Проектирование фундаментов под типовую колонну промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Исходя из того, что наиболее распространенными являются фундаменты неглубокого заложения (столбчатые под колонны и ленточные под стены) и свайные из забивных свай, применяющиеся практически в любых грунтовых условиях для любых типов зданий, в своем курсовом проекте нам необходимо разработать (рассчитать и сконструировать) фундамент под железобетонную колонну наружного ряда одноэтажного промышленного здания - фундамент неглубокого заложения и свайный. И исходя из сравнения технико-экономических показателей двух вариантов, необходимо сделать выбор в пользу наиболее рационального.

1. Задание на проектирование

Задание на разработку курсового проекта включает:

- место строительства;

- данные о здании (размеры сечения колонны, нагрузки на фундамент);

- инженерно-геологические условия;

- абсолютную отметку дневной поверхности грунта.

Нагрузки на фундамент от колонны приводятся в двух комбинациях - с максимальной вертикальной нагрузкой и соответствующими моментами (I комбинация) и с максимальным моментом и соответствующими вертикальными и горизонтальной нагрузками (II комбинация). Нагрузки даны для расчета по I предельному состоянию.

Все вышеназванные параметры указаны в бланке задания.

2. Проектирование столбчатого фундамента

свайный столбчатый фундамент подошва

2.1 Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

Таблица 1 - Физико-механические свойства грунта

Недостающие физические характеристики грунтов определяются по формулам:

?=10?,

где

Для насыпных крупнообломочных грунтов и илов дополнительно определяется только удельный вес.

Если уровень подземных вод делит слой песка на две части, то для песков ниже этого уровня принимается Sr=1,0; ?d, ?s,е-такие же как и для песка выше уровня подземных вод , характеристика W и ? определяются по формуле:



Для глинистых грунтов дополнительно определяем показатель текучести:

Удельный вес песчаных грунтов, находящихся ниже уровня подземных вод, определяется с учетом взвешивающего действия воды:

Классификация грунтов:

Песок средней крупности: Sr=0,176-песок маловлажный; е=0,64-песок средней крупности и средней плотности;

Песок средней крупности ниже уровня подземных вод: Sr=1,0-водонасыщенный; е=0,64-песок средней крупности и средней плотности;

Суглинок: Sr=0,733- влажный; Il=0,2-суглинок полутвердый;



Рис.1. Инженерно-геологическая колонка

2.2 Определение глубины заложения фундамента

Колонна серии 1.424-5

Исходя из конструктивных требований, отметка подошвы фундамента должна быть не выше:

-(1,0+0,15+0,2)=-1,35 м, то есть глубина заложения ниже отметки планировки не менее 1,2 м.

Исходя из расчетной глубины промерзания

Следовательно, глубина заложения фундаментов должна быть не менее 1,82 м.

С поверхности до глубины 1,7 м залегает насыпной грунт (песок пылеватый), который не может служить основанием. Необходима прорезка его и заглубление фундамента в песок средней крупности не менее, чем на 0,3 м. Следовательно, глубина заложения фундамента должна быть не менее 2,0 м.

Глубина заложения фундамента составит d = 2,1 м, так как она должна быть не менее 2,0 м и кратна 0,3.

Принимаем отметку подошвы фундамента - 2,25 м, учитывая, что верхний обрез фундамента находится на отметке - 0,150 м.

Рис.2. Определение конструктивной высоты столбчатого фундамента

2.3 Определение предварительных размеров фундаментной подошвы и расчетного сопротивления грунта.

Предварительно площадь подошвы столбчатого фундамента определяем по формуле

где -усредненный удельный вес фундамента и грунта на его обрезах, =20 кН/м3; -сумма вертикальных нагрузок на обрезе фундамента в комбинации с Nmax; значение R=R0 первом приближении, так как для того, чтобы его определить необходимо знать значение ширины фундамента b.

Из условия:

h=l/b=1,3 и b=(округляем до величины кратной 0,3м).Следовательно, b=1,8м.

Следовательно l=b*h=1,8*1,3=2,34(округляем да величины кратной 0,3м), l=2,4м

В первом приближении размеры подошвы принимаем: b = 1,8 м, l = 2,4 м, l/b = 1,3<1,33, А = 4,32 м2 .

Тогда расчетное сопротивление грунтов основания

,

где -коэффициенты условий работы, принимаем по табл. 3(для одноэтажным промышленных зданий , имеющих гибкую конструктивную схему, принимается=1,0); к-коэффициент, учитывающий надежность определения характеристик с и ?, принимается равным 1,1; ,, - коэффициенты, зависящие от ?(так как ?,град=35, то значение принимаем =1,68,=7,71, =9,58 ), кz-коэффициент, принимаемый равным 1,0 при ширине фундамента b меньше 10м; /-удельный вес грунта ниже подошвы фундамента, при слоистом напластовании принимается средневзвешенное значение для слоя толщиной равной b , при наличие подземных вод учитывается взвешивающее действие воды, кН/м3; /- то же, выше подошвы фундамента; сII-расчетное значение удельного сцепления грунта под подошвой фундамента, кПа. При определении значений с и ? по таблицам СНиП эти величины можно принимать расчетными.

где ;

Х=32%

Так как расчетное сопротивление 528,8 кПа существенно превышает R0= 400 кПа, определяем площадь подошвы во втором приближении:

.

Из условия:

h=l/b=1,3 и b=(округляем до величины кратной 0,3м).Следовательно b=1,5м.

Получаем l=b*h=1,5*1,3=1,95(округляем да величины кратной 0,3м), l=2,1м

Уточним:

При этом значении R площадь подошвы требуется:

.

Принимаем b = 1,5 м, l = 2,1 м, А = 3,15 м2 .

2.4 Приведение нагрузок к подошве фундамента

а) для первой комбинации

где

б) для второй комбинации

где

Рис.3. Схема нагрузок на фундамент (1 и 2 комбинации соответственно)

2.5 Проверка условий по давлениям под подошвой фундамента

b = 1,5 м, l = 2,1 м, А = 3,15 м2, W = 1,1 м3

а) для первой комбинации

б) для второй комбинации

Рис.4. Эпюра давлений под подошвой фундамента (1 и 2 комбинации соответственно)

2.6 Определение средней осадки методом послойного суммирования

Таблица 2 - Расчет осадок фундамента

2.6.1 Проверка слабого подстилающего слоя

Производим проверку слабого подстилающего слоя (ила) в основании столбчатого фундамента

Где -вертикальное напряжение на кровле слабого слоя ила, кПа;

Rz-расчетное сопротивление слабого слоя, определяется по формуле:

=123,54+94,81=218,35кПа

,

где глубина заложения условного фундамента принимается равной dz=4,9м;удельный вес выжележащего грунда определяется как средневзвешанный и равен ?zg/ ? hi=123,54/4,9=25,2кН/м3

Проверка слабого подстилающего слоя удовлетворяется: 218,35<332,6 кПа

2.7 Конструирование столбчатого фундамента

Параметры фундамента были определены ранее: d=2,4 м, b=1,5м, l = 2,1 м; колонна одноветвевая сечением 400х600 мм с отметкой нижнего торца - 1,00 м.

Принимаем сечение подколонника

Глубину стакана, учитывая отметку верха фундамента - 0,150 м, принимаем 1,0+0,05-0,15=0,90 м. Размеры стакана по низу принимаем по верху соответственно 550 и 750 мм.

Высота фундамента:

Назначаем количество и размеры ступеней. В направлении стороны l суммарный вылет ступеней будет составлять: Принимая высоту ступеней 300 мм и учитывая, что отношение вылета ступени к ее высоте рекомендуется от 1 до 2, принимаем одну ступень с вылетом 450 мм и высотой ступени 300 мм. В направлении стороны b суммарный вылет ступеней составит Принимаем одну ступень высотой 300 мм и вылетом 300 мм из конструктивных соображений. Тогда вернемся к назначению параметров фундамента, которые будут иметь следующий вид: d=2,1 м, b=1,8м, l = 2,1 м.

Рис.5. Схема с обозначением размеров фундамента (в направлении стороны b и l соответственно)

2.7.1 Проверка на продавливание подколонником

Рис.6. Опалубочный чертеж и армирование фундамента

Проверка на продавливание подколонником осуществляется как для высокого фундамента, поскольку

.

Следовательно, необходимо, чтобы выполнялось условие

.

Сила продавливания

где

Класс бетона по прочности назначаем В12,5 (Rbt=660кПа).

Так как , то

.

Тогда - условие выполняется.

2.7.2 Расчет арматуры плитной части фундамента

Рис.6. Схема для расчета арматуры плитной части фундамента

Таблица 3 - Расчет арматуры плитной части фундамента

Сечение	Вылет ci, м			М, кНм	?m	?	h0i	As, см2
1-1 2-2	0,45 0,75	60,75 168,75	1,27 1,24	77,15 209,25	0,091 0,007	0,952 0,996	0,25 2,05	8,88 2,89
1'-1' 2'-2'	0,3 0,7	35,00 190,56	1 1	35,00 190,56	0,25 0,004	0,850 0,999	0,25 2,05	3,51 2,55

В таблице 3 вертикальная нагрузка принята без учета веса фундамента N=1130+130=1260 кН, момент приведен к подошве М=95+50*2,1-130*0,45=141,5 кНм, е=141,5/1260=0,112 м.

Армируется подошва фундамента одной сеткой по ГОСТ 23279-85 с рабочей арматурой класса А-III в двух направлениях. Конструируем сетку С-1 следующим образом. Шаг рабочей арматуры принимаем 200 мм, то есть сетка С-1 имеет в направлении l-9 стержней, в направлении b - 11 стержней. Диаметр арматуры в направлении l принимаем по сортаменту 12мм (для 9 o12 А-III - AS=10,18 см2, что больше 8,88 см2), в направлении b - 8мм (для 11 o8 А-III - AS=5,03 см2, что больше 3,51 см2). Длины стержней принимаем соответственно 2050 мм и 1150 мм.

Подколонник армируем двумя сетками С-2, принимая рабочую (продольную) арматуру конструктивно o12 А-III с шагом 200 мм, поперечную o6 А-I с шагом 600 мм, причем предусматриваем ее только на участке от дна стакана до подошвы. Длина рабочих стержней 2350 мм, количество в сетке - 6. Длина поперечной арматуры - 1150 мм, количество стержней в сетке - 3.

Стенки стакана армируем сетками С-3, диаметр арматуры принимаем o8 А-I, длину всех стержней 1150 мм. Сетки С-3 устанавливают следующим образом: защитный слой у верхней сетки 50 мм, расстояние между верхней и второй сеткой 50 мм, расстояние между следующими сетками соответственно 100, 100, 200, 200 мм.



Рис.7. Чертежи арматурных сеток

Таблица 4 - Спецификация элементов

Таблица 5 - Ведомость расхода стали

2.8 Расчет стоимости и трудоемкости возведения столбчатого фундамента

Таблица 6 - Расчет стоимости и трудоемкости произведенных работ

Номер расценок	Наименование работ и затрат	Ед.изм.	Объем	Стоимость, руб.	Трудоемкость, чел-ч
				Ед.изм.	Всего	Ед.изм.	Всего
1-168	Разработка грунта экскаватором 1 гр	1000 м3	0,066	91,2	6,02	8,33	0,55
1-935	Ручная разработка грунта	м3	2,46	0,69	1,60	1,25	3,08
6-1	Устройство подготовки	То же	2,46	29,37	72,25	1,37	3,37
6-7	Устройство монолитного фундамента	То же	6,48	38,53	249,67	4,1	26,6
	Стоимость арматуры	т	0,062	240	14,88	-	-
1-255	Обратная засыпка бульдозером	1000 м3	0,010	14,9	0,15	-	-
Итого	344,57		33,6

3. Проектирование свайного фундамента

3.1 Выбор высоты ростверка и длины сваи

Проектирование кустового свайного фундамента начинается с выбора глубины заложения ростверка и длины свай. Для этого, прежде всего, выполняется инженерно-геологический разрез.

Рис.9. Инженерно-геологический разрез и отметки ростверка у свай

Глубину заложения ростверка dp выбираем минимальной из конструктивных требований: dp > 1,0+0,25+0,05=1,3м. Учитывая, что верх ростверка проектируется на отметке -0,150 м, а высота ростверка должна быть кратной 300 мм, принимаем высоту ростверка 1,5 м, а глубину заложения, соответственно, -1,65 м. Отметку головы сваи принимаем на 300 мм выше подошвы ростверка - 1,35 м. В качестве несущего слоя выбираем полутвердые суглинки, залегающие с отметки -6,250 м, так как свая должна прорезать слой слабого грунта - ила. Поскольку заглубление сваи в несущие грунты должно быть не менее 1 м, то принимаем сваю длиной 7 м (С70.30); отметка нижнего конца составит -7,350 м, а заглубление в суглинки - 1,80 м.

Таблица 7 - Данные для расчета несущей способности

3.2 Определение несущей способности свай

Несущая способность свай определяется по формуле:

Допускаемая нагрузка на сваю:

- это больше, чем принимают в практике проектирования и строительства, и поэтому ограничиваем значение допускаемой нагрузки на сваю, принимая ее 500 кН.

3.3 Определение числа свай в ростверке

Определим количество свай в ростверке:

Поскольку расчет ведется для фундаменту под колонну кранового промздания и эксцентриситет составляет 0,45, что больше 0,1, то принимаем 4 сваи. Сваи размещаем следующим образом:

Рис.10. Расстановка свай в кусте

3.4 Приведение нагрузок к подошве ростверка

Свайный куст рассчитывается от нагрузок, действующих по подошве ростверка. Поэтому все нагрузки приводятся к центру ростверка (продольной оси колонны) в уровне подошвы. Схема нагрузок на ростверк представлена на рис.11 (в скобках приведены нагрузки по второй комбинации)



Рис.11. Схема нагрузок на ростверк

Приведение нагрузок к подошве ростверка осуществляем по следующим формулам:

Нагрузка от ростверка составит

Для I комбинации:

Для II комбинации:

3.5 Определение нагрузок на каждую сваю

Нагрузка на сваю определяется по следующей формуле:

где у - расстояние от оси куста до оси каждой сваи, м.

Рис.12. Схема к определению нагрузок на сваю

Для I комбинации:

Для II комбинации:

Полученные значения сведем в таблицу.

Таблица 8 - Нагрузки на сваи

Комбинация	№ сваи	Нагрузки, кН
		NCB	QCB
I	1,2	262,07	12, 5
	3,4	416,93	12,5
II	1,2	228,39	-13,75
	3,4	400,61	-13,75

По графику определения коэффициента пропорциональности определим К = 15500 кН/м4 (для суглинка полутвердого с IL = 0,2). Далее по графику для определения горизонтальных перемещений сваи при свободном опирании ростверка для сваи длиной более 7 м при коэффициенте К = 15500 кН/м4 устанавливаем, что ?Н=0,28 мм. Общее горизонтальное перемещение Up=0,28·13,75=3,85 мм < 10 мм, поэтому можно принимать гибкое сопряжение свай с ростверком. Единичный момент в сопряжении при свободном опирании МН = 1,22 кНм, а общий МCB=1,22·12,5=15,25 кНм в первой комбинации и МCB=1,22·13,75=16,78 кНм во второй.

Для сваи длиной 7 м типовая продольная арматура 4o12АIII при классе бетона В20. При значениях NCB, указанных в табл.8, прочность такой сваи достаточна (точка пересечения координат NCB и МCB лежит ниже графика, соответствующего типовому армированию сваи)

3.6 Расчет на продавливание ростверка колонной

Рис.13. Схема работы ростверка на продавливание колонной

Проверка осуществляется по формуле

Для нахождения F рассчитаем усилия в сваях.

Для I комбинации:

Для II комбинации:

Полученные значения сведем в таблицу.

Таблица 9 - Усилия в сваях

№ сваи	Усилия в сваях, кН
	в I комбинации	во II комбинации
1,2	289,66	261,18
3,4	340,34	318,82

Принимаем для расчета продавливающую силу по I комбинации, как большую: .

Класс бетона ростверка принимаем В12,5 с Rbt=660 кПа, h0p=0,25м. Значение ? рассчитывается по формуле:

следовательно, принимаем ?=0,85. Значение с1=0,15м, с2=0,1м. Так как 0,4h0p=0,4·0,25=0,1<с1(с2)<h0p=0,25, то значения не изменяются.

Условие выполняется.

Поскольку угловые сваи заходят за обе грани подколонника более, чем на 50 мм, то проверку на продавливание ростверка угловой сваей не производится.

3.6.1 Конструирование ростверка

Производим расчет ростверка на изгиб.



Рис.14. Схема для расчета ростверка на изгиб

Моменты в сечениях ростверка определим по формулам:

,

Таблица 10 - Расчет сечения арматуры

Сечение	М, кНм	?m	?	h0i	As, см2
1-1	157,2	0,279	0,826	0,25	20,8
1'-1'	208,5	0,371	0,754	0,25	30,3

Принимаем арматуру нижней сетки С-1 в одном направлении 8o20 с Аs=25,14см2>20,8см2, в другом направлении 9o22 с Аs=34,21см2>30,3см2.



Рис.15. Чертежи арматурных сеток

Рис.16. Опалубочный и арматурный чертеж ростверка (разрез и план соответственно)

Таблица 11 - Спецификация арматуры

Таблица 12 - Ведомость расхода арматуры

3.7 Выбор сваебойного оборудования

Выбираем для забивки свай механический молот. Отношение массы ударной части молота m4 к массе сваи m2 должно быть не менее 1,5 (как для грунтов средней плотности). Так как m2=1,6т, принимаем молот с массой m4=2,5т. Отказ определяем по формуле

где Еd=10m4H, Н-высота подъема молота принимаем 1 м,- коэффициент принимаемый для железобетонных свай равен 1500 кН/м, А-площадь поперечного сечения сваи,м2, Fd- несущая способность сваи, кН, м1- полная масса молота, т, принимаем равной м4-для механических молотов, м2-масса сваи, т, м3- масса наголовника, принимаем 0,2т

Так как условие выполняется, значит молот выбран правильно.

3.8 Определение объемов и стоимости работ

Таблица 13 - Расчет стоимости и трудоемкости произведенных работ

Номер расце-нок	Наименование работ и затрат	Ед.изм.	Объем	Стоимость, руб.	Трудоемкость, чел-ч
				Ед.изм.	Всего	Ед.изм.	Всего
01-01-055-01	Разработка грунта бульдозером 1 гр	1000 м3	0,047	1409,3	66,23	-	-
05-01-002-06	Забивка свай в грунт 2 гр	м3	2,52	573,1	1444,2	4,0	10,1
05-01-006-01	Срубка голов свай	свая	4	115,5	462,0	1,4	5,6
СЦМ 441-300	Стоимость свай	м3	2,52	1803,2	4544,1	-	-
06-01-001-06	Устройство монолитного ростверка	100м3	0,008	15135,0	122,6	610,6	4,9
01-01-034-02	Обратная засыпка бульдозером	1000м3	0,031	976,9	30,3	-	-
01-02-005-01	Уплотнение грунта пневмотрам-бовками	100м3	0,31	501,4	155,4	12,5	3,9
СЦМ 204-0025	Стоимость арматуры класса А-III	т	0,089	8134,9	724	-	-
СЦМ 204-0003	Стоимость арматуры класса А-I	т	0,022	9372,4	206,2	-	-
СЦМ 204-0052	Надбавка за сборку сеток	т	0,144	1173,1	168,9	-	-
Итого	7923,9		24,5

4. Технико-экономическое сравнение вариантов

Анализ стоимости и трудоемкости работ для возведения столбчатого фундамента и свайного фундамента показывается, что наиболее экономичным будет применение столбчатого фундамента.

Так как основанием для столбчатого фундамента является песок средней крупности и средней плотности, его устройство допустимо.

Основываясь на вышесказанном, более рациональным будет остановиться на варианте столбчатого фундамента.

Заключение

Расчет и конструирование фундамента является обязательной и очень важной частью при проектировании здания в целом. От правильно сконструированного фундамента зависит долговечность и безопасность всего сооружения. При обеспечении надежности стоит не забывать и об экономичности. Сбалансированность этих факторов помогает достигнуть наилучшего результата при проектировании фундамента.

При выполнении курсового проекта были спроектированы два типа фундамента неглубокого заложения. А именно: столбчатый и свайный фундаменты. Анализ стоимости и трудоемкости работ при возведении этих фундаментов показал, что наиболее эффективным вариантом в данных природных условиях является столбчатый фундамент неглубокого заложения.

Список использованных источников

1. Проектирование фундаментов неглубокого заложения: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / Ю. Н.Козаков, Г.Ф. Шишканов.- Красноярск: СФУ 2008. - 62с.

2. Проектирование свайных фундаментов из забивных свай: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / Ю. Н.Козаков Красноярск: СФУ 2012. - 52с.

Размещено на Allbest.ur

...