Проект фундамента под здание каркасного типа

Размещено на http://allbest.ru

Московский Государственный Строительный Университет

Кафедра механики грунтов, оснований и фундаментов

Курсовой проект

Проект фундамента под здание каркасного типа

по курсу: «Основания и фундаменты»

Выполнил студент 4 курса:

Принял преподаватель:

Москва

Оглавление

1. Задание на проектирование

2. Анализ грунтов основания

2.1 Определение классификационных признаков грунтов

2.2 Построение эпюры природного давления

2.3 Компрессионные испытания

2.4 Штамповые испытания

3. Расчет фундаментов мелкого заложения

3.1 Расчет глубины заложения фундамента

3.2 Расчет отдельно стоящего фундамента для колонн 1,2,8,9

3.2.1 Определение площади фундамента

3.2.2 Проектирование песчаной подушки

3.3 Расчет отдельно стоящего фундамента для колонн 3,4,5,6,7

4. Расчет свайных фундаментов

4.1 Расчет свайного фундамента под 1,2,8,9 колонны

4.1.1 Выбор конструкции свайного фундамента

4.1.2 Определение несущей способности одиночной сваи по грунту F_d и расчетной нагрузки P_cb на одну сваю

4.1.3 Определение высоты ростверка

4.1.4 Проверка выполнения условия расчета основания по I предельному состоянию

4.1.5 Определение среднего вертикального давления под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия p<P

4.1.6 Определение среднего давления под подошвой условного фундамента

4.1.7 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой условного фундамента

4.2 Расчет свайного фундамента под 3,4,5,6,7 колонны

4.2.1 Определение необходимого числа свай в свайном фундаменте, размещение их в плане, определение плановых размеров ростверка

4.2.2 Определение высоты ростверка

4.2.3 Проверка выполнения условия расчета основания по I предельному состоянию

4.2.4 Определение среднего вертикального давления под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия p<P

4.2.5 Определение среднего давления под подошвой условного фундамента

4.2.6 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой условного свайного фундамента

5. Расчет фундаментов по деформациям

5.1 Расчет осадок фундаментов мелкого заложения

5.1.1 Осадки фундамента под колонны 1,2,8,9

5.2.2 Расчет прогнозируемых осадок для колонн 3,4,5,6,7

5.2 Расчет осадок свайных фундаментов

5.2.1 Осадки фундаментов под колоннами 1,2,8,9

5.2.2 Осадки фундаментов под колоннами 3,4,5,6,7

5.3 Расчет осадок методом эквивалентного слоя (для свайных ф-тов)

5.3.1 Осадки фундаментов под колоннами 1,2,8,9

5.3.2 Осадки фундаментов под колоннами 3,4,5,6,7

5.3.3 Стабилизация осадки во времени

6. Подбор сваебойного оборудования

6.1 Подбор сваебойного оборудования

6.2 Определение расчетного отказа

Выводы

Список используемой литературы

1. Задание на проектирование

Необходимо запроектировать фундамент под здание каркасного типа из сборных железобетонных элементов с колоннами сечением 0,4х0,4 м и шагом между ними 6 м, с гибкой конструктивной схемой. Пол подвала заглублен на 3,1 м от поверхности пола 1-го этажа. Отметка пола 1-го этажа 0,00 на 1,05м выше отметки спланированной поверхности земли.

Высота этажа - 3,6 м, количество этажей - 7.

Город строительства - Пермь. Инженерно-геологические условия района застройки представлены на инженерно-геологическом разрезе.

Нагрузки на колонны (с учетом нагрузок от перекрытия над подвалом) равны:

Для 1,2,8,9 колонн - ,

Для 3,4,5,6,7 колонн - ,

Нагрузки на фундамент определяются по формулам:

- для расчета по 1 группе предельных состояний

- для расчета по 2 группе предельных состояний

Тогда:

- для 1,2,8,9 колонн:

- для 3,4,5,6,7 колонн:

2. Анализ характеристик грунтов

2.1 Определение классификационных признаков грунтов

Слой №1

Насыпь неслежавшаяся, Rо - не нормируется

Слой №2

Песок пылеватый, средней плотности, влажный

Тип : 0,3 + 11,5+ 41,2 + 19,3 = 53,4 < 75 %

грунт свая колонна фундамент

R₀ = 150 кПа

Слой №3

Суглинок текучий

Тип: I_p = 26,4-14,9 = 11,5

Вид: I_l =

Разновидность:

R₀ не нормируется, так как I_l > 1

Слой №4

Песок мелкий, средней плотности, насыщенный водой

Тип : 0,4 + 13,7 + 61,8 = 75,9 > 75 %

R₀ = 200 кПа

Слой №5

Песок средней крупности, средней плотности, маловлажный

Тип : 2,5 + 37,5 + 29,7 = 69,7 > 50 %

R₀ = 400 кПа

2.2 Построение эпюры природного давления

Слой №1

15,7

h = 3,2

P = 15,7 x 3,2 = 50,2

Слой №2

18,6

e = 0,637

h = 0,8

P = 18,6 x 0,8 = 14,6

Слой №3а

18,82

e = 0,83

h = 0,8

P = 18,82 x 0,8 = 14,6

Слой №3б

18,82

18,82

e = 0,83

h = 5,35

I_l = 1,104

=13,93

P = 13,93 x 4,55 = 63,38

Слой №4

20,28

26,00

e = 0,83

h = 3,7

=15,57

P = 15,57 x 3,7 = 57,6

Слой №5

20,21

26,02

e = 0,619

h = 1,95

=15,45

P = 15,45 x 1,95 = 30,12

2.3 Компрессионные испытания

Слой 2 - песок пылеватый средней плотности влажный

Определение удельного веса сухого грунта:

г_d = г / (1+W) = 18,6 / (1 + 0,13) = 16,46 = 0,165

Значение влажности грунта:

W = 0,13

Определение пористости грунта:

n = e / (1+e) = 0,637 / (1+0,637) = 0,389

Значение угла внутреннего трения грунта:

ц = 27⁰

Определение коэффициента сжимаемости грунта:

m₀ = 0,00006 кПа^-1

Определение относительного коэффициента сжимаемости:

m_х = кПа^-1

Определение модуля деформации грунта:

E = в / m_х = 0,8 / 0,000037 = 21622 кПа

Определение коэффициента Пуассона:

х = 0,3

Слой 3 - суглинок текучий

Определение удельного веса сухого грунта:

г_d = г / (1+W) = 18,82 / (1 + 0,276) =14,75 = 0,148

Значение влажности грунта:

W = 0,276

Определение пористости грунта:

n = e / (1+e) = 0,83 / (1+0,83) = 0,45

Значение угла внутреннего трения грунта:

ц = 11⁰

Значение сцепления грунта:

c = 10 кПа

Определение коэффициента сжимаемости грунта:

m₀ = 0,000153 кПа^-1

Определение относительного коэффициента сжимаемости:

m_х = кПа^-1

Определение модуля деформации грунта:

E = в / m_х = 0,62 / 0,000085 = 7294 кПа

Определение коэффициента Пуассона:

х = 0,3

2.4 Штамповые испытания

Слой 4 - песок мелкий средней плотности насыщенный водой

Определение удельного веса сухого грунта:

г_d = г / (1+W) = 20,28 / (1 + 0,229) = 16,5 = 0,165

Значение влажности грунта:

W = 0,229

Определение пористости грунта:

n = e / (1+e) = 0,83 / (1+0,83) = 0,45

Значение угла внутреннего трения грунта:

ц = 27⁰

Значение сцепления грунта:

Определение модуля деформации грунта:

E = кПа

Определение коэффициента Пуассона :

х = 0,3

Слой 5 - песок средней крупности средней плотности маловлажный

Определение удельного веса сухого грунта:

г_d = г / (1+W) = 20,21 / (1 + 0,234) = 16,38 = 0,164

Значение влажности грунта:

W = 0,234

Определение пористости грунта:

n = e / (1+e) = 0,619 / (1+0,619) = 0,38

Значение угла внутреннего трения грунта:

ц = 31⁰

Определение модуля деформации грунта:

E = кПа

Определение коэффициента Пуассона :

х = 0,3

3. Расчет фундаментов мелкого заложения

3.1 Расчет глубины заложения фундамента

За отметку планировки принимаем отметку устья скважины номер 2 - 126,5

Допустимая глубина заложения фундамента из климатических условий для Перми:

Анализ инженерно-геологических условий района застройки показывает, что глубина заложения существенно не повлияет на конструкцию фундамента, поэтому глубины заложения определяем исходя из конструктивных соображений.

Отметка подошвы фундамента:

d = - 3,10 - 0,9 - 0,2 + 1,05 = 3,05м

Отметка подошвы фундамента (для фундамента с монолитной плитой 0,4м): d = - 3,10 - 0,9 -0,4 - 0,2 + 1,05 = 3,55м

Отметка подошвы фундамента (для фундамента с монолитной плитой 0,5м): d = - 3,10 - 0,9 -0,4 - 0,2 + 1,05 = 3,65м

3.2 Расчет отдельно стоящего фундамента для колонн 1,2,8,9

Нагрузки от колонн на отметке пола подвала равны:

3.2.1 Определение площади фундамента

Определяем размеры площади подошвы фундамента. Предварительные размеры находим графическим методом.

а) Задаемся тремя размерами площади подошвы фундамента:

,,

б) Определяем среднее значение давления под подошвой фундамента:

в) Определяем расчетное сопротивление рабочего слоя основания (слой №2)

R = ,

где

1,25, 1

1

0,91, 4,65, 7,15 - для пылеватого песка с ц = 27⁰

1

18,6 кН/м³, 15,7 кН/м³

c_II = 0 кПа

- приведенная глубина заложения

d_b = 2,05 - расстояние от планировочной отметки до пола подвала

R₁ =

R₂ =

г) Откладываем значения на чертеже и в точке пересечения графиков находим требуемую площадь фундамента:

А_ф = 6,71м², b = 2,59м

Изготавливаемые промышленно фундаменты имеют максимальную площадь 4,2 м2, следовательно необходимо сконструировать составной фундамент из опорной плиты 2,6х2,6м, высотой 30см и фундамента 2Ф12.9-3, используемого в качестве подколонника.

Определяем новое значение R

R₁ =

д) Определяем фактическое давление под подошвой фундамента

Объем подколонника 2Ф12.9-3 и фундаментной плиты:

Объем грунтовой пригрузки

Вес грунтовой пригрузки

Вес пригрузки от пола подвала:

Общий вес фундамента с пригрузкой грунтом обратной засыпки и полом подвала:

Давление под подошвой фундамента:

кПа

Условия p<R выполнено (279,3 < 305,9), следовательно фундамент для рабочего слоя подобран верно.

На расстоянии z = 0,95м ниже подошвы фундамента залегает слой текучего суглинка, в связи с этим необходимо проверить, будет ли при том допустимо давление передающееся на этот слой.

Проверяем допустимость давления на подстилающий слой по условию:

Дополнительное (осадочное) давление на отметке подошвы фундамента:

На отметке подошвы рабочего слоя грунта

Сумма давлений от собственного веса песка и от сооружения на суглинок под подошвой рабочего слоя:

Вычисляем расчетное сопротивление R_z суглинка для условного фундамента шириной b_z и глубиной заложения d+z.

Подготавливаем необходимые данные для расчета R:

= 16,28 кН/м³

1,1, 1

1

0,2, 0,83, 4,29 - для текучего суглинка с ц = 11⁰

1

1,2 м.

18,82 кН/м³

c_II = 10 кПа

Отсюда для запроектированной схемы:

R =

кПа

Условие не выполняется

Увеличение площади фундамента в данном случае представляется нецелесообразным, поэтому необходимо проектировать песчаную подушку.

3.2.2 Проектирование песчаной подушки

Предыдущий расчет показал, что опирание фундамента на пылеватый песок и залегающий ниже текучий суглинок невозможно, поэтому необходимо запроектировать песчаную подушку. Так как при опирании на более прочный слой песка высота подушки получится слишком большой ее необходимо проектировать «висячей». Высота такой подушки z подбирается методом итераций до удовлетворения условия , а также последующего расчета по II-му предельному состоянию (по деформациям) по условию

s < s_u.

Песчаная подушка из крупного песка укладывается слоями и уплотняется до состояния средней плотности (e = 0,65) и достижения плотностью скелета величины

Для подушки из крупного песка принимаем расчетное сопротивление R = 400 кПа и E₀ = 30 МПа, с=0, ц = 30⁰

Определяем размеры площади подошвы фундамента. Предварительные размеры находим графическим методом.

а) Задаемся тремя размерами площади подошвы фундамента:

,,

б) Определяем среднее значение давления под подошвой фундамента:

в) Определяем расчетное сопротивление рабочего слоя основания (песок подушки)

1,4, 1, 1

1,15, 5,59, 7,95 - для крупного песка с ц = 30⁰

1, 1,65 х 9,81 = 16,19 кН/м³

= 16,06 кН/м³

c_II = 0 кПа

- приведенная глубина заложения

d_b = 2,05 - расстояние от планировочной отметки до пола подвала

R₁ =

R₁ =

г) Откладываем значения на чертеже и в точке пересечения графиков находим требуемую площадь фундамента:

А_ф = 4,51м², b = 2,13м

Изготавливаемые промышленно фундаменты имеют максимальную площадь 4,2 м2, следовательно необходимо сконструировать составной фундамент из опорной плиты 2,2х2,2м, высотой 40см и фундамента 2Ф12.9-3, используемого в качестве подколонника.

Определяем новое значение R

R₁ =

R₁ =

д) Определяем фактическое давление под подошвой фундамента

Объем подколонника 2Ф12.9-3 и фундаментной плиты:

Объем грунтовой пригрузки

Вес грунтовой пригрузки

Вес пригрузки от пола подвала:

Общий вес фундамента с пригрузкой грунтом обратной засыпки и полом подвала:

Давление под подошвой фундамента:

кПа

Условия p<R выполнено (379,7 < 466,2), следовательно фундамент для рабочего слоя подобран верно.

Назначаем толщину песчаной подушки z = 2м и проверяем выполнение условия на контакте подошвы подушки с текучим суглинком.

Давление от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента:

Для определения давления от собственного веса грунта на отметке подошвы песчаной подушки необходимо вычислить удельный вес грунта песчаной подушки. Найдем степень водонасыщения текучего суглинка:

Так как подстилающий подушку суглинок находится в водонасыщенном состоянии, но уровень грунтовых вод не превышает отметку залегания подушки, то песок будет в водонасыщенном состоянии лишь частично. При этом влажность песка будет:

Примем и вычислим плотность песка:

с_d = с / (1+W)=1,65/(1+0,185)=1,39г/см³

В этом случае удельный вес песка подушки

А средний удельный вес песка подушки:

Давление от собственного веса грунта и песка подушки на глубине z от подошвы фундамента:

Дополнительное (осадочное) давление на отметке подошвы фундамента:

На отметке подошвы песчаной подушки

Сумма давлений от собственного веса песка подушки и от сооружения на суглинок под подошвой подушки:

Вычисляем расчетное сопротивление R_z суглинка для условного фундамента шириной 5 и глубиной заложения 5,55м.

Предварительно находим ширину условного фундамента, равную ширине подошвы песчаной подушки b_z, осредненную величину удельного веса грунта, залегающего выше подошвы условного фундамента , а также приведенную глубину заложения условного фундамента со стороны подвала d₁.

Удельный вес грунта вычисляем как среднее значение удельного веса грунта обратной засыпки и песчаной подушки

= 16,63 кН/м³

1,1, 1

1

0,2, 1,83, 4,29 - для текучего суглинка с ц = 11⁰

1

1,2 м.

18,82 кН/м³

c_II = 10 кПа

Отсюда для запроектированной схемы:

R =

кПа

Условие выполняется с запасом 9%.

Принимаем толщину подушки z = 2м

3.3 Расчет отдельно стоящего фундамента для колонн 3,4,5,6,7

Нагрузки от колонн на отметке пола подвала равны:

Расчеты в пункте 3.2.1 показали, что инженерно-геологические условия района требуют устройства висячей песчаной подушки.

Определяем размеры площади подошвы фундамента. Предварительные размеры находим графическим методом.

а) Задаемся четырьмя размерами площади подошвы фундамента:

,,

б) Определяем среднее значение давления под подошвой фундамента:

в) Определяем расчетное сопротивление рабочего слоя основания (песок подушки)

1,4, 1

1

1,15, 5,59, 7,95 - для крупного песка с ц = 30⁰

1

1,65 х 9,81 = 16,19 кН/м³

= 16,06 кН/м³

c_II = 0 кПа

- приведенная глубина заложения

d_b = 2,05 - расстояние от планировочной отметки до пола подвала

R₁ =

R₁ =

г) Откладываем значения на чертеже и в точке пересечения графиков находим требуемую площадь фундамента:

А_ф = 5,96м², b = 2,44м

Изготавливаемые промышленно фундаменты имеют максимальную площадь 4,2 м2, следовательно необходимо сконструировать составной фундамент из опорной плиты 2,5х2,5м, высотой 40см и фундамента 2Ф12.9-3, используемого в качестве подколонника.

Определяем новое значение R

R₁ =

д) Определяем фактическое давление под подошвой фундамента

Объем подколонника 2Ф12.9-3 и фундаментной плиты:

Объем грунтовой пригрузки

Вес грунтовой пригрузки

Вес пригрузки от пола подвала:

Общий вес фундамента с пригрузкой грунтом обратной засыпки и полом подвала:

Давление под подошвой фундамента:

кПа

Условие p<R выполнено (414,1 < 474,1), следовательно фундамент для рабочего слоя подобран верно.

Назначаем толщину песчаной подушки z = 2,5м и проверяем выполнение условия на контакте подошвы подушки с текучим суглинком.

Давление от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента:

Для определения давления от собственного веса грунта на отметке подошвы песчаной подушки необходимо вычислить удельный вес грунта песчаной подушки. Найдем степень водонасыщения текучего суглинка:

Так как подстилающий подушку суглинок находится в водонасыщенном состоянии, но уровень грунтовых вод не превышает отметку залегания подушки, то песок будет в водонасыщенном состоянии лишь частично. При этом влажность песка будет:

Примем и вычислим плотность песка:

с_d = с / (1+W)=1,65/(1+0,185)=1,39г/см³

В этом случае удельный вес песка подушки

А средний удельный вес песка подушки:

Давление от собственного веса грунта и песка подушки на глубине z от подошвы фундамента:

Дополнительное (осадочное) давление на отметке подошвы фундамента:

На отметке подошвы песчаной подушки

Сумма давлений от собственного веса песка подушки и от сооружения на суглинок под подошвой подушки:

Вычисляем расчетное сопротивление R_z суглинка для условного фундамента шириной 6 и глубиной заложения 6,05м.

Предварительно находим ширину условного фундамента, равную ширине подошвы песчаной подушки b_z, осредненную величину удельного веса грунта, залегающего выше подошвы условного фундамента , а также приведенную глубину заложения условного фундамента со стороны подвала d₁.



Удельный вес грунта вычисляем как среднее значение удельного веса грунта обратной засыпки и песчаной подушки

= 16,38 кН/м³

1,1, 1

1

0,2, 1,83, 4,29 - для текучего суглинка с ц = 11⁰

1

18,82 кН/м³

c_II = 10 кПа

Отсюда для запроектированной схемы:

R =

кПа

Условие выполняется с запасом 12%.

Принимаем толщину подушки z = 2,5м

4. Расчет свайных фундаментов

Здание каркасного типа имеет наружные стены, опирающиеся через продольные ригели на ряды колонн. Под всем зданием имеется подвал. Абсолютная отметка пола 1-го этажа:

127,60м (0.00), пола подвала - 124,50 (-3,10). Толщина пола подвала - 0,2м. Планировочная отметка DL на 1,05м ниже отметки пола первого этажа и совпадает с отметкой природного рельефа NL = 126,50м. Расчетная нагрузка на одну колонну, собранная до отметки низа пола 1-го этажа (-0,2м) составляет:

N_I= 2040 кН

N_II= 1700 кН. Уровень грунтовых вод WL находится на глубине 4,8м от отметки природного рельефа.

Глубина заложения ростверка определяется:

,

Где

3,1 - расстояние от отметки пола 1-го этажа до пола подвала

0,2 - толщина пола подвала

0,9 - высота подколонника (башмака)

0,5 - высота ростверка

1,05 - высота цоколя

4.1 Расчет свайного фундамента под 1,2,8,9 колонны

4.1.1 Выбор конструкции свайного фундамента

Нижний конец свай должен погружаться в грунт с достаточно высоким расчетным сопротивлением R₀ (песок мелкий средней плотности) на глубину не менее 1 м.

Выбираем типовую железобетонную сваю длинной l = 11,0 м, квадратного сечения 30х30см, марки С110.30, с длинной острия 0,25м, у которой нижний конец забивается в песок средней крупности, средней плотности, маловлажный на глубину 1,9м. Заделку сваи в ростверк, так как нагрузка центрально приложенная, принимаем минимальной, равной 0,1м.

Рабочая длина сваи в этом случае:

l_cb^p = 11,25 - (0,25 + 0,1) = 10,9м.

4.1.2 Определение несущей способности одиночной сваи по грунту F_d и расчетной нагрузки P_cb на одну сваю

Несущая способность по грунту одиночной забивной висячей сваи определяется по формуле:

Для заданных условий расчетное сопротивление под нижним концом сваи:

R = 4340кПа (z = 14,25м)

Сопротивление грунта f_i по боковой поверхности сваи:

- в песке пылеватом на глубине расположения середины слоя z = 3,6м

f_i = 26,2кПа

- в суглинке текучем с I_l = 1,1 показатель f_i принимается равным 0

- в слое песка мелкого с глубиной расположения середины слоя z = 10,35м

f_i = 46,4кПа

- в слое песка мелкого с глубиной расположения середины слоя z = 12,2м

f_i = 48,2кПа

- в слое песка средней крупности с глубиной расположения середины слоя z = 13,65м

f_i = 70,1кПа

Используя полученные значения вычисляем F_d:

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, составит:

1. Определение необходимого числа свай в свайном фундаменте, размещение их в плане, определение плановых размеров ростверка.

Необходимое количество свай определяется приближенно по формуле:

Где:

N_I - расчетная нагрузка

d - сторона сваи, м

h - высота ростверка и стеновой части фундамента

- средний удельный вес материала ростверка, принимаемый 22 кН/м³

свай

Полученное значение округляем до целого числа - 5 свай и проектируем свайный фундамент из 5 свай.

Расстояние между сваями принимаем равным 3d, чтобы получить минимальные размеры ростверка. Расстояние от края сваи до края ростверка - 0,1м. Тогда ширина b и длина l квадратного монолитного ростверка будут равны:



4.1.3 Определение высоты ростверка

Назначенная высота ростверка проверяется на изгиб и продавливание. В данном случае продавливание колонной невозможно, так как площадь продавливания гипотетической пирамиды продавливания значительно больше площади межсвайного пространства. Также невозможно продавливание сваями в условиях, когда площадью подколонника перекрывается весь свайный куст. При ширине ростверка 1,77м и общей высоте ростверка и подколонника 1,1м ростверк не работает на изгиб.

Принимаем высоту ростверка из конструктивных соображений h_p=0,5м.

4.1.4 Проверка выполнения условия расчета основания по I предельному состоянию

Для этого находим фактическую нагрузку F, приходящуюся на одну сваю, и сравниваем ее с ранее полученной расчетной нагрузкой P_cb:

Где:

Q_p- нормативный вес ростверка и надростверковой конструкции

G - нормативная нагрузка от веса грунта на поверхности ростверка

,где V_гр - объем грунта;

Условие первого предельного состояния выполняется.

4.1.5 Определение среднего вертикального давления под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия p<P

,

Где

N_II - нормативная вертикальная нагрузка на отметке низа пола первого этажа.

Q_ф - собственный вес колонны, подколонника, ростверка, свай

Q_гр - вес грунта в объеме условного фундамента

A_усл - площадь подошвы условного фундамента

Для квадратного фундамента

Определение ширины условного фундамента и площади его подошвы



Где С_р - расстояние между рядами свай

d - сторона квадратной сваи

l_cb - рабочая длина сваи

- среднее значение угла внутреннего трения слоев грунта в пределах рабочей длины сваи, но в связи с отсутствием трения по боковой поверхности в третьем слое (текучем суглинке) вместо рабочей длины используем расстояние от подошвы 3го слоя до подошвы усл. фундамента.

4.1.6 Определение среднего давления под подошвой условного фундамента

Для этого необходимо собрать нагрузки от собственного веса всех составных элементов условного фундамента, а также нагрузки от конструктивных элементов, находящихся над поверхностью условного фундамента.



Вес грунта в условном фундаменте:

Вес свай:

Вес ростверка:

Вес подколонника:

Вес колонны:

Вес ограждающих подвальных панелей:

Пригрузка от пола подвала:

Пригрузка грунтом с наружной стороны ограждающих подвальных панелей:

Среднее вертикальное давление p от всех нагрузок под подошвой условного фундамента:

4.1.7 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой условного фундамента

1,4, 1, 1

1,25, 5,97, 8,25 - для песка средней крупности с ц = 31⁰

1

15,45 кН/м³

= 15,8кН/м³

c_II = 0 кПа

- приведенная глубина заложения

d_b = 2,05 - расстояние от планировочной отметки до пола подвала

R₁ =

Условие p<R выполнено (425,7 < 1922). Расчет осадки на основе модели линейного деформирования грунта можно проводить.

4.2 Расчет свайного фундамента под 3,4,5,6,7 колонны

4.2.1 Определение необходимого числа свай в свайном фундаменте, размещение их в плане, определение плановых размеров ростверка

Необходимое количество свай определяется приближенно по формуле:

Где:

N_I - расчетная нагрузка

d - сторона сваи, м

h - высота ростверка и стеновой части фундамента

- средний удельный вес материала ростверка, принимаемый 22 кН/м³

свай

Полученное значение округляем до целого числа - 7 свай и проектируем свайный фундамент из 7 свай. Расстояние между сваями принимаем равным 3d, чтобы получить минимальные размеры ростверка. Расстояние от края сваи до края ростверка - 0,1м. Тогда ширина b и длина l квадратного монолитного ростверка будут равны:

4.2.2 Определение высоты ростверка

Назначенная высота ростверка проверяется на изгиб и продавливание. В данном случае продавливание колонной невозможно, так как площадь продавливания гипотетической пирамиды продавливания значительно больше площади межсвайного пространства. Также невозможно продавливание сваями в условиях, когда площадью подколонника перекрывается весь свайный куст. При ширине ростверка 1,77м и общей высоте ростверка и подколонника 1,1м ростверк не работает на изгиб.

Принимаем высоту ростверка из конструктивных соображений h_p=0,5м.

4.2.3 Проверка выполнения условия расчета основания по I предельному состоянию

Для этого находим фактическую нагрузку F, приходящуюся на одну сваю, и сравниваем ее с ранее полученной расчетной нагрузкой P_cb:

Где: Q_p- нормативный вес ростверка и надростверковой конструкции

G - нормативная нагрузка от веса грунта на поверхности ростверка

,

где V_гр - объем грунта;

Условие первого предельного состояния выполняется.

4.2.4 Определение среднего вертикального давления под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия p<P

,

Где N_II - нормативная вертикальная нагрузка на отметке низа пола первого этажа.

Q_ф - собственный вес колонны, подколонника, ростверка, свай

Q_гр - вес грунта в объеме условного фундамента

A_усл - площадь подошвы условного фундамента

Для квадратного фундамента

Определение ширины условного фундамента и площади его подошвы

Где С_р - расстояние между рядами свай

d - сторона квадратной сваи

l_cb - рабочая длина сваи

- среднее значение угла внутреннего трения слоев грунта в пределах рабочей длины сваи, но в связи с отсутствием трения по боковой поверхности в третьем слое (текучем суглинке) вместо рабочей длины используем расстояние от подошвы 3го слоя до подошвы усл. фундамента.

4.2.5 Определение среднего давления под подошвой условного фундамента

Для этого необходимо собрать нагрузки от собственного веса всех составных элементов условного фундамента, а также нагрузки от конструктивных элементов, находящихся над поверхностью условного фундамента.

Вес грунта в условном фундаменте:

Вес свай:

Вес ростверка:

Вес подколонника:

Вес колонны:

Вес ограждающих подвальных панелей:

Пригрузка от пола подвала:

Пригрузка грунтом с наружной стороны ограждающих подвальных панелей:

Среднее вертикальное давление p от всех нагрузок под подошвой условного фундамента:

4.2.6 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой условного свайного фундамента

1,4,

1,

1

1,25,

5,97,

8,25 - для песка средней крупности с ц = 31⁰

1

20,21 кН/м³

= 15,43кН/м³

c_II = 0 кПа

- приведенная глубина заложения

d_b = 2,05 - расстояние от планировочной отметки до пола подвала

R₁ =

Условие p<R выполнено (498,4 < 1878,4). Расчет осадки на основе модели линейного деформирования грунта можно проводить.

5. Расчет фундаментов по деформациям

5.1 Расчет осадок фундаментов мелкого заложения

5.1.1 Осадки фундамента под колонны 1,2,8,9

Исходные данные:

- ширина фундамента b=2,2 м

- глубина заложения b=3,55 м

- среднее давление под подошвой фундамента p=379,7 кПа.

Вычисление ординат эпюры природного давления у zg приведено выше

На отметке подошвы фундамента

у_{zg 0}= у_{zg 2} + г₃ x h = 56,7 кПа

Вычисление ординат вспомогательной эпюры 0,2у zg,i:

уzg	50,2	64,8	79,4	142,8	200,3	230,4
0,2уzg,i	10,04	12,96	15,88	28,56	40,06	46,08

Вычисление ординат эпюры дополнительного давления у zp,I :

Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры у zp,0 непосредственно под подошвой фундамента при z = 0;

у_zp,0 = p - у_zp,0 = 379,7-56,7=323 кПа

Затем вычисляем другие ординаты по формуле : у_zp,I = у_zp,0 x б_i для различных глубин z_i откладываемых от подошвы фундамента. Коэффициент б_i для данных условий берутся по величине отношения длины фундамента l к ширине фундамента b, то есть :

з = l / b = 2,2 / 2,2 =1 - столбчатый фундамент и отношение о = 2z / b. Вычисления сводим в таблицу. Для отыскания нижней границы В.С. сжимаемой толщи Нс в этой же таблице приводятся значения 0,2у_zg,i.

о = 2z / b	Z=(о x b)/2	бi	уzp,i, кПа	hi, м	0,2уzg, кПа	Слои основания
0	0	1	323		11,34	Песок песчаной подушки
0,454	0,5	0,938	303	0,5
0,909	1	0,747	241,3	0,5
1,363	1,5	0,542	175,1	0,5
1,818	2	0,387	125	0,5
2,273	2,5	0,282	91,1	0,5		3 слой Суглинок текучий
2,727	3	0,211	68,2	0,5
3,181	3,5	0,162	52,3	0,5
3,634	4	0,129	41,7	0,5
4,087	4,5	0,104	33,6	0,5
4,542	5	0,086	27,8	0,5
5	5,5	0,072	23,3	0,5
5,273	5,8	0,065	21	0,3	28,6

После подготовки всей информации, необходимой для расчета осадки, переходим к её вычислению в каждом грунтовом слое и суммируем в пределах сжимаемой толщи Нс. При расчете осадок принимаем коэффициент в = 0,8.

Вычисление осадок. Осадки в каждом грунтовом слое складываются из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных.

Песок песчаной подушки ( 4 элементарных слоя)

3й слой ( восемь элементарных слоев)

Суммарная осадка S = 0,78 + 0,13 = 0,91 см < Sпред = 10 см.

Так как суммарная осадка не превышает допустимой по СНиП для каркасных зданий, то условие расчета по второму предельному состоянию выполняется. Использованные в расчете глубину заложения 3,55м и ширину фундамента 2,2м можно считать достаточными и окончательными.

5.2.2 Расчет прогнозируемых осадок для колонн 3,4,5,6,7

Исходные данные:

- ширина фундамента b=2,5 м

- глубина заложения b=3,55 м

- среднее давление под подошвой фундамента p=414,1 кПа.

Вычисление ординат эпюры дополнительного давления у zp,I :

Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры у zp,0 непосредственно под подошвой фундамента при z = 0;

у_zp,0 = p - у_zp,0 = 414,1-56,7=357,4 кПа

Затем вычисляем другие ординаты по формуле : у_zp,I = у_zp,0 x б_i для различных глубин z_i откладываемых от подошвы фундамента. Коэффициент б_i для данных условий берутся по величине отношения длины фундамента l к ширине фундамента b, то есть :

з = l / b = 2,5 / 2,5 =1 - столбчатый фундамент и отношение о = 2z / b. Вычисления сводим в таблицу. Для отыскания нижней границы В.С. сжимаемой толщи Нс в этой же таблице приводятся значения 0,2у_zg,i.

о = 2z / b	Z=(о x b)/2	бi	уzp,i, кПа	hi, м	0,2уzg, кПа	Слои основания
0	0	1	357,4		11,34	Песок песчаной подушки
0,4	0,5	0,96	343,1	0,5
0,8	1	0,8	285,9	0,5
1,2	1,5	0,606	216,6	0,5
1,6	2	0,449	160,5	0,5
2	2,5	0,336	120,1	0,5
2,4	3	0,257	91,9	0,5		3 слой Суглинок текучий
2,8	3,5	0,201	71,8	0,5
3,2	4	0,16	57,2	0,5
3,6	4,5	0,131	46,8	0,5
4	5	0,108	38,6	0,5
4,4	5,5	0,091	32,5	0,5
4,64	5,8	0,083	29,7	0,3	28,6
4,8	6	0,077	27,51	0,2		4 слой Песок мелкий насыщенный водой

После подготовки всей информации, необходимой для расчета осадки, переходим к её вычислению в каждом грунтовом слое и суммируем в пределах сжимаемой толщи Нс. При расчете осадок принимаем коэффициент в = 0,8.

Вычисление осадок. Осадки в каждом грунтовом слое складываются из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных.

Песок песчаной подушки ( пять элементарных слоев)

3й слой ( семь элементарных слоев)

4й слой ( один элементарный слой)

Суммарная осадка S = 0,99 + 0,13+0,02 = 1,14 см < Sпред = 10 см.

Так как суммарная осадка не превышает допустимой по СНиП для каркасных зданий, то условие расчета по второму предельному состоянию выполняется. Использованные в расчете глубину заложения 3,55м и ширину фундамента 2,5м можно считать достаточными и окончательными.

5.2 Расчет осадок свайных фундаментов

5.2.1 Осадки фундаментов под колоннами 1,2,8,9

Исходные данные:

- ширина фундамента b=2,77 м

- глубина заложения b=14,25 м

- среднее давление под подошвой фундамента p=425,7 кПа.

Вычисление ординат эпюры природного давления у zg приведено выше.

На отметке подошвы фундамента у_{zg 0}= у_{zg 2} + г₃ x h = 56,7 кПа

Вычисление ординат вспомогательной эпюры 0,2у zg, необходимо только на глубинах ниже подошвы условного фундамента:

h0	14,25	15,00	16,00
уzg	218,8	230,4	245,8
0,2уzg,i	43,8	46,1	49,17

Вычисление ординат эпюры дополнительного давления у zp,I :

Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры у zp,0 непосредственно под подошвой фундамента при z = 0;

у_zp,0 = p - у_zp,0 = 425,7-218,8=206,9 кПа

Затем вычисляем другие ординаты по формуле :

у_zp,I = у_zp,0 x б_i

для различных глубин z_i откладываемых от подошвы фундамента. Коэффициент б_i для данных условий берутся по величине отношения длины фундамента l к ширине фундамента b, то есть :

з = l / b = 2,77 / 2,77 =1 - столбчатый фундамент и отношение о = 2z / b. Вычисления сводим в таблицу.

Для отыскания нижней границы В.С. сжимаемой толщи Нс в этой же таблице приводятся значения 0,2у_zg,i.

о = 2z / b	Z=(о x b)/2	бi	уzp,i, кПа	hi, м	0,2уzg, кПа	Слои основания
0	0	1	206,9		43,8	Песок средней крупности средней плотности маловлажный
0,361	0,5	0,964	199,5	0,5
0,722	1	0,797	164,9	0,5
1,083	1,5	0,662	137,0	0,5
1,444	2	0,51	105,5	0,5
1,805	2,5	0,391	80,9	0,5	51,47
2,166	3	0,303	62,7	0,5
2,527	3,5	0,239	49,4	0,5

При расчете осадок принимаем коэффициент в = 0,8.

Вычисление осадок. Осадки в каждом грунтовом слое складываются из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных.

Песок средней крупности( 7 элементарных слоев)

Осадка S = 1,6 см < Sпред = 10 см.

Так как полученная расчетная осадка допустима, то конструктивная схема свайного фундамента может считаться окончательно принятой.

5.2.2 Осадки фундаментов под колоннами 3,4,5,6,7

Исходные данные:

- ширина фундамента b=2,76 м

- длина фундамента l=3 м

- глубина заложения b=14,25 м

- среднее давление под подошвой фундамента p=498,4 кПа.

Вычисление ординат эпюры природного давления у zg приведено выше.

На отметке подошвы фундамента

у_{zg 0}= у_{zg 2} + г₃ x h = 56,7 кПа

Вычисление ординат вспомогательной эпюры 0,2у zg, необходимо только на глубинах ниже подошвы условного фундамента:

h0	14,25	15,00	16,00
уzg	218,8	230,4	245,8
0,2уzg,i	43,8	46,1	49,17

Вычисление ординат эпюры дополнительного давления у zp,I :

Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры у zp,0 непосредственно под подошвой фундамента при z = 0;

у_zp,0 = p - у_zp,0 = 498,4-218,8=279,6 кПа

Затем вычисляем другие ординаты по формуле:

у_zp,I = у_zp,0 x б_i

для различных глубин z_i откладываемых от подошвы фундамента.

Коэффициент б_i для данных условий берутся по величине отношения длины фундамента l к ширине фундамента b, то есть :

з = l / b = 3 / 2,76 =1,087 - столбчатый фундамент и отношение о = 2z / b.

Вычисления сводим в таблицу.

Для отыскания нижней границы В.С. сжимаемой толщи Нс в этой же таблице приводятся значения 0,2у_zg,i.

о = 2z / b	Z=(о x b)/2	бi	уzp,i, кПа	hi, м	0,2уzg, кПа	Слои основания
0	0	1	279,6		43,8	Песок средней крупности средней плотности маловлажный
0,362	0,5	0,967	270,4	0,5
0,725	1	0,839	234,6	0,5
1,087	1,5	0,675	188,7	0,5
1,449	2	0,525	146,8	0,5
1,812	2,5	0,406	113,5	0,5	51,47
2,174	3	0,318	88,9	0,5
2,536	3,5	0,252	70,5	0,5
2,898	4	0,202	56,5	0,5

При расчете осадок принимаем коэффициент в = 0,8.

Вычисление осадок. Осадки в каждом грунтовом слое складываются из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных.

Песок средней крупности( 7 элементарных слоев)

Осадка S = 1,2 см < Sпред = 10 см.

Так как полученная расчетная осадка допустима, то конструктивная схема свайного фундамента может считаться окончательно принятой.

5.3 Расчет осадок методом эквивалентного слоя (для свайных ф-тов)

5.3.1 Осадки фундаментов под колоннами 1,2,8,9

Исходные данные:

- ширина фундамента b=2,77 м

- глубина заложения b=14,25 м

у_zp,0 = p - у_zp,0 = 425,7-218,8=206,9 кПа

Осадка слоистого основания методом эквивалентного слоя вычисляется по формуле:

Мощность эквивалентного слоя:

,

При (в основании пески) и абсолютно жестком фундаменте , =2,7

Так как основание состоит из грунтов одного типа

Относительный коэффициент сжимаемости

Подставляя m_v в формулу осадки получаем:

5.3.2 Осадки фундаментов под колоннами 3,4,5,6,7

Исходные данные:

- ширина фундамента b=2,76 м

- глубина заложения b=14,25 м

у_zp,0 = p - у_zp,0 = 498,4-218,8=279,6 кПа

Осадка слоистого основания методом эквивалентного слоя вычисляется по формуле:

Мощность эквивалентного слоя:

,

При (в основании пески) и абсолютно жестком фундаменте ,

=2,69

Так как основание состоит из грунтов одного типа

Относительный коэффициент сжимаемости

Подставляя m_v в формулу осадки получаем:

Неравномерность осадок:

5.3.3 Стабилизация осадки во времени

Расчет проводим для фундамента с максимальной осадкой - под колоннами 3,4,5,6,7

Т.к.

- коэффициент консолидации



u	N	t = TNгод	tмесяцы	St = us, см
0	0	0	0	0
0,1	0,005	0,0000062	0,002	0,25
0,2	0,02	0,0000248	0,009	0,5
0,3	0,06	0,0000744	0,03	0,75
0,4	0,13	0,0001612	0,06	1,0
0,5	0,24	0,0002976	0,11	1,25
0,6	0,42	0,0005208	0,19	1,5
0,7	0,69	0,0008556	0,3	1,75
0,8	1,08	0,0013392	0,48	2,0
0,9	1,77	0,0021948	0,78	2,25
0,95	2,54	0,0031496	1,14	2,375
0,98	3,49	0,0043276	1,56	2,45
1,0				2,5

6. Подбор сваебойного оборудования

Для определения соответствия принятой в проекте несущей способности сваи по грунту ее реальной величине в условиях естественного состояния грунтов площадки предполагаемого строительства предусматривается проведение контрольных динамических испытаний свай С110.30 с определением отказа. В связи с этим необходимо:

- подобрать сваебойное оборудование для погружения свай С110.30 в грунты средней уплотненности

- определить расчетный отказ

- сделать заключение о несущей способности свай, принятых в проекте и необходимости корректировки проекта.

6.1 Подбор сваебойного оборудования

Предполагается забивку свай проводить трубчатым дизель-молотом.

Вес ударной части G,кН трубчатого дизель-молота рекомендуется приближенно принимать равным 0,7 от m₂ - веса сваи с наголовником, вес которого P_нг = 1кН.

По полученному значению G выбираем трубчатый дизель-молот марки С-1017, имеющий вес ударной части G = 22 кН.

Уточняем подбор молота по необходимой для погружения сваи минимальной энергии удара по формуле , где N - расчетная нагрузка на сваю.

Затем определяем расчетную энергию удара молота С-1017 по формуле , которая должна быть не менее :

Проверяем выполнение еще одного условия

Все проверки удовлетворены. Дизель-молот С-1017 принимается в проекте для забивки сваи С110.30 в данных инженерно-геологических условиях.

6.2 Определение расчетного отказа

Расчетный (проектный) отказ определяется по формуле:

Расчетный отказ больше, чем 0,002, следовательно молот подобран правильно.

Выводы

В приведенном расчете рассмотрены два варианта конструкции фундаментов под проектируемое сооружение - мелкого заложения и свайный.

В связи с инженерно-геологическими особенностями района застройки под фундаментом мелкого заложения требуется устройство песчаной подушки, высотой от 2 до 2,5 метров. В случае точечных фундаментов это приведет к подсыпке песком дна всей площади дна котлована, что представляется экономически нецелесообразным.

Свайный фундамент в данном случае не требует необоснованного углубления котлована и позволяет обеспечить необходимую несущую способность без инженерных преобразований грунта. В связи с этим он принимается основным, как более экономичный и менее трудоемкий.

Для свайного фундамента проведен расчет осадок методом эквивалентного слоя, показавший, что осадки не превышают допустимых для данного типа сооружения.

Кроме того, проведен расчет стабилизации осадок во времени.

Список использованной литературы

1. Учебник «Механика грунтов»; З.Г. Тер-Мартиросян; АСВ, Москва 2005

2. Учебник «Механика грунтов. Основания и фундаменты»; С.Б. Ухов, В.В. Семенов, В.В. Знаменский, З.Г. Тер-Мартиросян, С.Н. Чернышев; АСВ, Москва 2005

3. Методические указания «Проектирование оснований и фундаментов»; Москва 2005

Размещено на Allbest.ru

...