Вариантное проектирование фундаментов промышленного здания

При отсутствии информации о продолжительности и трудоемкости устройства фундаментов по сравниваемым вариантам и других данных, необходимых для определения показателей приведенных затрат, на ранних стадиях проектирования могут быть использованы показатели сметной стоимости /7/.

В курсовом проектировании расчет сметной стоимости производится по укрупненным показателям (табл. 3) условно для одного отдельного фундамента каждого из вариантов в табличной форме.

Таблица 3

Удельные показатели стоимости основных видов работ по устройству фундаментов.

Наименование работ и конструкций	Ед. изм.	Стоимость на ед. изм., руб.
Разработка грунтов глубиной до 3 м: - песчаных - глинистых При разработке водонасыщенных грунтов вводятся поправочные коэффициенты: -- при объеме мокрого грунта (ниже УГВ) менее 50 % от общего объема, Kg= 1,25; -- то же, но более 50 % , Kg= 1,40.	м3 м3	1,8 2,0
Устройство подготовки под фундаменты: - песчаной - щебеночно-гравийной - бетонной	м3 м3 м3	4,8 11,5 23,7
Устройство монолитных железобетонных фундаментов и ростверков из бетона класса В20. То же сборных железобетонных фундаментов	м3 м3	29,6 59,2
Погружение железобетонных свай из бетона класса В30 в грунты I группы: длиной до 12 м ---- // ---- 16м То же в грунты II группы: длиной до 12 м ---- // ---- 16м	м3 м3 м3 м3	85,2 93,8 90,3 103,7
Устройство песчаной подушки	м3	6,5

Таблица 4

Удельные показатели стоимости по вариантам фундаментов.

№	Виды работ	Ед. изм.	Стоим. ед. изм.	Вариант I	Вариант II	Вариант III
				Фундамент на естеств. основании	Свайный фундамент	На песчаной подушке
				Объем м3	Стоим. руб.	Объем, м3	Стоим. руб.	Объем м3	стоим, руб.
1	Разработка грунтов под фундамент	м3	2·1,4 = 2,8	137,36	384,61	33,62	94,14	202,72	567,62
2	Устройство бетонной подготовки д=100мм	м3	23,7	2,6	61,62	0,73	17,3	1,16	27,49
3	Устройство монолитных фундаментов и ростверков	м3	29,6	16,09	476,26	5,11	151,26	6,36	188,26
4	Погружение железобетонных свай	м3	90,3	-	-	6,48	585,14	-	-
5	Устройство песчаной подушки	м3	6,5	-	-	-	-	73,46	477,49
Всего:				922,49		847,84		1260,86

Как видно из табл. 4, целесообразно использовать свайный фундамент.



9. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ (II предельное состояние)

Расчет оснований по деформациям сводится к определению расчетных величин стабилизированных осадок и сравнению их с предельными, заданными для данного типа сооружений [6]. При этом в курсовом проекте необходимо добиваться выполнения следующего условия.

S_max ? S_mах,u

где S_mах - максимальная величина осадки фундамента здания, полученная расчетом, см;

S_mах,u - предельно допустимое значение абсолютной осадки фундамента, определяемой по прил. 4 [6].

При несоблюдении этого условия, необходимо увеличивать размеры фундаментов (ширину, глубину заложения) или перейти на другой тип и добиться выполнения необходимых условий.

В курсовом проекте в учебных целях осадка должна быть рассчитана методом послойного суммирования.

9.1 Расчет осадки методом послойного элементарного суммирования

Прежде всего, строится графическая схема, на которой изображаются контуры проектируемого фундамент, напластование грунтов, эпюры природного и осадочного давлений, нижняя граница сжимаемой толщи.

9.1.1 Построение эпюры природного давления грунта

Природным называется давление от веса вышележащих слоев грунта, определяемое по формуле



_zgi=_IIi•h_i ,

где _IIi - удельный вес грунта, кН/м³;

h_i - мощность слоя грунта, м.

Ниже УГВ необходимо учитывать взвешивающее действие воды на скелет грунта и определять удельный вес грунта, взвешенного в воде, по формуле

,

где _s - удельный вес скелета грунта, кН/м³;

- удельный вес воды, равный 10 кH/м³;

е - коэффициент пористости грунта.

Ординаты эпюры _zgi вычисляются для всех характерных точек: отметки подошвы фундамента, отметки границ слоев грунта, отметки уровня грунтовых вод. Строят эпюры природных давлений обычно слева от вертикальной оси, проходящей через середину подошвы фундамента. Кроме этого, вычисляются ординаты вспомогательной эпюры 0,2_zg0 .

На поверхности земли _zg0 = 0; 0,2_zg0 = 0;

На контакте I и II слоев (мощность 0,9 м)

_zg1 = h₁ • _II1 = 0,9• 15,8 = 14,22 кПа,

0,2 • _zg1 = 0,2 • 14,22 = 2,844 кПа;

на контакте II и III слоев (мощность 1,1 м)

_zg2 = _zg1 + h₂ • _II2 = 14,24 + 1,1• 19,8 = 36 кПа,

0,2 • _zg2 = 0,2 • 19,8 = 7,2 кПа;



на контакте III и IV слоев (мощность 2,6 м)

_zg3 = _zg2 + h₃ • _IIsb3 = 36 + 2,6 • 8,94 = 59,24 кПа,

0,2 • _zg3 = 0,2 • 59,24 = 11,85 кПа;

На уровне подошвы условного фундамента (мощность 5,5 м)

_zg4 = _zg3 + h₄ • _IIsb4 = 59,24 + 5,5 • 9,48 = 111,38 кПа,

0,2 • _zg4 = 0,2 • 111,38 = 22,28 кПа;

на контакте IV и V слоев (мощность 2,7 м)

_zg5 = _zg4 + h₅ • _IIsb4 = 111,38 + 2,7 • 9,48 = 137 кПа,

0,2 • _zg5 = 0,2 • 137= 27,4 кПа;

на контакте V и VI слоев (мощность 2,2 м)

_zg6 = _zg5 + h₅ • _IIsb5 = 137 + 10,42 • 2,2 = 159,92 кПа,

0,2 • _zg6 = 0,2 • 159,92 = 32 кПа;

Полученные значения ординат эпюры природного давления и вспомогательной эпюры наносятся на графическую схему (рис. 11).



Рис. 11. Построение эпюр природных и осадочных давлений

9.1.2 Построение эпюры осадочных давлений

Осадочным называется давление, передаваемое фундаментом на грунт основания и вызывающее его уплотнение. Величина осадочного давления непосредственно под подошвой фундамента определяется как

где р - среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

_zg - природное давление в уровне подошвы фундамента на естественном основании или в плоскости нижних концов свай для свайного фундамента, кПа.

При построении эпюры осадочных давлений толща грунта ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои толщиной 0,4b, где b - ширина подошвы фундамента. При этом высота элементарного слоя должна быть не более 2 м, а модуль деформации - постоянной величиной.

Ординаты эпюр осадочного давления на глубине z_i ниже подошвы фундамента определяются как

,

где - коэффициент рассеивания, определяемый по табл. 1 прилож. 2 [6]. В курсовом проекте

;

0,4 • b_усл = 0,4 • 3,332 ? 1,35 м.

Каждый слой грунта ниже подошвы условного фундамента разбивается на слои толщиной не более 1,3 м (рис. 11).

Вычисление ординат эпюры осадочных давлений производится в табличной форме (табл. 5).

Величина коэффициента определяется двойной интерполяцией в зависимости от:

и .

Таблица 5

Ординаты эпюры осадочных давлений

zi, м
0 1,35 2,7 3,8 4,9 6,25 7,6	0 0,81 1,62 2,28 2,94 3,75 4,56	1 0,79 0,44 0,28 0,19 0,12 0,08	386,82 305,59 170,20 108,31 73,49 46,42 30,94

Эпюра осадочных давлений, построенная по данным табл. 5, приводится на рис. 11.

9.1.3 Определение нижней границы сжимаемой толщи

Толща грунта, практически влияющая на осадку фундамента, называется сжимаемой. Сжимаемая толща ограничена сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через подошву фундамента, а снизу - горизонтальной плоскостью, на уровне которой осадочное давление в пять раз меньше природного, т.е. . Величиной сжатия грунта ниже этого уровня обычно пренебрегают вследствие незначительности.

Мощность сжимаемой толщи легко определяется с помощью графического построения, которое заключается в наложении эпюры природных давлений _zg, вычерченной справа от оси с пятикратным уменьшением, на эпюру осадочных давлений _zp. Точка пересечения этих эпюр будет соответствовать нижней границе сжимаемой толщи. В курсовом проекте на рис. 11 нижняя граница сжимаемости толщи (НГСТ) располагается на глубине 7,137 м от подошвы условного фундамента.



9.2 Определение деформационных характеристик грунтов, входящих в сжимаемую толщу

Деформационные характеристики каждого слоя грунта в составе сжимаемой толщи (E₀, m_v) определяются по данным, приведенным в задании на курсовой проект, путем построения соответственно компрессионной кривой или графика зависимости осадки штампа от давления на него.

В задании на КП для грунтов, находящихся ниже подошвы условного фундамента приведены результаты испытаний грунтов пробной нагрузкой (табл. 2).

Определение деформационных характеристик грунтов в составе сжимающей толщи, подвергнутых штамповым испытаниям, производится следующим образом. Строится график зависимости осадки штампа S от действия приложенного к нему давления р. Вычисляется природное p₁ и полное р₂ давления в середине слоя грунта. Величины p₁ и р₂ откладываются на оси давлений графика и по построенной кривой находятся соответствующие значения осадок S₁ и S₂. Далее, определяется модуль общей деформации грунта в интервале давлений от p₁, до р₂ по формуле Шлейхера, как

,

где р = р₂ - p₁, кН;

S = S₂ - S₁, м;

b - ширина прямоугольного или диаметр круглого штампа, м, определяется по заданию;

v - коэффициент Пуассона, для песков и супесей - v = 0,30, суглинков - v= 0,35, глин - v = 0,42;

- коэффициент формы подошвы и жесткости штампа, = 0,8 для круглого штампа, = 0,88 - квадратного, = 1,22 - прямоугольного.

Коэффициент относительной сжимаемости определяется как

.

Для глины тугопластичной вычисляется природное p₁ и полное р₂ давления в её средней части (рис.11): p₁ =124,19 кПа, р₂= 124,19 + 305,59 = 429,78 кПа. По имеющимся данным (для глубины 8 м) строится график зависимости осадки штампа S от действия приложенного к нему давления р (рис.12).Значения p₁ и р₂ откладываются на оси давлений графика и по кривой находятся соответствующие значения осадок S₁ = 1,28 мм, S₂ = 7,36 мм.

Рис. 12 Определение деформационных характеристик глины

Определяется модуль общей деформации грунта в интервале давлений от p₁, до р₂ по формуле Шлейхера

,

где р = р₂ - p₁ = 429,78 - 124,19 = 305,59 кН;

S = S₂ - S₁ = 7,36 - 1,28 = 6,08 мм;

b = 0,277 м;

v = 0,42 (для глины);

= 0,8 (для круглого штампа

Коэффициент относительной сжимаемости определяется как

.

где в - корректирующий коэффициент, в = 0,8.

Для песка средней крупности вычисляется природное p₁ и полное р₂ давления в его средней части (рис.11): p₁ =148,46 кПа, р₂= 148,46 + 108,31 = 256,77 кПа. По имеющимся данным (для глубины 13,5 м) строится график зависимости осадки штампа S от действия приложенного к нему давления р (рис.13).Значения p₁ и р₂ откладываются на оси давлений графика и по кривой находятся соответствующие значения осадок S₁ = 1,28 мм, S₂ = 7,36 мм.

Рис. 13 Определение деформационных характеристик песка



Определяется модуль общей деформации грунта в интервале давлений от p₁, до р₂ по формуле Шлейхера

,

где р = р₂ - p₁ = 256,77 - 148,46 = 108,31 кН;

S = S₂ - S₁ = 2,01 - 1,15 = 0,86 мм;

b = 0,277 м;

v = 0,3 (для песка);

= 0,8 (для круглого штампа

Коэффициент относительной сжимаемости определяется как

.

где в - корректирующий коэффициент, в = 0,8.

9.3 Расчет осадки фундамента

Полная осадка фундамента определяется как сумма осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи, т.е.

,

где S_i,- - осадка каждого элементарного слоя грунта м, определяемая как

,

где - среднее давление в середине рассматриваемого элементарного слоя, кПа;

h_i - толщина элементарного слоя, м;

в - безразмерный коэффициент, в = 0,8;

Е₀ - модуль деформации грунта, кПа. Тогда

Полная осадка фундамента

?S_i = 0,0048 + 0,0079 + 0,0011 + 0,0012 + 0, 0006 + 0,0003 = 0,0159 м.

1,59 см < 15 см, что удовлетворяет требованиям СНиП 2.02.01-83.

Если величина полной осадки фундамента S_mах составляет менее 40% от предельно допустимого значения абсолютной осадки, S_maxu, to допускается увеличение расчетного давления на основание R, определенного по формуле 7[6], на 20% и исходя из этого уменьшение размеров фундамента. При этом величина полной осадки, подсчитанная для фундамента с другими размерами подошвы, не должна превышать 50% от S_maxu.

10. ВЫБОР СВАЕБОЙНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

В проекте свайных фундаментов производится выбор сваебойного оборудования.

Тип молота выбирается исходя из минимальной энергии удара, необходимой для забивки сваи, которая определяется как

Э = 1,75 а Р,

где а - эмпирический коэффициент, а = 25 Дж/кН;

Р - расчетная нагрузка на сваю, Р = 432,91 кН.

Тогда

Э = 1,75 25 432,91 = 26 294 Дж = 18,94 кДж.

Принятый по табл. IX.3 [1] штанговый дизель-молот С-330 с расчетной паспортной энергией удара Э_р = 20 кДж должен удовлетворять условию

,

где - полная масса молота, по таблице = 4,2 т;

q - масса сваи и наголовника, q = 1,56 + 0,1 = 1,66 т;

g - ускорение свободного падения, g 10 м/сек² .

Значение коэффициента К, зависящего от материала сваи, типа молота, приведены в табл. 6



Таблица 6

Значение коэффициента применимости молота

Тип молота	К
	ж/б сваи	Деревянные сваи
Трубчатые дизель-молоты и молоты одиночного действия Молоты одиночного действия и штанговые дизель-молоты Подвесные молоты	6 5 3	5 3,5 2

Таким образом

Условие выполняется, окончательно для забивки свай принимается штанговый дизель-молот С-330.



ЛИТЕРАТУРА

Адигамов Р.Ш. Вариантное проектирование фундаментов промышленного здания. Учебно-методическое пособие - ЧГУ, 2005.-87 с.

Руководство по проектированию свайных фундаментов НИИОСП им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР.- М.: Стройиздат, 1980. -151 с.

СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1987.

СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1985.

СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1986. - 48 с.

СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений. - М.: Стройиздат 1985. - 48 с.

Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. - М.: Стройиздат, 1985. - 479 с.

Справочник проектировщика. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства. - М.: Стройиздат, 1981. - 488 с.

Размещено на Allbest.ru

...