения. Подсчет напряжений на границах элементарных слоев сводим в таблицу 7.1.



Таблица 7.1. - Параметры для определения величины осадки фундамента.

№	z	2z/b	l/b	б	уzг,i	уzг,j	уzg,i	уzpi	уzp	0.2уzg,i	Eе,i	E,i
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	12	8
0	0	0.00	1.14	1.000	50.445	49.739	50.445	350.64	345.73	10.09	75	8
1	0.4	0.36	1.14	0.972	49.033		57.525	340.82		11.51	75	8
2	0.8	0.73	1.14	0.843	42.525	37.985	61.7	295.59	264.03	12.34	75	8
3	1.2	1.09	1.14	0.663	33.445		65.877	232.47		13.18	75	8
4	1.6	1.45	1.14	0.482	24.314	22.145	70.053	169.01	153.93	14.01	75	8
5	2.0	1.82	1.14	0.396	19.976		78.382	138.85		15.68	75	8
6	2.4	2.18	1.14	0.273	13.771	13.570	82.382	95.72	94.32	16.48	75	10
7	2.8	2.55	1.14	0.265	13.368		86.382	92.92		17.28	75	10
8	3.2	2.91	1.14	0.198	9.988	8.929	90.382	69.43	62.06	18.08	75	10
9	3.6	3.27	1.14	0.156	7.869		94.382	54.70		18.88	75	10
10	4.0	3.64	1.14	0.121	6.104	5.448	98.382	42.43	37.87	19.68	75	10
11	4.4	4.00	1.14	0.095	4.792		102.382	33.31		20.48	75	10
12	4.8	4.36	1.14	0.073	3.682	2.976	106.382	25.60	20.69	21.28	75	10
13	5.2	4.73	1.14	0.055	2.774		110.382	19.29		22.08	75	10

Граница сжимаемой толщи ВС определяется исходя из условия:

если Е ? 5 МПа.

если Е< 5 МПа.

Для Е = 10 МПа нижнюю границу сжимаемой толщи примем по условию это условие соблюдается на глубине: z = 5.2м,

Определим осадку S по формуле:

S₁=0.052= 5.2см,

S₂=0.00094= 0.094см,

S= S₁+ S₂=5.294см,

10 см - предельно допустимое значение осадки, установленное нормами проектирования. Расчет разности осадок.

0.002 - предельно допустимое значение разности осадок, установленное нормами проектирования

Рисунок 7.4. - Расчетная схема определения осадок методом послойного суммирования для фундамента мелкого заложения 2.

При устройстве фундаментов мелкого заложения первым делом устраиваем водопонижение. Затем отрываем котлован до проектной отметки с помощью экскаватора. Далее взрыхленный грунт извлекаем с помощью ручной доборки.

После этого устраиваем 2 см песчаную подушку, сооружаем каркас из арматуры и устанавливаем опалубку. Далее заливаем бетон в опалубку, используя виброуплотнитель для лучшего укладывания бетона.

9. Устройство свайных фундаментов

В данном курсовом проекте под каждую колонну устраиваем кустовой свайный фундамент с монолитным низким ростверком с жесткими сопряжениями свай с ростверком.

Устраиваем водопонижение. Затем для каждого куста свай, для устройства ростверка отрывается котлован на конструктивную глубину. Котлованы устраиваются с откосами, их величина в пределах от 1:1,25 до 1:0,5.

Разработку грунта с выгрузкой в транспортные средства ведут экскаваторами с обратной лопатой.

Сваи погружаем забивкой трубчатым дизель-молотом С-1047.

Забивка сваи состоит из следующих процессов: подготовка площадки, устройство путей для перемещения свайных установок, разбивка свайных полей, разметки отдельных свай, передвижки копров в очередную рабочую позицию; подтягивание, подъем и установка свай в исходное положение; погружение свай.

Сваи забиваем копрами,смонтированными на самоходных кранах.

Первые удары по свае делают с малой высоты - до 0,5 м, пока свая не получит правильного направления. Затем силу удара молота постепенно увеличивают до максимальной. От каждого удара свая погружается на определенную величину, уменьшающуюся по мере углубления до постоянного значения, называемого отказом.

Сваи забивают до достижения рабочего отказа. После погружения свай разбивают головы свай, чтобы обеспечить выпуск их арматуры на длину, необходимую для замоноличивания в него ростверка.

После чего устраиваем опалубку, и производим бетонирование бетоном В-15, и армируем раствор. Далее производим монтаж фундаментных балок, после чего устраиваем гидроизоляцию. После этих операций производим обратную засыпку и уплотняем грунт.

10.Расчет свайного фундамента 1

Произведем выбор глубины заложения фундамента.

Глубину заложения подошвы свайного ростверка следует назначать в зависимости от конструктивных решений подземной части здания или сооружения (наличие подвала, технического подполья) и проекта планировки территории (срезкой или подсыпкой), а также от высоты ростверка, определяемой расчетом.

Так как верхние слои основания являются пучинистыми, глубину заложения ростверков назначают с учетом расчетного сезонного промерзания грунтов. Поэтому глубина заложения ростверка для г. Екатеринбурга должна быть не менее 2.31 м. Исходя из конструктивных соображений глубина заложения ростверка должна быть на 40 см больше глубины стакана.

Принимаем глубину заложения 2.7 м.

Выберем глубину погружения свай, их длину и сечение.

Длину сваи назначаем самостоятельно. Нижний конец свай, как правило, следует заглубить в прочные грунты, прорезая более слабые напластования. Сваю заглубляем во второй слой (пески мелкие). Свободное опирание ростверка на сваи должно выполнятся путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 30 см.

где - расчетная длина сваи, м;

a - глубина заложения сваи в ростверк, м;

- общая мощность слабых слоев грунта, прорезаемых сваей, м.



Поперечное сечение сваи 0,3 Ч 0,3 м.

Несущую способность F_dвисячей сваи и сваи-оболочки, погружаемых без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку, определяют по формуле

, (3)

где г_с- коэффициент условий работы сваи в грунте;

-коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетной сопротивление грунта;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

Глубина погружения сваи 8.5 м.

А - площадь опирания на фунт сваи, м;

u- наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

f_i-- расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, м;

h_i- толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

Для определения значений расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи поступают следующим образом:

- все слои грунта, которые прорезает свая, начиная от подошвы ростверка, расчленяют на элементарные слои, толщиной не более 2 м;

- определяют расстояние Z_i, до середины каждого элементарного слоя h_i;

- для каждого значения Z_i, находят значения расчетных сопротивлений f_i



г_с = 1

А = 0,09 м²

u = 1,2 м

R = 3850 кПа

Допускаемая расчетная нагрузка на сваю Fопределяется по формуле:

; (5)

где F_d- расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи;

г_k- коэффициент надежности, принимаемый равным 1.4.

.

Определим количество свай и разместим их в плане.

Необходимое количество свай и в свайном фундаменте в первом приближении можно определить по формуле

;

где N_I = 1211.96 кН - расчетная вертикальная нагрузка в уровне обреза фундамента;

Конструктивно принимаем 4 сваи.



Размещение свай в плане.

Рисунок 9.1. - Размещение свай в плане.

Проверим расчетную нагрузку, передаваемую на сваю и уточним количество свай.

Проверку фактической расчетной нагрузки на каждую сваю для внецентренно нагруженного фундамента осуществляют исходя из условия:

где N - фактическая расчетная нагрузка на максимально нагруженную сваю, кН;

F - допускаемая расчетная нагрузка на сваю, кН.

(4)

где n - число свай в фундаменте;

М_оyI, М_охI - расчетные изгибающие моменты, относительно главных центральных осей в плоскости подошвы ростверка, кН·м;

y_i, x_i - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

y_max, х_max - расстояния от главных осей до оси максимально нагруженной сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

- условие выполняется.

Определим осадку свайного куста из висячих свай.

Расчет свайного куста из висячих свай по деформациям производится как для условного фундамента на естественном основании методом послойного суммирования.

Границы условного фундамента определяются следующим образом: снизу - плоскостью AD, проходящей через нижние концы свай; с боков - вертикальными плоскостями АВ и CD, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии(Рисунок 11):

Осредненное значение угла внутреннего трения грунта определяется:

где h - глубина погружения сваи в грунт,

- расчетное значение углов внутреннего трения для отдельных, пройденных сваями слоев грунта толщиной H_i.

Рисунок 9.2. - Определение границ условного фундамента при расчете свайных фундаментов по деформациям

Размеры подошвы условного фундамента определяют по формулам

L_усл = L + 2S;

B_усл = В + 2S.

L_усл = 2.1 + 2 · 0,78 = 3.66 м;

B_усл = 1.1 + 2 · 0,78 = 2.66 м;

Площадь подошвы условного фундамента определяется по формуле

A_усл = B_усл · L_усл,_.

A_усл =2.66 · 3.66 =9.736м².

Рисунок 9.3. - Свайный фундамент 1.

При определении деформации основания необходимо выполнение следующего условия: P_ср ? R;

где P_cp- среднее фактическое давление на грунт в плоскости нижних концов свай, кН/м; R - расчетное сопротивление грунта в плоскости нижних концов свай, кН/м².

Расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного фундамента определяется по формуле:

где г_с1, г_с2- коэффициенты условий работы;

М_г, М_q , М_с- коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннеготрения ц под подошвой условного фундамента;

г_II- удельный вес грунта под подошвой условного фундамента, кН/м²;

В_усл - ширина подошвы условного фундамента, м;

d_I = h_ycл- глубина заложения подошвы условного фундамента, м;

C_II- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента кПа;

- осредненное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента.

д₁ = 2.7 м.

д₂ = 0.5 м

д₃ = 1.2 м

д₄ = 3.4 м

д₅ = 0.5 м

=1.25,=1, d₁= 2.85,

М_с = 10.8,М_г = 2.11, М_q = 9.44,

с₂ = 5.0 м

Рисунок 9.4. - Расчет осредненных значений г_II и г'_II

Фактическое давление, действующее по подошве условного фундамента, определяется по формуле:

,

Вес условного фундамента определяется по формуле:

G_II= G_p+ G_cв + G_гр,

где G_p- вес ростверка,

G_p= V_pocт · г_бет,

V_рост - объем ростверка, м³;

г_бет - удельный вес железобетона, кН/м³;

г_бет= 25кН/м³;

G_св- вес свай,

G_св= n · V_св · г_бет;

V_св - объем сваи, м³;

G_гp - вес грунта, кН;

G_гp = (V_усл._ф-та - V_рост -V_св);

- вес грунта в межсвайном пространстве.

V_усл._ф-та= А_усл · h_усл - объем условного фундамента, m³.

G_p= (0,5· 2,2· 1,6+1· 2,2· 1,6) · 24= 121 кН,

G_св= 4 · 0,3 · 0,3 · 5.7 · 25 = 51.3 кН,

G_гp = (81.78 - 4.84- 2.052) · 13.059 = 977.96 кН,

G_II = 121 + 51.3 + 977.96 = 1150.26 кН,

- условие выполняется.

Рассчитаем осадку фундамента.

Расчет осадки условного фундамента на естественном основании ведется методом послойного суммирования.

Толщина слоя составляет

Для участков лежащих ниже уровня грунтовых вод, удельный вес грунта принимаем с учетом взвешивающего действия воды:

Таблица 7. - Параметры для определения величины осадки фундамента 1.

№	h	z	ж	з	б	уzp	уzg	0.2·уzg	уzpi	E
1	0.5	0.0	0.00	1.4	1	114.950	109.70	21.94	-	25
2	0.5	0.5	0.38	1.4	0.967	111.157	114.92	22.98	113.05	25
3	0.5	1.0	0.75	1.4	0.852	97.937	120.14	24.03	104.55	25
4	0.5	1.5	1.13	1.4	0.703	80.810	125.36	25.07	89.37	25
5	0.5	2.0	1.50	1.4	0.576	66.211	130.58	26.12	73.51	25
6	0.5	2.5	1.88	1.4	0.429	49.314	135.80	27.16	57.76	25
7	0.5	3.0	2.26	1.4	0.384	44.141	141.02	28.20	46.73	25
8	0.5	3.5	2.63	1.4	0.302	34.715	146.24	29.25	39.43	25
9	0.5	4.0	3.01	1.4	0.243	27.933	151.46	30.29	31.32	25

Расчет осадки выполняется по формуле:

Рисунок 9.5. - Расчетная схема определения осадок методом послойного суммирования для свайного фундамента 1.

Таким образом осадка равна: S=1 см.

11. Расчет свайного фундамента 2

Глубину погружения свай, их дли...