Розрахунок та конструювання фундаментів мілкого закладення на природній основі, фундаментів на штучній основі та палевих фундаментів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

ДВНЗ "Придніпровська державна академія будівництва та архітектури"

Кафедра "Основи та фундаменти"

Пояснювальна записка до курсового проекту:

"Розрахунок та конструювання фундаментів мілкого закладення на природній основі, фундаментів на штучній основі та палевих фундаментів"

Виконав: Гречихин С.А.

Перевірив: Ковалев В.В.

м. Дніпропетровськ 2014 р.

План

1. Конструктивні дані будівлі

2. Аналіз інженерно-геологічних умов будівельного майданчика, та визначення характеристик, що бракує

3. Проектування фундаментів мілкого закладання на природній основі під колону ряду В, вісь 1

4. Розрахунок осідання фундаменту на природній основі методом пошарового підсумовування

5. Проектування фундаментів мілкого закладання на штучній основі (грунтова подушка) під колону ряду Б, вісь 4

6. Проектування фундаментів на палях під колону ряду Б, вісь 4

1. Конструктивні дані будівлі

(В. 4):

- довжина будівлі: 72 м;

- ширина будівлі: 36 м;

- кількість прольотів: 3 шт;

- ширина прольотів АБ=18 м, БВ=6 м, ВГ=12 м;

- кількість поверхів: 5 шт;

- висота поверху: 4,2 м;

- крок колон в рядах А, Г, Б, В: 12

- вид колон за матеріалом: МК;

- перетин колон: 0,8х 1,2 м;

- навантаження на фундаменти:

ряд А: N=4320 кН, Mx=540 кН*м;

ряд Б: N=5760 кН, Mx=620 кН*м;

ряд В: N=4320 кН, Mx=540 кН*м;

ряд Г: N=2880 кН, Mx=350 кН*м;

- планувальна позначка: - 0,450 м;

- підвал відсутній;

- район будівництва: м. Генічеськ

Інженерно - геологічні умови майданчика (В. 19)

Назва ґрунту,

Товщина шару, м

с г/см 3

сs г/см 3

Вологість,%

Міцністн. характер.

Коэф. Пуассона м

Штампові досліди Ашт=5000см 2

W

WL

WP

ц

с, кПа

Р МПа

S см

Чорнозем Суглинок бурий Супісок пилуватий Пісок середньозернистий РГВ - 2,00м

0,8-0,7 6,0 - 7,0 4,8-5,4 необмеж

1,6 1,9 1,6 1,99

- 2,7 2,67 2,65

0,14 0,2 0,19 0,18

- 0,25 0,21-

- 0.15 0,14 -

- - 19 -

- - 5,0 -

- 0,32 0,37 0.27

- - 0,1 0,2 0,3 0,4-

- - 0,6 1,2 1,8 2,9-

2. Аналіз інженерно-геологічних умов будівельного майданчика, та визначення характеристик, що бракує

За основними фізичними характеристикам та класифікаційними показниками грунтів майданчика визначаються фізико-механічні характеристики грунтів майданчика, які дають можливість визначити розрахунковий опір та деформації основ.

Чорнозем.

Чорнозем містить уламки цегли, дерева, сміття, має нерівномірне стиснення. будівля фундамент інженерний геологічний

Висновок: цей шар грунту не може слугувати природною основою для фундаментів неглибокого закладання.

Суглинок бурий

- середня товщина шару - hcp=(6,0+7,0)/2=6,5м;

- число пластичності:

- показник консистенції:

- коефіцієнт пористості:

.

- за таблицями В.2, В.3 додатка "В" ДБН В.2.1-10-2009 за визначеним видом глинистого ґрунту (супісок, суглинок, глина), показнику консистенції IL і коефіцієнтом пористості ґрунту "е" визначаються показники міцності ґрунту: С = 20кПа; ц = 18°, Е = 12МПа.

Супісок пилуватий.

- середня товщина шару: hcp=(4,8+5,4)/2=5,1м;

- число пластичності:

IP=WL-WP=0,21-0,14=0,07;

- показник текучості:

IL=(W-WP)/ IP =(0,19-0,14)/0,07=0,7 - суглинок мякопластичний

- коефіцієнт пористості:

е=[(1+W)*сs/с]-1=[(1+0,19)*2,67/1,6]-1=0,9;

- модуль деформації ґрунту за даними його випробувань штампом за формулою Шлейхера:

(рис. 1),

де: м - коефіцієнт поперечної деформації ґрунту - коефіцієнт Пуасона;

S - осадка штампу від заданого навантаження на штамп;

А - площа стандартного штампу, що дорівнює 5000 см ²

d - діаметр круглого штампу, площа якого дорівнює (А=5000 см ²), d=79,8см.

Р - навантаження на штамп (МПа).

E=(1-0,372) 0,2*5000/1,2*79,8=9 Мпа

Рис. 1. Гілка первинного навантаження

Висновок: цей шар грунту, можливо використовувати у якості природної основи, тільки з умови виконання заходів по підвищенню характеристик міцності.

Пісок середньозернистий.

середня товщина шару: hcp небом.;

щільність сухого грунту:

сd= с/(1+W)=2,65/(1+0,18)=2,24 г/см ³;

- коефіцієнт пористості:

- пісок середньої щільності

- ступінь водонасиченості:



- за заданим зерновим складом піщаного ґрунту (дрібнозернистий) та за визначним коефіцієнтом пористості піщаного ґрунту, додаток В табл. В.1 ДБН В.2.1-10-2009 визначаються деформативні характеристики та характеристики міцності піщаних ґрунтів: С = 1 кПа; ц = 35°; Е = 30 МПа.

3. Проектування фундаментів мілкого закладання на природній основі під колону ряду В, вісь 1

Навантаження на фундамент ряда Б, вісь 4:

N=5760 кН, Mx=620 кН*м.

Визначення глибини закладання фундаменту на природній основі.

Згідно ДБН В.2.1-10-2009 глибина закладання фундаментів повинна прийматись з урахуванням:

- призначення і конструктивних особливостей об'єктів, що проектуються, навантажень і впливів на фундамент;

- глибини закладання фундаментів суміжних об'єктів та прокладання існуючих комунікацій;

- рельєфу існуючого і після інженерної підготовки території забудови;

- інженерно-геологічних умов ділянки будівництва;

- гідрогеологічних умов ділянки будівництва й можливих їх змін у процесі будівництва й експлуатації об'єктів;

- глибини сезонного промерзання грунтів.

1. За інженерно-геологічними умовами будівельного майданчику із розрахунку, що підошвою фундаменту прорізаються не несучі покровні ґрунти (рослинний шар, мул, насипний шар і т.д.) так, щоб підошва була заглиблена в несучій шар ґрунту не менше ніж на 0,5 м. Таким чином глибина закладання d визначається за формулою:

м

де h1 - потужність покровного шару грунту;

d - глибина прорізання підошвою фундаменту несучого (що йде за покровним) шару ґрунту: d >0,5 м.

2. За районом будівництва з урахуванням глибини промерзання ґрунту.

Нормативна глибина промерзання ґрунту dfn визначається за формулою:

м.

де dо - величина (згідно до ДБН В.2.1-10-2009, додаток Г), що дорівнює для суглинків і глин dо =0,23м;

Mt - сума абсолютних значень середньомісячних негативних температур за зиму, визначається за СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика", Mt=8,5.

3. За призначенням і конструктивним особливостям будівлі, навантаженням:

5000< N?6000 кН - d=3,5 м

З розрахунку гідрогеологічних умов глибина закладання має бути: dw>2.0 м

Висновок: виходячи з аналізу призначення і конструктивних особливостей будівлі, глибини сезонного промерзання грунтів, гідрогеологічних та інженерно-геологічних умов ділянки будівництва назначаємо d=3,8 м. В якості шару основи визначаємо ІГЕ 2 - сулинок, з такими характеристиками: С = 20кПа; ц = 18°, Е = 12МПа,, г=19 кН/м ².

Визначення геометричних розмірів підошви фундаменту в плані методом послідовних наближень.

Попередньо площу підошви фундаменту та його розміри в плані b та l визначають із припущення, що фаза зсуву ґрунту під підошвою не перевищує 0,25b за формулою Е.1 ДБН В.2.1-10-2009:

де: - коефіцієнти умов роботи приймаються за таблицею Е.7 в залежності від виду ґрунту основи і конструктивних особливостей споруд із жорсткою конструктивною схемою при відношенні довжини споруди до її висоти L/H:

гс 1=1,2; гс 2=1,1.

k - коефіцієнт, що приймається рівним 1, якщо характеристики міцності ґрунту визначені безпосередньо при випробуванні ґрунту;

приймається k=1,1, якщо характеристики міцності прийняті за таблицями В.1, В.2 ДБН В.2.1-10-2009:

k=1,1.

- коефіцієнти, що приймають за таблицею В.8 в залежності від (характеристик міцності) кута внутрішнього тертя ц ґрунту, що служить основою фундаменту:

Мг = 0.43; Мq =2.73; Мс = 5.31.

kz - коефіцієнт, що приймається: при b?10,0 м; kz =1, при b?10,0 м kz=z0/b+0,2 (тут z0=8,0м):

kz = 1.

гII - осереднене розрахункове значення питомої ваги ґрунтів, що залягають нижче підошви фундаменту (при наявності підземних вод враховується зважувальна дія води):

гII=19 кН/м ³

г`II - осереднене розрахункове значення питомої ваги ґрунтів, що залягають вище підошви фундаменту.

г`II =8.2 кН/м ³.

С II - розрахункове значення питомого зчеплення ґрунту, що залягає безпосередньо під підошвою фундаменту (кПа):

С II = 20 кПа.

d1 - глибина закладання фундаментів безпідвальних споруд від рівня планування або приведена глибина закладання зовнішніх і внутрішніх фундаментів від підлоги підвалу;

d1=3,8 м

db - глибина підвалу - відстань від рівня планування до підлоги підвалу. db=0

Для розрахунку R в першому наближенні приймаємо b = 1м.

Площа підошви фундаменту в першому наближенні:

Розраховується ширина підошви фундаменту b в першому наближенні:

.

Визначається розрахунковий опір ґрунту основи з урахуванням ширини підошви фундаменту .



Розраховується площа підошви фундаменту в другому наближенні:

Визначаються розміри підошви фундаменту в другому наближенні:

;

Визначається збіжність розмірів підошви фундаменту першого і другого наближення:

- умова не виконується.

Визначається розрахунковий опір ґрунту основи з урахуванням ширини підошви фундаменту .

Розраховується площа підошви фундаменту в третьому наближенні:

Визначаються розміри підошви фундаменту в третьому наближенні:

м.

Визначається збіжність розмірів підошви фундаменту першого і другого наближення:

Висновок: умова збіжності виконується, тому назначають розміри підошви фундаменту з округленням їх до кратних 0,1 м:

; ; А=30,6м ².

Моменти опору підошви фундаменту по вісям "х" та "у":

Виконується перевірка контактних напружень під підошвою фундаменту:

Визначається розрахунковий опір ґрунту основи з урахуванням кінцевої ширини фундаменту:

Перевірка крайових тисків під підошвою фундаменту:

1. усер < R;

усер=N/A+20d1=5760/30,6+20*3,8=264,23кПа

264,23кПа < 273,61кПа

2. уmin > 0;

237,22кПа> 0.

3. уmax < 1,5R;

291,24кПа < 1,5*535,63 = 410,42кПа

Висновок: таким чином прийняті розміри підошви фундаменту відповідають всім вимогам.

Вибір типу фундаменту

а) Якщо виконується умова при конструюванні,

;

- конструкція фундаменту під колону гнучка; назначається фундамент без підколонника стаканного типу, стакан розташований в тілі фундаменту.

б) Якщо виконується умова при конструюванні,

;

- конструкція фундаменту під колону жорстка; приймається фундамент з підвищеною стаканною частиною, з підколонником, стакан розміщується в підвищеній стаканній частині.

Оскільки 4,5м<0,8+2*3,8=8,4м та 6,8м<1,2+2*3,8=8,8м, то конструкція фундаменту під колону жорстка; приймається фундамент з підвищеною стаканною частиною, з підколонником, стакан розміщується в підвищеній стаканній частині.

Розміри перетину підколонника в плані назначаються конструктивно:

;

Визначення оптимальної висоти плитної частини

Для прямокутного в плані фундаменту з підколонником:

де - менший розмір поперечного перерізу підколонника;

- більший розмір поперечного перерізу підколонника;

- ширина підошви фундаменту;

- довжина підошви фундаменту;

б - коефіцієнт, що визначається за формулою:

- розрахунковий опір бетону осевому розтягуванню, визначається за таблицею №13 діючому СНиП 2.03.01-84 (або за відповідним ДБН);

- середнє напруження під підошвою фундаменту від діючого на фундамент навантаження



Розміри одержаної розрахунком оптимальної висоти плитної частини фундаменту H0 округлюють до кратних модулю опалубки по висоті, який дорівнює М 0=150 мм. Приймаємо H0 = 1,35м.

За визначеними оптимальними розмірами плитної частини фундаменту перевіряємо жорсткість конструкції плитної частини фундаменту:

b? bпк+H0

4,5м > 1,4+1,35=2,75м - фундамент гнучкий;

l? апк+H0

6,8м > 1,8+1,35=3,15м - фундамент гнучкий.

Перевірка міцності конструкції фундаменту на продавлювання

Міцність конструкції гнучкого фундаменту на продавлювання перевіряється за умовою:

де: Nпрод - продавлююче навантаження на підошву фундаменту від середнього тиску ґрунту, що передається на гнучкий фундамент за межами граничних розмірів піраміди продавлювання: bгр=bк(пк)+2Н 0; lгр=ак(пк)+2Н 0.

 - середній тиск ґрунту на підошву фундаменту:

(див. раніше) кПа;

А - розрахункова площа підошви фундаменту: А=b·l (м ²);

Агран - гранична площа основи піраміди продавлювання:

Агран=bгран·lгран (м ²)

k - коефіцієнт умови роботи матеріалу фундаменту на розтягування; k =0,9;

- розрахунковий опір бетону на розтягування приймається за таблицею №13 СНиП 2.03.01-84 або відповідного ДБН по залізобетонним конструкціям;

- середній периметр піраміди продавлювання:

для фундаменту з підколонником:

bср=bпк+ bгр+ апк+lгр.

А=b·l=30,6м ²

bгран=bпк+2Н 0=1,4+2*1,35=4,1м

lгран=lпк+2Н 0=1,8+2*1,35=4,5м

Агран=bгран·lгран=4,1*4,5=18,45м 2

усер=N/A+20d1=5760/30,6+20*3,8=264,23кПа

bср=bпк+ bгр+ апк+lгр=1,4+4,1+1,8+4,5=11,8м

Оскільки hu<Н 0, то висота плитної частини фундаменту назначається рівною Н 0.

За прийнятою висотою плитної частини фундаменту з підколонником визначається висота hпк:

hпк=d - H0=3,8-1,35=2,45м

Висоту конструкції плитної частини фундаменту Н 0 розділяють на окремі ступені:

1200<Н?1350мм - назначається три ступені висотою 3Ч450 мм;

Максимальний винос нижньої ступені фундаменту визначається із умови міцності ступені на зріз по внутрішній грані за формулою:

;

звідки

де: С 1 - винос нижньої ступені;

;

- висота нижньої ступені: ?300 мм;

- розрахунковий опір бетону фундаменту на розтягування;

- середній тиск ґрунту на підошву фундаменту.

Одержаний розрахунком винос нижньої ступені є максимальним. Тому розмір С 1 повинен бути менше розрахункового. Приймаємо С 1=500мм.

3.6. Визначення внутрішніх зусиль в конструкціях фундаменту

Фундаменти армуються поперечною розрахунковою арматурою в обох напрямках:

- згинається сторона "l" (довжина):

- згинається сторона "b" (ширина):

Армування підошви фундаменту

За визначеними згинаючими моментами в напрямках +l та +b визначаємо необхідну площу арматури по сторонам підошви фундаменту:

де: k - коефіцієнт умови роботи арматури, приймається рівним k=0,9;

- розрахунковий опір арматури, приймається згідно з таблицею №22 СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции" або ДБН "Бетонні та залізобетонні роботи".

- робоча висота конструкції фундаменту від центру арматури до верха перерізу за яким визначається згинальний момент.

Задаються шагом стрижнів арматури в повздовжньому і поперечному напрямках Сl і Сb. Приймаємо Сl= Сb=200мм.

Визначаємо кількість стрижнів арматури, котрі можна розмістити по сторонам "l" і "b".

де: l, b - розміри підошви фундаменту в плані;

0,2 - двосторонній розмір захисного шару бетону і взаємно-перпендикулярна нахльостка стрижнів арматури (0,05·2+0,05·2)=0,2м;

Сl і Сb - крок арматури відповідно по сторонам "l" і "b".

Визначаємо площу поперечного перерізу одного стрижня арматури:

Визначаємо діаметр стрижня арматури відповідно сортаменту або розраховується за формулою:

ш =ш

Приймаємо арматуру ш16 А 400С з .

4. Розрахунок осідання фундаменту на природній основі методом пошарового підсумовування

Згідно ДБН В.2.1-10-2009 "Основи та фундаменти споруд" осідання основи S з використанням розрахункової схеми у вигляді лінійно-деформованого півпростору визначається методом пошарового підсумовування по формулі:

де в - безрозмірний коефіцієнт, рівний 0,8;

- середнє значення додаткової вертикальної нормальної напруги в і-ому шарі ґрунту, рівне напівсумі вказаних напруг на верхній і нижній межах шару по вертикалі, що проходить через центр фундаменту.

і - відповідно товщина і модуль деформації і-го шару ґрунту.

п - число ярусів на яке розбита товща підстави, що стискається.

1. Обчислюємо середній тиск під підошвою фундаменту:

усер=N/A+20d1=5760/30,6+20*3,8=264,23кПа

2. Визначаємо природний тиск ґрунту на рівні підошви фундаменту.

уzg0=Угi*hi=19*3,8=72,2 кПа;

3. Обчислюємо додатковий тиск під підошвою фундаменту.

, кПа

4. Товщина ґрунту нижче підошви фундаменту розділяється на елементарні шари, товщиною: hел=0,2*b=0,2*4,5=0,9м

5. Обчислюємо коефіцієнт глибини розташування елементарного шару:

6. По табл. Д.1 ДБН В.2.1-10-2009 "Основи та фундаменти споруд" в залежності від співвідношення і коефіцієнта глибини визначається коефіцієнт розсіювання напружень на межі кожного елементарного шару.

.

7. Обчислюється додаткова напруга на межі кожного елементарного шару.

8. По обчислених значеннях додаткової напруги на межі кожного елементарного шару будується эпюра розподілу додаткових напруг в масиві ґрунту.

9. Для встановлення межі товщі, що стискається, обчислюється і будується эпюра напруг власної ваги ґрунту по глибині.

.

Межа товщі, що стискається, визначається умовою, де додаткові напруги складають 20 % від напруг власної ваги ґрунту і повинна бути виконана умова

.

Для будівель з повним залізобетонним каркасом згідно таблиці И.1 гранична осадка основи фундаменту для заданої будівлі дорівнює Su=10см. Умова S<Su виконується: 6,48см < 10см.

Результати розрахунку осідань фундаменту мілкого закладання на природній основі

ж	h	z, м	б	уzg0, кПа	0.2*уzg0 кПа	уzpi, кПа	уzpср, кПа	Е, кПа	S, м	отметка
0	0	0	1	72.2	14.44	192.03	-	-	-	3.8	1
0.4	0.9	0.6	0.972	89.3	17.86	186.6532	189.3416	12000	0.011199	4.7	2
0.8	0.9	1.5	0.848	106.4	21.28	162.8414	174.7473	12000	0.00977	5.34
1.2	0.9	2.4	0.682	123.5	24.7	130.9645	146.903	12000	0.007858	5.98
1.6	0.9	3.3	0.532	140.6	28.12	102.16	116.5622	12000	0.00613	6.62
2	0.9	4.2	0.414	157.7	31.54	79.50042	90.83019	12000	0.00477	7.26
2.4	0.9	5.1	0.325	174.8	34.96	62.40975	70.95509	12000	0.003745	7.9
2.8	0.9	6	0.26	191.9	38.38	49.9278	56.16878	12000	0.002996	8.54
3.2	0.9	6.9	0.21	209	41.8	40.3263	45.12705	12000	0.00242	9.18
E=	12000							Sобщ=	0.06481
в=	0.8										3
г2=	19.00
г3=	19.00

5. Проектування фундаментів мілкого закладання на штучній основі (грунтова подушка) під колону ряду Б, вісь 4

Навантаження на фундамент рядка В, вісь 4:

N=5760 кН, Mx=620 кН*м.

Визначення глибини закладання фундаменту на природній основі.

За інженерно-геологічними умовами будівельного майданчику із розрахунку, що підошвою фундаменту прорізаються не несучі покровні ґрунти (рослинний шар, мул, насипний шар і т.д.) так, щоб підошва була заглиблена в несучій шар ґрунту не менше ніж на 0,5 м. Таким чином глибина закладання d визначається за формулою:

м

де h1 - потужність покровного шару грунту;

d - глибина прорізання підошвою фундаменту несучого (що йде за покровним) шару ґрунту: d >0,5 м.

За районом будівництва з урахуванням глибини промерзання ґрунту.

Нормативна глибина промерзання ґрунту dfn визначається за формулою:

м.

де dо - величина (згідно до ДБН В.2.1-10-2009, додаток Г), що дорівнює для суглинків і глин dо =0,23м;

Mt - сума абсолютних значень середньомісячних негативних температур за зиму, визначається за СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика", Mt=8,5.

За призначенням і конструктивним особливостям будівлі, навантаженням:

5000< N?6000 кН - d=3,5 м

З розрахунку гідрогеологічних умов глибина закладання має бути:

dw>2.0 м

Висновок: виходячи з аналізу призначення і конструктивних особливостей будівлі, глибини сезонного промерзання грунтів, гідрогеологічних та інженерно-геологічних умов ділянки будівництва назначаємо d=3,8 м. Подушку улаштовуємо з суглинку з сd = 1,8 г/см 3. Грунт ущільнюється при оптимальній вологості, яка приймається для суглинків: Wопт = Wр=0,16

Wопт = 0,16

сds = 1,8 г/см ³

с = сds (1 + Wопт) = 1,8 (1 + 0,16) = 2.088 г/см ³

Визначаємо число пластичності:

P=WL-WP=0,3-0,16=0,14

Визначаємо показник текучості:

IL=(W-WP)/ IP =(0,16-0,16)/0,14=0

c = 35,8 кПа, ц = 24,5 град, г = 19,7 кН/м 3, E = 28 МПа

Визначення геометричних розмірів підошви фундаменту в плані методом послідовних наближень.

Попередньо площу підошви фундаменту та його розміри в плані b та l визначають із припущення, що фаза зсуву ґрунту під підошвою не перевищує 0,25b за формулою Е.1 ДБН В.2.1-10-2009:

де: - коефіцієнти умов роботи приймаються за таблицею Е.7 в залежності від виду ґрунту основи і конструктивних особливостей споруд із жорсткою конструктивною схемою при відношенні довжини споруди до її висоти L/H:

гс 1=1,25; гс 2=1,0.

k - коефіцієнт, що приймається рівним 1, якщо характеристики міцності ґрунту визначені безпосередньо при випробуванні ґрунту;

приймається k=1,1, якщо характеристики міцності прийняті за таблицями В.1, В.2 ДБН В.2.1-10-2009:

k=1,1.

- коефіцієнти, що приймають за таблицею В.8 в залежності від (характеристик міцності) кута внутрішнього тертя ц ґрунту, що служить основою фундаменту:

Мг = 1,02; Мq = 5,09; Мс = 7,535

kz - коефіцієнт, що приймається: при b?10,0 м; kz =1, при b?10,0 м kz=z0/b+0,2 (тут z0=8,0м):

kz = 1.

гII - осереднене розрахункове значення питомої ваги ґрунтів, що залягають нижче підошви фундаменту (при наявності підземних вод враховується зважувальна дія води):

гII=19,7 кН/м ³

г`II - осереднене розрахункове значення питомої ваги ґрунтів, що залягають вище підошви фундаменту.

г`II =17,2 кН/м ³.

С II - розрахункове значення питомого зчеплення ґрунту, що залягає безпосередньо під підошвою фундаменту (кПа):

С II = 35,8 кПа.

d1 - глибина закладання фундаментів безпідвальних споруд від рівня планування або приведена глибина закладання зовнішніх і внутрішніх фундаментів від підлоги підвалу;

d1=2,85 м

db - глибина підвалу - відстань від рівня планування до підлоги підвалу.

db=0

R =22,83b+585,5

Згідно додатку Е табл. Е.2 ДБН В.2.1-10-2009 "Основи та фундаменти споруд. Основні положення проектування" розрахунковий опір R0 суглинка дорівнює: R0 = 282,5 кПа.

Площа підошви фундаменту в першому наближенні:

Площа підошви фундаменту в першому наближенні:

Розраховується ширина підошви фундаменту b в першому наближенні:

;

Визначається розрахунковий опір ґрунту основи з урахуванням реальної ширини підошви фундаменту .

R =22,83*3+585,5=653,7 кПа

Розраховується площа підошви фундаменту в другому наближенні:

Визначаються розміри підошви фундаменту в другому наближенні:

;

R =22,83*1.83+585,5=627 кПа

R =22,83*1,9+585,5=628,597 кПа

Визначається збіжність розмірів підошви фундаменту першого і другого наближення:

- умова виконується.

Отже: приймаємо ширину підошви фундаменту b=1,9 м, тоді l=1,9*3=5,7м, А=5,7*1,9=10,83 м ²

Моменти опору підошви фундаменту по вісям "х" та "у":

Виконується перевірка контактних напружень під підошвою фундаменту:

Перевірка крайових тисків під підошвою фундаменту:

1. усер < R;

усер=N/A+20d1=5760/10.83+20*3,8=469,34кПа

469,34 кПа < 628,597 кПа

2. уmin > 0;

267,94 кПа> 0.

3. уmax < 1,5R;

584,74 кПа < 1,5*628,597 = 942,9кПа

Висновок: таким чином прийняті розміри підошви фундаменту відповідають всім вимогам.

Вибір типу фундаменту

а) Якщо виконується умова при конструюванні,

;

- конструкція фундаменту під колону гнучка; назначається фундамент без підколонника стаканного типу, стакан розташований в тілі фундаменту.

б) Якщо виконується умова при конструюванні,

;

- конструкція фундаменту під колону жорстка; приймається фундамент з підвищеною стаканною частиною, з підколонником, стакан розміщується в підвищеній стаканній частині.

Оскільки 1,9м < 0,6+2*2,85=6,3м та 5,7м < 1,8+2*2,85=7,5м, то конструкція фундаменту під колону жорстка; приймається фундамент з підвищеною стаканною частиною, з підколонником, стакан розміщується в підвищеній стаканній частині.

Розміри перетину підколонника в плані назначаються конструктивно:

;

Визначення оптимальної висоти плитної частини

Для прямокутного в плані фундаменту з підколонником:

де - менший розмір поперечного перерізу підколонника;

- більший розмір поперечного перерізу підколонника;

- ширина підошви фундаменту;

- довжина підошви фундаменту;

б - коефіцієнт, що визначається за формулою:

- розрахунковий опір бетону осевому розтягуванню, визначається за таблицею №13 діючому СНиП 2.03.01-84 (або за відповідним ДБН);

- середнє напруження під підошвою фундаменту від діючого на фундамент навантаження

в - безрозмірний коефіцієнт, що розраховується для фундаменту з підколонником за формулою:

.

,

Розміри одержаної розрахунком оптимальної висоти плитної частини фундаменту H0 округлюють до кратних модулю опалубки по висоті, який дорівнює М 0=150 мм. Приймаємо H0 = 0,75м.

За визначеними оптимальними розмірами плитної частини фундаменту перевіряємо жорсткість конструкції плитної частини фундаменту:

b? bпк+H0

1,9м > 1,2+0,75=1,95м - фундамент жорсткий;

l? апк+H0

5,7м > 2,4+0,75=3,15м - фундамент гнучкий.

4.5. Перевірка міцності конструкції фундаменту на продавлювання

Міцність конструкції гнучкого фундаменту на продавлювання перевіряється за умовою:

де: Nпрод - продавлююче навантаження на підошву фундаменту від середнього тиску ґрунту, що передається на гнучкий фундамент за межами граничних розмірів піраміди продавлювання: bгр=bк(пк)+2Н 0; lгр=ак(пк)+2Н 0.

- середній тиск ґрунту на підошву фундаменту:

(див. раніше) кПа;

А - розрахункова площа підошви фундаменту: А=b·l (м ²);

Агран - гранична площа основи піраміди продавлювання:

Агран=bгран·lгран (м ²)

k - коефіцієнт умови роботи матеріалу фундаменту на розтягування; k =0,9;

- розрахунковий опір бетону на розтягування приймається за таблицею №13 СНиП 2.03.01-84 або відповідного ДБН по залізобетонним конструкціям;

- середній периметр піраміди продавлювання:

для фундаменту з підколонником:

bср=bпк+ bгр+ апк+lгр.

А=b·l=10,83 м ²

bгран=bпк+2Н 0=1,2+2*0,75=2,7м

lгран=lпк+2Н 0=2,4+2*0,75=3,9м

Агран=bгран·lгран=2,7*3,9=10,53м 2

усер=N/A+20d=5760/10,83+20*3,5=426,34кПа

bср=bпк+ bгр+ апк+lгр=1,2+2,7+2,4+3,9=10,2м

Оскільки hu<Н 0, то висота плитної частини фундаменту назначається рівною Н 0.

За прийнятою висотою плитної частини фундаменту з підколонником визначається висота hпк:

hпк=d - H0=2,85-0,75=2,1м

Висоту конструкції плитної частини фундаменту Н 0 розділяють на окремі ступені:

600<Н?750мм - назначається дві ступені висотою 300 мм (нижня)+450мм (верхня);

Максимальний винос нижньої ступені фундаменту визначається із умови міцності ступені на зріз по внутрішній грані за формулою:

;

звідки

де: С 1 - винос нижньої ступені;

;

- висота нижньої ступені: ?300 мм;

- розрахунковий опір бетону фундаменту на розтягування;

- середній тиск ґрунту на підошву фундаменту.

Одержаний розрахунком винос нижньої ступені є максимальним. Тому розмір С 1 повинен бути менше розрахункового. Приймаємо С 1=200мм.

Визначення внутрішніх зусиль в конструкціях фундаменту

Фундаменти армуються поперечною розрахунковою арматурою в обох напрямках:

- згинається сторона "l" (довжина):

- згинається сторона "b" (ширина):

Армування підошви фундаменту

За визначеними згинаючими моментами в напрямках +l та +b визначаємо необхідну площу арматури по сторонам підошви фундаменту:

де: k - коефіцієнт умови роботи арматури, приймається рівним k=0,9;

- розрахунковий опір арматури, приймається згідно з таблицею №22 СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции" або ДБН "Бетонні та залізобетонні роботи".

- робоча висота конструкції фундаменту від центру арматури до верха перерізу за яким визначається згинальний момент.

Задаються шагом стрижнів арматури в повздовжньому і поперечному напрямках Сl і Сb. Приймаємо Сl= Сb=200мм.

Визначаємо кількість стрижнів арматури, котрі можна розмістити по сторонам "l" і "b".

де: l, b - розміри підошви фундаменту в плані;

0,2 - двосторонній розмір захисного шару бетону і взаємно-перпендикулярна нахльостка стрижнів арматури (0,05·2+0,05·2)=0,2м;

Сl і Сb - крок арматури відповідно по сторонам "l" і "b".

Визначаємо площу поперечного перерізу одного стрижня арматури:

Визначаємо діаметр стрижня арматури відповідно сортаменту або розраховується за формулою:

ш

ш

Приймаємо арматуру ш10 А 400С з та ш14 А 400С з

Розрахунок осідання фундаменту методом пошарового підсумовування

Згідно ДБН В.2.1-10-2009 "Основи та фундаменти споруд" осідання основи S з використанням розрахункової схеми у вигляді лінійно-деформованого півпростору визначається методом пошарового підсумовування по формулі:

де в - безрозмірний коефіцієнт, рівний 0,8;

- середнє значення додаткової вертикальної нормальної напруги в і-ому шарі ґрунту, рівне напівсумі вказаних напруг на верхній і нижній межах шару по вертикалі, що проходить через центр фундаменту.

і - відповідно товщина і модуль деформації і-го шару ґрунту.

п - число ярусів на яке розбита товща підстави, що стискається.

Обчислюємо середній тиск під підошвою фундаменту:

усер=N/A+20d=4000/10,83+20*2,85=426,34кПа

Визначаємо природний тиск ґрунту на рівні підошви фундаменту.

?zg0=Угi*hi= 1,75*16+1,1*15=44.5 кПа (d1=2,85м);

Обчислюємо додатковий тиск під підошвою фундаменту.

, кПа

Товщина ґрунту нижче підошви фундаменту розділяється на елементарні шари, товщиною: hэ=0,2b= 0,2·1,9 = 0,38 м

Обчислюємо коефіцієнт глибини розташування елементарного шару:

Для подальшого розрахунку осадки необхідно знати розміри подушки.

Згідно з ДБН В.2.1-2009 п Е.11 За наявності в межах стисливої товщі основи на глибині z від підошви фундаменту шару ґрунту меншої міцності ніж міцність ґрунту шарів, які лежать вище, розміри фундаменту повинні призначатись такими, щоб для сумарного напруження уz забезпечувалась умова

уz =(уzp - уzг) + уzg ? Rz

де уzp, уzг i уzg - вертикальні напруження в ґрунті на глибині від підошви фундаменту, кПа;

Rz - розрахунковий опір ґрунту зниженої міцності, кПа, на глибині z, обчислений за формулою.

Приймаємо товщину закладання подушки 0,2b*4=1,52. Згідно з цього знаходимо розрахунковий опір грунту під подушкою

(367,05-40,47)+67,3 ? Rz;

393,88 ? Rz;

Rzп= *[1,02*1*b*15 + 5,09*2,85*15,54+ 7,535*7]=527,3кПа

Тоді 393,88 ?527,3кПа; умова виконується

Для умовного фундаменту шириною bz, м, яка дорівнює

Az = N/уzp=4000(/367,05-20*2,85)=11,05;

a=(l - b/2)=3,7-1,9/2=2,85м

N - вертикальне навантаження на основу від фундаменту;

l і b - відповідно довжина і ширина фундаменту.

Ширина и довжина низу подушки:

bнп=b+2tgв hпод=1,9+2tg40*1,52=4,5м

?нп= ?+2tgв hпод=3,7+2 tg40*1,52=6,3м

Ширина и довжина верху подушки:

bвп=bн+2arctgб hпод=4,5+2* arctg34 *1,52=6,6м

?вп= ?н+2tgв hпод=6,3+2 *arctg34 *1,52=8,4м

Середні осідання Smax,u=10 см (Згідно з ДБН В.2.1-2009 додаток И для виробничих і цивільних одноповерхових і багатоповерхових будинків з повним каркасом: залізобетонним).

Виконуємо порівняння осідання з граничним осіданням: S < Smax,u6,6 см<10 см.

Результати розрахунку осідань фундаменту мілкого закладання на штучній основі

6. Проектування фундаментів на палях під колону ряду Б, вісь 4

Вибір глибини залягання ростверку

З розрахунку гідрогеологічних умов глибина закладання має бути:

dw >РГВ dw>2.00 м

За районом будівництва з урахуванням глибини промерзання ґрунту.

Нормативна глибина промерзання ґрунту dfn визначається за формулою:

м.

де dо - величина (згідно до ДБН В.2.1-10-2009, додаток Г), що дорівнює для суглинків і глин dо =0,23м;

Mt - сума абсолютних значень середньомісячних негативних температур за зиму, визначається за СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика", Mt=8,5.

Призначаємо глибину залягання ростверка від денної поверхні: d = 2.5м.

Визначення сполучення пальового ростверка з палями

Сполучення пальового ростверка з палями допускається виконувати як шарнірним, так і жорстким.

Шарнірне сполучення слід застосовувати:

у звичайних умовах при вертикальних навантаженнях;

при дії горизонтальних навантажень (сейсміка, вітер тощо) для зменшення згинальних моментів у палях;

у складних інженерно-геологічних умовах, де можливі просідання основи від власної ваги ґрунту при зміні вологості.

Жорстке сполучення пальового ростверка з палями слід виконувати коли:

а) стовбури паль розташовуються в слабких ґрунтах (пухких пісках, глинистих ґрунтах текучої консистенції, мулах, торфах тощо);

б) вертикальне навантаження, яке передається на палю, прикладене до неї з ексцентриситетом, що виходить за межі її ядра перерізу;

в) на палю діють горизонтальні навантаження, переміщення від яких при вільному спиранні (на пальову основу) виявляються більше граничних для проектованої будівлі або споруди (далі за текстом споруд);

г) у фундаменті є похилі або складені вертикальні палі;

д) палі працюють на висмикувальні навантаження.

Так як палі прорізають супіски пилуваті і водонасичені, виконуємо жорстке сполучення пальового ростверка з палями.

Визначення відмітки голови палі

Голова палі повинна закладатися в ростверк на 50 - 100мм, і таким чином оголовок палі буде вище глибини залягання ростверку на 50 - 100мм.

Приймаємо а = 100мм. Відмітка оголовка ростверка - 2,4м від денної поверхні.

Визначення глибини залягання кінця палі

Паля повинна занурюватися в несучий шар не менш ніж на 1,0м. Якщо грунт скельний - на 0,5м.

В якості несучого шару обираємо пісок середньозернистий.

Відмітка кінця залягання палі 10м.

Визначення довжини палі

Довжина палі повинна бути кратна 1,0м. За розрахунком довжина палі дорівнює:

Lп = 10 - 2.5+0,1=7,6м

Приймаємо Lп = 10,0м.

Приймаємо забивні залізобетонні палі за серією 1.011.1-10 выпуск 8 "Сваи сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой". L = 12-20 м; В 25/14,5МПа; 4 Ш12 А-II; P = 1425 кН.

Оскільки вістря палі опирається на пісок середньозернистий, то паля - висяча. Фундамент влаштовуємо із забивних залізобетонних паль довжиною L = 10 м суцільного квадратного поперечного перерізу 0,3х 0,3 м.

А = d2 = 0,32 = 0,09 м ² - площа поперечного перерізу палі.

U = 4d = 4·0,3 = 1,2 м - зовнішній периметр поперечного перерізу палі.

Визначення несучої здатності палі по грунту

Несучу здатність Fd забивної висячої палі визначають за формулою:

c - коефіцієнт умов роботи палі в грунті, c = 1;

R - розрахунковий опір грунту під нижнім кінцем палі, R=4500 кПа;

A - площа перерізу палі;

u - зовнішній периметр поперечного перерізу палі,

fi - розрахунковий опір i-го шару грунту по бічній поверхні палі, кПа;

hi - товща i-го шару грунту, м;

cR, cf - коефіцієнти умов роботи ґрунту відповідно під нижнім кінцем і по бічній поверхні палі.

li	hi	fi	hi*fi
4.5	2	39	78
6.5	2	43	86
8.5	2	18	36
10.5	2	19	38
12.5	2	19.4	38.8
		У=	276.8

Fd=1*(1*0,09*4500+1,2*1*276,8)=4382.16 кН

Визначення допустимого вертикального навантаження на палю

Допустиме вертикальне навантаження на палю визначається за формулою

Nn = Fd' / гк

Де гк - коефіцієнт надійності. В випадку коли значення Fd визначається за формулою, приймається рівним гк = 1,4.

Отже

Nn = 4382.16 / 1,4 = 3130.1 кН.

Nп < P

Nп=3130.1кН>P = 1425 кН

Отже приймаємо Nп=1425 кН

Розрахунок кількості паль для ростверка

Необхідна кількість паль на 1м.п. довжини:

гe - коеф, що залежить від ексцентриситету:

е>0,5lк>гe=1,2; е?0,5lк>гe=1,1

е=Мх/ N=620/5000=0,124м

0,5lк=0,5*0,8=0,4

гe=1,1

Відстань між центрами паль 3d = 3·300 = 900 мм.

Відстань від грані палі до грані ростверку 0,5d і не менше 100 мм.

отже 0,5d = 0,5·300 = 150 мм

Враховуючи розміри колони 1.8*0.6 приймаємо ростверк з розмірами 1,5х 2,4м.

Для попереднього розрахунку приймаємо висоту ростверка 0,6 м.

Перевіряємо розрахункове навантаження на палю:

Nd=(N+Q)/n +(-)Mx*y/Уyi+(-)My*x/Уxi

+навантажені, - развантажені.

+Ndmin < Nп; - Ndmax > 0кН

Вага ростверка:

Q=bр*lр*hр*jср=2,4*1,50*0,6*20=43,2 кН

+Nd=(5000+43,2)/4+620*0,9/3,6= 1415.8 < 1425кН

-Nd=1260.8-620*0,9/3,6= 1105.8 > 0кН

Умови виконуються.

Знаходимо розміри підколоника і ростверка в плані:

Так як конструкція ростверку жорстка, перевірку на продавлювання не виконуємо.

Армування:

As= M/0,9 Rs h0

Приймаємо арматуру класу А 400С Rs = 365 МПа. Приймаємо конструктивно арматуру Ш 10.

Визначення осідань пальових фундаментів

Визначаємо розміри умовного фундаменту:

bум = bк + 2·L·tg(цср/4); lум = lк + 2·L·tg(цср/4)

bк, lк - розміри куща паль

цср = Уціhі/Уhі Уhі = L

цср = (1.25*36+5.1*30+6.9*20/13.25) = 25.89

L·tg(цср/4) ? 2d

10·tg(25.36/4) = 1.5 ? 2d = 2·0,3 = 0,6

bум = 1,2 + 2·0,6 = 2.4 м; lум = 2.1 + 2·0,6 = 3.3 м

Визначаємо Pср - середній тиск під підошвою умовного фундаменту:

кПа

Q = bум·lум·(d + L)·гср = 3,3·2,4·(1.55+ 10)·17.4 = 1591.68 кН

- вага умовного фундаменту.

Pcр=уzp,0=(5000+1591.68)/3,3*2,4=832,28кПа

,

Уhі = d + L=12.5м

уzg,0=19*12.5=237,6 кПа

Визначаємо уzu,l - напруження від власної ваги ґрунту в межах від підошви ростверку до п'яти палі, де утворено умовний фундамент.

Уhі = L=13,45м

уzu.l,=0,2*16+6,9*15+5,1*18.1+1,25*19,8=223,76 кПа

Розділяємо товщу ґрунту нижче підошви паль на елементарні шари ґрунту:

hе = 0,2bум

hе = 0,2·2,4 = 0,48 м

Визначаємо уzg,i, уzг,i, уzp,i на межі кожного елементарного шару ґрунту по глибині

бк (ок; зк)

б (о ; з)

Межа товщі, що стискається, визначається умовою, де додаткові напруги складають 20 % від напруг власної ваги ґрунту і повинна бути виконана умова

Осідання окремого фундаменту S з використанням розрахункової схеми у вигляді лінійно-деформованого півпростору методом пошаровогого підсумовування обчислюють за формулою:

S =

Для виробничих і цивільних одноповерхових і багатоповерхових будинків з повним сталевим каркасом максимальні осідання складають: Smax,u = 10 см.

S < Smax,u

6,69 см < 10 см

Результати розрахунку осідань фундаменту на палях

ж	h	z, м	б	уzg0, кПа	0.2*уzg0 кПа	уzpi, кПа	уzpср, кПа	Е, кПа	S, м
0	0	0	1	237.6	47.52	832.28	-	-	-
0.4	0.6	0.6	0.972	243.6	48.72	808.9762	820.6281	30000	0.012944
0.8	0.6	1.2	0.848	249.6	49.92	705.7734	757.3748	30000	0.011292
1.2	0.6	1.8	0.682	255.6	51.12	567.615	636.6942	30000	0.009082
1.6	0.6	2.4	0.532	261.6	52.32	442.773	505.194	30000	0.007084
2	0.6	3	0.414	267.6	53.52	344.5639	393.6684	30000	0.005513
2.4	0.6	3.6	0.325	273.6	54.72	270.491	307.5275	30000	0.004328
2.8	0.6	4.2	0.26	279.6	55.92	216.3928	243.4419	30000	0.003462
3.2	0.6	4.8	0.21	285.6	57.12	174.7788	195.5858	30000	0.002796
3.6	0.6	5.4	0.173	291.6	58.32	143.9844	159.3816	30000	0.002304
4	0.6	6	0.145	297.6	59.52	120.6806	132.3325	30000	0.001931
4.4	0.6	6.6	0.123	303.6	60.72	102.3704	111.5255	30000	0.001638
4.8	0.6	7.2	0.105	309.6	61.92	87.3894	94.87992	30000	0.001398
5.2	0.6	7.8	0.091	315.6	63.12	75.73748	81.56344	30000	0.001212
5.6	0.6	8.4	0.079	321.6	64.32	65.75012	70.7438	30000	0.001052
6	0.6	9	0.07	327.6	65.52	58.2596	62.00486	30000	0.000932
								Sобщ=	0.066969

Зведена таблиця техніко-економічних показників

	Фундамент на природній основі	Фундамент на штучній основі	Фундамент на палях
Об'єм земляних робіт, м 3	26412,7	34638,6	8884,5
Об'єм бетону, м 3	603,2	294,4	420,48
Об'єм зворотної засипки, м 3	25809,5	34345,4	8463,8
Кількість арматури, кг	264,1	163,32	254,66
Додаткові роботи	влаштування гідроізоляції та дренажу	ущільнення грунтової подушки	доставка і забивка паль
Осадка, см	6,48	6,6	6,6

Найбільш раціональним видом фундаменту є фундамент на палях, оскільки об'єм земляних робіт є найменшим ніж в інших варіантах.

Размещено на Allbest.ru

...