Кубанский государственный аграрный университет
Кафедра оснований и фундаментов
Курсовой проект
На тему:
“Проектирование фундамента
4-хэтажного административного здания масло перерабатывающего завода в пос. Ахтырский Абинского района”
Выполнила
: Озерная В.Е
СТ-41
Проверил
: Горелик М. З.
Краснодар 2000г.
Содержание
Введение................................................................................................................................................ 3
1. Инженерно–геологические условия для строительства................................................ 4
2. Сбор нагрузок, действующих на основание в расчетных сечениях........................... 6
3. Выбор рациональной конструкции фундамента........................................................... 10
3.1. Проектирование ф-та на естественном основании............................................................. 10
3.1.1 Выбор глубины заложения фундамента........................................................................... 10
3.1.2 Подбор размеров подошвы фундамента.......................................................................... 10
3.1.3 Проверка прочности подстилающего слабого слоя........................................................ 13
3.1.4 Определение конечных осадок основания....................................................................... 15
3.1.5 Проектирование котлована............................................................................................... 18
3.2. Расчет и конструирование свайных фундаментов.............................................................. 18
3.2.1 Выбор типа и размеров свай............................................................................................. 18
3.2.2 Расчет несущей способности одиночной сваи................................................................. 19
3.2.3 Определение к-ва свай, размещение их в плане и конструирование ростверка............. 20
3.2.4 Размещение свай в кусте и конструирование ростверка................................................. 21
3.2.5 Определение конечных осадок основания свайного фундамента. Окончательный выбор свайного фундамента...................................................................................................................... 22
3.2.6 Проектирование котлована............................................................................................... 26
3.3. Технико-экономическое сравнение вариантов.................................................................... 26
4. Расчет стены подвала.............................................................................................................. 29
4.1. Расчет ленточного фундамента под стену подвала............................................................. 29
4.2. Проверка выбранного фундамента....................................................................................... 30
4.2.1 Проверка условий по подошве фундамента по оси А-А..................................................... 30
4.2.2 Проверка условий по подошве фундамента по оси 3-3................................................... 32
4.2.3 Проверка условий по подошве фундамента от совместного действия моментов........ 33
4.3. Определение конечных деформаций основания................................................................. 33
5. Расчет подпорной стены......................................................................................................... 35
5.1. Исходные данные.................................................................................................................... 35
5.2. Расчет вспомогательных данных........................................................................................... 35
5.3. Расчет устойчивости стенки.................................................................................................. 37
6. Список испльзованной литературы................................................................................... 38
Введение
1. На основании технического задания на проведение инженерно-строительных изысканий предприятием «Кубанькомплекссистема» были выполнены топографические и инженерно-геологические работы на объекте: «Завод по производству масел в пос. Ахтырский-2».
2. Топографическая съемка была выполнена в октябре 1997 года
3. Исследованная территория находится в Абинском районе Краснодарского края, на западной окраине поселка Ахтырский-2 по ул. Шоссейной. Площадка частично свободная от застройки, частично занята старыми, находящимися в эксплуатации, и строящимися зданиями производственного назначения. По южной границе площадки растут деревья.
4. Геоморфологическое положение: вторая левая надпойменная терраса реки Кубань.
1. И
нженерно–геологические условия строительства
1.1. В геологическом строении исследуемой территории принимают участие аллювиальные и делювиальные отложения, перекрытые с поверхности почвами и насыпными грунтами.
1.2. На основании полевых и лабораторных исследований по типам, видам и разновидностям, согласно ГОСТ 25100-95, выделено 6 инженерно-геологических элементов (ИГЭ).
ИГЭ-1. Насыпные грунты не слежавшиеся, представлены почвами со строительным и бытовым мусором, насыпями щебенисто-насыпных дорог, навалами грунта (на площадке идут строительные работы, отрыта траншея). Мощность насыпных грунтов не велика, их физико-механические свойства не изучались.
ИГЭ-2. Почва темно-бурая суглинистая, твердая и полутвердая, высокопористая, влажная, кислая, с корне- и червеходами, сохранилась на незатронутой строительством части территории и под насыпными грунтами. Содержание гумуса в почвах изменяется от 0,7-0,8% (под насыпными грунтами) до 5,4% (на не затронутых строительством участках).
ИГЭ-3. Глина желтовато-коричневая, коричневато-серая, полутвердая, влажная.
ИГЭ-4. Суглинок коричневато-желтый, твердый, влажный и водонасыщенный, легкий, пылеватый с включением карбонатов. В подошве слоя карбонатные включения составляют 10-20% по массе крена.
ИГЭ-5. Суглинок коричневато серый, полутвердый, водонасыщенный, легкий.
ИГЭ-6. Песок желтовато-серый, гравелистый, водонасыщенный, плотного сложения, с тонкими прослоями суглинка легкого, мягкопластичного.
1.3. Грунты, на изученной территории, набухающими свойствами не обладают.
1.4. Грунты ИГЭ-2,3 обладают сильной степенью агрессивного воздействия на бетонные и железобетонные конструкции на портландцементе по ГОСТ 10178-76 по содержанию сульфатов в перерасчете на SO4
2-
.
Грунты ИГЭ-4,5 обладают слабой степенью агрессивного воздействия для бетонов на портландцементе, шлакопортландцементе по ГОСТ 10178-76 и сульфатостойких цементах по ГОСТ 22266-76 по содержанию хлоридов в перерасчете на CI-
.
1.5. Литологические особенности грунтов обуславливают формирование в периоды интенсивных осадков временного горизонта грунтовых вод типа «верховодка» на глубине0,5-1,2м. Таким образом, сооружение и эксплуатация подвалов без надежной гидроизоляции не рекомендуется. Во избежании режима подземных вод и подтопления участка грунтовыми водами типа «верховодка» или техногенными водами следует предусмотреть организацию поверхностного стока, а также мероприятия по снижению утечек из водонесущих коммуникаций.
1.6. Подземные воды обладают слабой степенью агрессивного воздействия на арматуру ж/б конструкций при периодическом смачивании по содержанию хлоридов в перерасчете на CI-
. Подземные воды обладают средней степенью агрессивного воздействия на металлические конструкции по суммарному содержанию сульфатов и хлоридов и водородному показателю рН.
Инженерно–геологические условия
Сводная таблица физико-механических характеристик грунтов
Табл. 2.1.
| №№ п/п | Полное наименование грунта | Мощность, м | Удельное сцепление с
, кПа |
Угол внутреннего трения j
, град |
Модуль общей деформации E
, МПа |
Табличное значение расчетного сопротивления грунта R0
, кПа |
| 1 | Растительный слой | 0,90 | – | – | – | – |
| 2 | Почва суглинистая твердая | 0,80 | 47 | 10 | 5 | 200 |
| 3 | Глина полутвердая | 1,20 | 45 | 16 | 15 | 300 |
| 4 | Суглинок твердый | 3,50 | 36 | 21 | 18 | 200 |
| 5 | Суглинок полутвердый | 4,50 | 37 | 21 | 20 | 250 |
| Песок гравелистый | 1,40 | 1 | 40 | 40 | 500 |
2. Сбор нагрузок, действующих на основание в расчетных сечениях
Здание запроектировано с продольными несущими стенами из кирпича. Наружные стены толщиной 51 см, внутренняя несущая стена толщиной 38 см, перегородки между квартирами (соседними помещениями) – 250мм, Внутренние перегородки толщиной 12 см из кирпича. Окна двойного остекленения размером 150 см по длине и 180см по высоте. Кровля – металлочерепица по обрешетке по стропилам с утеплителем – минераловатные плиты. Перекрытия – сборные ж/б панели, в том числе и пола 1-го этажа. Цоколь высотой 70 см с отделкой темным цветом из кирпича. Между осями А; Б и 1;2 предусмотрен технический подвал ( для расчета стены подвала это приняли условно) высотой (глубиной) 2м. Лестничный марш ж/б шириной 1,35м, ступени размером 15х30 см. Высота этажа – 3м, высота мансардной части стены (до крыши) – 2м.
Сбор нормативных постоянных нагрузок на покрытие (кровля).
Табл. 2.2.
№
№
|
Вид нагрузки
|
Нормативная нагрузка,
NII , кПа |
Коэффициент надежности по нагрузке
g f |
Расчетная нагрузка,
NI , кПа |
|
| 1
|
Металлочерепица, вес 1м2
горизонтальной проекции 80 кг/м2 =0,8 кПа |
0,8 | 1,3 | 1,04 | |
| 2
|
Сплошной деревянный настил d=16 мм по стропилам | 0,5 | 1,3 | 0,65 | |
| 3
|
Минераловатные плиты g=125 кг/м3
; d=50мм; 1,25х0,05=0,0625 |
0,0625 | 1,2 | 0,075 | |
| 4
|
Пароизоляция – 1 слой рубероида | 0,04 | 1,2 | 0,048 | |
| 5
|
Деревянная обрешетка (настил) d=16мм, g=5 кН/м3
; 5х0,016=0,08 кПа |
0,08 | 1,2 | 0,096 | |
| 6
|
Гипсокартон d=10мм; r=1200кН/м3
; 12х0,01=0,12 кПа |
0,12 | 1,1 | 0,132 | |
| Итого: покрытие | 1,6 | - | 2,04 | ||
Сбор нормативных нагрузок на перекрытие
Табл.2.3.
№
№
|
Вид нагрузки
|
Нормативная нагрузка,
NII , кН |
Коэффициент надежности по нагрузке
g f |
Расчетная нагрузка,
NI , кН |
|
| 1
|
Покрытие линолеум ПВХ на тканевой основе d= 2,5мм | 0,1 |
1,2 |
0,12 |
|
| 2
|
Прослойка из быстротвердеющей мастики – 10 мм | ||||
| 3
|
Стяжка из легкого бетона М75 r=1300 кг/м3
; d=20мм; 13х0,02=0,26 |
0,26 | 1,3 | 0,338 | |
| 4
|
Теплоизоляционный слой ДВП d=25мм; r=200кг/м3
; 2х0,025=0,05 кПа |
0,05 | 1,3 | 0,0645 | |
| 5 | Ж/б плита перекрытия приведенной толщины hпр
=8см; 25х0,08=2кПа |
2 | 1,1 | 2,2 | |
| Итого: перекрытие | 2,41 | - | 2,723 | ||
Кладка наружных стен из кирпича g=18кН/м3
, внутренних - g=14кН/м3
; перегородок – тот же кирпич. Вес 1м2
горизонтальной проекции лестничного марша – 3,6 кПа, лестничной площадки – 3кПа. Временные нагрузки на перекрытия – 1,5 кПа, на лестничный марш – 3кПа. Коэф-т снижения временной нагрузки для здания из 4-х этажей на перекрытия y=0,8. Намечаем для сбора нагрузок три сечения:
Сечение 1-1
под наружную стену под лестничный ф-т (без подвала) на длине между оконными проемами – 2,34м;
Сечение 2-2
также под наружную стену (для здания с подвальным помещением) на длине 2,34м. Между серединами оконных проемов и сечения 2-2 на 1м длины внутренней стены. (Все эти сечения показаны на плане 1-го этажа).
Сечение 3-3
под наружную стену под лестничный ф-т (без подвала) на длине между оконными проемами – 2,34м;
А1
=А3
=2,24х2,34=5,24м2
;
А2
=2,24х2=4,48м.
Сбор нагрузок для сечения 1-1 А1
=5,24м2
Табл. 2.4.
| Вид нагрузки
|
Нормативная нагрузка,
NII , кН |
Коэффициент надежности по нагрузке
g f |
Расчетная нагрузка,
NI , кН |
| 1. Постоянная
|
|||
Покрытие (кровля) NII
NI
|
8,38 | - | 10,7 |
Перекрытие на 4-х этажах (включая и мансарду) NII
NI
|
50,52 | - | 57,1 |
Вес стены от пола 1-го этажа высотой 9,9м+2м мансарды g=18кН/м3
18х[(9.9+2)2.24-1,05х1,8]0,51+18х0,51х2,34х1= =259,75кН |
259,75 | 1,1 | 285,7 |
| Итого: постоянная нагрузка | 318,65 | - | 353,5 |
| 2. Временная
|
|||
| Снеговая нагрузка (1-й район) 0,5х5,24=2,62 | 2,62 | 1,4 | 3,67 |
Полезная на перекрытие на 4-х этажах при коэф-те снижения yп
4х0,8х1,5х5,24 = 25,16кН |
25,16 | 1,2 | 30,19 |
| Итого: временная нагрузка | 27,78 | - | 33,86 |
При учете двух и более временных нагрузок они принимаются с коэф-м сочетаний и расчете на основное сочетание: j1
=0,95 – для длительных нагрузок и j2
=0,9 – для кратковременных. При расчете на основное сочетание нормативная нагрузка (по II группе) на 1мдлины стены для сеч. 1-1 составит:
NII
= кН/м
Сбор нагрузок для сечения 2-2 А2
=4,48м2
Табл. 2.5.
| Вид нагрузки
|
Нормативная нагрузка,
NII , кН |
Коэффициент надежности по нагрузке
g f |
Расчетная нагрузка,
NI , кН |
| 1. Постоянная
|
|||
Покрытие (кровля) NII
NI
|
7,17 | - | 9,14 |
Перекрытие на 4-х этажах (включая и мансарду) NII
NI
|
43,19 | - | 48,79 |
Вес внутренней стены g=14кН/м3
14х0,38х9,9=52,67 |
52,67 | 1,1 | 57,93 |
| Итого: постоянная нагрузка | 103,03 | - | 115,87 |
| 2. Временная
|
|||
| Снеговая нагрузка 0,5х4,48=2,24кН/м | 2,24 | 1,4 | 3,14 |
Полезная на перекрытие на 4-х этажах при коэф-те снижения yп
4х0,8х1,5х4,48=91,5кН/м |
21,5 | 1,2 | 25,8 |
| Итого: временная нагрузка | 23,74 | - | 28,94 |
Нормативная нагрузка на основное сочетание по сеч.2-2
NII
= 103.03+2,24х0,9+21,5х0,95=125,46кН/м
Сбор нагрузок по сечению 3-3 А3
=5,24м2
(с подвалом)
Табл. 2.6.
| Вид нагрузки
|
Нормативная нагрузка,
NII , кН |
Коэффициент надежности по нагрузке
g f |
Расчетная нагрузка,
NI , кН |
| 1. Постоянная
|
|||
Покрытие (кровля) NII
NI
|
8,38 | - | 10,7 |
Перекрытие на 4-х этажах NII
NI
|
50,52 | - | 57,1 |
Вес стены от пола 1-го этажа высотой 10,5м+2м мансарды g=18кН/м3
18х[(10,5+2)2.24-1.05x1.8]0.51+18х0,51х2,34= =229,68кН |
229,68 | 1,1 | 252,65 |
Вес стены с теплоизоляцией высотой 1,7-9,9=2,8м в один кирпич g= 14кН/м3
NII
|
11 | 1,1 | 12,1 |
| Итого: постоянная нагрузка | 299,58 | - | 332,55 |
| 2. Временная
|
|||
| Снеговая нагрузка 0,5х5,24=2,62 | 2,62 | 1,4 | 3,67 |
Полезная на перекрытие на 4-х этажах при коэф-те снижения yп
4х0,8х1,5х5,24 = 25,16кН |
25,16 | 1,2 | 30,19 |
| Итого: временная нагрузка | 23,74 | - | 28,94 |
Нормативная нагрузка на 1м длины стены по сеч. 3-3
NII
=кН/м
3.
Выбор рациональной конструкции фундамента
3.1. Проектирование фундамента на естественном основании
3.1.1. Выбор глубины заложения фундамента
Глубину с учетом толщины почвы 0,8м примем равной d1
=1,2м.
3.1.2. Подбор размеров подошвы фундамента
Рис.3.1.
К определению глубины заложения фундаментов
В соответствии со СНиП 2.02.01–83 условием проведения расчетов по деформациям (второму предельному состоянию) является ограничение среднего по подошве фундамента давления p
величиной расчетного сопротивления R
:
,
где p
– среднее давление под подошвой фундамента, кПа
;
R
– расчетное сопротивление грунта основания, кПа
.
Предварительная площадь фундамента:
,
где NII
– сумма нагрузок для расчетов по второй группе предельных состояний, кПа
R0
– табличное значение расчетного сопротивления грунта, в котором располагается подошва фундамента, кПа;
g
’с
р
– осредненное значение удельного веса тела фундамента и грунтов, залегающих на обрезах его подошвы, g
’с
р
= 20 кН
/м
3
;
d1
– глубина заложения фундаментов безподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.
,
где hS
– толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м
;
hcf
– толщина конструкции пола подвала, м
;
g
cf
– расчетное сопротивление удельного веса конструкции пола подвала, кН
/м
3
.
.
Для ленточного ф-та b=А/
=0,55м; принимаем b=0,6м с укладкой стеновых блоков на бетонную подготовку толщиной 10см.
Рис.3.2.
Ленточный фундамент
Определяем расчетное сопротивление грунта основания R
для здания без подвала:
,
где gс1
и gс2
– коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов, gс1
= 1,1и gс2
= 1,2;
k
– коэффициент, принимаемый k
= 1,1, т. к. прочностные характеристики грунта приняты по таблицам СНиП.
kz
– коэффициент, принимаемый k
= 1 (b
<10м);
b
– ширина подошвы фундамента, м
;
g
II
и g
’II
– усредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже подошвы фундамента и выше подошвы фундамента;
с
II
– расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;
db
– глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала;
Mr
, Mq
, Mc
– безразмерные коэффициенты;
Mr
= 0,32; Mq
= 2,29; Mc
= 4,85
d1
– глубина заложения фундаментов безподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.
gII
=g/
II
=18,8 кН/м3
– ниже и выше подошвы один и тот же грунт;
b=0,6м;
d1
=1,2м
Фактические напряжения под подошвой фундамента (фундамент центрально нагружен):
,
где NII
– нормативная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента, кН
;
GfII
и GgII
– вес фундамента и грунта на его уступах;
A
– площадь подошвы фундамента, м
2
.
GfII
=
24х0,6х1,2=17,3кН/м – 1м длины;
GgII
=
0 – вес грунта на обрезах;
<R=283.2кПа
Условие выполняется, недогруз фундамента составляет 3,1%, следовательно, размер b=0,6м принимаем окончательным.
3.1.3. Проверка прочности подстилающего слабого слоя
Рис. 3.3.
К проверке прочности подстилающего слоя
Подстилающий слой – суглинок твердый, имеет Rо
=200кПа<Rо
=300кПа предыдущего слоя, следовательно, требуется проверка его прочности. Проверка проводится из условия , чтобы полное давление на кровлю слабого слоя не превышало расчетной на этой глубине:
sg(z+d)
+szp
£ Rz+d
, где
sg(z+d)
– природное давление на кровлю слабого слоя;
szp
- дополнительное давление на кровлю слабого слоя от нагрузки на фундамент;
sg(z+d)
=18,8х2=37,6 кПа
szpо
=18,8х1,2=22,6 кПа – природное давление под подошвой ф-та;
szp
=aро
ро
=р-szpо
=274,5-22,6=251,9 кПа – дополнительное вертикальное давление на основание;
a - коэф-т рассеивания определяется в зависимости от относительной глубины.
x==
a=;
szp
=0,439х251,9=110,6 кПа
Находим ширину условного ф-та bусл
из условия:
Аусл
= bусл
=, где
NII
+GII
– нормативная нагрузка на подшву фундамента;
szp
– дополнительное напряжение на кровлю слабого слоя;
NII
+GII
=147,4+17,3=164,7 кН/м
bусл
=м;
Расчетное сопротивление на глубине z+d=2м.
, где
gс1
=1,25
gс2
=1
k=1,1
kz
=1
gII
=19.3 кН/м – ниже подошвы (для суглинка) условного ф-та;
gII
/
=18,8 кН/м – выше подошвы;
сII
=30 кПа – для суглинков;
by
=1.49 м;
d+z=2м;
при j=20о
;
кПа,
т.к условие:
sg(z+d)
+szp
=37,6+110,6=148,2 кПа£ Rz+d
=340,4 кПа,
то прочность этого слоя обеспечена.
3.1.4. Определение конечных осадок основания
Расчет основания по деформациям производим исходя из условия:
,
где S
– совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;
Su
– предельное значение совместной деформации основания и сооружения,
Для определения осадок используем метод послойного суммирования осадок. Для этого, построим эпюры вертикальных напряже
zg
) и дополнительных вертикальных напряжений (эпюра s
zp
).
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта:
,
где g
‘– удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;
dn
– глубина заложения фундамента;
g
i
, hi
– соответственно удельный вес и толщина i
–го слоя;
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора:
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z
от подошвы фундамента:
,
где a
– коэффициент, принимаемый по таблицам СНиП в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения его сторон и относительной глубины, равной x
= 2z
/b
;
p0
= p
– s
zg0
– дополнительное вертикальное давление на основание;
p
– среднее давление под подошвой фундамента;
szg0
– вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.
Разбиваем грунт на слои толщиной hi
=0.46=0.4х0,6=0,24м,
Ро
=251,9 кПа – найдено в предыдущем пункте расчета,
szg0
=
22,6 кПа,
Расчет осадок проводим по формуле:
,
где b
– безразмерный коэффициент, b
= 0,8;
s
zp,i
– среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i
– том слое;
hi
,Ei
– соответственно толщина и модуль деформации i
–того слоя грунта.
Расчет ведем до тех пор пока szp
£0.2szg
Расчет осадки ленточного фундамента
Табл. 3.1.
| Z
.м |
x
= 2Z/b |
a
|
s
zp , кПа |
s
zg , кПа |
0,26
zg, кПа |
Е, МПа
|
Si
(см) |
| 0 | 0 | 1 | 251,9 | 22,6 | 4,5 | 15 | - |
| 0,24 | 0,8 | 0,881 | 222 | 27,0 | 5,4 | 15 | 0,38 |
| 0,48 | 1,6 | 0,642 | 161,7 | 31,6 | 6,3 | 15 | 0,31 |
| 0,72 | 2,4 | 0,477 | 120,2 | 36,1 | 7,2 | 15 | 0,225 |
| 0,96 | 3,2 | 0,374 | 94,2 | 10,6 | 8,1 | 18 | 0,143 |
| 1,2 | 4,0 | 0,306 | 77,1 | 45,3 | 9,0 | 18 | 0,114 |
| 1,44 | 4,8 | 0,258 | 65 | 50,10 | 10,0 | 18 | 0,095 |
| 1,68 | 5,6 | 0,233 | 58,7 | 54,6 | 10,9 | 18 | 0,082 |
| 1,92 | 6,4 | 0,196 | 49,4 | 59,2 | 11,8 | 18 | 0,072 |
| 2,16 | 7,2 | 0,175 | 44,1 | 63,9 | 12,8 | 18 | 0,062 |
| 2,4 | 8,0 | 0,158 | 39,8 | 68,5 | 13,7 | 18 | 0,056 |
| 2,64 | 8,8 | 0,143 | 36 | 73,1 | 14,6 | 18 | 0,05 |
| 2,88 | 9,6 | 0,132 | 33,2 | 77,7 | 15,5 | 18 | 0,046 |
| 3,12 | 10,4 | 0,122 | 30,7 | 82,4 | 16,5 | 18 | 0,043 |
| 3,36 | 11,2 | 0,113 | 28,4 | 87,0 | 17,4 | 18 | 0,04 |
| 3,6 | 12,0 | 0,106 | 26,7 | 91,6 | 18,3 | 18 | 0,036 |
| åSi
= |
1.75см |
Из табл. Следует, что граница нижней сжимающей толщи не достигается, но даже в этом случае S=båSi
=0,8х1,75=1,4см<Sп
=10см – для зданий с кирпичными несущими стенами.
Рис 3.4.
Схема распределения вертикальных напряжений в линейно–деформируемом полупространстве
3.1.5. Проектирование котлована
Размеры котлована в плане определяются расстояниями между наружными осями сооружения, расстояниями от этих осей до крайних уступов фундаментов, размерами дополнительных конструкций, устраиваемых около фундаментов с наружных сторон, и минимальной шириной зазора, позволяющего возводить подземные части здания, между дополнительной конструкцией и стенкой котлована (принимаем 1 м
). Величину откоса стенок котлована принимаем 1:0,67.
3.2. Расчет и конструирование свайных фундаментов
3.2.1 Выбор типа и размеров свай
В курсовом проекте необходимо запроектировать свайный фундамент из забивных висячих, квадратного сечения железобетонных свай. Размеры свай и глубину их забивки назначаем исходя из следующих факторов:
– геологических условий;
– действующих нагрузок;
– типа ростверка.
Глубину заложения ростверка назначаем, исходя из конструктивной схемы здания. А также принимая во внимание те же условия, которые мы учитывали, назначая глубину заложения фундамента на естественном основании:
– для безподвальной части здания – df
= 0,2 м
;
Сопряжение сваи с ростверком назначаем свободным. Длину сваи назначаем исходя из геологических условий (Рис. 6) – l
= 3,0 м
.
Рис. 3.5.
Расчетная схема к определению несущей способности одиночной сваи
3.2.2. Расчет несущей способности одиночной сваи
Несущую способность Fd
(кН
) висячей забивной сваи, работающей на сжимающую нагрузку, определяем по формуле:
,
где gс
= 1 – коэффициент условий работы сваи в грунте;
R
– расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое из табл. 6.21 [1];
А
– площадь опирания на грунт сваи, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;
u
– периметр поперечного сечения сваи, м
;
fi
– расчетное сопротивление i
–того слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, определяемое по табл. 6.20[1];
hi
– толщина i
–того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м
;
gсК
и gс
f
– коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способы погружения на расчетные сопротивления грунта, принимаемые независимо друг от друга (табл. 6.22 [1]).
R=8300 кПа;
А=d2
-0.22
=0,04 м2
;
u=4d=4х0,2=0,8м;
Разбиваем толщу на слои hi
=2м и находим:
| h1
=2м |
h2
=2м |
| z1
=1.5м |
z2
=3м |
| J 1
<0 |
J 2
<0 |
| f1
=38.5 кПа |
f2
=48 кПа |
;
Допустимая нагрузка на сваю N= кН
3.2.3. Определение количества свай, размещение их в плане и конструирование ростверка
Рис. 3.6.
Расположение свай в плане под стенами
Число свай в кусте определяем по формуле:
,
где gk
– коэффициент надежности, назначаемый в зависимости от способа определения несущей способности сваи;
NI
– расчетная нагрузка, действующая по обрезу фундамента, кН
;
GfI
– ориентировочный вес ростверка и грунта на его обрезах, кН
;
Fd
– несущая способность одиночной сваи, кН
;
Шаг свай :
а=
Шаг свай должен находится в пределах:
d=3х0,2=0,6м<а<6d=1,2м,
Т.к. шаг свай большой, т.е. а>6d, то необходимо либо уменьшить длину сваи, либо выбрать сваи меньшего сечения, т.к. сваи очень мощные, но этого сделать нельзя, т.к. нет свай меньшей длины и меньшего сечения, поэтому примем шаг свай а=6d=1,2м.
3.2.4. Размещение свай в кусте и конструирование ростверка
Шаг свай по расчету - а=1,2м
(принят) . Сваи располагаются в один ряд, расстояние от оси сваи до края ростверка ³0,2м
, а т.к. ширина стены равна 51см, то ширину ростверка примем bp
=3d=0.6м
. Ростверк проектируем жесткий, монолитный высота ростверка hp
=ho
+0.25м
, где величина заделки головы сваи в ростверк, принимается при жесткой заделке ho
=0,3м
. Тогда hp
=0,3+0.25=0,55
м
, примем hp
=0,6м.
3.2.5. Определение конечных деформаций основания свайного фундамента. Окончательный выбор параметров свайного фундамента
.
Расчет осадок выполняется по II группе предельных состояний. Расчет по деформациям выполняем как для условного массивного ф-та на естественном основании. Границы условного ф-та:
- сверху – уровнем планировки «а-б»;
- снизу – поверхностью «г-в» в уровне нижних концов свай условного ф-та;
- сбоку – вертакальными полосками «а-б» и «б-в».
Средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов:
,
где hi
– глубина i
-того слоя;
j
i
– угол внутреннего трения i
-того слоя;
a=;
Ширина подошвы условного ф-та:
By
=d+2ltga=0,2+2х3хtg4.6o
=0.68м.
Среднее давление по подошве условного фундамента:
,
где NII
– нормативная нагрузка по обрезу фундамента, кН
;
Gуф
– вес ростверка, свай и грунта в пределах объема условного фундамента, за вычетом объема свай, кН
;
lуф
, bуф
– ширина и длина подошвы условного фундамента, м
.
Аусл
=bусл
=0,68 – для ленточного ф-та – площадь подошвы;
Gуф
=Gp
+Gсв
+Gгр
=24х0,36=8,64 кН/м – 1м длины
Объем ростверка:
Vр
=1х0,62
=0,36 м3
Вес 1 м сваи 0,22т=2,2кН/м, сваи длиной l
=3м,
Gсв
=2,2х3=6,6 кН,
Учитывая, что на 1 м длины находится 1/а=1/1,2 сваи, находим вес сваи, приходящейся на 1м длины
Gсв
=кН/м.
Вес грунта в объеме условного ф-та за вычетом объема ростверка:
Gгр
=0,68(18,8х2+19,3х2)-18,8х0,36=45,1 кН/м
Gуф
=8,64+5,5+45,1=59,24 кН/м
Рис 3.7.
Схема условного фундамента для расчета по второй группе предельных состояний
- ниже подошвы;
- выше подошвы, при
j=20о
;
Мg
=0,51;
Мg
=3.06;
Мc
=5.66;
кПа
<R=465,5 кПа – условие выполняется.
Выполняем расчет осадок свайного ф-та. Разбиваем на слои hi
=0,4bусл
=0,4х68=0,27м;
Природное давление под подошвой:
szgo
=18.8х2+18,3х2=76,2 кПа;
ро
=рII
-szgo
=303.5-76.2=227.3 rGf$
szp
=a ро;
Расчет ведем в таблице 3.2.:
Расчет осадки свайного фундамента
Табл. 3.2.
| Z
.м |
x
= 2Z/b |
a
|
s
zp , кПа |
s
zg , кПа |
0,26
zg, кПа |
Е, МПа
|
Si
(см) |
| 0 | 0 | 1 | 227,3 | 76,20 | 15,2 | 18 | - |
| 0,27 | 0,8 | 0,881 | 200,0 | 81,40 | 16,3 | 18 | 0,320 |
| 0,54 | 1,6 | 0,642 | 146,0 | 86,60 | 17,3 | 18 | 0,260 |
| 0,81 | 2,4 | 0,477 | 108,4 | 91,80 | 18,4 | 18 | 0,190 |
| 1,08 | 3,2 | 0,374 | 85,00 | 97,00 | 19,4 | 18 | 0,145 |
| 1,35 | 4,0 | 0,306 | 69,50 | 102,2 | 20,4 | 18 | 0,115 |
| 1,62 | 4,8 | 0,258 | 58,60 | 106,5 | 21,5 | 18 | 0,096 |
| 1,89 | 5,6 | 0,233 | 53,00 | 109,2 | 21,8 | 20 | 0,075 |
| 2,16 | 6,4 | 0,196 | 44,50 | 112,0 | 22,4 | 20 | 0,065 |
| 2,43 | 7,2 | 0,175 | 39,80 | 114,9 | 23,0 | 20 | 0,056 |
| 2,70 | 8,0 | 0,158 | 35,90 | 117,7 | 23,5 | 20 | 0,051 |
| 2,97 | 8,8 | 0,143 | 32,50 | 120,5 | 24,1 | 20 | 0,046 |
| 3,24 | 9,6 | 0,132 | 30,00 | 123,4 | 24,7 | 20 | 0,042 |
| 3,51 | 10,4 | 0,122 | 27,70 | 126,2 | 25,2 | 20 | 0,038 |
| 3,78 | 11,2 | 0,113 | 25,70 | 129,0 | 25,8 | 20 | 0,036 |
| åSi
= |
1,50 см |
Из табл.8 видно, что при z=3.78м от подошвы ф-та
szp
=25,8 кПа<0,2szg
=25.8 кПа;
Осадка свайного ф-та:
S=båSi
=0.81х1,5=1,2 см <Su
=10см.
При расчете природного давления для третьего слоя – суглинка полутвердого, лежащего ниже уровня УГВ и ниже водоупорного слоя – суглинка твердого, определяется удельный вес грунта этого слоя с учетом действия воды:
gsbз
= кН/м3
;
Окончательно принимаем сваи С3-20
Рис 3.8.
Схема распределения вертикальных напряжений в линейно–деформируемом полупространстве
3.2.6. Проектирование котлована
Размеры котлована в плане определяются расстояниями между наружными осями сооружения, расстояниями от этих осей до крайних уступов фундаментов, размерами дополнительных конструкций, устраиваемых около фундаментов с наружных сторон, и минимальной шириной зазора, позволяющего возводить подземные части здания, между дополнительной конструкцией и стенкой котлована (принимаем 1 м
). Величину откоса стенок котлована принимаем 1:0,67.
3.3. Технико-экономическое сравнение вариантов
При проектировании оснований и фундаментов зданий и сооружений приходится учитывать много факторов, влияющих на выбор проектного решения и разрабатывать несколько вариантов. Выполнение оценок целесообразности того или иного типа фундамента следует производить для здания (сооружения) в целом. Однако, только в рамках курсового проекта, для предварительной оценки технико-экономических показателей запроектированных фундаментов (рис 10, 11) выполняем расчеты, приведенные в табл.
Рис. 3.9.
Схема фундамента на естественном основании.
Рис. 3.10.
Схема свайного фундамента.
Определение технико-экономических показателей фундамента на естественном основании
Табл. 3.3.
| №№ п/п
|
Наименование работ
|
Количество
|
Стоимость, руб.
|
Трудоемкость, чел-дн
|
||
| на единицу
|
всего
|
на единицу
|
Всего
|
|||
| 1.
|
Разработка влажных песчаных грунтов, м3
|
10,75 | 2,3 | 24,73 | 0,32 | 3,44 |
| 2.
|
Устройство бетонной подготовки под фундаменты, м3
|
0,14 | 23,7 | 3,41 | 0,58 | 0,08 |
| 3.
|
Устройство монолитного ф-та | 1 | 59,2 | 59,2 | 0,55 | 0,55 |
| Итого | 87,34 | 4,07 | ||||
Определение технико-экономических показателей свайного фундамента
Табл. 3.4.
| №№ п/п
|
Наименование работ
|
Количество
|
Стоимость, руб.
|
Трудоемкость, чел-дн
|
||
| на единицу
|
всего
|
на единицу
|
всего
|
|||
| 1.
|
Разработка влажных песчаных грунтов, м3
|
10,75 | 2,3 | 24,73 | 0,32 | 3,44 |
| 2.
|
Устройство монолитных железобетонных фундаментов и ростверков из бетона марки В15, столбчатых, м3
|
1,58 | 29,6 | 46,8 | 0,72 | 1,14 |
| 3.
|
Погружение железобетонных свай из бетона марки В25, длиной до 12 м в грунты I группы, шт | 3 | 85,2 | 255,6 | 1,05 | 3,15 |
| Итого | 327,13 | 7,73 | ||||
Вывод
: Устройство фундамента на естественном основании для данного здания и при данных инженерно-геологических условиях представляется более рациональным, чем устройство свайного фундамента. В связи с этим предлагаем в данном здании использовать фундамент на естественном основании из сборных железобетонных фундаментов.
4.
Расчет стены подвала
4.1. Расчет ленточного ф-та под стену подвала
Рис.3.11.
Схема ленточного фундамента с подвалом
Приведенная глубина заложения ф-та для зданий с подвалом:
d1
=hs
+hcf
;
Определяем площадь подошвы ф-та:
А
/
=
, где
NII
–
нормативная нагрузка на сечении 3-3;
Rо
– расчетное сопротивление грунта основания;
,
b=А/
=0,45м,
Т.к. стена толщиной 0,51м, то примем b=0,6м
с опиранием блоков на бетонную подготовку толщиной 10см.
Вес фундамента:
Gф
=24х0,6х2,4=34,56 кН/м;
Вес грунта на обрезах:
Gгр
=0;
Расчетное сопротивление грунта основания R
:
,
Mr
= 0,51; Mq
=3,06; Mc
= 5,66;
- ниже подошвы;
- выше подошвы;
Фактические напряжения под подошвой фундамента (фундамент центрально нагружен):
,
=290,7кПа
Условие выполняется, недогруз фундамента составляет 0,3%. Следовательнопринимаем b=0.6м.
4.2. Проверка выбранного фундамента
4.2.1 Проверка условий по подошве фундамента по оси А-А
а) давление от собственного веса грунта:
,
где g
- расчетное значение удельного веса грунта;
l
a
– коэффициент активного давления грунта;
,
где j - угол внутреннего трения 2го
слоя.
б) давление от полезной нагрузки на прилегающей к подвалу территории:
,
где q
- полезная нагрузка на прилегающей к подвалу территории, q
= 10 кПа
;
,
где
- Проверка условия по контакту “подошва-грунт”:
4.2.2 Проверка условий по подошве фундамента по оси 3-3
,
где
- Проверка условия по контакту “подошва-грунт”:
4.2.3 Проверка условий по подошве фундамента от совместного действия моментов
4.3. Определение конечных деформаций основания
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта см. Табл. 8.
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z
от подошвы фундамента:
,
p0
= p
– s
zg0
= 116,54 – 70,80 = 45,74
Расчет дополнительных вертикальных напряжений
Табл. 4.1.
| Z
|
x
= 2 z /b |
a
|
s
z p |
| 0 | 0 | 1 | 45,74 |
| 0,72 | 0,8 | 0,800 | 36,59 |
| 1,44 | 1,6 | 0,449 | 20,54 |
| 2,16 | 2,4 | 0,257 | 11,76 |
| 2,88 | 3,2 | 0,160 | 7,32 |
| 3,60 | 4,0 | 0,108 | 4,94 |
| 4,32 | 4,8 | 0,077 | 3,52 |
| 5,04 | 5,6 | 0,058 | 2,65 |
| 5,76 | 6,4 | 0,045 | 2,06 |
| 6,48 | 7,2 | 0,036 | 1,65 |
| 7,20 | 8,0 | 0,029 | 1,33 |
Рис 13.
Схема распределения вертикальных напряжений в линейно–деформируемом полупространстве
,
Следовательно, фундамент запроектирован верно.
5.
Расчет подпорной стены
5.1. Исходные данные
H
= 2,3 м
;
h
= 0,5 м
;
j
= 22°;
e
1
= 0°;
e
2
= 3°;
q
= 15 кПа
;
b
= 5°;
gст
= 21
g
= 19,3
с
= 0,5 кПа
.
5.2. Расчет вспомогательных данных
Эквивалентная высота грунтового слоя:
Вес призмы грунта BAa1
(BAa2
… BAa10
):
Величины сил, действующих на стенку:
5.3. Расчет устойчивости стенки
Коэффициент устойчивости k1
:
Коэффициент устойчивости k2
:
Следовательно, подпорная стена неустойчива и будет сдвигаться.
6. Список использованной литературы
1. “Основания и фундаменты. Методические указания”, Шадунц К. Ш., Краснодар, 1998
2. “Механика грунтов, основания и фундаменты”, Б. И. Долматов, С.-П., Стройиздат, 1988
3. “Механика грунтов, основания и фундаменты”, C. Б. Ухов, М., АСВ, 1994
4. “Справочник. Основания и фундаменты”, под. ред. Г. И. Швецова, М, ВШ, 1991
5. “Технология строительного производства”, Б. Ф. Драченко, М, “Агропромиздат”, 1990