ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ; ФИЗИКО МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ; РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОСНОВАНИЯ; ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ; СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ; ДЕФОРМАЦИЯ ОСНОВАНИЯ; ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.
Объектом курсового проекта является расчет оснований и фундаментов здания ремонтного цеха.
В результате работы над проектом устанавливаются физико-механические характеристики грунтов и дано их наименование, определено расчетное сопротивление основания, выполнены расчеты фундаментов мелкого заложения и свайных.
На основе технико-экономического сравнения вариантов фундаментов в качестве наиболее рационального принят свайный фундамент.
Задание на курсовое проектирование
«РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ»
Удельный вес грунта при естественной влажности г, кН/м3
?
18,0
20,5
19
Удельный вес твердых частиц гs, кН/м3
?
26,9
26,6
26,6
Естественная влажность щ
?
0,39
0,18
0,30
Удельный вес сухого грунта гd, кН/м3
13,021
17,37
14,61
Коэффицент пористости e
1,065
0,531
0,82
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего веса воды гsb, кН/м3
8,18
10,84
9,12
Степень влжности грунта Sr
0,985
0,901
0,973
Влажность на границе текучести щL
?
0,46
0,21
0,41
Влажность на границе пластичности щP
?
0,27
0,15
0,27
Число пластичности IP
0,19
0,06
0,14
Показатель текучести IL
0,63
0,5
0,21
Коэффициент фильтрации ka, см/с
?
2,2•10-4
2,5•10-7
3,0•10-8
Удельное сцепление с, кПа
?
14
10
28
Угол внутреннего трения ц, град
?
14
20
18
Модуль деформации E, МПа
?
7
18
12
Условное расчетное сопротивление R0, кПа
?
255,8
292,5
230
2 Заключение по данным геологического разреза площадки строительства
Слой 3 (верхний) - глина (0,17<Ip=0,19, по табл. Б.11,[1]) Мощность слоя составляет 3м. По показателю текучести глина находится в мягкопластичном состоянии (0,50<IL=0,63<0,75, по табл. Б.14,[1]). Модуль деформации составляет Е=7МПа. Условное расчетное сопротивление R0=255,8 кПа.
Слой 10 (средний)- супесь (0,01<Ip=0,06<0,7, по табл. Б.11,[1]).Мощность слоя составляет 2м. По показателю текучести супесь находится в пластичном состоянии (0<IL=0,5<1, по табл. Б.14,[1]). Модуль деформации составляет Е=18 МПа. Условное расчетное сопротивление R0= 292,25 кПа.
Слой 5 (нижний) - суглинок (0,07<Ip=0,14<0,27, по табл. Б.11,[1]). Слой не вскрыт. По показателю текучести суглинок находится в полутвердом состоянии (IL=0,21 по табл. Б.14,[1]). Модуль деформации составляет Е=12 МПа. Условное расчетное сопротивление R0=230 кПа
Заключение по данным геологического разреза:
природный рельеф площадки строительства спокойный с горизонтальным залеганием грунтов. Слои 3, 5 могут служить основанием для фундаментов. Уровень подземных вод составляет - 2м.
Рис. 1 план участка
3 Анализ конструктивных особенностей здания и характеристика нагрузок
Здание склада размером 24x36 с железобетонным каркасом, подвальное. Высота в осях А-В равна 18,0 м (3 этажа). На здание действуют знакопеременные моментные нагрузки и поперечные силы.
В качестве возможных вариантов фундаментов принимаем фундамент мелкого заложения и свайный фундамент на забивных призматических сваях.
4Определение глубины заложения фундамента
Глубина заложения подошвы фундамента под наружные стены и колонны из учета климатического фактора определяется из условия:
d?df, где df - глубина промерзания;
df=kn•dfn, где dfn - нормативная величина промерзания грунтов
kn - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения
Для данного места строительства (г.Вологда) и вида теплового режима внутренних помещений находим:
dfn = 2,2 м, kn = 0,5;
df = 0,5•2,2=1,1 м.
При выборе глубины заложения фундаментов рекомендуется:
- заглублять подошвы фундаментов в несущий слой на 10 - 15 см;
- избегать наличия под подошвой фундаментов слоя грунта малой толщины, если его строительные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя;
- закладывать фундаменты выше уровня подземных вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ.
Учитывая, что глубина промерзания 1,5 м и уровень подземных вод dw=2 м, отметка уровеня пола 0,0 м.; а также все выше сказанное, принимаем предварительную глубину заложения подошвы фундамента d = 3,3 м.
5 Расчет фундаментов мелкого заложения
Расчет фундаментов мелкого заложения ведем по II-й группе предельных состояний (по деформациям). Данный расчет для фундаментов является основным и достаточным.
S?[S], где S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;
[S] - предельное значение совместной деформации (нормативное) основания и сооружения.
Фундамент столбчатый №1
Определяем предварительные размеры подошвы фундамента мелкого заложения:
где N = 2,06 Мн - вертикальная сила, действующая на фундамент;
гср - усредненное значение удельного веса фундамента и грунта на его уступах;
d = 3,3 м - глубина заложения фундамента от планировочной отметки;
R0 = 292,5 кН - расчетное сопротивление грунта.
Расчетное сопротивление грунта основания R определяется по формуле:
где гс1 и гс2 - коэффициенты условий работы;
k - коэффициент, принимаемый равным 1 так, как прочностные характеристики грунта (ц и с) определены непосредственными испытаниями;
Mг, Mq, Mc - коэффициенты;
kz - коэффициент, принимаемый при b?10 м равным 1;
b - ширина подошвы фундамента, м;
гII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3;
г'II - то же, залегающих выше подошвы, кН/м3;
сII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегабщего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки, м.
Уточняем размеры подошвы фундамента:
Проверяем принятые размеры подошвы фундамента:
Следовательно, принимаем d = 3 м; b = 2,5 м; l = 3,0 м.
Фундамент столбчатый №2
Определяем предварительные размеры подошвы фундамента мелкого заложения:
Расчетное сопротивления грунта основания:
Уточняем размеры подошвы фундамента:
Проверяем принятые размеры подошвы фундамента:
Следовательно, принимаем d = 3 м; b = 3,3 м; l = 4 м.
Фундамент столбчатый №3
Определяем предварительные размеры подошвы фундамента мелкого заложения:
Расчетное сопротивления грунта основания:
Уточняем размеры подошвы фундамента:
Проверяем принятые размеры подошвы фундамента:
Следовательно, принимаем d = 3 м; b = 3 м; l = 3,6 м.
Фундамент столбчатый №4
Назначаем глубину заложения подошвы фундамента на отметке -3,3.
Определяем предварительные размеры подошвы фундамента мелкого заложения:
Расчетное сопротивления грунта основания:
Уточняем размеры подошвы фундамента:
Проверяем принятые размеры подошвы фундамента:
Следовательно, принимаем d = 3 м; b = 2,5 м.
6 Расчет осадок ФМЗ №3
Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства (п.2.40) определяется методом послойного суммирования по формуле:
где в - безразмерный коэффициент, равный 0,8;
уzpi - значение дополнительного вертикального нормального напряжения на глубине zi от подошвы фундамента, кПа;
hi - толщина i-го слоя, м;
Ei - модуль деформации i-го слоя, кПа;
n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
Дополнительные вертикальные напряжения в грунте вычисляются по формуле:
уzpi = бi• уzp0,
где б - коэффициент, принимаемый по табл.1 приложения 2 в зависимости от соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной о = 2z/b;
уzp0 - вертикальное напряжение в грунте на уровне подошвы фундамента.
Дополнительно вертикальное напряжение в грунте в уровне подошвы фундамента определяют по формуле:
уzp0 = p - уzg0,
где p - среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок, кПа;
уzg0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.
уzg0=?гihi,
уzg0 = 18,1•3+20,5•0,3 =60,45 кПа;
уzp0 = 324,8 - 60,45 = 261,11 кПа.
Расчет ведется до тех пор, пока не выполнится условие уzp?0,2уzg.
hi?0,4b; hi=0,4•3=1,2; отсюда hi?1,2 м.
Таблица 2. Определение деформации основания фундамента
zi, м
hi, м
гi, кН/м3
о
б
уzpi, кПа
уzgi, кПа
0,2уzgi, кПа
Ei, кПа
Si, см
0
0
20,5
0,00
1
99,96
224,845
44,969
18000
0
1,2
1,2
20,5
0,80
0,824
82,36292
249,445
49,889
18000
0,439269
1,7
0,5
19
1,13
0,6755
67,5196
258,945
51,789
12000
0,225065
2,9
1,2
19
1,93
0,395213
39,50347
281,745
56,349
12000
0,316028
4,1
1,2
19
2,73
0,241088
24,0979
304,545
60,909
12000
0,192783
5,3
1,2
19
3,53
0,157775
15,7704
327,345
65,469
12000
0,126163
6,5
1,2
19
4,33
0,110413
11,03628
350,145
70,029
12000
0,08829
?=1,299308
7 Расчет свайных фундаментов
Для устройства свайных фундаментов применяются забивные призматические сваи квадратного сечения размером 300x300 мм. Расчет заключается в подборе длины сваи, а также определении числа свай в кусте:
где N - нагрузка от вышележащей конструкции, кН;
Fdg - расчетная несущая способность сваи, кН.
где Fd - расчетная несущая способность сваи по грунту, кН;
гk = 1,4 - коэффициент надежности по несущей способности сваи.
Несущая способность сваи рассчитывается по грунту:
где гc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по табл.1 СНиП 2.02.03-85, кПа;
A - площадь опирания сваи на грунт, м2;
u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;
fi - расчетно сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл.2, кПа;
hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;
гcR, гcf - коэффициенты условий работы грунта, соответственно, под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл.3 СНиП 2.02.03-85.
Фундамент свайный №1
Выбираем сваю l=9 м. Несущая способность данной сваи по грунту:
Fd = 1•(1•5277•0,09+1,2•1•545,78) = 1129,875 кПа;
Число свай в кусте:
Тогда принимаем число свай в кусте равным 4.
Фундамент свайный №2
Выбираем сваю l=9 м. Несущая способность данной сваи по грунту:
Fd = 1•(1•5277•0,09+1,2•1•545,78) = 1129,875 кПа;
Число свай в кусте:
Тогда принимаем число свай в кусте равным 5.
Фундамент свайный №3
Выбираем сваю l=9 м. Несущая способность данной сваи по грунту:
Fd = 1•(1•5277•0,09+1,2•1•545,78) = 1129,875 кПа;
Число свай в кусте:
Тогда принимаем число свай в кусте равным 4.
Фундамент свайный №4
Выбираем сваю l=9 м. Несущая способность сваи по грунту:
Fd = 1•(1•5277•0,09+1,2•1•545,78) = 1129,875 кПа;
Число свай в кусте:
Принимаем 1 ряд свай.
8 Определение размеров ростверков
Для фундаментов №1 ширина ростверка составляет:
bp=1,3 м.
При этом высота ростверка равна 3 м.
Для фундаментов №2 ширина ростверка составляет:
bp=2,2 м.
При этом высота ростверка равна 3 м.
Для фундаментов №3 ширина ростверка составляет:
bp=1,3 м.
Высота ростверка составляет 3 м.
Для фундамента №4 ширина ростверка составляет:
bp=0,4 м.
Высота ростверка составляет 0,6 м.
9Расчет осадок свайного фундамента №2
Осадка свайного фундамента определяется как осадка условного фундамента на естественном основании:
-- вычисляется ширина условного фундамента BУСГМ;
-- определение веса свайно-грунтового массива
,
где гср =20 кН/ м2.
-- находится среднее фактическое давление под подошвой условного фундамента
;
-- определяется расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента по формуле:
где гс1, гс2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.3;
k = 1 - коэффициент, учитывающий метод определения прочностных характеристик грунта;
Mг, Mq, Mc - коэффициенты;
kz = 1,0 - коэффициент для подошвы b ? 10,0 м;
BУСГМ - ширина подошвы фундамента, м;
гII - удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м3;
сII - удельное сцепление грунта, залегающего непосредственно под подошвой, кПа;
dУСГМ - глубина заложения подошвы фундамента бесподвальных зданий от уровня планировки.