Проект фундамента промышленного здания

Введение

фундамент свая грунт основание Курсовой проект — это самостоятельная расчетно-проектировочная работа в которой студент:

Закрепляет теоретические знания по дисциплине «Геотехника-2»;

Приобретает практические навыки проектирования (расчета и конструирования) оснований и фундаментов промышленных и гражданских зданий;

Приобретает умение пользоваться учебной (учебники, учебные пособия, методические указания), справочной и нормативной (СНиПы, ГОСТы и др.) литературой.

Курсовой проект содержит:

Исходные данные для проектирования;

Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства;

Проектирование фундамента мелкого заложения;

Проектирование свайного фундамента;

Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов.

В пояснительной записке курсового проекта приводятся расчеты, расчетные схемы фундаментов и конструктивные чертежи 2-хвариантов фундамента.

Исходные данные для проектирования фундамента Вариант здания: многоэтажное производственное Тип фундамента: отдельный под колонну.

Нагрузки, действующие на обрезе фундамента: N=1450 кН, М=50 кНм;

Конструктивная схема фундамента (Рис. 1.1).

Рисунок 1.3

Анализ инженерно-геологических условий площади строительства Сводная таблица физико-механических свойств (характеристик) грунтов (Табл. 2.1).

Таблица 2.1

Определение полного наименования грунтов основания (по слоям) и расчетного сопротивления () по табл. СНиП.

1-ый слой: Растительный;

2-ой слой: песок 0,5 < Sr = 0,63? 0,8;

0,6? е = 0,66 < 0,75;

На основании таблицы 2.2 и таблицы 2.3 полное наименование 2-го слоя: песок мелкий, влажный, средней плотности.

3-ий слой: суглинок 0,25 < IL = 0,375? 0,5;

На основании таблицы 2.4 полное наименование 3-го слоя: суглинок тугопластичный.

Подразделение песчаных грунтов по плотности сложения Таблица 2.2

Подразделение песчаных грунтов по степени влажности, Sr

Таблица 2.3

Подразделение пылевато-глинистых грунтов по показателю текучести, IL

Таблица 2.4

На основании таблицы 2.6 условное расчетное сопротивление 2-го слоя МПа.

На основании таблицы 2.5 условное расчетное сопротивление 3-го слоя (используя интерполяцию).

Условные расчетные сопротивления пылевато-глинистых грунтов Таблица 2.5

Условные расчетные сопротивления песчаных грунтов Таблица 2.6

Построение инженерно-геологического разреза площадки строительства с эпюрой .

Рисунок 2.3

Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании Определение глубины заложения фундамента Глубина заложения фундаментов должна определяться с учетом:

назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения (например, наличие подвалов, подземных коммуникаций и т. д.);

величины и характера нагрузок, воздействующих на основание;

глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений;

инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований);

гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;

глубины сезонного промерзания грунтов.

Нормативная глубина промерзания грунта, если она менее 2,5 м, определяется по формуле

где d0 — глубина промерзания грунта, в см, зависящая от вида грунта применяется равной:

для суглинков и глин — 23 см;

супесь, пески мелкие пылеватые — 28 см;

пески гравелистые, крупные средние — 30 см;

Mt — коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе (=28).

Расчетная глубина промерзания грунта:

где — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен (принимается по СНиПу в зависимости от конструкции пола первого этажа и расчетной температуры воздуха в помещениях =0,6);

— нормативная глубина промерзания грунта, в см.

.

Нормативная глубина заложения принимается: d0=88,896 см.

Конструктивная глубина заложения принимается: d0=2 м.

Расчетная схема фундамента Рисунок 3.1

Определение площади подошвы фундамента Площадь подошвы нагруженного фундамента определяется по формуле:

где — расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента, (по заданию = 1450 кН);

— расчетное сопротивление грунта основания, (=200 кПа);

— средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м3 принимаемый равный 20 кН/м3, а при наличии подвала над уступами — 16 (=20 кН/м3);

d — глубина заложения фундамента от планировочной отметки, м (=2 м).

Фактическая площадь:

Определение расчетного сопротивления грунта основания под подошвой фундамента ® по формуле СНиП.

Расчетное сопротивление грунта основания, кПа, определяют по формуле:

где и — коэффициенты условий работы (= 1);

Ккоэффициент надежности по грунту; (К=1);

— коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения (см. табл. 3.2);

= 1 при b<10 м;

b — ширина подошвы фундамента, (=1,9 м);

— осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, (см. табл. 2 =19,9 кН/м3);

— то же, залегающих выше подошвы в пределах глубины d (см. табл. 2 =19,9 кН/м3);

— расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, (= 5 кПа);

d — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки (=2 м).

Коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения (см. табл. 2)

Таблица 3.2

После определения расчетного сопротивления грунта R уточняют размеры подошвы фундамента, подставляя в формулу определения фактической площади вместо R0 значение R, и затем проверяют давление под подошвой фундамента:

.

Конструктивная площадь, принимается по конструктивным соображениям, которая должна быть больше :

Полученное значение A для фундаментов при внецентренной нагрузке должно быть увеличено на 10−20% на восприятие момента сил.

Определяем размеры подошвы фундамента для квадратного фундамента, принимается кратным 100 мм:

.

Определение давлений под подошвой фундамента: при центральном и внецентренном нагружениях

;

где — среднее давление по подошве фундамента, кПа;

— расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента, (по заданию = 1450 кН);

А — конструктивная площадь подошвы нагруженного фундамента (=3,61 м2);

— средний удельный вес бетона (=22 кН/м3);

d — глубина заложения фундамента от планировочной отметки (=2 м).

Краевое давление определяется по формуле:

где — расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента, (по заданию = 1450 кН);

А — конструктивная площадь подошвы нагруженного фундамента (=3,61 м2);

— средний удельный вес грунта (=22 кН/м3);

d — глубина заложения фундамента от планировочной отметки (=2 м);

— момент от сочетания расчетных нагрузок (= 50 кН*м);

— момент сопротивления, определяемый по формуле:

;

Максимальное краевое давление:

Минимальное краевое давление:

При рациональном проектировании фундамента разница между давлениями под подошвой фундамента P и расчетным сопротивлением грунта R не должна превышать 10−15%. В случае большой разницы необходимо подобрать другие типовые элементы конструкций фундаментов с последующим расчетом напряжений под подошвой фундаментов. При недонапряжении ленточных фундаментов с уже подобранными размерами.

Проверка условий под подошвой фундамента:

При расчете внецентренно нагруженного фундамента методом последовательного приближения добивается удовлетворения следующих условий:

для среднего давления по подошве ;

для максимального краевого давления ;

для минимального краевого давления исходя из условия: не допускать отрыва подошвы фундамента от грунта

Для центрально нагруженного фундамента должно удовлетворяться условие

где — среднее давление по подошве фундамента, кПа;

для среднего давления по подошве:

— условие выполняется.

для максимального краевого давления:

— условие выполнятся;

для минимального краевого давления исходя из условия:

— условие выполняется.

После выполнения всех условий для центрально и внецентренно нагруженных фундаментов производится их конструирование.

При конструировании фундамента под колонну необходимо учитывать, что высота должна быть кратной 100 мм. Высота ступеней назначается в зависимости, от полной высоты плитной части фундамента. При назначении ширины ступени следует стремиться к тому, чтобы отношение выноса ступени к ее высоте было бы не больше двух Конструкция фундамента мелкого заложения.

Рисунок 3.2

Расчёт осадки методом эквивалентного слоя (метод профессора Цитовича Н. А.):

где — мощность эквивалентного слоя:

— коэффициент относительной сжимаемости, для песка:

— коэффициент эквивалентного слоя (определяется по таблице 3.2 = 0,94);

— среднее давление по подошве фундамента (=445,66 кПа);

Значение коэффициента эквивалентного слоя для жестких фундаментов Таблица 3.2

Проектирование свайного фундамента Проектирование свайных фундаментов производится в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03−85.

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Свайные фундаменты применяются при слабых грунтах или вследствие технико-экономических преимуществ (быстрота производства работ, экономичность и др.). Для промышленного и гражданского строительства выбираются, в основном, свайные фундаменты с низким ростверком.

Расчет свайных фундаментов производится по двум группам предельных состояний. По первой группе — расчет несущей способности свай и ростверков. По второй группе — расчет по деформациям свайных фундаментов.

Выбор конструкции сваи: типа, длины и поперечного сечения свай;

Тип свай, их длина, размер поперечного сечения назначаются исходя из конкретных инженерно-геологических условий строительной площадки. В практике жилищного и промышленного строительства наиболее часто применяют сваи сечением 25×25 и 30×30 см. При назначении длины свай следует иметь ввиду, что почти всегда экономически целесообразен фундамент с большим количеством коротких свай.

Длина сваи определяется глубиной залегания несущего слоя грунта и отметки заложения подошвы ростверка. Нижний конец сваи рекомендуется заглублять в несущей слой грунта на 2 м. Минимальные размеры заделки нижних концов свай приведены в СНиПе на свайные фундаменты.

Определение глубины заложения и размеров ростверка;

При наличии глубины заложения подошвы свайного ростверка необходимо учитывать вид и состояние грунтов строительной площадки, положения уровня грунтовых вод, конструктивные особенности сооружения (например наличие подвала и т. д.).

Глубина заложения свайного ростверка в непучинистых грунтах назначается не зависимо от глубины промерзания (не менее 0,5 от поверхности планировки), в пучинистых грунтах ниже расчетной глубины промерзания не менее чем на 0,25 м.

В промышленных и гражданских зданиях обрез ростверка принимается на 15−20 см ниже уровня отметки пола. Толщина ростверка должна быть не менее 40 см. Окончательная его толщина определяется проверочным расчетом на изгиб или на продавливание головами свай. Величина заделки головы железобетонной сваи в ростверке составляет:

при отсутствии горизонтальных нагрузок на фундамент — не менее 5−10 см. При этом заделка выпусков арматуры не обязательна;

при наличии горизонтальных нагрузок на фундамент — не менее поперечного сечения свай или на 5−10 см с обязательным выпуском в ростверк арматуры периодического профиля на длину 25 ее диаметров.

Расчетная схема Рисунок 4.2

Определение несущей способности свай по грунту и допустимую расчетную нагрузку на сваю;

Несущую способность свай по грунту определяем по формуле:

где — коэффициент условий работы сваи; ;

 — коэффициенты условий работы под нижнем концом и по боковой поверхности сваи, зависящее от способа погружения свай (для свай погруженных забивкой);

R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, (=2,57 МПа);

А — площадь поперечного сечения сваи, (= 0,09 м2) ;

U — наружный периметр сваи (= 1,2 м);

— расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа (таблица 4.1);

— толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

Значение расчетных сопротивлений Таблица 4.1

Значение расчетных сопротивлений f

Таблица 4.2

Определяем несущую способность свай по грунту:

z0 = 10 400 мм, R = 2,57 МПа;

z1 = 3100 мм, f1 = 0,0353 МПа;

z2 = 5200 мм, f2 = 0,0404 МПа;

z3 = 7200 мм, f3 = 0,0432 МПа;

z4 = 9300 мм, f4 = 0,037 МПа;

А = 0,3*0,3 = 0,09 м²;

U = 0,3*4 = 1,2 м

= 622,812 кН.

Определение количества свай в свайном фундаменте (СФ). Размещение свай и уточнение размеров ростверка. Конструирование СФ Количество свай в свайном фундаменте определяют:

где — сумма внешних расчетных вертикальных нагрузок, приведённых к подошве плиты ростверка;

— коэффициент, учитывающий работу свай при наличии момента внешних сил в уровне подошвы ростверка и принимаемый равный 1,1−1,2.

N = 1450 кН

кН Принимаем 4 сваи длиной по 8,5 м Размещение свай и уточнение размеров ростверка Рисунок 4.4

Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов и выбор основного варианта.

Вариант 1: фундамент стаканного типа Рисунок 5.1

Объем бетонных работ:

где

.

где

.

.

Объем земляных работ:

где

.

Вариант 2: свайный фундамент Рисунок 5.2

Объем бетонных работ:

где

Объем земляных работ:

где ,

Для сваи длиной l = 8,5 м — 0,775 ,

где n = 4 — количество свай

43,1

Ведомость объемов основных работ и стоимости вариантов фундаментов Таблица 5.1

Технико-экономическое сравнение двух фундаментов представленное в таблице 5.1:

получаем, что фундамент мелкого заложения выгоднее из экономических соображений.

Конструированный чертеж выбранного варианта фундамента.

Рисунок 6

Список литературы

Цытович Н. А. «Механика грунтов: краткий курс». Учебник. Издание 4-е. М, 2008

Ухов С.Б., В. В. Семенов и др. «Механика грунтов, основания и фундаменты». Учебное пособие. М, 2004

Ильичев В.А., Мангушев Р. А. и др. «Справочник геотехника. Основания, фундаменты и надземные сооружения». М, 2014

Берлинов М.В., Ягутов Б. А. «Расчет оснований и фундаментов». Учебник. М, 2004

Исаханов Е.А., Меньшикова А. С. «Механика грунтов, основанияи фундаменты» Учебное пособие. Алматы, 2000

Исаханов Е.А. «Основы геотехники». Учебное пособие.

Алматы, 2008

СНиП РК 5.01−01−2002 «Основания зданий и сооружений»

ГОСТ 25 100–2011 «Грунты. Классификация»

МСП.5.01−102−2002 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений». Астана, 2005

Квашнин М.Я. «Геотехника-II в примерах и задачах». Учебное пособие. Алматы, 2007