Проектирование и расчет фундамента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства

2. Определение комплекса нагрузок на обрез фундамента

3. Проектирование фундамента мелкого заложения

3.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

3.2 Определение размеров подошвы фундамента

3.3 Определение осадки фундамента

4. Проектирование свайного фундамента

4.1 Определение несущей способности одиночной сваи

4.2 Определение компоновки фундамента

4.2 Определение осадки свайного фундамента

5. Конструирование фундамента мелкого заложения

5.1 Проверка на продавливание плитной части фундамента

5.2 Определение армирования плитной части фундамента

Литература

1. Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства

фундамент строительство сваи

На площадке строительства выделяем три инженерно-геологических элемента: ИГЭ-1 - Суглинок озерно-аллювиальный; ИГЭ-2 - Супесь аллювиальная; ИГЭ-3- Глина третичная.

Основные физико-механические характеристики инженерно-геологических элементов приведены в табл.1.

Характеристика	Ед. изм.	Обозначение	ИГЭ-1	ИГЭ-2	ИГЭ-3
Удельный вес грунта	кН/м3	= *g	17,3	17,9	16,5
Удельный вес частиц грунта	кН/м3	s = s*g	26,5	26,6	26,5
Влажность	д.е.	w	0,30	0,22	0,50
Удельный вес сухого грунта	кН/м3	d = /(1+w)	13,31	14,67	11,00
Коэффициент пористости	д.е.	e = (s - d)/ d	0,99	0,81	1,41
Число пластичности	д.е.	Ip = wL - wp	0,09	0,05	0,21
Показатель текучести	д.е.	IL = (w - wp) / (wL - wp)	1,11	1,17	0,27
Степень водонасыщенности	д.е.	Sp = w*s/ew	0,80	0,72	0,94
Удельное сцепление	КПа	c	12	2,5	20,5
Угол внутреннего трения	град.		10	17	8
Модуль общих деформаций	МПа	E	7,1	8,4	16,7

2. Определение комплекса нагрузок на обрез фундамента

Здание крытого - рынка выполнено в сборных железобетонных конструкциях серии ИИ - 04. Узел опирания сборной железобетонной колонны сечением 300 х 300 мм жесткий. На обрез фундамента действуют: нормальная силы, горизонтальная сила, внешний момент. Величина действующих нагрузок, приведена в табл.2.

Вид нагрузки	Постоянная
Нормальная сила (кН)	610
Горизонтальная сила (кН)	21
Внешний момент (кН*м)	35

3. Расчет фундамента мелкого заложения

3.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

Место строительства - г. Киров. Нормативная глубина промерзания грунтов составляет = 1,8 м.

Расчетная глубина промерзания грунта определяется выражением:

где - нормативная глубина промерзания,

= 0,6 - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по табл.1[2];.

df = 1,8 х 0,6 = 1,08м

Минимально возможный размер высоты фундамента из конструктивных соображений составляет не менее 1,10 м.

Принимаем глубину заложения подошвы фундамента, как наибольшее, из определяющих величин и назначаем ее 1,20 м от поверхности грунта.

3.2 Определение размеров подошвы фундамента

При расчете деформаций, среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетное сопротивление грунта основания , определяемое по формуле

, (5.5) [3]

где и - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.2 [3]; c1 = 1.0; c2 = 1.0

- коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственными испытаниями, и =1,1, если они приняты по таблицам приложения Г; к = 1,0

, , - коэффициенты, принимаемые по таблице 5.3 [3];

= 10 М = 0,18 Мq = 1,73 Мc = 4,17

- коэффициент, принимаемый равным единице при <10 м; , при м (здесь =8 м);

- ширина подошвы фундамента, м (при бетонной или щебеночной подготовке толщиной допускается увеличивать на 2);

= 17,3 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м;

= 17,3 - то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м;

= 12 - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

= 1,2 - глубина заложения фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.

Подбор размеров подошвы фундамента предварительно выполняется на действие только нормальной силы. Принимаем исходное значение расчетного сопротивления грунтов сжатию под подошвой фундамента равное R = 200 КПа.

Расчеты представлены в табл.3.

Параметр	Номер итерации
	1	2
Начальное расчетное сопротивление Ri (КПа)	200	95
Площадь подошвы фундамента А = N / R (м2)	3,05	6,42
Ширина фундамента b = A (м)	1,75	2,53
Уточненное расчетное сопротивление Ri+1 (КПа)	95	97
Точность определения (Ri+1 - Ri ) / Ri	0,52	0,02

Принимаем ширину подошвы фундамента равную b = 2,53 м.

Выполним проверку краевых давлений по подошве фундамента, для этого определим усилия, действующие в уровне подошвы фундамента.

Нормальная сила:

N = NII + b*b*d*ср = 610 + 2,53*2,53*1,2*20 = 763,6 кН

F = FII = 21,0 kH,

M = MII +FII*hf = 35,0+ 21,0*1,3 = 62,3 kH*m, где hf - высота фундамента

e = M/N = 62,3/763,6 = 0,08м - эксцентриситет равнодействующей, относительно центра тяжести подошвы,

Краевые давления под подошвой фундамента должны удовлетворять условиям:

Pmax = N / А*(1 + 6e/L) 1,2R

Pmin = N/a*(1 - 6e/L) > 0

Pmax = 763,6 / (2,53*2,53)*(1 + 6*0,08/2,53) = 142 КПа > 1,2R = 116 КПа

Условие не выполняется, увеличим длину подошвы фундамента до 2,7м.

Pmax = 763,6 / (2,53*2,7)*(1 + 6*0,08/2,7) = 133 КПа > 1,2R = 116 КПа

Условие не выполняется, увеличим длину подошвы фундамента до 3,1м.

Pmax = 763,6/ (2,53*3,1)*(1 + 6*0,08/3,1) = 112 КПа 1,2R = 116 КПа

Pmin = 763,6 / (2,53*3,1)*(1 - 6*0,08/3,1) = 81,8КПа > 0

Условие выполнено.

Принимаем размеры подошвы фундамента 2,53 х 3,1 м.

3.3 Определение осадки фундамента

Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

,

где - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

zp,i - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента (см. пп. 2-4);

hi и Еi - соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента: zp - по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента определяется по формуле:

zp = p0;

где - коэффициент, принимаемый по табл.1 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной: = 2z/b при определении zp и = z/b при определении zp,c;

p0 = p - zg,0 - дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов шириной b 10 м принимается р0 = р);

р - среднее давление под подошвой фундамента;

zg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой принимается zg,0 = d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой zg,0 = dn, где / - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине z = Hc , где выполняется условие zр = 0,2zg

Расчеты по определению осадки проектируемого фундамента приведены в табл.4

Определим усилия, действующие в уровне подошвы фундамента.

Нормальная сила:

N = NII + b*b*d*ср = 610 + 2,53*3,1*1,2*20 = 798,2 кН

Среднее давление под подошвой фундамента:

p = N / A = 798,2 /( 2,53*3,1) = 101,8 КПа

Бытовое давление в уровне подошвы фундамента:

q = *d = 17,3 х 1,2 = 20,8КПа

Уплотняющее давление: p0 = p - q = 101,8 - 20,8 = 81,0 КПа.

№	z, м	h,м	q	0.2q	Z (м)	2Z/b		p0	z ср.	s
	1,2		21	4,2	0	0	1	81,0
1	1,5	0,3	26	5,2	0,3	0,24	0,979	79,3	80,1	0,0033
2	1,8	0,3	31,1	6,2	0,6	0,47	0,941	76,2	77,8	0,0032
3	2,1	0,3	36,3	7,3	0,9	0,71	0,856	69,3	72,8	0,0030
4	2,4	0,3	41,5	8,3	1,2	0,95	0,756	61,2	65,2	0,0027
5	2,7	0,3	46,7	9,3	1,5	1,18	0,653	52,9	57,0	0,0024
6	3,0	0,3	51,9	10,4	1,8	1,42	0,560	45,4	49,2	0,0020
7	3,3	0,3	57,1	11,4	2,1	1,66	0,473	38,3	41,8	0,0017
8	3,6	0,3	62,3	12,5	2,4	1,90	0,404	32,7	35,5	0,0015
9	3,9	0,3	67,5	13,5	2,7	2,13	0,348	28,19	30,4	0,0013
10	4,2	0,3	72,7	14,5	3,0	2,37	0,297	24,0	26,1	0,0011
11	4,5	0,3	77,8	15,6	3,3	2,61	0,259	21,0	22,5	0,0009
12	4,8	0,3	83,0	16,6	3,6	2,84	0,226	18,3	19,6	0,0008
13	5,1	0,3	88,2	17,6	3,9	3,08	0,199	16,1	17,2	0,0007

S = 0,8 х 0,0462 = 0,037 м 3,7 см < S пр = 8,0 см.

Расчетная осадка фундамента не превышает предельно допустимую для данного типа сооружения.

4. Проектирование свайного фундамента

4.1 Определение несущей способности одиночной сваи

Несущую способность , кН, висячей забивной и вдавливаемой сваи и сваи-оболочки, погружаемой без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле

,

где - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.1 [ 4];

- площадь опирания на грунт сваи, м, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или по площади сваи-оболочки нетто;

- наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

- расчетное сопротивление -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.2[ 4];

- толщина -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

, - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по таблице 7.3 [ 4].

Уровень забивки головы сваи принимаем 1.5 м от поверхности грунта. Для определения требуемой длины сваи рассчитаем несущую способность свай в диапазоне длины 3.0 - 12,0 м. Расчеты сведены в табл. 5

А = 0,09 м2 - площадь поперечного сечения сваи 30 х 30 см;

u = 1,20 м - периметр поперечного сечения сваи 30 х 30 см;

№	hi	z	R	R*A	fi	fi * hi	u fi*hi	Fd	Fd/k
	(м)	(м)	(КПа)	(КН)	(КПа)	(КН/м)	(КН)	(КН)	(КН)
1	0,4	1,9	-		3,8	1,52	1,82
2	0,5	2,4	-		4,4	2,2	4,46
3	1,0	3,4	640	57,6	5	5	10,46	68,06	48,6
4	1,0	4,4	740	66,6	5,4	5,4	16,94	83,54	59,7
5	1,0	5,4	810	72,9	6	6	24,14	97,04	69,3
6	1,0	6,4	835	75,15	6	6	31,34	106,49	76,1
7	1,0	7,4	855	76,95	6	6	38,54	115,49	82,5
8	1,0	8,4	875	78,75	6	6	45,74	124,49	88,9
9	1,0	9,4	885	79,65	6	6	52,94	132,59	94,7
10	0,3	9,7	890	80,1	6	1,8	55,10	135,2	96,6
11	1,0	10,7	3570	321,3	6	6	62,30	383,6	274,0
12	1,0	11,7	3680	331,2	6	6	69,50	400,7	286,2
13	1,0	12,7	3760	338,4	6	6	76,70	415,1	296,5
14	1,0	13,7	3870	348,3	6	6	83,90	432,2	308,7

4.2 Определение компоновки свайного фундамента

Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунта основания следует рассчитывать исходя из условия

,

где - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);

- расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи;

- коэффициент надежности, принимаемый равным: 1,4 - если несущая способность сваи определена расчетом, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта;

Расчетную нагрузку на сваю , кН, следует определять, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.

Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле:

,

где - расчетная сжимающая сила, кН;

, - расчетные изгибающие моменты, кН·м, относительно главных центральных осей и плана свай в плоскости подошвы ростверка;

- число свай в фундаменте;

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

, y - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляют расчетную нагрузку, м.

Принимаем фундамент из четырех свай, расстояние в осях между сваями - 3d = 900 мм. Высота ростверка - 1500 мм.

Определим усилия, действующие в уровне подошвы ростверка.

Нормальная сила:

N = NII + b*b*d*ср = 610 + 1,5*1,5*1,5*20 = 677,5 кН

F = FII = 21 kH,

M = MII +FII*hf = 35+ 21*1,2 = 60,2 kH*м,

Расчетная нагрузка на сваю в этом случае составляет:

кН;

Принимаем сваи длиной 9 метров, с допускаемой нагрузкой - 274,0 кН.

4.3 Расчет осадки свайного фундамента

Расчет осадки фундамента из висячих свай, производимый как для условного фундамента на естественном основании, следует выполнять в соответствии с требованиями #M12291 5200033СНиП 2.02.01-2000#S.

Границы условного фундамента (см. рисунок 1) определяют следующим образом:



Рисунок 1 - Определение границ условного фундамента при расчете осадки свайных фундаментов снизу - плоскостью АБ, проходящей через нижние концы сваи

с боков - вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии = 0,9 м;

сверху - поверхностью планировки грунта ВГ;

здесь - осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле :

= (10*4,9+17*4,3)/(4,9+4,3) = 13

где - расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной , град.;

=9,2 глубина погружения свай в грунт, м.

Габаритные размеры условного фундамента 3,0 х 3,0 м, высота - 10,4м.

Расчет осадки условного фундамента производят на дополнительное вертикальное давление, передаваемое на основание подошвой условного фундамента, т.е. за вычетом вертикального напряжения от собственного веса грунта на уровне этой подошвы, при этом в собственный вес условного фундамента включают вес свай, ростверка и грунта в объеме условного фундамента.

Определим усилия, действующие в уровне подошвы условного фундамента.

Нормальная сила:

N = NII + b*b*d*ср = 610 + 3,0*3,0*10,0*20 = 2410 кН

Среднее давление под подошвой фундамента:

p = N / A = 2410 / 9,0 = 268 КПа

Бытовое давление в уровне подошвы фундамента:

q = *d = 17,3 х 4,9 + 17,9* 4,3 = 162 КПа

Уплотняющее давление:

p0 = p - q = 268 - 162 = 106 КПа.

№	z, м	h,м	q	0.2q	Z (м)	2Z/b		p0	z ср.	s
	10,4		162	32,4	0	0	1	106
1	11,0	0,6	171,9	34,4	0,6	0,4	0,88	93,3	99,6	0,0036
2	11,6	0,6	181,8	36,4	1,2	0,8	0,606	64,2	78,8	0,0029
3	12,2	0,6	191,7	38,3	1,8	1,2	0,392	41,6	52,9	0,0019
4	12,8	0,6	201,6	40,3	2,4	1,6	0,257	27,2	34,4	0,0013

S = 0,8 х 0,0125 = 0,0097 м 1,0 см < S пр = 8,0 см.

Расчетная осадка фундамента не превышает предельно допустимую для данного типа сооружения.

5. Конструирование фундамента мелкого заложения.

Фундамент выполняем из бетона класса В12,5. Арматура класса А III.

5.1 Проверка на продавливание плитной части фундамента

Расчет на продавливание плитной части центрально-нагруженных квадратных железобетонных фундаментов производится из условия

F Rbt um h0,pl ,

где F = 663 кН - продавливающая сила;

Rbt = 0,59 МПа (В12.5) расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, принимаемое с необходимыми коэффициентами условий работы b2 и b3 в соответствии с табл. 15 СНиП 2.03.01-84 как для железобетонных сечений;

um - среднеарифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды, образующейся при продавливании в пределах рабочей высоты сечения h0,pl

um = 2 (bc + lc + 2 h0,pl) = 2 (0,4 + 0,4 + 2 х 0,6) = 4,0 м

bc = 0,4 м - ширина дна стакана;

lc = 0,4 м - высота дна стакана;

h0,pl = 0,65 м расстояние от дна стакана, до оси арматуры плитной части, высота пирамиды продавливания.

Rbt um h0,pl = 590 х 4,0 х 0,6 = 1416 кН < F = 663 Кн.

Условия непродавливание плитной части фундамента выполнено.

5.2 Определение армирования плитной части фундамента

Сечение рабочей арматуры подошвы фундамента (Аsl и Asb -соответственно вдоль сторон l и b) определяется из расчета на изгиб консольного вылета плитной части фундамента на действие отпора грунта под подошвой в сечениях по грани колонны или подколонника и по граням ступеней фундамента. Подбор арматуры Аsl (Аsb) рекомендуется вести на ширину (длину) фундамента.

Определение площади сечения арматуры в i-м расчетном сечении плитной части производится следующим образом: вычисляется значение

,

где - расчетный момент в расчетном сечении i;

bi(li) - ширина сжатой зоны (в верхней части) рассматриваемого сечения;

h0,i - рабочая высота рассматриваемого сечения.

В зависимости от значения 0 определяется величина , площадь сечения арматуры вычисляется по формуле

Asl(sb) = / Rs h0,i

где Rs - расчетное сопротивление арматуры.

Изгибающие моменты в расчетных сечениях плитной части определяются от действия реактивного давления грунта по подошве фундамента без учета нагрузки от собственного веса фундамента и грунта на его уступах.

Изгибающий момент определяем на всю ширину (длину) фундамента от среднего по консоли реактивного давления грунта по всей площади консольного свеса, отсекаемого рассматриваемым сечением.

Армируем фундамент плоскими сетками:

плитная часть - сетка С - 1, в продольном направлении стержни 12 AIII шаг 200 мм; в поперечном направлении 10 AIII шаг 200 мм.

подколонная часть - четыре плоские сетки С-2, стержни 12 AIII шаг 200 мм;

сетки косвенного армирования С-3 - стержни 8 AIII шаг 50 мм.

Литература

1. СНиП 2.01.07-83 Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. М.: Стройиздат,1996 г.

2. СНиП 2.02.01-83 (2000).Основания зданий и сооружений. М.: Стройиздат,2000 г.

3. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований зданий и сооружений. Свод правил.

4. СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов. Свод правил.

5. Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений. Ленинградский Промстройпроект, 1989 г.

Размещено на Allbest.ru

...