Механика грунтов, основание и фундаменты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра инженерных конструкций

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

«Механика грунтов, основание и фундаменты»

Выполнил: студент гр. СГ-12 Теплоухов Д.Ю

Проверил: Платонова С.В

Новокузнецк, 2014



Содержание

1. Общая часть

1.1 Исходные данные

1.2 Определение физико-механических характеристик грунтов, заключение

1.3 Составление сочетаний нагрузок и выбор их для расчёта

2. Расчёт фундамента на естественном основании

2.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

2.2 Определение размеров подошвы фундамента

2.3 Вычисление осадки методом послойного элементарного суммирования, эквивалентного слоя

2.4 Конструирование фундамента

2.5 Расчёт фундамента по прочности

2.5.1 Расчёт фундамента на продавливание

2.5.2 Расчёт фундамента на изгиб

2.5.3 Армирование и расчёт подколонника и его стаканной

части

3. Расчёт свайного фундамента

Заключение

Список литературы



1. Общая часть

грунт нагрузка фундамент осадка

1.1 Исходные данные

Место строительства - Кемерово

Таблица 1 - Физико-механические свойства

№ грунта	Плотность, г/см3	Плотность частиц грунта, г/см3	Удельный вес, кН/м3	Удельный вес частиц, кН/м3	Влажность, %	Влажность на границе текучести, %	Влажность на границе раскатывания, %	Коэффициент фильтрации, см/сек	Коэффициент сжимаемости, см2/Н
1	1,8	2,66	18	26,5	12	0	0	4,8*10-3	0,012
2	2,2	2,8	22	28,,0	36	48	30	1,5*10-7	0,0005
3	2,08	2,67	20,8	26,7	14	21	15	1,7*10-5	0,0003
№ грунта	Гранулометрический состав
	>5	5,0-2,0	2,0-1,0	1,0-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	<0,001
1	0	1,2	5	12	0,2	45	15,3	2	0,9	0,6	0
2	0	0	4	10	0,2	30	8	7	14	5	20
3	0	0	0	6	6	18	35	25	4	3	3

Таблица 2 - Нормативные нагрузки на отметке -0,150м на крайнюю колонну

Постоянная	Кратковременные нагрузки	Пролёт, м
	Снеговая	От мост.крана	Ветровая	Температурная
N, кН	M, кН·м	Q, кН	N, кН	M, кН·м	Q, кН	N, кН	M, кН·м	Q, кН	+/-M	+/-Q	+/-M	+/-Q
1860	-171	-20	220	30	10	910	-54	-31	205	28	133	14	24

Количество пролётов = 1

Шаг колонн = 6

Сечение колонны

1.2 Определение физико-механических характеристик грунтов, заключение

Таблица 3 - Физико-механические характеристики грунтов

Характеристика грунтов	I	II	III
Число пластичности IP	0 песок среднейкрупности	18 глина	6 супесь
Показатель текучести IL	-	0,33 тугопластичные	-16 Супеси твердые
Коэффициент пористости е	0,94 Рыхлый плотности	073	0,46
Степень влажности Sr	0,33 влажный	5	0,64
Коэффициент сцепления с	2	50	17,0
Угол внутреннего трения ц	28	17	29,0
Модуль деформации Е	18,0	18,0	28,0
Расчётное сопротивление R0	300

1.3 Составление сочетаний нагрузок и выбор их для расчёта

Таблица 4 - Нормативные усилия

Усилия	Постоянная нагрузка	Кратковременные и длительные нагрузки
		Снеговая	Крановая	Ветровая	Температурные воздействия
N	1860	200	-90	-	-
M	-171	30	-54	+-205	+-133
Q	-20	15	31	+-28	+-14



Таблица 5 - Основные сочетания для расчёта основания фундаментов по деформациям

Усилия	Сочетание нагрузок
	пост + снег	пост + снег + кран	пост + снег +/- ветер	пост + снег + 0,9 · (кран +/- ветер)
N	1957	2821,5	1957	2545
M	-133,95	-185,25	60,8/-328,7	-4,8/-355,4
Q	-4,75	34,2	21,85/-31,35	- -7,3/-55,19
гn	0,95	0,95	0,95	0,95

Таблица 6 - Расчётные усилия для расчёта конструкций фундамента по первой группе предельных состояний

Усилия	Постоянная нагрузка	Кратковременные нагрузки
		снеговая	крановая	ветровая	температурные воздействия
N	2046	280	-99	-	-
M	-188,1	42	-59,4	+-225,5	+-146,3
Q	-22	21	-34,1	+-39,2	+-15,4
Коэффициент надёжности по нагрузке	1,1	1,4	1,1	1,4	1,1

Таблица 7 - Основные сочетания для расчёта фундаментов по первой группе предельных состояний

Усилия	Сочетания нагрузок
	пост + снег	пост + кран	пост +/- ветер	пост +/- температурные воздействия	пост + 0,9 · (снег + кран +/- ветер +/- температурные воздействия)
N	1957	2631,5	1767	1767	2716,05
M	-133,95	-213,75	32,3/-357,2	-36/-288,8	106,02/-328,51
Q	-4,75	-48,45	7,6/-45,6	-5,7/-32,3	3,23/-68,59
гn	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95

Для расчёта по второй группе предельных состояний выбраны следующий нагрузки:

N = 2821,5 кН;

M = 185,3кН·м;

Q = 34,2кН.

Для расчёта по первой группе предельных состояний выбраны следующий нагрузки:

N = 2716,05 кН;

M = -328,51кН·м;

Q = -68,59кН.



2. Расчёт фундамента на естественном основании

2.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

Нормативная глубина сезонного промерзания определяется по формуле:

d_fn = d₀ · | vМ_t |,

где d₀ - безразмерный коэффициент, зависящий от грунта и заложения под фундаментом;

d₀ = 0,3 - песок средней крупности;

- сумма среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе (г. Новокузнецк); согласно [2.01.01-82 Строительная Климатология и геофизика] | vМ_t | = -52,9°С.

d_fn = 0,3• = 2,1

Расчётную глубину промерзания определяем по формуле, м:

d_f = k_n · d_fn,

где k_n - коэффициент теплового режима здания; согласно [1. табл.1] k_n = 0,6.

d_f = 0,6 · 2,1 = 1,3 м.

Определим конструктивную высоту фундамента, м:

h_ш = h_з + 0,05 + 0,2,

где h_з = h_к - глубина заделки колонны в фундамент, м; по заданию h_к = h_з = 0,8 м;

0,05 - толщина заливки бетона в фундамент, м;

0,2 - минимальная толщина дна стакана, м;

h_ш = 0,9 + 0,05 + 0,2 = 1,15 м;

Конструктивная высота фундамента должна быть округлена в большую сторону и быть кратной 300 мм. Следовательно, h_ш = 1,2 м.

Глубина заложения подошвы с учетом конструктивных требований определяется по формуле, м:

d = h_ш + 0,15,

где 0,15 - расстояние от отметки верха фундамента до отметки чистого пола (0.000 м), м.

d = 1,2 + 0,15 = 1,35 м.

Вывод: принимаем наибольшую глубину заложения фундамента, d_f = 1,44 м.

Выполняем проверку по глубине фундамента, при d_f = 1,44 м.

h_ш = 1,44 - 0,15 = 1,29 м,

Конструктивная высота фундамента должна быть округлена и быть кратной 300 мм. Следовательно, h_ш = 1,2 м.

Следовательно, глубина заложения подошвы с учетом конструктивных требований определяется по формуле, м:

d = 1,2 + 0,15 + 0,1 = 1,45 м.

2.2 Определение размеров подошвы фундамента

Расчёт размеров подошвы фундаментов производим по II группе предельных состояний.

N = 2821 кН;

M = -185,3 кН·м;

Q = -34,2 кН.

Определяем приблизительную площадь подошвы фундамента, м²:

А₀ = в · N^II_max /(R_0I - г_cp · d),

где в - безразмерный коэффициент; принимается как в = 1,2 ч 1,4;

N^II_max - максимальная нормальная сила по II гпс, кН; по [табл.5] N^II_max = 2795 кН;

R_0I - Расчётное сопротивление для первого слоя грунта, кПа; согласно [табл.3] R_0I = 400 кПа;

г_cp - среднее значение фундамента и грунта на его уступах, кН/м³; принимаем г_cp = 20 кН/м³;

d - глубина заложения подошвы фундамента, м; d = 1,45 м.

Находим ширину подошвы фундамента, м:

где з - безразмерный коэффициент; принимается как з = 1,2 ч 1,4;

Ширина подошвы фундамента, принимается кратной 300 мм.

Определяем длину подошвы фундамента, м:

l = b · з.

Расчёт подошвы фундамента должен проходить следующие условия:

1. P < R;

2. P_max < 1,2 · R;

3. P_min > 0;

4. -10% < [(P - R)/R] · 100% < 0%,

P - среднее давление, кПа;

R - расчётное сопротивление грунта, кПа.

Определяем среднее давление подошвы фундамента, кПа:

P = N^II_max /(l · b) + г_cp · d + g,

где g - сплошная равномерно распределенная вертикальная пригрузка на пол, кН/м²; принимаем g = 20 кН/м².

Максимальное и минимальное давление находим по формуле, кПа:

P_max/min = P + (M^II_{соотв max} + Q^II_соотв · h_ш)/W_y;

Определяем расчётное сопротивление грунта основания, кПа:

R = г_c1 · г_c2/k ·[M_г · k_z · b · г_II + M_g · d · г'_II + (M_g - 1) · d_b · г'_II + M_c · c],

где г_c1, г_c2 - коэффициенты условия работы; г_c1 = 1,3; г_c2 = 1,1;

k = 1,1;

k_z = 1;

M_г = 2,11; M_g = 9,44; M_c = 10,8 - при ц = 38° [табл.3];

b - ширина подошвы фундамента, м;

d - глубина заложения подошвы фундамента, м; d = 1,45 м;

d_b = 0;

г_II = г'_II = 19;

с - коэффициент сцепления, кПа; по [табл.3] с = 4 кПа.

Таблица 8 - подбор размеров подошвы фундамента

l · b	P	Pmax	Pmin	R	%
3.3 Ч 2.7	362	43.6	221.6	594.7	65
3.6Ч2.4	312	443	203.6	574	45
3.6 Ч 2.4	493	609	314	556	11
2.7Ч2.1	542	686	321	579,67	-6,5



А₀ = 1,2 Ч 2795,85/(400 - 20 Ч 1,45) = 9,04 м²;

b = v9,04/1,4 = 2,14 м - принимаем 2,1 м;

l = 2,1 Ч 1,3 = 2,73м - принимаем 2,7 м;

P = 2795,85/5,67 + 20 Ч 1,45 + 20 = 542 кПа;

P_max = 542 + (325,5 +35 Ч 1,2)/2,55 = 686,1 кПа;

P_min = 527,8 - (-531,3 - 25 Ч 1,2)/2,55 = 321 кПа;

R = (1,4 Ч 1,2)/1,1 Ч [2,11 Ч 1 Ч 2,1 Ч 19 + 9,44 Ч1,45 Ч20 + 0 +10,8 Ч 2] =

= 556,47кПа;

Проверка условий:

1. 542 кПа < 579,67 кПа;

2. 686,1 кПа < 695,6 кПа;

3. 321 кПа > 0 кПа;

4. -10% < -6,5 < 0%.

2.3 Вычисление осадки методом послойного элементарного суммирования, эквивалентного слоя

Данные для расчёта:

d - глубина заложения подошвы фундамента, м; d = 1,45 м;

l - длина подошвы фундамента, м; l = 2,7 м [табл.8];

b - ширина подошвы фундамента, м; b = 2,1 м [табл.8];

h_ш - высота фундамента, м; h_ш = 1,2 м;

d_n - глубина заложения подошвы фундамента на отметке -0,150 м, м:

d_n = 0,150 + 1,2 = 1,35 м.

h_эi - , м; принимается h_эi < 0,4 · b;

h_эi < 0,4 · 2,1 = 0,85 м - принимаю h_эi = 0,9 м.

у_zg,0 - , кПа:

у_zg,0 = г_I · d_n = 19 Ч 1,35 = 25,65 кПа;

P₀ = у_zp,0 - , кПа:

P₀ = у_zp,0 = P - у_zg,0 = 542 - 25,65 = 516,35 кПа;

Все данные расчётов сведены в таблицу 9.

Таблица 9 - Вычисление осадки методом послойного элементарного суммирования, эквивалентного слоя

№ грунта	hэi, м	гi, кН/м3	уzg,i, кПа	б	уzp,i, кПа	уzp,i cp, кПа	0,2 ·уzg,i
I	0,85	19	25	1	516	458 315 176 98,5 62,5 42,5 30,9 23,7 18,32	5
	0,85	19	41,8	0,77	400		8,36
	0,85	19	57,95	0,44	230		11,59
	0,85	9	65,6	0,236	122		13,12
	0,85	9	73,25	0,14	75		14,56
II	0,85	10	81,75	0,097	50		16,35
	0,85	10	90,25	0,069	35		18,05
	0,85	10	98,75	0,052	26,83		19,75
	0,85	10	107,25	0,04	20,64		21,45
	0,85	10	115,75	0,031	16

Рассчитываем осадку фундамента по формуле, см:

S = в · (? h_эi · у_zp,i ^cp)/E_i;

где E_i - модуль деформации, кПа;

S = 3 см < [S_u] = 8 см;

2.4 Конструирование фундамента

Данные для расчёта:

l - длина подошвы фундамента, м; l = 2,7 м [табл.8];

b - ширина подошвы фундамента, м; b = 2,1 м [табл.8];

l_к - наибольший размер сечения колонны, м; согласно заданию

l_к = 0,6 м;

b_к - наименьший размер сечения колонны, м; согласно заданию

b_к = 0,45 м;

h_ш - высота фундамента, м; h_ш = 1,2 м.

Определяем размеры подколонника в плоскости действия изгибающего момента и из плоскости изгибающего момента, м:

l_n = l_к + 2 · 0,075 + 2 · 0,15;

b_n = b_к + 2 · 0,075 + 2 · 0,15,

где 0,075 - минимальный зазор между стенкой стакана и колонной, м;

0,15 - минимальная толщина стенки стакана, м;

l_n = 0,8 + 2 Ч 0,075 + 2 Ч 0,15 = 1,25 м;

b_n = 0,5 + 2 Ч 0,075 + 2 Ч 0,15 = 0,95 м,

Размеры подколонника должны быть кратны 300 мм, следовательно:

l_n = 1,5 м;b_n = 1,2 м

Вынос плитной части фундамента относительно граней подколонника:

1) в плоскости изгибающего момента:

а = (l - l_n)/2 = (2,7 - 1,5)/2 = 0,6 м;

2) из плоскости изгибающего момента:

а = (b - b_n)/2 = (2,1 - 1,2)/2 = 0,45 м;



2.5 Расчёт фундамента по прочности

2.5.1 Расчёт фундамента на продавливание

Расчётные усилия по I гпс:

N_{I max} = 2718,9 кН;

M_{I соотв} = -62 кН·м;

Q_{I соотв} = -9,5 кН.

Установка схемы образования пирамиды продавливания по условию:

h_g < h + (l_n - l_к)/2,

h_g < h + (b_n - b_к)/2,

где h - высота плиты, м;

h_g - расстояние от дна стакана до подошвы фундамента, м:

h_g = h_ш - h_з - 0,05,

где h_ш - высота фундамента, м; h_ш = 1,2 м;

h_з - глубина заделки колонны в фундамент, м; по зад. h_з = 0,8 м;

0,05 - расстояние от дна стакана до дна колонны, м;

h_g = 1,2 - (0,8 + 0,05) = 0,35 м.

Следовательно:

0,35 м < 0,6 + (1,5 - 0,8)/2 = 0,95 м;

0,35 м < 0,45 + (1,2 - 0,5)/2 = 0,8 м.

Так как условие установки схемы образования пирамиды продавливания выполняется, то пирамиды продавливания образуется от дна стакана:

P = N_{I max} /(l · b) + г_ср · d + g,



где N_{I max} - расчётное усилие по I гпс, кН; N_{I max} = 2718,9 кН;

l - длина подошвы фундамента, м; l = 2,7 м [табл.8];

b - ширина подошвы фундамента, м; b = 2,1 м [табл.8];

г_ср - среднее значение фундамента и грунта на его уступах, кН/м³; принимаем г_cp = 20 кН/м³;

d - глубина заложения подошвы фундамента, м; d = 1,45 м.

g - сплошная равномерно распределенная вертикальная нагрузка на пол, кН/м²; принимаем g = 20 кН/м².

P = 2718,9 /(2,7 Ч 2,1) + 20 Ч 1,45 + 20 = 528,5 кН.

Определяем максимально и минимальное давление под подошвой фундамента:

P_max = P + (M_{I соотв} + Q_{I соотв} · h_ш)/W_y,

P_min = P - (M_{I соотв} + Q_{I соотв} · h_ш)/W_y,

где M_{I соотв} - расчётное усилие по I гпс, кН; M_{I соотв} = -62,7 кН·м;

Q_{I соотв} - расчётное усилие по I гпс, кН; Q_{I соотв} = -9,5 кН;

W_y - момент сопротивления, м³;

W_y = (b · l²)/6 = 2,55м³,

P_max = 528,5 + ((-62,7-9,5) Ч 1,2)/2,55 = 494,5 кН,

P_min = -528,5 - ((-62,7-9,5) Ч 1,2)/2,55= 562,5 кН;

Расчёт на продавливание при образовании пирамиды от дна стакана производим:

1) в плоскости действия изгибающего момента из условия:

N = P_max · A₀ < б · R_bt · b_cp · h_0g,

где N - расчетная продавливающая сила;

P_max - максимальное давление под подошвой фундамента, кПа;

А₀ - площадь прямоугольника ABCDEG, м²; А₀ = 1,58 м²;

б - коэффициент, принимаемый для тяжелых и ячеистых бетонов;

б = 1,

b_ср - размер средней стороны дна стакана, м; b_ср = 1,76

R_bt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению при г_b = 1, R_bt = 0,75 МПа;

h_0g - рабочая высота дна стакана, принимаемая от дна стакана до плоскости расположения растянутой арматуры, м; h_0g = 0,31 м.

N = 562,5 Ч 1,58 < 1 Ч 750 Ч 1,76 · 0,31;

1068,7<409,2

Условие не выполняется, соответственно нужно увеличить высоту фундамента h_ш = 1,8 м

Так как h_ш = 1,8 м, то А₀=0. Условие выполняется

2.5.2 Расчёт фундамента на изгиб

Данные для расчёта [табл.8]:

P = 542 кН;

P_max = 686,1 кН;

P_min = 321 кН;

l = 2,7 м;

b = 2,1 м.

Выбираем расчетные сечения и определяем, рассматривая подобие треугольников, величины давлений грунта в этих сечениях:

P_{i - i} = P_min + (P_max - P_min)/l · (l - l_i);

P_{I - I} = 321 + (686,1 - 321)/2,7 Ч (2,7- 0,3) = 645,5 кН;

P_{II - II} = 321+ (686,1 - 321)/2,7 Ч (2,7 - 0,6) = 605 кН;

P_{III - III} = 321 + (686,1 - 321)/2,7 Ч (2,7 - 0,9) = 557,6 кН;

Определим значения изгибающих моментов и площади сечения арматуры в расчетных сечениях:

1) в плоскости действия изгибающего момента:

М_i = 0,5 · (P_max + P_{i - i}) · (l - l_i)/2 · (l - l_i)/4;

М_I = 0,5 Ч (686,1 + 645,5) Ч (2,7 - 2,1)/2 Ч (2,7 - 2,1)/4 = 29,9 кНм;

М_II = 0,5 Ч (686,1 + 605) Ч (2,7 - 2,1)/2 Ч (2,7 - 2,1)/4 = 116,2 кНм;

М_III = 0,5 Ч (686,1+ 557,6) Ч (2,7 - 2,1)/2 Ч (2,7 - 2,1)/4 = 280,5 кНм;

Определим площадь арматуры:

А_{s i} = М_{i - i} /(0,9 · h_0i · R_s);

А_{s I} = 29,9/(0,9 Ч 0,26 Ч 365) = 0,35 см²;

А_{s II} = 116,2/(0,9 Ч 0,56 Ч 365) = 0,63 см²;

А_{s III} = 280,5/(0,9 Ч 1,16 Ч 365) = 0,75 см²;

Принимаем 5ш 16 А-III, А_s = 2,01 см²; (А_s на 1пог.м². = 2,01 см²)

2.5.3 Армирование и расчёт подколонника и его стаканной части

Армирование подколонника принимаем укрупнённо по формуле:

А_s = A_s' = 0,0005 · l_n · b_n;

А_s = A_s' = 0,0005 · 150 · 120 = 9 см².

Принимаем ш12 А-III, А_s = A_s' = 1,131 см².



3. Проектирование свайного фундамента

По проекту принимаем свайный фундамент укрупнённо. Выбираем сваи - висячие марки С9-30 [2/02/03 - 85]. Устанавливаем что фундамент на естественном основании мелкого заложения.



Заключение

В курсовом проекте, я спроектировал фундамент на естественном основании, определил глубину заложения подошвы фундамента d=1.35м. Определил размеры фундамента. Мною были выполнены 2 чертежа в формате А3.



Список использованной литературы

1. ГОСТ 25100-94. Грунты. Классификация. - М.: Изд-во стандартов, 1982.

2. СНиП 2.02.01-83* «Основание зданий и сооружений», М.1985г.

3. Механика грунтов, основания и фундаменты (методические указания к курсовому проекту)

Размещено на Allbest.ru

...