Расчет оснований и фундаментов в проектируемом одноэтажном производственном здании

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Анализ местных условий строительства

2. Анализ технологического назначения и конструктивного решения здания

2.1 Сбор нагрузок в обрезе фундамента

3. Проектирование малозаглубленного железо-бетонного фундамента стаканного типа под колонну крайнего ряда цеха

3.1 Выбор глубины заложения фундаментов

3.2 Определение размеров подошвы фундаментов

3.3 Расчет осадки основания фундамента

3.4 Расчет фундамента по прочности

3.5 Расчет рабочей арматуры

4. Проектирование ленточного фундамента

4.1 Сбор нагрузок

4.2 Определение глубины заложения фундамента

5. Проектирование свайных фундаментов

5.1 Выбор вида сваи и определение её размеров

5.2 Определение несущей способности сваи

5.3 Размещение свай под ростверком и проверка нагрузок

5.4 Расчет осадки основания

Список использованной литературы



1. Анализ местных условий строительства

Место строительства - г. Белгород относится к III снеговому району по снеговой нагрузке. В соответствии с нормами сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму для Белгорода: Мt = 21,9.

В результате проведенных инженерно-геологических изысканий установлен геолого-литологический разрез грунтовой толщи:

слой №1 (от 0 до 0,9 м) - почвенно-растительный;

слой №2 (от 0,9 до 7,4...8,2 м) - суглинок желто-бурый;

слой №3 (от 7,4...8,2 м и до разведанной глубины) - песок средней крупности.

Подземные воды до глубины 15 м не встречены. Их подъем не прогнозируется. Статистический анализ физических показателей грунтов позволил выделить в толще инженерно-геологические элементы (ИГЭ). Поскольку слой №1, который заведомо должен быть прорезан фундаментами, находится выше глубины промерзания и не оказывает существенного влияния на результаты расчетов, то его объединяем со слоем №2 в один инженерно-геологический элемент ИГЭ-1, распространяющийся от поверхности до глубины 7,4-8,2 м. Ниже находится песок средней крупности - ИГЭ-2, глубину распространения которого принимаем от 7,4 - 8,2 м до разведанной глубины 15м.

Обобщенные физико-механические характеристики грунтов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Номер слоя	сII	сs	W	Wp	WL	e	С1	ц1	СII	цII
	т/м3	т/м3					кПа	град.	кПа	град.
ИГЭ-1 ИГЭ-2	1,62 1,98	2,72 2,70	0,14 0,16	0,18 -	0,29 -	0,91 0,56	19 0	16 34	28 0	19 38



Произведем классификацию грунтов:

ИГЭ-1:

т.е. грунт является суглинком.

Показатель текучести:

т.к. , суглинок имеет твердую консистенцию.

ИГЭ-2:

Водонасыщение песков:

т.е. песок среднего водонасыщения, средней крупности, средней плотности.

Дополнительно по СНиП 2.02.01-83* определяют значение модуля деформации Е.

Для ИГЭ-1:

=0, е=0,91

Расчетное сопротивление для ИГЭ-1 R0=215 кПа

Для ИГЭ-2:

=0,333, е=0,74

Расчетное сопротивление для ИГЭ-2:

Поскольку грунты не обладают специфическими свойствами, в районе строительства не ожидается проявления опасных инженерно-геологических процессов, грунты обоих ИГЭ имеют значения R>150кПа иЕ>5мПа, то на данном этапе проектирования можно сделать вывод о том, что оба слоя могут служить в качестве естественного основания.

Верхний почвенно-растительный слой срезается и используется в дальнейшем для озеленения территории проектируемого промышленного предприятия.



2. Анализ технологического назначения и конструктивного решения здания

Проектируемое одноэтажное производственное здание имей полный железобетонный каркас. Предельная осадка для такого здания Su=8 см, предельный крен Iu не нормируется.

В надземной части здания на предусмотрены специальные конструктивные мероприятия по приспособлению к восприятиюусилий от деформации основания, поэтому конструктивная схема зданий - гибкая.

Полы в цехе - бетонные по грунту.

Проектируется фундамент под типовую сборную двухветвевую колонну крайнего ряда марки К-1 сечением lс х bс = 1000 x 500 мм, отметка пяты колонны - -1,050, шаг колонн 6 м.

2.1 Сбор нагрузок в обрезе фундамента

Нагрузки на фундамент определяем в уровне его обреза в невыгодных сочетаниях для расчетов по первой и второй группам предельных состояний.

Таблица 2 Нагрузки в обрезе фундамента

Группа предельного состояния, в которой используются нагрузки	Номер сочетания	Значения нагрузок
		М, кНм	N, кН	Q, кН
I (первая)	3	88,9	610,3	35,5
	4	-751,7	832,9	-75,7
II (вторая)	1	79,9	554,8	31,5
	2	-693,2	762,9	-66,2

На фундамент передается нагрузка и от кирпичной стены толщиной b0 = 0,51 м и высотой Н = 12,15м.

Значение нагрузки от веса стены:



,

где

;

- плотность кирпичной кладки;

- шаг колонн;

- проемность - принимаем среднее значение;



3. Проектирование малозаглубленного железо-бетонного фундамента стаканного типа под колонну крайнего ряда цеха

3.1 Выбор глубины заложения фундаментов

1) Условие прорезки почвенно-растительного слоя: d > 0,9м

2) Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов:

(для суглинков)

Расчетная глубина сезонного промерзания при температуре в помещении 15 єС:

расчётная глубина промерзания грунта;

коэффициент принимаемый по прил. 21.

3) Наличие грунтовых вод

Подземные воды не встречены

4) Конструктивные требования

,

т.е. глубина заложения равна высоте фундамента

Глубина заделки колонны фундамента:



- расстояние от дна стакана до подошвы фундамента

0,05 - расстояние между торцом колонны и дном стакана, назначаемое для возможности рихтовки колонны при монтаже, м

Минимальная высота фундамента для промышленных зданий не менее 1,5м и принимается кратно 0,3.

Поэтому окончательная глубина заложения фундамента

Рис.1. Схемы проектируемого фундамента под крайнюю колонну цеха

3.2 Определение размеров подошвы фундаментов

В первом приближении площадь подошвы фундамента равна:

- сумма всех вертикальных нагрузок в обрезе фундамента для расчетов по II группе предельных состояний;

- табличное значение расчетного сопротивления грунта, кПа;

- среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимаемое в инженерных расчетах 20кН/мі

d=1,5 м - принятая глубина заложения фундамента

+ = 762,9+ 568,84 = 1331,34 кН



Задаваясь соотношением сторон , получим

принимаем кратно 0,3м, следовательно,.

.

принимаем кратно 0,3м, следовательно,.

Предварительные размеры фундамента

Находим нагрузки в подошве фундамента и эксцентриситеты с учетом веса фундамента:

;

Для второго сочетания нагрузок:

;



Рис. 2. Схемы к формированию габаритов фундамента

Расчетное сопротивление грунта основания определяется по формуле:

,

где

гс1, гс2 - коэффициенты условий работ, принимаемые по прил.26;

- коэффициент, принимаемый равным: 1 - если прочностные характеристики грунта определены непосредственно испытаниями, 1,1 - если они приняты по СНиП или региональным нормативам;

- коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения цII по прил. 27;

- коэффициент принимаемый равный: = 1 при b<10м и при b?10м

(;

b - ширина подошвы фундамента, м;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/мі;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/мі;

d - глубина заложения фундаментов, м;

- глубина подвала;

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

Давление под подошвой фундамента составит:

-для первого сочетания:

условие выполняется

-для второго сочетания:

Недогруженность фундамента:



Т.к. фундамент сильно недогружен, необходимо уменьшить размеры подошвы фундамента.

Примем 3,3 х 2,4

Для первого сочетания нагрузок:

;

Для второго сочетания нагрузок:

;

Расчетное сопротивление грунта основания:

Давление под подошвой фундамента составит:

-для первого сочетания:

-для второго сочетания:

Принимаем размер фундамента 3,3 х 2,4.

Для расчета осадки принимаем p=max(299,74;281,37)=299,74кПа.

3.3 Расчет осадки основания фундамента

Сначала разбиваем основание ниже подошвы фундамента на элементарные слои . Таких слоев принимаем в пределах ИГЭ-1 в количестве восьми, частично захватываем подстилающий ИГЭ-2.

Находим вертикальное напряжение от собственного веса фунта на уровне подошвы фундамента . Аналогично находим значения уzg на различных глубинах. По вычисленным значениям, представленным в таблице 2, строим эпюру напряжений уzg . Например, на уровне подошвы слоя

;

Дополнительные напряжения в грунте на уровне подошвы фундамента определяются по формуле, в которой коэффициент б = 1,000 при z =0:

Для глубины находим

.

Зная

,

и определяем по табл. 1 прил. 2 СНиП 2.02.01-83* значения .

Дополнительное напряжение в грунте на глубине z1=96 см составляет Аналогичным образом вычислены значения для других глубин, что представлено в табл. 3.

Таблица 3

Z см	ж	з	б	уzg кПа	0,2уzg кПа	кПа	кПа	см	кПа
0	0	1,4	1,000	24,3	4,86	275,44	254,5 190,05 118,03 73,68 48,89 34,43 25,34	96 96 96 96 96 96 94	15800
96	0,8	1,4	0,848	39,85	7,97	233,57
192	1,6	1,4	0,682	55,4	11,08	146,53
288	2,4	1,4	0,325	70,96	14,192	89,52
384	3,2	1,4	0,210	86,51	17,3	57,84
480	3,7	1,4	0,145	102,1	20,42	39,94
576	4,8	1,4	0,105	117,61	23,52	28,92
670	5,583	1,375	0,079	132,84	26,57	21,76
672	5,6	1,375	0,079	133,16	26,63	21,76	Нижняя граница сжимаемой толщи

Поскольку то выделяем нижнюю границу сжимаемой толщи на глубине , где соблюдается условие

Используя данные табл.3 вычисляем осадку основания фундамента:



Для производственных одноэтажных зданий с полным железобетонным каркасом максимальная предельная осадка

Расчетная осадка .

Условие расчета основания фундамента по второй группе предельных состояний соблюдается.

3.4 Расчет фундамента по прочности

Толщина стенки стакана в плоскости действия момента (вдоль оси ОX)

; из плоскости момента, не менее 150 мм.

Тогда размеры подколонника:

Размеры подколонника принимаем кратно 300мм, окончательные размеры подколонника: .

Предположим, что плитная часть фундамента состоит из одной ступени высотой . Рабочая высота нижней ступени при защитном слое и диаметре арматуры :

где - расстояние от равнодействующей усилий в арматуре до подошвы фундамента, т.е. сумма толщины защитного слоя бетона и половины диаметра рабочей арматуры;

-рабочая высота бетона.

Определяем допускаемый вынос нижней ступени

где К- коэффициент, принимаемый в зависимости от конфигурации фундамента, класса бетона по прочности на сжатие и наибольшего краевого давления под подошвой . Определяем допускаемый вынос нижней ступени Сi:

При и В15 значение

Фактический вынос нижней ступени вдоль стороны lсоставляет:

Следовательно, вдоль стороны l недостаточно одной ступени, принимаем две ступени высотой h=300 мм.

Фактический вынос нижней ступени вдоль стороны b составляет:

При и В15 значение

Следовательно, вдоль стороны b достаточно одной ступени высотой h=300 мм.

3.5 Расчет рабочей арматуры

Расчет на продавливание:

Определение сечения рабочей арматуры плитной части фундамента:

Сначала определяем количество рабочей арматуры вдоль длины подошвы в плоскости действия момента сразу на всю ширину подошвы. Вычисляем эксцентриситет:

Расчетные сечения принимаем по граням подколонника и колонны;

Рис. 3. Расчетные схемы для определения арматуры внецентренно нагруженного фундамента

Вылет консоли



,

рабочая высота

Момент от реактивного давления грунта:

Площадь арматуры класса A-400 при Rs = 355000кПа

Сечение 2- 2:

Вылет консоли

;

рабочая высота h02 = 1,45 м.

Сечение 3-3:

Вылет консоли ; рабочая высота h03 = 0,25 м.

Из трех значений Asl выбираем наибольшее Аsl =10,59 cм2.

Назначаем шаг рабочих стержней 200 мм. На ширину подошвы b=2,4м укладывается 2,4/0,2=12 стержней.

Расчетный диаметр одного стержня:

по конструктивным требованиям принимаем

Определяем количество рабочей арматуры вдоль ширины подошвы из плоскости действия момента сразу на всю длину подошвы. При вычислениях используем четвертое сочетание нагрузок, поскольку в данных расчетах это сочетание более невыгодное.

Сечение 1-1:

Момент от реактивного давления грунта:

Площадь арматуры класса A-400 при Rs = 355000кПа

Сечение 2- 2:

Из двух значений Asb выбираем наибольшее Аsb =6,3 cм2.

Назначаем шаг рабочих стержней 200 мм. На ширину подошвы l=3,3м укладывается 3,3/0,2=17 стержней. Расчетный диаметр одного стержня.

по конструктивным требованиям принимаем

Марка сетки подошвы фундамента:



4. Проектирование ленточного фундамента

Требуется запроектировать сборный сплошной ленточный фундамент под наружную продольную стену административно-бытового корпуса в г. Белогород. Здание имеет 9 этажей, стены кирпичные толщиной b = 0.51 м, удельный вес кладки г=18кН/м2.

Расстояние между продольными стенами в осях l=6,0м, в свету l0=5,6м. Междуэтажные перекрытия выполнены из сборных железобетонных плит с полами из линолеума, вес одного кв. метра перекрытия 3,0 кН (q1 = 3.0 кПа).

Покрытие - сборные ребристые железобетонные плиты, пароизоляция, утеплитель, трехслойный гидроизоляционный ковер, гравий втопленный в битумную мастику (q2 = 5,0 кПа). Кровля - плоская (б = 0°). Высота стены от уровня планировки до карниза:

,

коэффициент проемности m = 0,85. Относительная отметка поверхности земли в рассчитываемом сечении -0,45м. Отметка низа перекрытия над подвалом: - 0,3м. Отметка пола подвала -3,0м, пол бетонный, толщина пола hct=0.2м.

В здании не предусмотрены конструктивные мероприятия по восприятию неравномерных деформаций основания, поэтому конструктивная схема здания гибкая.

4.1 Сбор нагрузок

Определяем нагрузки для расчетов по деформациям в уровне планировки.

Грузовая площадь:



Вес стены:

Вес междуэтажных перекрытий:

Вес покрытия:

Полезная нагрузка:

Вес перегородок:

Нормативная нагрузка от снегового покрова принимается для Белгорода, относящейся к III снеговому району Sg= 1.8 кПа. При уклоне кровли б = 0° находим м = 1:

;



Суммарная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента:

От перекрытия первого этажа:

4.2 Определение глубины заложения фундамента

Высота фундаментной плиты высота подвала - 2,7 м., толщина плиты перекрытия подвала hcf=0.2 м., тогда высота фундамента из пяти блоков высотой 600мм будет 3,0 м., и отметка подошвы фундамента:

-0,300 - 3,0 - 0,300 = -3,600

Глубина заложения фундамента d =3,15 м, значительно превышает расчетную глубину сезонного промерзания грунта, следовательно, условие недопущения сил морозного пучения грунтов под подошвой фундамента соблюдается, основанием фундамента будет служить суглинок желто-бурый (ИГЭ-1), с расчетным сопротивлением грунта R0 =215 кПа.

Определим предварительное значение ширины подошвы ленточного фундамента:

Подбираем железобетонную фундаментную плиту шириной b=2,4м.



Уточняем ширину подошвы фундамента с учетом вычисленного значения R:

Окончательно принимаем

Определяем вертикальные нагрузки в уровне подошвы фундамента. Фундаментную стену назначаем из фундаментных стеновых блоков сплошных из тяжелого бетона шириной . Вес стены подвала:

Вес фундаментной плиты:

Вес грунта на левом уступе фундаментной плиты:

где

.



Усилия от временной пригрузки на внешней стороне фундамента:

Сумма вертикальных нагрузок в уровне подошвы фундамента:

Интенсивность бокового давления:

.

Устойчивость обеспечена.



Таблица 4 Расчёт осадки основания

Z см	ж	з	б	уzg кПа	0,2 уzg кПа	уzp кПа	уzpi кПа	h см	E кПа
0	0	10	1,000	51,03	10,21	242,83	228,38 184,92 135,87 103,33 82,57 68,48 58,4 50,87 45,05 40,44 36,55 33,39	56	15800
56	0,8		0,881	60,1	12,02	213,93
112	1,6		0,642	69,17	13,83	155,9
168	2,4		0,477	78,24	15,65	115,83
224	3,2		0,374	87,31	17,46	90,82
280	4,0		0,306	96,38	19,28	74,31
336	4,8		0,258	105,45	21,09	62,65
392	5,6		0,223	114,52	28,9	54,15
448	6,4		0,196	123,59	24,72	47,59
505	7,2		0,175	132,66	26,53	42,5			39000
560	8,0		0,158	143,75	28,75	38,37
616	8,8		0,143	154,84	30,97	34,72
672	9,6		0,132	165,93	33,19	32,05	Нижняя граница сжимаемой толщи
728	10,4		0,122	177,01	35,4	29,62

Проверка в стадии незавершенного строительства:

.

.

Следовательно, обратную засыпку пазух котлована производим после монтажа плит перекрытия 1 этажа.



5. Проектирование свайных фундаментов

5.1 Выбор вида сваи и определение её размеров

В рассматриваемых местных условиях для проектируемого здания можно использовать практически все виды свай. Проектируем фундаменты из забивных железобетонных цельных свай квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой. Размеры поперечного сечения сваи принимаем 30 х 30 см.

Высоту ростверка назначаем 1,5 м. Тогда при отметке планировки -0,000, отметка подошвы будет -1,500, а толщина дна стакана 0,5м, что больше минимальной, равной 0,25 м. Так как на ростверк действуют горизонтальные силы и моменты, предусматриваем жесткое сопряжение ростверка со сваями путем заделки свай в ростверк на 50 см. Из них 40 см составляют выпуски арматуры, а 10 см непосредственная заделка. Тогда условная отметка головы сваи будет -1,000.

Рис.4. Схема к определению длины несущей способности сваи



Отметку острия сваи назначаем в зависимости от грунтовых условий строительной площадки. В качестве несущего пласта выбираем средний песок, кровля которого находится на глубине 8,2 м.(отметка -8,200). Нижний конец свай, как правило, следует заглублять в прочные грунты на глубину не менее 1-го метра.

Длину сваи определяем как разность между отметками головы и нижнего конца: L=9,2-1,0=8,2. Принимаем марку сваи: С 90.30-5.

Так как свая опирается на сжимаемые грунты, то она относится к висячим.

5.2 Определение несущей способности сваи

Для определения расчетных сопротивлений грунта по боковой поверхности сваи разделяем грунт на однородные слои толщиной не более 2 м.

h1 = 2,0 м; z1 = 2,50 м; песок средний; f1 = 45 кПа;

h2 = 2,0 м; z2 = 4,50 м; песок средний; f2 = 54,5 кПа;

h3 = 2,0 м; z3 = 6,5 м; песок средний; f3 = 59 кПа;

h4 = 0,7 м; z4= 7,85 м; песок средний; f4 = 61,7 кПа;

h5 = 1,8 м; z4= 8,75 м; песок средний; f4 = 63,125 кПа.

С 90.30 30х30

Несущая способность забивной сваи равна:

5.3 Размещение свай под ростверком и проверка нагрузок

Определим расчётную нагрузку на сваю:

Определим количество свай в кусте:

где

Окончательно принимаем

Размеры ростверка: 1,8х1,5м

Определим нагрузку в подошве ростверка в обоих сочетаниях для расчета по первой группе предельных состояний.

Уточняем вес ростверка:

Определяем нагрузку на одну сваю:

- для 3-го сочетания:

- для 4-го сочетания:

Наибольшая из максимальных фактических нагрузок на сваю в обоих сочетаниях составляет .

Минимальные фактические нагрузки на сваю больше нуля. Следовательно, выдергивающие нагрузки отсутствуют.

5.4 Расчет осадки основания

Для расчета осадки основания запроектированного свайного фундамента строим условный фундамент.

Определяем усредненное значение угла внутреннего трения:

Размеры подошвы условного фундамента:

В направлении оси у (ширина подошвы условного фундамента bу):

В направлений оси х (длина подошвы условного фундамента lу):

Глубина заложения условного фундамента

Вес условного фундамента:

Суммарная вертикальная нагрузка в подошве условного фундамента:



Среднее давление в подошве фундамента:

Расчетное сопротивление вычисляем при коэффициентах гс1=1,25, гс2=1. Коэффициент k=1 (т.к. ширина фундамента ?10м), так как прочностные характеристики определены инженерно-геологическими изысканиями;

технологический конструктивный фундамент здание

Таблица 5 Расчет осадки основания

Z см	ж	з	б	уzg кПа	0,2 уzg кПа	уzp кПа	уzpi кПа	h см	E кПа
0	0	1,0	1,000	162	32,4	341,6	334,75 300,6 240,15 180,2 134,1 101,29 78,25 61,7 49,71	58,4	39000
58,4	0,4		0,960	173,56	34,71	327,9
116,8	0,8		0,800	185,13	37,026	273,3
175,2	1,2		0,606	196,69	39,338	207,0
233,6	1,6		0,449	208,25	41,65	153,38
292	2,0		0,336	219,82	43,96	114,78
350,4	2,4		0,257	231,38	46,28	87,79
408,8	2,8		0,201	242,94	48,59	68,7
467,2	3,2		0,160	254,5	50,9	54,66
525,6	3,6		0,131	266,06	53,2	44,75	Н.гр. сжимаемой толщи



Расчетное значение осадки основания свайного фундамента меньше предельного

S = 1.77<Su=8 см - условие расчета основания по деформациям выполняется.



Список использованной литературы

1. СНиП 2.02.01-83* "Основания зданий и сооружений".

2. СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты".

3. СНиП 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия".

4. В.В. Логутин "Расчет оснований и фундаментов в курсовом и дипломном проектировании" ООО "Феникс" 2012г.

5. Далматов Б.И. "Механика грунтов, основания и фундаменты" -Л.: Стройиздат.1988.

Размещено на Allbest.ru

...