Проектирование фундаментов неглубокого заложения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-строительный институт

Кафедра «Автомобильные дороги и городские сооружения»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Проектирование фундаментов неглубокого заложения

Руководитель: Чайкин Е.А.

Студент: СБ 13-12 411311744 Стороженко Н.Ю.

Красноярск 2016



Содержание

1. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

2. Проектирование столбчатого фундамента

2.1 Выбор глубины заложения фундамента

2.2 Определение предварительных размеров подошвы фундамента

2.3 Расчет основания по деформациям

2.3.1 Приведение нагрузок к подошве фундамента

2.3.2 Проверка давлений под подошвой фундамента

2.3.3 Расчет осадок грунтов основания

2.4 Конструирование и расчет фундамента

2.5 Расчет фундамента по первой группе предельных состояний

2.5.1 Расчет фундамента на продавливание плитной части подколонником колонной

2.5.2 Расчет плитной части фундамента на изгиб



1. Оценка инженерно - геологических условий площадки строительства

Рис. 1. Условное изображение инженерно - геологической колонки

Недостающие физические характеристики грунтов (плотность сухого грунта , коэффициент пористости , степень водонасыщения , удельный вес ) определяются по формулам:

где плотность воды, принимаемая

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

Для глинистых грунтов дополнительно определяется показатель текучести: строительство фундамент деформация колонна

Выполним расчет недостающих характеристик грунтов:

1 слой - Плодородный грунт:

2 слой - Песок мелкий, средней плотности,

малой степени водонасыщения:

Механические характеристики грунтов E, и с принимаем по [1, прил. 5, табл. 5.1], принимаем по [1, прил. 5, табл. 5.4].

3 слой - песок пылеватый, средней плотности, малой степени водонасыщения:

Механические характеристики грунтов E, и с принимаем по [1, прил. 5, табл. 5.1], принимаем по [1, прил. 5, табл. 5.3].

3а слой - песок пылеватый, средней плотности, водонасыщенный:

Механические характеристики грунтов E, и с принимаем по [1, прил. 5, табл. 5.1], принимаем по [1, прил. 5, табл. 5.3].

4 слой - Супесь твердая, малой степени насыщения:

Механические характеристики грунтов E, и с принимаем по [1, прил. 5, табл. 5.2], принимаем по [1, прил. 5, табл. 5.3].

Характеристики грунтов сведем в таблицу 1.

Анализ грунтовых условий:

1. Инженерно - геологические условия благоприятны для строительства.

2. Расчетная глубина промерзания:

где нормативная глубина сезонного промерзания, коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения.

Таблица 1. Таблица физико - механических характеристик грунта

№ слоя	Полное наименование грунта	Мощность слоя, м	Плотность, т/м3	Уд. вес, кН/м3	Влажность	e			Механические хар-ки грунтов	, кПа
								W						Е, МПа	, град	с, кПа
1	Плодородный	0,5	1,5	-	-	15	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2	Песок мелкий, средней плотности, малой степени водонасыщения	3	1,65	2,66	1,57	16,5	-	0,05	-	-	0,69	0,19	-	23	32	13	300
3	Песок пылеватый, средней плотности, малой степени водонасыщения	1,5	1,76	2,66	1,59	17,6	-	0,11	-	-	0,67	0,43	-	18	29	2	250
3а	Песок пылеватый, средней плотности, водонасыщенный	0,5	1,76	2,66	1,59	-	9,94	0,11	-	-	0,67	0,43	-	18	29	2	250
4	Супесь твердая, малой степени водонасыщения	5	1,85	2,7	1,68	18,5	-	0,1	0,15	0,19	0,61	0,44	-1,25	20	28	16	275

2. Проектирование столбчатого фундамента

2.1 Выбор глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента (расстояние от отметки планировки до подошвы) принимается, исходя из следующих условий:

конструктивных особенностей здания (наличие подвалов, подполий, тоннелей, фундаментов под оборудование и других заглубленных сооружений) - здание, для которого в курсовом проекте разрабатывается фундамент, не имеет подвалов и других заглубленных помещений и сооружений, и поэтому это условие на выбор глубины заложения фундамента не оказывает влияния;

конструктивных требований, предъявляемых к фундаментам - глубина заложения для бесподвальных зданий д.б. не менее 1 м. С учетом отметки верха фундамента, равной -0,150 м; отметки подошвы, принимаем . Высота фундамента должна быть кратна 300, следовательно

глубины промерзания пучинистого грунта - с поверхности залегают плодородный грунт, который является непучинистым.

грунтовых условий.

С поверхности до глубины -0,5м залегает плодородный грунт, который не может служить основанием. Необходима прорезка его и заглубление фундамента в пески средней крупности не менее, чем на 0,3 м. Следовательно, глубина заложения фундамента должна быть не менее 0,5 м.

Принимаем глубину заложения фундамента -1,65 м, учитывая, что высота фундамента должна быть кранной 0,3 м, а верхний обрез фундамента находится на от метке -0,150 м.



2.2 Определение предварительных размеров подошвы фундамента

Рис. 2. Столбчатый фундамент

Предварительные размеры подошвы фундамента назначаются из условия, чтобы среднее давление на грунт от фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта :

где нагрузка на основание, приведенная к подошве, кН; вес фундамента, кН; площадь подошвы фундамента, м2.

Так как на настоящем этапе нет возможности определить вес фундамента (его параметры неизвестны), то давление можно рассчитать по формуле:

Так как значение расчетного сопротивления определить не представляется возможным, потому что для этого требуется знать ширину фундамента b. Поэтому, принимая для расчета в первом приближении значение расчетного сопротивления, равным условному , определяется по формуле:

где

кН/м3 - усредненный удельный вес фундамента и грунта на его обрезах; м - глубина заложения фундамента,

Размеры подошвы определяют, считая, что фундамент имеет прямоугольную форму. Эта форма предпочтительнее, в отличие от квадратной, при действии на фундамент моментов и горизонтальных сил, при этом фундамент ориентируется длинной стороной в плоскости действия наибольшего момента.

Соотношение сторон прямоугольного фундамента ш=l/b рекомендуется ограничивать значением ш ?1,2-1,5, принимаем ш =1,4.

Размеры сторон его подошвы определяются по соотношениям:

b=(А/ ш)0,5=(8,5/1,4)0,5=2,46м

Расчетное сопротивление грунта находят для бесподвальных зданий при b<10 м по следующей формуле:

R=((гс1•гс2)/К)•M ** b * II + Mg * d * II/+McCII;

где гCI и гC2 - коэффициенты условий работы, гCI=1,3, для одноэтажных промышленных зданий гC2 = 1,1;

К - коэффициент, равный 1,1так как С и ц определены по таблицам;

Мг, Мg и Мc - коэффициенты, зависящие от ц, Мг=1,15, Мg=5,59, Мc=7,95.

Кz - коэффициент при b?10 м, равный 1;

гII - расчетное значение удельного веса грунта выше подошвы фундамента (средневзвешенное - при слоистом напластовании до глубины z=b );

гII/, - то же для грунта ниже подошвы фундамента;

СII - расчетное значение удельного сцепления грунта под подошвой фундамента, кПа, 2;

d - глубина заложения фундамента бесподвального здания, 1,65м.

R=((гс1•гс2)/К)•M * * b * II + Mg * d * II/+Mc * CII]=

((1,3•1,1)/1,1)•[1,15•1•2,46•16,05+5,59•1,65•18,48+7,95•2]=301,27 кПа.

Размеры сторон его подошвы определяются по соотношениям:

b=(А/ ш)0,5=(8,45/1,4)0,5=2,46;

l= ш ?b=1,4•2,4=3,44.

Полученные данные округляют до значений кратных модулю 300мм:

b=2700мм, l=3600мм.

2.3 Расчет основания по деформациям

2.3.1 Приведение нагрузок к подошве фундамента

Приведение нагрузок для первой комбинации:

Рис. 3. Схема нагрузок на фундамент

2.3.2 Проверка давлений под подошвой фундамента

Основными критериями расчета основания фундамента неглубокого заложения по деформациям являются условия:

, где

Для первой комбинации:

Условия выполняются. Окончательно принимаем размеры подошвы фундамента с м2.

2.3.3 Расчет осадок грунтов основания

Расчет основания по деформациям заключается в проверке условия:

где ожидаемая деформация фундамента, определяемая расчетом при проектировании фундамента; предельная совместная деформация основания и сооружения, назначаемая при проектировании здания в соответствии с требованиями норм.

Расчет осадок производим методом послойного суммирования при расчетной схеме основания в виде линейно - деформируемого полупространства. Порядок расчета принимаем следующий:

Напластования грунтов ниже подошвы фундамента разделяем на слои мощностью не более 0,4b ().

Определяем природное бытовое давление на границе слоев и строим эпюру. Сначала определим давление на уровне подошвы фундамента

затем будем прибавлять давление от каждого нижележащего слоя

где соответственно удельный вес, кН/м3, и мощность, м, для каждого слоя. Результаты расчета занесем в таблицу 2.

Определим дополнительное давление под подошвой фундамента:

где большее из двух комбинаций среднее давление от фундамента.

Определим напряжения на границах слоев:

где коэффициент рассеивания, принимаемый по [1, табл. 5] в зависимости от отношений ( глубина расположения кровли слоя ниже подошвы фундамента). Результаты расчета занесем в таблицу 2.

Определим условную границу сжимаемой толщи ВСТ. Она будет находиться там, где удовлетворяется условие:

Для 7 - го слоя: условие выполняется, следовательно, это условная граница сжимаемой толщи ВСТ.

Определим осадку каждого слоя по формуле:

где - модуль деформации го слоя; коэффициент, принимаемый равным 0,8.

Определим суммарную осадку и проверим условие:

условие выполняется.

Таблица 2

№ слоя	Тол-щина слоя, м	кПа	, м		б	, кПа	Р, кПа	Модуль деформации Е, кПа	, см
0	1,65	27,65	1,65	1,22	0,710	179,1	252,26	-	-
1	1	44,15	2,65	1,96	0,439	103,49	235,76	23000	0,359
2	0,85	58,17	3,5	2,59	0,272	60,31	221,74	23000	0,178
3	1	75,77	4,5	3,33	0,174	35,52	204,14	18000	0,157
4	0,5	84,57	5	3,7	0,151	29,49	195,34	18000	0,065
5	0,5	93,37	5,5	4,1	0,112	20,89	186,54	18000	0,046
6	1	111,87	6,5	4,81	0,095	15,96	168,04	20000	0,063
	Итого:	0,868

Рис. 4. Эпюра напряжения и эпюра природного бытового давления на границе слоев

2.4 Конструирование и расчет фундамента

Рис. 4. Схема обозначения размеров фундамента

Параметры фундамента колонна одноветвевая сечением 400х400 мм с отметкой нижнего торца - 1,00 м.

Принимаем сечение подколонника:

Глубину стакана, учитывая отметку верха фундамента -0,150 м, принимаем . Размеры стакана понизу принимаем:

поверху, соответственно, 550 мм и 550 мм.

Высота фундамента:

Назначаем количество и размеры ступеней. В направлении стороны суммарный вылет ступеней будет составлять

Принимая высоту ступеней 300 мм и учитывая, что отношение вылета ступени к высоте ее рекомендуется от 1 до 2, принимаем 3 ступени с вылетомами 300 мм, 450 мм, 600 мм. В направлении стороны суммарный вылет ступени составит

Принимаем 3 ступени высотой 300 мм и вылетом 300 мм. Так как

0,6-1,05<0,5(0,9-0,4)

-0,45<0,25

значит данный фундамент - низкий.

Низкий фундамент рассчитывается на продавливание колонной от дна стакана.

Проверка производится из условия

2175,7 кН;

где

расчетное сопротивление бетона марки В12,5;

- Расчетная ( для расчета по 1 предельному состоянию) продольная сила в уровне торца колонны, определяемая по формуле:

б·N = 0,85·2400 = 2040 кН;

Здесь б - коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы N на плитную часть фундамента через стенки стакана за счет сцепления бетона колонны с фундаментом.

б = (1-0,4·/), но не менее 0,85 = (1-0,4·660·1,6/2400)=0,82

Принимаем б=0,85

= 2(+) = 2(0,4 + 0,4) = 1,6

=+ = 0,55 + 0,7 = 1,25

0,7

здесь рабочая высота плитной части фундамента.

Условие 2175,7

Выполняется.

а) б)

Рис. 5. Размеры фундамента: а - в направлении стороны ; б - в направлении стороны

2.6 Расчет плитной части фундамента на изгиб

Моменты в сечении грунта:

где расчетная нагрузка на основание без учета веса фундамента и грунта на его обрезах:

эксцентриситет нагрузки при моменте М, приведенном к подошве фундамента и равном

= = 0,086 ;

вылеты ступеней.

Изгибающие моменты в сечениях, действующих в плоскости, параллельной меньшей стороне фундамента b:

= 166,66

= 510,41

= 843,75

= 1185,2

По величине моментов в каждом сечении определяется площадь рабочей арматуры:

В направлении х:

В направлении y:

где

коэффициент, определяемый по таблице в зависимости от величины

для сечения 1-1

для сечения 2-2

для сечения 3-3

для сечения 4-4

В направлении y:

для сечения 1'-1'

для сечения 2'-2'

для сечения 3'-3'

для сечения 4'-4'

Рассчитываем арматуру плитной части фундамента. Результаты расчета приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Сечение	Вылет , м							, см2
1'-1' 2'-2' 3'-3' 4'-4'	0,6 1,05 1,35 1,6	166,66 510,41 843,75 1185,2	1 1 1 1	166,66 510,41 843,75 1185,2	0,02 0,039 0,056 0,057	0,990 0,980 0,971 0,970	0,55 0,85 1,15 1,75	8,38 16,78 20,7 22,88
1-1 2-2 3-3 4-4	0,3 0,6 0,9 1,15	31,25 125 281,25 459,2	1,132 1,124 1,110 1,10	35,37 140,5 313,9 505,12	0,006 0,012 0,021 0,024	0,995 0,994 0,990 0,988	0,55 0,85 1,15 1,75	1,77 4,5 7,63 8

Здесь в таблице вертикальная нагрузка принята:

Рис. 7. Схема к расчету арматуры плитной части фундамента

Рис. 8. Чертежи арматурных сеток

Спецификация элементов приведена в табл. 4, а ведомость расхода стали в табл. 5.

Таблица 4

Позиция	Обозначение	Наименование	Кол-во	Масса ед., кг
1	ГОСТ 23279-84	С-1	1	107,82
2	- // -	С-2	2	9,885
3	- // -	С-3	6	1,48
Детали:
1	ГОСТ 5784-82		14	78,42
2	- // -		18	29,4
3	- // -		12	18,64
4	- // -		6	1,13
5	- // -		24	8,06
Материалы:
		Бетон В12,5		11,785
		Бетон В7,5		1,458

Таблица 5

Марка элемента		Расход арматуры, кг, класса	Всего, кг	Общий расход, кг
			ИТОГО				ИТОГО
С-1 С-2 С-3	- 0,565 -	- - 1,48	- 0,565 1,48	29,4 - -	- 9,32	78,42 - -	107,82 9,885 -	107,82 9,885 1,48	107,82 19,77 8,88
	ИТОГО:	136,47

Размещено на Allbest.ru

...