Проектирование фундаментов под 11-этажное здание

Размещено на http://www.allbest.ru/

9

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Механики грунтов, оснований и фундаментов

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему «Проектирование фундаментов под 11-этажное здание»

Геология: 9

Конструкция: 6

Этажность: 11

Город: Таганрог

МОСКВА 2010 г.

Введение

Задачи проекта:

В курсовом проекте по дисциплине «Основания и фундаменты» проектируется фундамент под жилое здание, используя методы расчёта применительно к конкретным геологическим условиям строительной площадки.

Решение инженерных вопросов проектирования фундаментов гражданского здания в открытых котлованах и глубокого заложения, технико-экономического сравнения различных вариантов и, наконец, детального проектирования, вплоть до рабочих чертежей фундаментов выбранного варианта с расчётом величин осадок их оснований.

Основные принципы проектирования оснований и фундаментов здания.

а) Определить физико-механические свойства грунтов строительной площадки.

б) Установить нагрузки для расчёта оснований и фундаментов по первому и второму предельным состояниям.

в) Выполнить инженерно-геологический разрез по исходным данным.

г) Дать анализ о конструктивном решении и эксплуатации, особенностях проектируемого сооружения, месте строительства, определить глубину заложения и провести окончательную горизонтальную и вертикальную привязку сооружения на строительной площадке.

д) Разработать конструктивную схему фундамента мелкого заложения, уточнить величину расчётного сопротивления основания по принятым размерам фундамента в плане.

е) При сложных инженерно-геологических условиях, в случае необходимости, провести проверку прочности слабого подстилающего слоя в пределах сжимаемой толщи грунтов и заменить слабый слой, т.е. запроектировать песчаную подушку.

ж) Рассчитать осадку фундамента методом послойного суммирования .

Характеристика здания, анализ и характеры передачи нагрузок, определяющих расчет усилий на фундаменты

Стены наружные - сборные ж/б панели толщиной 34 см.

Стены внутренние (перегородки) - сборные ж/б панели толщиной 12 см.

Перекрытия - сборные многопустотные ж/б плиты толщиной 22 см;

Покрытия - сборные ж/б плиты;

Колонны - ж/б, 40Ч40 см.

Подвал расположен под всем зданием;

Отметка подвала:- 3,10.

Отметка пола первого этажа: ±0,00 на 1,05м

Количество этажей: 11;

Высота этажа 3,6 м.

Величины постоянных и временных нагрузок на фундаменты даны с учетом нагрузок от перекрытия над подвалом.

Нагрузки на колонны даны в кН.

Колонны 1,2,8,9 кН	Пост.	1105
	Врем.	82
Колонны 3,4,5,6,7 кН	Пост.	1235
	Врем.	164

Оценка инженерно-геологических условий площадки

Определение наименования грунтов и расчётного сопротивления

Слой № 1: Растительный слой, R0 не нормируется;

Слой № 2: Данный слой представлен глинистым грунтом;

;,

т.к. число текучести 0,07 < I p ? 0,17, грунт является суглинком.

Консистенцию грунта определяем по индексу текучести:

; ,

Вывод: суглинок твердый.

Чтобы определить расчётное сопротивление R0, найдём значение коэффициента пористости е:

;

e / L	L = 0	L = 1
e1 = 0,5	R0(1,0) 300	R0(1,1) 250
e2 = 0,7	R0(2,0) 250	R0(2,1) 180

Слой № 3:

Вид - песчаный грунт, не пластичный, так как отсутствуют параметры W_L и W_p.

Тип песчаного грунта зависит от гранулометрического состава > 0,5: 22,1+ 41,82= 63,92 %

Следовательно, песок средней крупности

Разновидность песчаного грунта по плотности сложения:

( 1 + W ) - 1 = ( 1 + 0,283 ) - 1 = 0,745

Следовательно, песок рыхлый.

Разновидность песчаного грунта по степени влажности:

, независимо от водонасыщения.

ВЫВОД: песок рыхлый средней крупности, насыщенный водой.

Слой № 4: Данный слой представлен глинистым грунтом;

,

т.к. число пластичности Ip<0,17, грунт является суглинком.

Консистенцию грунта определяем по индексу текучести:

,

Вывод: суглинок твердый.

Чтобы определить расчётное сопротивление R0, найдём значение коэффициента пористости е:

e / L	L = 0	L = 1
e1 = 0,5	R0(1,0) 300	R0(1,1) 250
e2 = 0,7	R0(2,0) 250	R0(2,1) 180

Слой № 5:

Данный слой представлен глинистым грунтом;

,

т.к. число пластичности Ip<0,17, грунт является суглинком.

Консистенцию грунта определяем по индексу текучести:

,

Вывод: суглинок полутвердый.

Чтобы определить расчётное сопротивление R0, найдём значение коэффициента пористости е:

e / L	L = 0	L = 1
e1 = 0,5	R0(1,0) 300	R0(1,1) 250
e2 = 0,7	R0(2,0) 250	R0(2,1) 180

Определение расчётной нагрузки при проектировании отдельно стоящего фундамента 11-этажного здания

Постоянная нагрузка от веса сооружения для отдельно стоящего фундамента 1 типа: 1105 кН/м; временная - 82 кН/м.

Постоянная нагрузка от веса сооружения для отдельно стоящего фундамента 2 типа: 1235 кН/м; временная - 164 кН/м.

При наличии подвала постоянные, временные нагрузки увеличиваются:

На колонну 1 типа - пост. на 80 кН/м, врем. на 7 кН/м.

На колонну 2 типа - пост. на 80 кН/м, врем. на 14 кН/м.

Расчётная нагрузка, действующая по обрезу фундамента, определяется по формуле:

Расчет по первой группе предельных состояний:

,

Расчет по второй группе предельных состояний:

Для колонн 1 типа: N_I = 1,2*((1185+65)+(89+3)) = 1634,4 кН/пог.м.

N_II= 1,0*((1185+65)+(89+3)) = 1362 кН/пог.м.

Для колонн 2 типа: N_I = 1,2*((1315+65)+(178+3)) = 1873,2 кН/пог.м.

N_II= 1,0*((1315+65)+(178+3)) = 1561 кН/пог.м.

Определение глубины заложения отдельно стоящего фундамента

Глубина заложения фундамента определяется по формуле:

, где

hc - высота цоколя - разность отметок 0,00 и поверхности планировки hc=1,05 м;

hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента (до пола подвала) hs =1,1 м;

hcf- толщина цементного пола подвала, hcf=0,2м;

hn - расстояние от чистого пола первого этажа до пола подвала, hn =3,1 м;

d=3,1+1,1+0,2-1,05=3,35м.

Определение глубины заложения фундамента от глубины промерзания

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется:

Где k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания. При t=+10?С в подвале k_h=0,6.

d_fn - нормативная глубина промерзания

d₀ = 0,265 - супесь и средней крупности песок

M_t = 11,8 - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в Таганрог.

d_w > d_f +2

2.9 > 2.55 - следовательно, доступна глубина заложения менее 2,5 м, но не более 0,55 м.

Определение размеров подошвы отдельно стоящего фундамента мелкого заложения

1) Определение ширины подошвы отдельно стоящего фундамента графическим методом:

Задаёмся тремя размерами площади подошвы А отдельного фундамента под колонну:

А1=2м², А2=4м², А3=9м².

2) Среднее давление под подошву фундамента определяется по формуле:

; ( i=1,2,3…), где

N_фIIi- расчётная нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах, определяется по формуле:

, где

гср- средний удельный вес грунта и материала фундамента, принимается равным 20 кН/; d- глубина заложения фундамента, d=3.35м.



3)Расчётное сопротивление грунта основания вычисляется по формуле:

, где

г_с1 и г_с2- коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием принимаются по таб.3 СНиП[6], г_с1=1,4, г_с2=1,42;

k- коэффициент надёжности, k=1;

Мг , Мq, Mc -коэффициенты, принимаемые по таб.4 СНиП[6] в зависимости от расчётного значения угла внутреннего трения ц_II грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента, т.е. «рабочего слоя»,

Мг= 0,26, Мq= 2,55, Mc=4,56;

Kz- коэффициент, принимается равным 1 при ширине фундамента b<10м;

b- ширина подошвы фундамента, м;

-осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше отметки подошвы фундамента, определяется по формуле:

, где

h1 и h2- мощности вышележащих слоёв грунта;

г_II1 и г_II2 - расчётная величина удельного веса грунта вышележащих слоёв;

с_II = 20 кПа - среднее значение удельного сцепления грунта, залегающего под подошвой фундамента;

d₁- приведённая глубина заложения фундамента со стороны подвала, определяется по формуле: , где

h_S - толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки низа пола подвала, м; h_сf - толщина конструкции пола подвала, м;

г_сf - расчётное значение удельного веса материала конструкции пола подвала,22 кН/;

db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м.

Т. к. величина расчётного сопротивления R изменяется по линейному закону, то определяем значения

-при b=0

-при b=3

По полученным значениям строим график:



Точка пересечения R=f(b) и РII=f(b) определяет предварительное значение требуемой площади подошвы отдельного фундамента А=2,97 м²; со стороной b=1.72 м.

По каталогу подбираем фундамент 1Ф18.9-1, со стороной 1.8 м и площадью 3.24 м²

Определение нового значения расчётного сопротивления R:

Проверяем фактическое среднее давление под подошвой фундамента

Для этого определяем вес:

Фундамента Q_{Ф = 42,2 кН}

Колонны Q_К = 0,4²*3,8*24=14,59 кН

Ригеля Q_Р=0,4*0,4*5,6*24=21,5 кН

Ограждающей панели подвала Q_Н=0,34*3*6*13=79,6 кН

Пригрузка фундамента грунтом ниже пола подвала:

G1 = (V0 - Vф) Чг = (1,8²Ч0,9 - 42,2/24) Ч22 = 25,5 кН;

Пригрузка фундамента грунтом с внешней стороны панели подвала:

G2 =1,8Ч0,51Ч2,45Ч22 =49,5 кН;

Пригрузка от пола подвала:

G3 = (1,8Ч1,25 - 0,4²) Ч0,2Ч22= 9,196 кН.

Разница значений p_II и R в проекте для отдельно стоящих фундаментов не должна превышать 20%.

Так как разница значений p_II и R составляет 13,32%, то ширина подошвы фундамента запроектирована экономично.

Определение размеров подошвы отдельно стоящего фундамента №2 мелкого заложения

1) Определение ширины подошвы отдельно стоящего фундамента графическим методом:

Задаёмся тремя размерами площади подошвы А отдельного фундамента под колонну:

А1=2м², А2=4м², А3=9м².

2) Среднее давление под подошву фундамента определяется по формуле:

3)Расчётное сопротивление грунта основания:

-при b=0

-при b=3

По полученным значениям строим график:

Точка пересечения R=f(b) и РII=f(b) определяет предварительное значение требуемой площади подошвы отдельного фундамента А=3,09 м²; со стороной b=1.76 м. проект фундамент осадка прочность

По каталогу с запасом подбираем фундамент 1Ф21.9-1, со стороной 1.8 м и площадью 3.24 м²

Проверяем фактическое среднее давление под подошвой фундамента

Для этого определяем вес:

Фундамента Q_{Ф = 53 Кн}

Колонны Q_К = 0,4²*3,8*24=14,59 кН

Ригеля Q_Р=0,4*0,4*5,6*24=21,5 кН

Ограждающей панели подвала Q_Н=0,34*3*6*13=79,6 кН

Пригрузка фундамента грунтом ниже пола подвала:

G1 = (V0 - Vф) Чг = (1,8²Ч0,9 - 42,2/24) Ч22 = 25,5 кН;

361 кПа

Разница значений p_II и R в проекте для отдельно стоящих фундаментов не должна превышать 20%.

Так как разница значений p_II и R составляет 0,47%, то ширина подошвы фундамента запроектирована экономично.

Определение стабилизированной осадки фундамента № 1 мелкого заложения методом послойного суммирования

Ширина фундамента наружной стены b= 1,8 м, глубина заложения d=3,35м.

1) Вычисление ординат эпюры природного давления у_zg,i;

Эпюра природного давления на отметке DL принимается равной нулю.

-на границе I и II слоёв:

-на границе II и III слоёв:

-на отметке подошвы фундамента :

-на границе III и IV слоёв:

с учетом давления толщи воды:

-на границе IV и V слоёв:

-в V слое на глубине 15м:

2) Вычисление ординат вспомогательной эпюры 0.2 уzg,i:

уzg	8,33	53	61,55	94,8	116,8	145,8	319,5
0.2уzg,i	1.67	10,6	12.3	18,96	23,36	29,16	63,9

3) Вычисление ординат эпюры дополнительного давления уzр,i:

Фундамента №1

Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры уzр,0 непосредственно под подошвой фундамента при z=0:

Затем вычисляем другие ординаты эпюры по формуле:, для различных глубин z₁ откладываемых от подошвы фундамента ; b=1,8 м.

						Слои основания
0,0	0	1,000	379,45	0	12,3 … 18,96	Песок средней крупности
0,4	0,36	0,960	364,27	0,36
1,2	1,08	0,606	229,95	0,72
1,5	1,35	0,400	151,78	0,27
2,0	1,8	0,336	127,5	0,45	23,96	Суглинок твердый
2,8	2,52	0,201	76,27	0,72
3,6	3,24	0,131	49,71	0,72
4,4	3,96	0,091	34,53	0,72
5,6	5,04	0,058	22,01	1,08
6,6	5,94	0,042	15,94	0,9
6,8	6,12	0,040	15,18	0,18	63,9	Суглинок полутвердый
8	7,2	0,029	11	1,08
9,6	8,64	0,020	7,59	1,44
10,4	9,36	0,017	6,45	0,72
11,2	10,08	0,015	5,69	0,72
11,6	10,44	0,014	5,31	0,36
12	10,8	0,013	4,93	0,36

4.1) Вычисление деформационных характеристик слоев грунта основания.

Компрессионные испытания.

P, кПa	e
0	0,589
50	0,586
100	0,582
200	0,577
400	0,571

I слой - суглинок твердый (глубина отбора 2 м).

Коэффициент сжимаемости:

Относительный коэффициент сжимаемости:

Модуль деформации:

IV слой - суглинок твердый (глубина отбора 6,0 м).

Р, кПа	е
0	0,634
50	0,632
100	0,629
200	0,626
400	0,622

Коэффициент сжимаемости:

Относительный коэффициент сжимаемости:

Модуль деформации:

Штамповые испытания

III слой - песок средней крупности, рыхлый, насыщенный водой (глубина отбора 3,5м)

Ширина штампа В=80см

P, кПа	S, мм
0,0	0,00
50	1,98
100	4,02
150	5,99
200	8,00
250	9,95
300	12,01
350	20,16
400	35,50

;

V слой - суглинок полутвердый, средней плотности, водонасыщенный (глубина отбора 10м) диаметр штампа d=27,7 см

Р, кПа	S, мм
0,0	0,00
50	0,37
100	0,75
150	1,14
200	1,51
250	1,89
300	2,31
350	3,52
400	5,05

; ;

5.1) Вычисление осадки фундамента

Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных.

III слой (5 элементарных слоя):

IV слой (4 элементарных слоев):

V слой (5 элементарных слоёв):

Суммарная осадка S₁=2,26+0.34+0.064=2.644<S_ПРЕД=10 см.

Поэтому условие расчета по 2-му предельному состоянию можно считать выполненным.

Фундамента №2

Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры уzр,0 непосредственно под подошвой фундамента при z=0:

Затем вычисляем другие ординаты эпюры по формуле:, для различных глубин z₁ откладываемых от подошвы фундамента ; b=1,8 м.

						Слои основания
0,0	0	1,000	444,96	0	12,3 … 18,96	Песок средней крупности
0,4	0,36	0,960	427,16	0,36
1,2	1,08	0,606	269,65	0,72
1,5	1,35	0,400	177,98	0,27
2,0	1,8	0,336	149,51	0,45	23,96	Суглинок твердый
2,8	2,52	0,201	89,44	0,72
3,6	3,24	0,131	58,29	0,72
4,4	3,96	0,091	40,49	0,72
5,6	5,04	0,058	25,81	1,08
6,6	5,94	0,042	18,69	0,9
6,8	6,12	0,040	17,8	0,18	63,9	Суглинок полутвердый
8	7,2	0,029	12,9	1,08
9,6	8,64	0,020	8,9	1,44
10,4	9,36	0,017	7,56	0,72
11,2	10,08	0,015	6,67	0,72
11,6	10,44	0,014	6,23	0,36
12	10,8	0,013	5,78	0,36

4.2) Вычисление деформационных характеристик слоев грунта основания.

Компрессионные испытания.

P, кПa	e
0	0,589
50	0,586
100	0,582
200	0,577
400	0,571

II слой - суглинок твердый (глубина отбора 2 м).

Коэффициент сжимаемости:

Относительный коэффициент сжимаемости:

Модуль деформации:

IV слой - суглинок твердый (глубина отбора 6,0 м).

Р, кПа	е
0	0,634
50	0,632
100	0,629
200	0,626
400	0,622

Коэффициент сжимаемости:

Относительный коэффициент сжимаемости:

Модуль деформации:

Штамповые испытания

III слой - песок средней крупности, рыхлый, насыщенный водой (глубина отбора 3,5м)

Ширина штампа В=80см

P, кПа	S, мм
0,0	0,00
50	1,98
100	4,02
150	5,99
200	8,00
250	9,95
300	12,01
350	20,16
400	35,50

;

V слой - суглинок полутвердый (глубина отбора 10м) диаметр штампа d=27,7 см

Р, кПа	S, мм
0,0	0,00
50	0,37
100	0,75
150	1,14
200	1,51
250	1,89
300	2,31
350	3,52
400	5,05

;

;

5.2) Вычисление осадки фундамента

Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных.

III слой (5 элементарных слоя):

IV слой (4 элементарных слоев):

V слой (5 элементарных слоёв):

Суммарная осадка S₁=5,3+0.23+0.123=5.653<S_ПРЕД=10 см.

Поэтому условие расчета по 2-му предельному состоянию можно считать выполненным.

Размещено на Allbest.ru

...