Проектирование фундаментов под промышленное здание

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство образования и науки Украины

Одесская государственная академия строительства и архитектуры

Кафедра оснований и фундаментов

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Основания и фундаменты»

«Проектирование фундаментов под промышленное здание»

Выполнил: ст. гр. АД-317

Волков И. И.

Проверила: Войтенко И. Г.

Одесса - 2013

Введение

В курсовой работе осуществляется расчет и проектирование железобетонных фундаментов, на естественном и свайном основании, под колонну типичного здания промышленного или административного бытового назначения. Шаг колонны 6 м. пролет 18шт. , здание такого конструктивного типа является относительно жестким и расчет фундаментов для них регламентируется предельной величиной средней осадки фундамента не превышающий предельно допустимой согласно принятым нормам Su=10 см.

Таким образом согласно расчету по второй группе предельных состояний должно выполняться условие S<Su=10 см.

фундамент здание подошва

1.Оценка грунтовых условий участка застройки

Слой-1 - Почвенно растительный, мощность слоя 1,3 м;

ИГЭ-2 - Глина коричневая, мощность слоя 5,6 м;

ИГЭ-3 - Суглинок зеленовато-серый, мощность слоя 4,8 м;

ИГЭ-4 - Песок мелкозернистый, мощность слоя 3,3 м;

ИГЭ-5 - Суглинок с песчаными прослойками, мощность слоя 2,8 м;

Оцениваем каждый инженерно-геологический элемент (ИГЭ) и определяем ИГЭ, пригодные для использования их в качестве естественного основания.

По приведенным основным показателям физических свойств определяются производные показатели по формулам

1. Плотность сухого грунта

, г/см3

сd,2 = 1,69/(1+0,2) =1,4 г/см3 Среднесжимаемый

сd,3 =1,81/(1+0,26) = 1,44 г/см3 Среднесжимаемый

сd,4 = 1,79/(1+0,17) =1,53 г/см3 Среднесжимаемый

сd,5 = 1,78/(1+0,22) = 1,46г/см3 Среднесжимаемый

2. Коэффициент пористости

е4 = (2,65/1,53) - 1=0,73 средней плотности

3. Пористость

n2 = 1 - (1,4/2,74)=0,5

n3 = 1 - (1,44/2,68)=0,46

n4 = 1 - (1,53/2,65)=0,42

n5 = 1 - (1,46/2,67)=0,45

4. Степень влажности

Sr 4 = (0,17Ч2,65)/(0,73Ч1.0)=0,62 Влажный

5. Число пластичности

Ip,2 =0,37-0,11=0,26 Глина

Ip,3 = 0,36-0,22=0,14 Суглинок

Ip,5 =0,29-0,2=0,09 Суглинок

6. Показатель текучести

IL,2 = (0,2-0,11)/0,26= 0,35 Тугопластичная

IL,3 = (0,26-0,22)/0,14= 0,28 Тугопластичный

IL,5 = (0,22-0,2)/0,09= 0,22 Полутветдый

7. Удельный вес кН/м3

г1 =16 кН/м3

г2 =16,9 кН/м3

г3 =18,1 кН/м3

г4 =17,9 кН/м3

г4 =17,8 кН/м3

Результаты расчетов и анализа характеристик каждого инженерно-геологического элемента сводятся в таблицу

№ ИГЭ	Производные характеристики грунтов	Оценка строительных свойств ИГЭ
	г/см 3	г/см3	е	n				Е МПа
1	-	1,6	-	-	-	-	-	-	-
2	2,74	1,4	-	0,5	-	0,26	0,35	9	среднесжимаемый, глина тугопластичная, используется в качестве естественного основания фундаментов
3	2,68	1,44	-	0,46	-	0,14	0,28	12	среднесжимаемый, суглинок тугопластичный
4	2,65	1,53	0,73	0,42	0,62	-	-	23	среднесжимаемый, песок влажный, используется в качестве свай уплотнения
5	2,67	1,46	-	0,45	-	0,09	0,22	18	среднесжимаемый, суглинок полутвердый

Вывод:

Принимаем два варианта фундаментов:

I - вариант фундаментов - столбчатые, на естественном основании. Принимаем в качестве несущего слоя ИГЭ-2;

2.Проектирование фундаментов мелкого заложения

К фундаментам мелкого заложения относятся: ленточные, столбчатые, плитные и др. Их назначение - передача нагрузки от сооружения на естественные или искусственные основания.

При проектировании определяются конструкция и размеры фундаментов, глубина заложения подошвы, производится расчет оснований по деформациям. По выполненным расчетам производится конструирование.

2.1 Глубина заложения подошвы фундаментов

Зависит от целого ряда факторов:

1. Конструктивных особенностей сооружения, у зданий и сооружений без подвальных помещений глубина заложения зависит от высоты фундаментов, при наличии подвалов фундамент заглубляется ниже пола подвала.

2. Глубины сезонного промерзания грунтов. Подошва фундаментов должна располагаться ниже глубины сезонного промерзания грунтов с учетом теплового режима здания.

3. Инженерно-геологических и гидрогеологических условий участка строительства. Подошва фундамента должна опираться на несущий слой, установленный согласно таблице, с заглублением ниже его кровли на 0,2…0,3м.

hf=0.15+h1+0.2=0.15+1.3+0.2=1.65 м

min=> hf=1.8 м =>hзгл.=0,35 м

Принимаем глубину заложения подошвы фундамента df=1,8 м, исходя из конструктивных соображений.

Марка фундамента	Ось здания	N, кН	М, кНм	Q, кН
Ф-1	крайний ряд	2340	270	27

Уточняем R - расчетное сопротивление грунта, по формуле:

где - коэффициенты условий работы по табл;

=1, =1,

b- ширина подошвы фундамента

bкр= 2,7 м

значенияопределяется по табл. в зависимости от угла внутреннего трения ц= 17 0;

- глубина заложения фундамента, =1,65 м

средние значения удельного веса грунтов соответственно выше и ниже подошвы фундамента ;

= = 16,2

- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего под фундаментом, кПа, 50 кПа

кПа

кПа

Площадь подошвы фундамента будет равна :

= 7,81 м2

= 8.51 м2

Крайний фундамент:

b 1=(7.81/1,4)^0.5=2.41м => b=2.7 м

l 1= (7.81*1.4)^0.5=3.311м => b=3.6 м

Крайний фундамент:

b2 =(8.51/1,4)^0.5=2.46м => b=2.7 м

l2 = (8.51*1.4)^0.5=3.45м => b=3.6 м

А= b*l=9.72 м2

Выполняем проверки давлений по подошве принятых фундаментов по формулам: , ,

где Р - среднее давление

для крайнего ф-та :

, где

W- момент сопротивления подошвы фундамента,

;

;

;

;

299,5/387,85=0.61>0.2

Проверка выполняется.

2.2 Расчет оснований по деформациям

Выполняем расчет осадки фундамента методом послойного суммирования:

1. Строим расчетную схему основания и фундаментов, на которую наносим: геологический разрез с необходимыми для расчета параметрами основания, и поперечное сечения фундамента «b» с принятой глубиной заложения его подошвы «», в масштабе 1:100.

2. Определяем напряжения от собственного веса грунта

, кПа

16*1,3=20,8 кПа

16,9*5,6+20,8=115,44 кПа

18,1*4,8+115,44=202,32 кПа

17,9*3,3+202,32=261,39 кПа

17,8*2,8+261,39=311,23 кПа

на отметке подошвы фундамента

кПа

На схеме строим эпюру .

3. Напряжение от дополнительного давления на уровне подошвы фундамента

Для крайнего ф-та (Ф-1) 375,13 кПа

4. Сжимаемую толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на элементарные слои толщиной: м

5. Определяем дополнительное напряжение от внешней нагрузки на границах элементарных слоёв по формуле:

, кПа

6. Определяем напряжения от собственного веса грунта, вынутого из котлована, на отметках подошвы каждого элементарного слоя:

, кПа

- коэффициент, принимаем равным при з=1,3 (табл.5,3 Приложения) .

7. Расчет напряжений от внешней нагрузки на отметке кровли каждого элементарного слоя и расчет осадок выполняется в табличной форме. При этом коэффициент определяется по таблице, для соотношения:

Для крайнего ф-та:

8. Осадка фундамента определяется по формуле:

;

где: -безразмерный коэффициент, который равняется 0,8;

уzp, i -среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки в і-том слое грунта на вертикали, которая проходит через центр подошвы фундамента, кПа;

hі -толщина і-го слоя грунта, м;

n -количество слоев, на которые разделена сжимаемая толща основания;

z, i -среднее значение вертикального напряжения от собственного веса грунта, вынутого из котлована, в і-ом слое грунта на вертикали, которая проходит через центр подошвы, на глубине z от подошвы фундамента, кПа;

Ei - модуль деформации і-го слоя грунта по ветви первичной нагрузки, МПа;

Ее, і -модуль деформации і-го слоя грунта по ветви вторичной нагрузки (модуль упругости), МПа;

Еі и Ееі -определяются в пределах действующих нагрузок от собственного веса грунта и здания.

9. Полученную осадку сравниваем с предельным значениям осадки

;

Результаты расчетов заносим в таблицу

На схеме строим эпюры уzp и уzг .

№		Z, м		, кПа	, кПа	кПа	, кПа	, кПа	- кПа	cм	, кПа	, cм
0	0	0	1	294,7	28,41	28,41	290,5	28	262,6	54	9000	1,26
1	0,4	0,54	0,972	286,45	27,61	37,53
							268,2	25,9	242,3	54	9000	1,16
2	0,8	1,08	0,848	249,91	24,09	46,66
							225,4	21,7	203,7	54	9000	0,98
3	1,2	1,62	0,682	200,99	19,37	55,78
							178,9	17,24	161,6	54	9000	0,78
4	1,6	2,16	0,532	156,78	15,11	64,91
							139,4	13,44	125,9	54	9000	0,6
5 7	2	2,7	0,414	122,01	11,76	74,04
							108,9	10,5	98,4	54	9000	0,47
6	2,4	3,24	0,325	95,78	9,23	83,16
							86,2	8,31	77,89	54	9000	0,37
7	2,8	3,78	0,26	76,62	7,39	92,88
							69,2	6,68	62,58	54	11722	0,23
8	3,2	4,32	0,21	61,89	5,97	102
							56,4	5,44	51	54	12000	0,18
9	3,6	4,86	0,173	50,98	4,91	111,13
							46,9	4,52	42,34	54	12000	0,15
10	4	5,4	0,145	42,73	4,12	120,25
							39,5	3,81	35,68	54	12000	0,13
11	4,4	5,94	0,123	36,25	3,49	129,38
							33,6	3,24	30,36	54	12000	0,11
12	4,8	6,48	0,105	30,94	2,98	138,51
							28,9	2,78	26,1	54	12000	0,09
13	5,2	7,02	0,091	26,82	2,58	147,63
=6,53 см

 zp 0,2 zg

26,82<29,52кПа;

см.

Вывод:

Так как полученная осадка меньше предельного значения осадки условие выполняется

3. Расчет и проектирование свайных фундаментов

3.1 Призматические сваи

Длина призматической сваи определяется из условий заглубления ее подошвы не менее 1,0 м. в несущий слой, модуль деформации которого больше или равен 10,0 МПа. Для сопряжения головы сваи с ростверком она должна быть выше дна котлована на 0,5 м. Применяются сваи с поперечными сечениями 0,3 0,3; 0,35 035; и 0,4

0,4 м., длина их должна быть стандартной, т.е. кратная 0,5 м, в зависимости от длины подбирается сечение сваи.

Несущая способность висячей сваи (Fd , кН) работающей на сжимающую нагрузку является суммой расчетных сопротивлений грунтов оснований под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности определяется по формуле:

Fd = c (cR R A + u cf fi hi),(4.1)

где:с ; сR ; cf -коэффициенты соответственно: условия работы сваи в грунте; работы грунта под подошвой и по боковой поверхности, принимаются для забивных свай, равными единице;

R -расчетное сопротивление грунта под подошвой сваи, принимаем по таблице 4.1, кПа;

fi -расчетное сопротивление і-того слоя грунта на боковой поверхности сваи, принимается по таблице 4.2, кПа;

А и u -площадь (м2) и периметр (м) поперечного сечения сваи;

hі -толщина і-го слоя грунта, принимается не более 2 м.

Длина призматической сваи сечением 0,35 0,35 м. равна:

0,5 + 2 + 1,5 + 1,75 + 2 + 1,4 + 1,4 + 1,45 = 12,0 м. (С.120.35-10)

Таблица 4.1;

Значения расчетного сопротивления грунта под нижним концом

забивных свай

Глубина подошвы сваи от природного рельефа zn , м	Расчетные сопротивления грунта под подошвой сваи R, кПа
	Для песчаных грунтов средней плотности
	гравелистых	крупных	-	средней крупности	мелких	пылеватых	-
	Для пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести ЙL
	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
3	7500	6600/4000	3000	3100/2000	2000/1200	1100	600
4	8300	6800/5100	3800	3200/2500	2100/1600	1250	700
5	8800	7000/6200	4000	3400/2800	2200/2000	1300	800
7	9700	7300/6900	4300	3700/3300	2400/2200	1400	850
10	10500	7700/7300	5000	4000/3500	2600/2400	1500	900
15	11700	8200/7500	5600	4400/4000	2900	1650	1000
20	12600	8500	6200	4800/4500	3200	1800	1100
Примечание: Над чертой для песчаных грунтов, под чертой - пылевато-глинистых

Таблица 4.2;

Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности свай

Глубина середины условного слоя грунта от природного рельефа zi , м	Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности свай fi , кПа
	Для песчаных грунтов средней плотности
	средней крупности	мелких	пылеватых	-	-	-	-
	Для пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести ЙL
	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,8	1,0
2	42	30	21	17	12	5	4
4	53	38	27	22	16	8	5
6	58	42	31	25	18	8	6
8	62	44	33	26	19	8	6
10	65	46	34	27	19	8	6
15	72	51	38	28	20	8	6
20	79	56	41	30	20	8	6
Примечание: Расчетное сопротивление определяется для условных слоев грунтов hi толщиной не более 2,0 м.



Рис. 3.1. Расчетная схема для определения несущей способности свай.

3.1.1 Расчетное сопротивление грунта под подошвой сваи на отметке 13,15 равно, при ЙL = 0

R = 10500 + = 11256 кПа

3.1.2 Площадь и периметр поперечного сечения сваи

А = 0,352 = 0,1225 м2 ; u = 0,35 4 = 1,4 м.

3.1.3 Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи

Так как показатели текучести (ИГЭ-4; 5) ЙL < 0 то расчетное значение сопротивления грунта принимаем по минимальному значению ЙL = 0,4. Методом интерполяции по таблице 4.2 определяем:

2,65 f1 = 22,95 кПа;

4,4. f2 = 27,8 кПа;

6,025. f3 = 31,025 кПа;

7,9. f4 = 32,9 кПа;

9,6. f5 = 33,8 кПа;

11. f6 = 34,8 кПа;

12,425. f7 = 35,94 кПа.

3.1.4 Несущая способность сваи С.120.35-10 равна:

Fd = c (cR R A + u cf fi hi) = 1,0 [1,0 11256 0,1225 + 1,4 (1,0 22,95 2 + 1,0 27,8 1,5 + 1,0 31,025 1,75 + 1,0 32,9 2 + 1,0 33,8 1,4 + 1,0 34,8 1,4 + 1,0 35,94

1,45)] = 1877 кН.

3.1.5 Расчетная нагрузка на сваю составит:

Nсв. = Fd /k = = 1340,7 кН

где:k -коэффициент надежности. Для аналитического метода определения несущей способности сваи принят равным 1,4.

3.1.6 Параметры свайного куста. Нагрузка на сваю в составе куста

Ориентировочно количество свай в кусте n, исходя из действующих вертикальных нагрузок на обрезе фундамента, определяем по формуле:

n = 1,1 N/Nсв (4.2)

где:1,1 -коэффициент, приближенно учитывающий массу ростверка и действия изгибающего момента на сваю.

Полученное количество свай округляется в большую сторону до целой величины. При наличии моментных нагрузок минимальное количество свай - 2 шт.

n = 1,1 N/Nсв. = 1,1 2340/1340,7 = 1,9 принимаем 2 шт.

При размещении свай в кусте, расстояние между их осями должно быть не менее 3d (d - сторона поперечного сечения ствола сваи, 3d = 3 0,35 = 1,05 м).

Расчетная нагрузка на сваю, определяется по формуле:

Nсв. i = N/n М y/ yi2(4.3)

где: y -расстояние от главных осей до оси каждой сваи для которой вычисляется расчетная нагрузка;

yi -расстояние от главных осей до оси каждой сваи.

Должны выполняться проверки: mах Nсв. i Nсв ; miп Nсв. i > 0; при кусте из 4-х свай и более

mах Nсв. i 1,2Nсв(4.4)

СФ-1; Nсв. i = = 1170 168,7кН;

mах Nсв. i < Nсв = 1338,7 кН < 1340,7 кН; miп Nсв. i = 1001,3 кН > 0;

3.2 Расчет осадки свайного фундамента

Расчет осадки свайных фундаментов производится как для фундаментов мелкого заложения.

Границы условного фундамента определяются следующим образом : Снизу он ограничен плоскостью, проходящей через нижние концы свай; сверху - поверхностью планировки грунта; с боков вертикальными плоскостями , отстоящими от наружных граней крайних рядов свай на расстоянии:

Д = h tgII, mt /4, но не более 2d = (0,35 2 = 0,7 м);

h - глубина погружения сваи в грунт основания, h = 11,5 м.;

II, mt - осредненное значение угла внутреннего трения определяется по формуле:

II, mt = II, i hi / hi(4.5)

где:II, i -расчетное значение угла внутреннего для пройденных сваями инженерно - геологических элементов;

hi - мощность инженерно-геологического элемента.

II, mt = = 18,68;

tgII, mt /4 = 0,08

Д = h tgII, mt /4 = 11,5 0,08 = 0,92 м., т.к. 0,92 м больше 2d (2

0,35 м = 0,7 м) принимаем Д = 0,7 м.

Размеры условного фундамента в плане равны:

Lу. ф. = 2 Д + 4d = 2 0,7 + 4 0,35 = 2,8 м,

Ву. ф. = 2 Д + d = 2 0,7 + 0,35 = 1,75 м.

Определяем площадь условного фундамента:

Ау. ф. = Lу. ф. Ву. ф = 2,8 1,75 = 4,9 м2.(4.6)

Вес условного фундамента приближенно равен весу грунта Gгр , сваи Gсв , весу ростверка и грунта на его обрезах Gp определяется по формуле:

Gгр = mt h Ау.ф ,(4.7)

где: mt -средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах длины сваи (h = 11,5 м)

mt = і hi == 17,5 кН/м3

Объем условного фундамента: V = 4,9 11,5 =56,35 м3.

Объем сваи: Vсв = 12 0,352 = 1,47 м3.

V - Vсв = 56,35 - 1,47*2 = 53,41 м3.

Вес сваи:

Gсв =Vсв . ж.б.(4.8)

где:Vсв -объем бетона сваи, равен ?св. d2;

?св. -длина сваи;

d -сторона ее поперечного сечения;

ж.б -среднее значение удельного веса бетона и арматуры сваи, принимаем равным 26 кН/м3.

Вес ростверка:

Gp = Ар dр f (4.9)

где:Ар -площадь подошвы ростверка;

dр -высота ростверка, равна 1,8 м.;

f -коэффициент надежности по нагрузке, равен 1,2;

- среднее значение удельного веса ростверка и грунта на его обрезах, равен 20 кН/м3.

Принимаем, что край ростверка отстоит от наружной грани сваи на расстоянии, равном d/2 = 0,2 м. Для свай по оси ростверк принимается квадратным 2,4 2,4 м = 5,76 м2 , т.к. на него устанавливаются фундаментные балки.

Площадь ростверков и его вес (формула 4.6):

Ар = 5,76 м2;

Gp = 5,76 1,8 1,2 20 = 248,8 кН,

Вес грунта равен (формула 4.7):

Gгр = 17,5 53,41 = 960,4 кН.

Вес сваи (формула 4.8):

Gсв = 12 0,352 26 = 38,2 кН.

Суммарная вертикальная нагрузка, действующая на подошву условного фундамента равна:

Nу. ф. = N + Gр + Gгр + Gсв(4.10)

Среднее давление под подошвой условного фундамента:

р = N + Gр + Gгр + Gсв /Ау.ф.

р = = 732,1 кПа;

Вертикальное напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента равно:

zgо = d + mt h = 16,2 1,65 + 17,5 11,5 = 227,98 кПа,

II = = 16,2 кН/м3.

Дополнительные вертикальные напряжения на уровне подошвы условного фундамента равны:

zро = ро = р - zgо

zро = ро = 732,1 - 227,98 = 504,1 кПа,

Определяем соотношения сторон :

 = Lу. ф./Ву. ф. = 2,8/1,75 = 1,6.

Толщина элементарного слоя грунта и его вертикальное напряжение от собственного веса:

hi = 0,2 Ву. ф = 0,2 1,75 = 0,35 м,

zgо = 17,9 0,35 = 6,3 кПа.

Расчет осадки свайного фундамента производится методом послойного суммирования и выполняется в табличной форме, расчетная схема приведена на рис. 4.3.

s = , hi /Ei .(4.11)

Коэффициент находим по таблице в зависимости от соотношений = 2z/b и = ?/b.

№		Z, м		, кПа	кПа	, кПа	cм	, кПа	, cм
0	0	0	1	504,1	227,98	497,4	35	23000	0,61
1	0,29	0,35	0,973	490,74	234,21
						461,4	35	23000	0,56
2	0,58	0,7	0,857	432,01	240,44
						392,3	35	23000	0,48
3	0,87	1,05	0,699	352,62	246,67
						316,2	35	23000	0,38
4	1,16	1,4	0,555	279,78	252,9
						250,4	35	23000	0,3
5 7	1,45	1,75	0,438	221,05	259,13
						198,6	35	23000	0,24
6	1,74	2,10	0,349	176,18	265,36
						159,2	35	23000	0,19
7	2,03	2,45	0,282	142,16	271,59
						129,2	35	23000	0,16
8	2,32	2,8	0,230	116,2	277,82
						106,2	35	23000	0,13
9	2,61	3,15	0,191	96,28	284,05
						88,6	35	23000	0,11
10	2,9	3,5	0,16	80,91	290,28
						74,86	35	20857	0,1
11	3,19	3,85	0,136	68,81	296,51
						64,02	35	18000	0,1
12	3,48	4,2	0,117	59,23	302,74
3,36 см

zp 0,2zg 59,23 < 60,54 кПа s=3,36 см <10 см= su

Вывод:

Так как полученная осадка меньше предельного значения осадки см условие выполняется.

Рис. 4.3. Расчетные схемы определения осадок свайных фундаментов: Геологический разрез. Эпюры вертикальных напряжений: от дополнительных давлений zp и от собственного веса грунта zg

Нижняя граница сжимаемой толщи находится на глубине

На = 420 см под подошвой условного фундамента.

Литература

1.ДБН В.2.1-10-2009 Основи та фундаменти споруд. Основні положення проектування. Київ.

2.ДСТУ Б. В.2 1-2-96. Грунти.. Класифікація.-Укрархбудінформ - Київ 1997-42с

5.СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.

Размещено на Allbest.ru

...