Разработка оснований и фундаментов промышленного здания с АБК

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ДГТУ)

Факультет «Промышленного и гражданского строительства»

Кафедра «Инженерная геология, основания и фундаменты»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту (работе) по дисциплине (модулю) «Основания и фундаменты»

на тему: «Разработка оснований и фундаментов промышленного здания с АБК»

Автор проекта (работы) Шмаков Н.Н.

Группа АСПп41

Руководитель проекта Доц. каф.Жур В.Н.



Содержание

1. Анализ местных условий строительства

2. Анализ конструктивной схемы здания. Сбор нагрузок на колонну. Обоснование типа фундамента

3. Проектирование ж/б фундаментов стаканного типа под колонны крайнего ряда

3.1 Выбор глубины заложения

3.2 Определение размеров подошвы фундамента

3.3 Определение размеров фундамента, исходя из несущей способности грунта

3.4 Расчет осадки основания фундамента методом послойного суммирования

3.5 Конструирование фундамента

3.6 Расчет на продавливание колонной дна стакана фундамента

4. Проектирование свайных фундаментов

4.1 Сбор нагрузок

4.2 Выбор вида сваи и определение ее размеров

4.3 Определение несущей способности сваи

4.4 Размещение сваи под ростверком и проверка нагрузок

4.5 Расчет осадки основания свайного фундамента

5. Проектирование ленточных фундаментов

5.1. Исходные данные

5.2 Сбор нагрузок

5.3 Выбор глубины заложения

5.4 Проектирование ленточных фундаментов в стадии завершенного строительства

5.4.1 Определение ширины фундамента

5.4.2 Проверка давление под подошвой фундамента

5.5 Расчет осадки основания фундамента

5.6 Проектирование ленточных фундаментов в стадии незавершенного строительства

5.6.1 Сбор нагрузок

5.6.2 Проверка устойчивости фундамента на сдвиг

5.6.3 Проверка устойчивости фундамента на опрокидывание

6. Удельная несущая способность ( сравнение столбчатого фундамента и ростверка)

Список используемой литературы



1. Анализ местных условий строительства

фундамент строительство колонна железобетонный

Место строительства- г. Тула. По СП 131.13330.2018 «Строительная климатология» г. Тула относится к 3 снеговому району по снеговой нагрузке, со значением веса снегового покрова S_g=1,8 кПа.

По давлению ветра г. Тула относится к 1 району со средней скоростью ветра =5,0 м/с. Сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму для г. Тула M_t=41,3C. Средняя температура января: -19,9C, что ниже -5C, значит понижение нормативного значения снеговой нагрузки учитывается.

В результате проведенных инженерно-геологических изысканий установлен геолого-литологический разрез грунтовой толщи:

Слой 1 (от 0,0 м до 0,4 м)-почвенно-растительный;

Слой 2 (от 0,4 м до 10,2 м)-суглинок желто-бурый;

Слой 3 (от 10,2 м до разведанной глубины 22,0 м)-глина темно-серая.

Подземные воды до глубины 22,0 м не встречены. Их подъем не прогнозируется.

Статистический анализ физических показателей грунтов позволил выделить в толще инженерно-геологические элементы (ИГЭ). Поскольку слой №1, который заведомо должен быть прорезан фундаментами, находится выше глубины промерзания и не оказывает существенного влияния на результаты расчетов, то его объединяют со слоем №2 в один инженерно-геологический элемент ИГЭ-1, распространяющийся от поверхности до глубины 10,2 м. Ниже находится глина темно-серая ИГЭ-2, глубину распространения которого принимаем от 10,2 м и до разведанной глубины 22,0 м. Обобщенные физико-механические характеристики грунтов представлены в табл. ИГЭ.

Физико-механические характеристики грунтов

Производим классификацию грунтов ИГЭ-2 по ГОСТ 25100-2020.

Число пластичности: ????= (????-????)•100% = (0,46-0,23)•100% = 23%. Так как Ip17, то грунт является глиной.

Показатель текучести: -0,170<0, значит глина имеет твердую консистенцию.

Wp и WL - влажность грунта на границах текучести и раскатывания (верхней и нижние границах пластичности), выраженные в процентах.

Значение модуля деформации E=19500 кПа при коэффициенте пористости e=0,700.

Расчетное сопротивление R₀ = 400 кПа при коэффициенте пористости e=0,700. и показателе текучести I_L=0.

Коэффициент водонасыщения 0,744

19,2 кН/м³

ИГЭ-1.

Число пластичности: ????= (????-????)•100% = (0,33-0,20)•100% = 13%. Так как 7?Ip?17, то грунт является суглинком.

Показатель текучести: -0,310<0, значит суглинок имеет твердую консистенцию.

Wp и WL - влажность грунта на границах текучести и раскатывания (верхней и нижние границах пластичности), выраженные в процентах.

Значение модуля деформации E=15500 кПа при коэффициенте пористости e=0,720.

Расчетное сопротивление R₀ = 247 кПа при коэффициенте пористости e=0,720. и показателе текучести I_L=0.

Коэффициент водонасыщения 0,600

18,2 кН/м³

Поскольку грунты не обладают специфическими свойствами, в районе строительства не ожидается проявления опасных инженерно-геологических процессов, грунты обоих ИГЭ имеют значение R₀ > 150 кПа и модуль деформаций Е > 5000 кПа, то на данном этапе проектирования можно сделать вывод о том, что слои могут служить в качестве естественного основания.



2. Анализ конструктивной схемы здания. Сбор нагрузок на колонну. Обоснование типа фундамента

Необходимо запроектировать фундаменты для одноэтажного двухпролетного цеха, относящегося ко II классу ответственности. Коэффициент надежности по назначению, согласно СП 22.13330.2016 для II класса г_n = 0,95. В цехе в каждом пролете расположены по два мостовых крана грузоподъёмностью по 30 т. при круглосуточной работе. Режим работы кранов 7К. Предельный относительный эксцентриситет приложения равнодействующей в подошве фундамента е_u = 1/6. Технологическое оборудование и заглубление помещения не оказывают влияния на фундаменты

Среднесуточная температура воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам цеха, в зимней период равна 10° С. Нагрузки на полы цеха вблизи колонн крайнего ряда отсутствуют.

Проектируемое одноэтажное производственное здание имеет полный ж/б каркас. Предельная осадка для такого здания S_U = 10 см, предельный крен не нормируется. В надземной части здания не предусмотрены специальные конструктивные мероприятия по приспособлению к восприятию усилий от де- формации основания, поэтому конструктивная схема здания - гибкая. Полы в цехе - бетонные по грунту.

Проектируется фундамент под типовую сборную двухветвевую колонну крайнего ряда с размерами b_с х l_с = 500 х 1000 мм, отметка пяты колонны - 1050 мм, шаг колонны 6 м.

Сочетания для расчета по II группе предельных состояний

Сочетание с наибольшим моментом по часовой стрелке

М₁ = 163+0+206+90+136 = 595 кН•м

??₁ = 425+36+620 = 1081 кН

??₁ = 12+0+11+9+27 = 59 кН

Сочетание с наибольшим моментом против часовой стрелки

М₂ = 163+0+62-90-113 = 22 кН•м

??₂ = 425+36+185 = 646 кН

??₂ = 12+0+4-9-23 = -16 кН

Сочетания для расчета по I группе предельных состояний

Сочетание с наибольшим моментом по часовой стрелке

М₃ = 1,1•163 + 1,4•0 + 1,1•206+1,1•90 + 1,4•136 = 695,3 кН•м

??₃ = 1,1•425+1,4•36+1,1•620 = 1199,9 кН

??₃ = 1,1•12+1,4•0+1,1•11+1,1•9+1,4•27 = 73 кН

Сочетание с наибольшим моментом против часовой стрелки

М₄ = 1,1•163 +1,4•0+ 1,1•62 - 1,1•90 - 1,4•113 = -9,7 кНм

??₄ = 1,1•425+1,4•36+1,1•185 = 721,4 кН

??₄ = 1,1•12+1,4•0+1,1•4-1,1•9-1,4•23 = -24,5 кН

Нагрузки на фундамент определяем в уровне его обреза в невыгодных сочетаниях для расчета по первой и второй группам предельных состояний.

На фундамент передается нагрузка от веса стены. Значение определяется по формуле:

???? = ??₁ • ??₀ • ?? • ???? • ??_п = 14,25•0,64•6•0,85•18 = 837 кН

Где n = 6 м - шаг колонн;

Н₁ = 0,15+12,9+1,2 = 14,25 м - высота стены;

г = 18 кН/м ³-удельный вес кирпичной кладки; k_n = 0,85 - коэффициент проемности;



3. Проектирование железобетонных фундаментов стаканного типа под колонны крайнего ряда

Проектируется фундамент под типовую сборную железобетонную двухветвевую колонну крайнего ряда с размерами b_с х l_с = 500 х 1000 мм, шаг колонны 6 м.

3.1 Выбор глубины заложения

Глубина заложения фундамента d из условия прорезки почвенно- растительного слоя должна быть больше 0.4 м (d > 0.4 м). Нормальная глубина сезонного промерзания грунтов определяется по формуле:

?????? = ??₀v???? = 0,23•v41,3 = 1,5 м

где Мt - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимают по СП 131.13330.2020 «Строительная климатология»;

d₀ - величина, принимаемая для суглинков и глин.

Расчетная глубина сезонного промерзания при температуре в помещении 10°С с полами по грунту:

???? = ??h • ?????? = 0,7 * 1,5 = 1,05 м

где Кh = 0,7 - коэффициент, учитывающий температуру воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, наличие подвала, а также состав полов.

Из конструктивных требований к заделке колонны в стакан высота фундамента определяется по формуле:

d_c = 1,05-0,15 = 0,9 м

hf > d_c+h_g +0,05 = 0,9+0,2+0,05 = 1,15 м.

где d_c - глубина заделки колонны в фундамент;

h_g - расстояние от дна стакана до подошвы фундамента, принимаемое не менее 0,2 м.

0,05 - расстояние между торцом колонны и дном стакана, назначаемое для возможности рихтовки колонны при монтаже, м.

Из всех значений принимаем максимальное, округленное до ближайшего большего кратно 0,3 м, при этом учитываем, что минимальная высота фундамента принимается 1,5 м. Для данных условий принимаем глубину заложения d = h = 1,5 м.

Рис. 1 Схема проектируемого фундамента под крайнюю колонну цеха



3.2 Определение размеров подошвы фундамента

В первом приближении площадь подошвы фундамента:

8,84 см²

где N_II- сумма всех вертикальных нагрузок в обрезе фундамента для расчетов по II группе предельных состояний, кН;

R_o- табличное значение расчетного сопротивления грунта, кПа;

г_mt ~ среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах; принимаемое в инженерных расчетах равным 20 кН/м ³;

d - принятая глубина заложения фундамента.

N_II= N_IImax + G₁ = 1081 + 837 = 1918 кН

Отношение ширины подошвы фундамента b к его длине l принимают в пределах b/l= 0,6…0,85 м.

Принимаем l = 2,1 м. b = 3,3 м. Фактическая площадь А = 6,93 м ².

Находим нагрузки в подошве фундамента и эксцентриситет относительно точки О_1:

Для первого сочетания нагрузок:

? ?? _????1 = ??_{???? ??} +??_{???? ??}•hf - G₁(b0+lc)•0.5 = 595 + 591,5 ? 837(0,64 + 1) 0,5 = ?2,84 Кн•м

? ??_????1 = ??_{???? ??} + G₁+ G_f = 1081+837+228,69 = 2146,69 кН•м

G_f - суммарный вес грунта, действующий на фундамент, его уступы и подготовки под полы;

G_f = b•l (hf + 0,15)•y_mt = 2,1•3,3•(1,5+0,15)•20 = 228,69 кН.

-0,0013 м

Рассчитываем относительный эксцентриситет:

-0,0004<0,167

По первому сочетанию усилий эксцентриситет не превышает допустимый. Для второго сочетания нагрузок:

? ?? _????2 = ??_{???? 2} +??_{???? 2}•hf - G₁(b0+lc)•0.5 = 22 + (-161,5) ? 837(0,64 + 1) 0,5 = ?688,34 Кн•м

? ??_????2 = ??_{???? 2} + G₁+ G_f = 646+837+228,69 = 1711,69 кН•м

G_f - суммарный вес грунта, действующий на фундамент, его уступы и подготовки под полы;

G_f = b•l (hf + 0,15)•y_mt = 2,1•3,3•(1,5+0,15)•20 = 228,69 кН.

-0,402 м

Рассчитываем относительный эксцентриситет:

-0,122<0,167

По второму сочетанию усилий эксцентриситет не превышает допустимый. В обоих случаях ? _?? = 1/6 = 0,167, поэтому размеры подошвы фундамента не изменяются и смещение центра тяжести подошвы фундамента относительно оси колоны О₁ не производим.

3.3 Определение размеров фундамента, исходя из несущей способности грунта

Расчетное сопротивление грунта основания:

375,9 кН

где г_cI, г_сII - коэффициенты условий работы ;

К_z - коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента (К_z=1)

M_г, M_q, M_c - коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения (для ?????? = 23°; M_г = 0,69; M_q = 3,65; Mc = 6,24).

??_???? ? усредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;

??^?? ? усредненное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;

d₁ -глубина заложения фундамента, d₁;

d_b -высота подвала;

c_II -значение коэффициента удельного сцепления. Давление в подошве фундамента для первого нагружения:

Давление в подошве фундамента для первого нагружения:

309,8 кПаR=375,9 кПа

310,5 кПа1,2R=451,1кПа

Давление в подошве фундамента для второго нагружения:

247 кПаR=375,9 кПа

кПа1,2R=451,1 кПа

Размеры фундамента считаются подобранными удачными, если хотя бы в одном из условий отклонения составляют:

- перенапряжение ? -5%; - недонапряжение ? 10%

Рассчитываем недонапряжение по наиболее невыгодному сочетанию:

5,2%

Проверка выполняется.

3.4 Расчет осадки основания фундамента методом послойного суммирования

Подобранные ранее размеры подошвы фундамента должны быть достаточными, чтобы удовлетворялось условие расчета основания по деформациям

S ? Su = 10 см,

где S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая рас- четом;

Su - предельное значение совместной деформации основания и сооружения, которое принимается согласно СП 22.13330.2016.

Сначала разбиваем основание ниже подошвы фундамента на элементарные слои h_i = 0,4b = 0,4·2,1 = 0,84 м.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (z = 0) определяют по формуле:

где - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м;

d - глубина заложения фундамента от уровня планировки при срезке грунта, м

=27 кПа

Вертикальные напряжения от собственного вес, а грунта ??_??g на границе слоев, расположенных на глубине z от подошвы фундамента, находят по следующей формуле:

где г_IIi, h_i - соответственно удельный вес, кH/м ³ и толщина i-го слоя грунта, м.

42 кПа

Расчет был произведен в таблице ниже.



Z, см			, кПа	0,5, кПа	, кПа	, кПа	, кПа		, см	, кПа
0	0	1,000	27	14	310	27	283	262	84	15500
84	0,8	0,848	42	21	263	23	240	196	84	-//-
168	1,6	0,532	57	29	165	14	151	122	84	-//-
252	2,4	0,325	73	37	101	9	92	76	84	-//-
336	3,2	0,210	88	44	65	6	59	54	84	-//-
420	3,6	0,173	103	52	54	5	49	45	84	-//-
504	4,0	0,145	119	60	45	4	41	36	84	19500
588	4,8	0,105	134	67	33	3	30	36	84	-//-
672	5,6	0,079	149	75	24	2	22	-	-	-//-

0,8; 15500 кПа

4,15 см

Расчетное значение осадки основания свайного фундамента меньше предельного:

S = 4,15 см <Su = 10 см.

Условие расчета основания по деформациям выполняется.

3.5 Конструирование фундаментов

Толщина стенки стакана в плоскости действия момента (вдоль оси ОХ) dg ? 0,2·lc = 0,2·1=0,2 м; из плоскости момента, не менее 150 мм. Тогда размеры подколенника с учетом размеров колонны, толщины стенок, стакана и принятых зазоров в плане luc и buc должны составлять:

l_uc ? l_c + 2d_g + 0,15 = 1+2·0,2+0,15 = 1,55 м;

b_uc ? b_c + 2d_g + 0,15 = 0,5+2•0,15+0,15=0,95м.

С учетом модуля 300 мм 1_uс = 1,8 м, b_uc = 1,2 м.

Предположим, что плитная часть фундамента состоит из одной ступени высотой h_i = 0,3 м. Рабочая высота нижней ступени при защитном слое бетона 40 мм и диаметре арматуры 20 мм. Рабочая высота сжатой ступени:

h₀₁ = h₁ - д = 0,3 - (0,04+0,01) = 0,25 м.

Находим максимальное давление в плоскости действия момента.

2120,6 кН

49,83 кН

Определим максимальное давление:



319 кН

Для четвертого сочетания нагрузок:

1642,1 кН

-801,42 кН

447 кН

Определяем допускаемый вынос нижней ступени С_l = h_o1·K

где К - определяется по таблице 2.2 [1], в зависимости от конфигурации фундамента, класса бетона = В20 и Р_max.

Так как b - b_uc2•h₀₁= 2,1 - 1,2 = 0,9 > 2•0,25 = 0,5 м, то коэффициент К принимаем по четвертой схеме.

При = 447 кН и классе бетона В20 К = 3,0. С_в = 0,25•3,0 = 0,75 м.

Определяем фактический вынос нижней ступени вдоль стороны l:

С_l = (l - l_uc )•0,5 = (3,3-1,8)•0,5 = 0,75 м0,50 м.

Следовательно, вдоль стороны l нужна дополнительная ступень размером 2,1 м х 3,6 м.

Находим максимально давление из плоскости действия момента:

306 кН; 237 кН

При ??????????3 = 182 кН и классе бетона В20 К=3,0. Тогда С_1b = 2,1•0,25

= 0,53 м. Фактический вынос нижней ступени вдоль стороны b будет:

(b - b_uc)•0,5 = (2,1 - 1,2)•0,5 = 0,45 < 0,75 м

Следовательно, вдоль стороны b не нужна дополнительная ступень.

3.6 Расчет на продавливание колонной дна стакана фундамента

Этот расчет производится на действие только расчетной вертикальной силы N_1c, действующей в уровне торца колонны, если удовлетворяется следующее условие (рис.3):

Рис. 3 Схема к расчету фундамента на продавливание дна стакана колонной

h_uc ? d_p0,5(l_luc ? l_c)

1,2 - 0,95 = 0,25 м < 0,5(1,8 - 1) = 0,4 м.

Расчетную продольную силу N_Ic, действующую в уровне торца колонны, пренебрегая в запас надежности сцеплением колонны с бетоном замоноличивания стакана, принимаем действующей в обрезе фундамента и равной максимальной из всех сочетаний нагрузок для расчета по первой группе предельных состояний.

N_IC = 1199,9 кН

Предполагается, что продавливание происходит по боковой поверхности пирамиды, меньшим основанием которой служит площадь действия продавливающей силы (площадь дна стакана), а боковые грани наклонены под углом 45^о к горизонтали (см. рис.4).

Проверка фундамента по прочности на продавливание колонной от дна стакана при действии продольной силы N_1c производится исходя из условия

где - R_bt = 900 кПа - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для класса бетона В20, согласно СП 63.13330.2018.

А₀- площадь многоугольника abcdeg, м².

A₀ = 0,5b(l ? l_p? 2h_0g) ? 0,25(b ? b₀ ? 2h_0g) ² ;

b_m = b_p+ h_0b;

где - h_оg - рабочая высота пирамиды продавливания от дна стакана до плоскости расположения растянутой арматуры, м;

d_p, b_p,l_r - глубина и размеры по низу меньшей и большей сторон стакана, м. h_оg = 1,5 - 0,95 - 0,05 = 0,5 м

А₀ = 0,5•2,1•(3,3 - 1,1 - 2•0,5) - 0,25(2,1 - 0,6 -2•0,5)² = 1,2 м ²

b_m = 0,6 + 0,5 = 1,1 м

1199,9 кН ? 2,13,39001,1 = 2858,6 кН

Условие соблюдается, следовательно, прочность дна стакана на продавливание колонной обеспечена.



4. Проектирование свайных фундаментов

4.1 Сбор нагрузок

На фундамент передается нагрузка от веса стены. Значение определяется по формуле:

???? = ??1 • ??0 • ?? • ??n • ??п = 14,25•0,64•6•0,85•18 = 837 кН

где n = 6 м - шаг колонн;

г =18 кН/м³- удельный вес кирпичной кладки; Кn = 0,85 - коэффициент про?мности;

гn = 0,95 - коэффициент надежности по назначению.

4.2 Выбор вида сваи и определение её размеров

В рассматриваемых местных условиях для проектируемого здания можно использовать практически все виды свай. В качестве варианта запроектируем фундаменты из забивных железобетонных цельных свай квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой и поперечным армированием. Размеры поперечного сечения сваи принимаем 30 х 30 см.

Высоту ростверка назначаем 1,5 м. Тогда при отметке планировки -0,150 м отметка подошвы будет -1,650 м, а толщина дна стакана 0,5 м, что больше минимальной, равной 0,25 м. Так как на ростверк действуют горизонтальные силы, и моменты предусматриваем жесткое сопряжение ростверка со сваями путем заделки свай в ростверк на 600 мм. Из них 400 мм составляют на выпуски арматуры, а 100 мм непосредственная заделка. Тогда условная отметка головы сваи будет -1,150 м.

Отметку острия сваи назначаем в зависимости от грунтовых условий строительной площадки. В качестве несущего пласта выбираем ИГЭ-2 глина темно-серая, кровля которой находится на глубине 10,2 м (отметка -10,350 м). Сваи заглубляем в этот слой на 1,0 м, тогда отметка нижнего конца сваи будет -11,350 м.

Длину сваи определяем, как разность между отметками головы и нижнего конца:

L = 11,350-1,150 = 10,0 м

Марка сваи С 100.30. L_сваи = 10 м. Так как свая опирается на сжимаемые грунты, то она относится к висячим.

4.3 Определение несущей способности сваи

Несущей способностью сваи F_d называется расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи. Это максимальное усилие, которое может воспринять свая без разрушения грунта, контактирующего с ее поверхностью.

В расчетном методе несущая способность висячей сваи является суммой сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности:

где г_с - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый =1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, R =19500 кПа по (прил.33) при z₀=8,5+1,5=10;

А - площадь опирания сваи на грунт, 0,3 х 0,3 = 0,09 м²;

U- наружный периметр поперечного сечения сваи, U= 40,3 = 1,2 м;

f_i - расчетное сопротивление i -го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа;

h_i толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

г_cR, г_cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетное сопротивление грунта.

Для определения f_i грунт на боковой поверхности сваи разделяем на однородные слои толщиной не более 2 м. Находим среднюю глубину расположения слоя грунта (расстояние от середины слоя до уровня природного рельефа z_i). В зависимости от показателя текучести определяем значения расчетных сопротивлений грунта на боковой поверхности:

№ слоя	м	м	Тип грунта	кПа
1	2	2,5	Суглинок	45	1
2	2	4,5	Суглинок	55	1
3	2	6,5	Суглинок	59	1
4	2	8,5	Суглинок	63	1
5	1	10	Суглинок	65	1
6	1	11	Глина	66	1

2445 кН

4.4 Размещение сваи под ростверком и проверка нагрузок

Определяем нагрузку, допускаемую на сваю.

1746 кН

где г_к - коэффициент надежности, учитывающий точность метода определения несущей способности одиночной сваи; при определении F_d расчетом значение принимается равным 1,4.

Количество свай вычисляем по формуле:

4 сваи

где 304,1 кН

2120,6+8371,1=3041 кН; где 1,1

Принимаем 4 сваи, располагаем их в 2 ряда. Расстояние между осями свай назначаем b_r = 1,5 м. Размеры сечения сваи м.

Определим усилия в подошве ростверка в обоих сочетаниях для расчета по первой группе предельных состояний. Вертикальная нагрузка N_dI складывается из веса стены, ростверка и вертикальной силы от колонны, а момент M_YI - из момента то веса стены, момента от колонны и момента от горизонтальной силы Q_I, приложенной в обрезе ростверка.

Нагрузки для сочетаний:

где N_di, M_YI - соответственно расчетная сжимающая сила, кН, и расчетный изгибающий момент по абсолютному значению, кНм, относительно оси ОY плана свай в плоскости подошвы ростверка.

3145 кН

104 кН

Нагрузки для 3,4 сочетания:

1048 кН;

864 кН;

926 кН;

922 кН;

В соответствии со СНиП фактическому нагружению NIf необходимо добавить собственный вес сваи с коэффициентом надежности по нагрузке г_f = 1,1.

Вес сваи для С100.30: 2,28 т=22,8 кН.

1073 кН;

889 кН;

951 кН;

947 кН;

Тогда .

Допустимый недогруз. Условие выполняется.

4.5 Расчет осадки основания свайного фундамента

При расчете средней осадки куста сваи принимаем, что сваи равномерно загружены вертикальными силами:

285,85 кН; 285,85 кН

Определяем осадку для сваи №1:

Рабочая длина сваи:

l = l_св - 0,5 = 10 - 0,5 = 9,5 м

Коэффициент Пуассона:

V = 0,36 для глин; V=0,34 для суглинков

Свая с рабочей длиной l = 9,5 м врезается в суглинок ИГЭ-1 с мощностью h₁=10,0 м, с коэффициентом Пуассона v₁=0,36, модулем сдвига

G₁ = E₁/2(1+ v₁) = 10600/2(1+0.34) = 7102 кПа

G₂ = E₂/2(1+ v₂) = 15600/2(1+0.36) = 10608 кПа

Осредненные характеристики в пределах глубины погружения сваи

кПа

v_оср = 0,34

G_оср = 7421 кПа.

Опорным слоем для свай служит суглинок с характеристиками v = 0,36, G₂=10608 кПа.

Вначале определим осадку одиночной сваи, последовательно вычисляя необходимые параметры:

Коэффициент k_оср при v_ср = 0,34

K_оср = 2,82-3,78 х 0,34+2,18 х 0,34² = 1,55

б' = 0,17ln(1,83х10/0,3) = 0,7

в' = 0,17ln(1,83х7421х10/10608х0,3) = 0,64

где модуль упругости E принят для тяжелого бетона класса B20 равным 27,5х10⁶ кПа по табл. 6.11 СП 63.13330.2018.

Осадка одиночной сваи №1

0,003 м=3 мм

Для учета влияния на осадку сваи №2 соседних свай, находящихся от нее на расстояниях:

Сваи №2-4:

Для сваи №2: а=0,9 м

Для сваи №3: а=1,58 м

Для сваи №4: а=1,3 м

Дополнительная осадка от свай:

м=0,12 см

м=0,080 см

м=0,090 см

Суммарная осадка для куста свай:

0,30+0,12+0,080+0,090=0,59 см

Условие расчета по деформациям выполняется.



5. Проектирование ленточных фундаментов

5.1 Исходные данные

Требуется запроектировать сборный сплошной ленточный фундамент под наружную продольную стену административно-бытового корпуса в г. Тула. Здание трехэтажное, стены кирпичные толщиной b₁ = 0,64 м, удельный вес кладки 18 кН/м². Расстояние между продольными стенами в осях L= 6,0 м, в свету l₀= 5,6 м. Междуэтажные перекрытия выполнены из сборных железобетонных плит с полами из линолеума, вес 1 м² перекрытия 3,0 кН (q₁ = 3 кПа).

Покрытие - сборные ребристые железобетонные плиты, пароизоляция, утеплитель, трехслойный гидроизоляционный ковер, гравий, втопленный в битумную мастику (q₃ = 5,0 кПа). Кровля слабонаклонная (а = 0°). Высота стены Н = 10,2 м, коэффициент проемности m = 0,85. Длина заделки плиты перекрытия над подвалом с = 0,12 м. Стены подвала из сборных бетонных блоков, пол в подвале бетонный h_cf = 0,2 м, г_cf = 24 кН/м³.

В здании не предусмотрены конструктивные мероприятия по восприятию неравномерных деформаций основания, поэтому конструктивная схема гибкая.

Грунтовые условия строительной площадки, определены инженерно- геологическими изысканиями.

5.2 Сбор нагрузок

Определяем нагрузки для расчетов по деформациям в уровне планировки. Грузовая площадь:

2,8 м²;

где - длина расчетного участка стены принимаемая;

l₀ - расстояние в свету между стенами.

Вес стены:

N⁽¹⁾ = 1·b₀·H_ст·г₁·k_p·г_f =1х10,2х0,64х18х0,85 = 99,89 кН

Вес 4 междуэтажных перекрытий:

N⁽²⁾ = A_гр·q₂·n = 2,8х3,0·3 = 25,2 кН

Вес покрытия:

N⁽³⁾ = A_гр·q₃ = 2,8·5,0 = 14 кН

Временная длительная нагрузка от веса перегородок:

N⁽⁴⁾ = A_гр·q₄·n = 2,8·0,5·3 = 4,2 кН

Нагрузка на 3 перекрытия (при ее пониженном значении для административно-бытовых зданий q₅ = 0,7 кН):

N⁽⁵⁾ = A_гр·q₅·n·г_f = 2,8·0,7·3 = 5,88 кН

Вес снегового покрова для Тула, относящегося в 3 снеговому району, равен S_g = 1,8 кПа. Нормативное значение снеговой нагрузки на проекцию покрытия определяем по формуле:

S₀ = 1 х S_g = 1,8 х 1 = 1,8кПа

Так как среднемесячная температура января равна - 13,8 С, что ниже -5 С, то пониженное значение снеговой нагрузки равно:

q₆ = 0,7·Sg = 0,7х1,8 = 1,26 кН.

Снеговая нагрузка на покрытие:

N⁽⁶⁾ = A_гр·q₆= 2,8·1,26= 3,53 кН.

Умножая временные нагрузки, принимаемые как длительные, на коэффициент сочетаний ш₁=0,95, получим суммарную вертикальную нагрузку на один п.м в уровне низа перекрытия под подвалом.

Суммарная вертикальная нагрузка на один погонный метр в уровне планировки:

NII = N(1)+ N(2)+ N(3)+ш·( N(4)+ N(5)+ N(6)),

N_II = 99,89+25,2+14+0,95(4,2+5,88+3,53) = 152 кН.

Определяем вертикальную нагрузку от перекрытия над подвалом, включая собственный вес перекрытия, нагрузку от перегородок, нагрузку от веса перекрытия:

N₁= А_грхq₂+(А_грхq₄+А_грхq₅) = 2,8х3+0,95(2,8х0,5+2,8х0,7) = 11,6 кН.

Эксцентриситет приложения нагрузки:

e₁ = b^//2 - c/3 = 0,6/2-0,12/3 = 0,26 м

Момент от перекрытия над подвалом:

M_I^/ = N₁e₁ = 11,6х0,26 = 3,02 кНм.

где N₁ - вертикальная нагрузка от перекрытия над подвалом, включая собственный вес перекрытия, нагрузку от перегородок и нагрузку на перекрытие, кН;

e₁ - эксцентриситет приложения нагрузки N₁, м.

где с - длина заделки плиты в стену, принимаемая не менее 0,12 м.

5.3 Выбор глубины заложения

Из конструктивных соображений (обеспечение проектной высоты подвала) отметку подошвы фундамента назначаем - 3,60 м. Тогда:

- при высоте фундаментной плиты 0,3 м и высоте каждого из пяти рядов фундаментных блоков по 0,6 м перекрытие над подвалом укладывается на верхний блок;

- условие недопущения выпора грунта из-под подошвы фундамента соблюдается, так как

h_s + h_cf = 0,2+0,4 = 0,6м > 0,5м;

- глубина заложения фундамента d, равная 3,15 м, значительно превышает расчетную глубину сезонного промерзания грунта, следовательно, условие недопущения сил морозного пучения грунтов под подошвой фундамента

- основанием фундамента будет служить суглинок (ИГЭ-1), с расчетным со- противлением грунта R0 = 247 кПа.



5.4 Проектирование ленточных фундаментов в стадии завершенного строительства

5.4.1 Определение ширины фундамента

Определим предварительное значение ширины подошвы ленточного фундамента b0:

0,8 м

К определению ширины фундамента подбираем марку железобетонной фундаментной плиты ФЛ 8.24 шириной b = 0,8 м, l = 2,38 м

Вычислим уточненное расчетное сопротивление грунта:

407кН

где g - коэффициенты условий работы по СНиП 2.02.01-83?;

b - ширина подошвы фундамента, м;

g - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м³

g - то же, залегающих выше подошвы;

С_ll- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа.

В этой формуле приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала:

d₁ = h_s +( h_cf х г_cf)/ =0,40+(0,20 х 24/18,2)=0,664 м, d₁ = 0,664 м.

db -расчетная глубина подвала, принимаем 2 м.

где h_s = 0,4 м - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны пола подвала,

h_cf = 0,2 м - толщина конструкций пола подвала

г_cf = 24 кН/мі - расчетное значение удельного веса конструкций пола подвала.

Уточним ширину подошвы фундамента с учетом вычисленного значения R:

0,44 м

Принимаем фундаментную плиту ФЛ 8.24 весом 1,15 т шириной b = 0,8 м, высотой h_p = 0,3 м, длиной l_p = 2,38 м.



5.4.2 Проверка давления под подошвой фундамента

Определяем вертикальные нагрузки в уровне подошвы фундамента:

УN=N + G1 + G2 + G3 + G4,

УN=152+43,2+4,8+4,9+2=207 кН

Здесь G1 - вес стены подвала, кН/м

G1=b'·h'·гb=0,6*3*24=43,2 кН/м; b'=0,6м; d=3,15м; hp = 0,3м.

гb - удельный вес бетона, принимаемый 24 кН/м3; G2 - вес фундаментной плиты. кН/м,

G2= Gр/lp=11,5/2,38=4,8 кН/м

где Gp, lp - соответственно вес и длина фундаментной плиты;

G3 - вес грунта на левом уступе фундаментной плиты (весом грунта и конструкции пола подвала на правом уступе можно пренебречь), кН/м,

4,9 кН/м

где -удельный вес грунтов засыпки, уплотненных согласно нормативным документам с коэффициентом уплотнения Купл не менее 0,95 их плотности в природном сложении, допускается устанавливать по удельному весу в природном состоянии кН/м.

G4 - усилие от временной нагрузки на внешней стороне фундамента, кН/м,

2 кН/м.

где - интенсивность односторонней временной пригрузки. Выбираем расчетную схему. Для этого проверяем соотношение b'/b: b'/b=0,6/0,8=0,75>0,7

Следовательно, расчетная схема подвала может приниматься в виде однопролетной вертикальной балки, шарнирно опертой как в верхней части(в ур. Низа перекрытия над подвалом), так и в нижней( в ур. подошвы фундамента).

В этом случае производится проверка величины среднего давления под подошвой фундамента, который рассматривается как центрально нагруженный.

28%

Условие выполняется.

5.5 Расчет осадки фундамента

Подобранные ранее размеры подошвы фундамента должны удовлетворять условию расчета основания по деформациям S ? S_u, где

S-совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;

S_u- предельное значение совместной деформации основания и сооружения, которое принимается согласно СП 22.13330.2011. S_u=12 см.

Сначала разбиваем основание ниже подошвы фундамента на элементарные слои h_i=0,4b=0,4·0,8 =0,32 м. Принимаем h_i=0,32 м. Таких слоев в пределах ИГЭ-1 принимаем 12, не охватывая ИГЭ-2.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (z = 0) определяют по формуле:

s 58 кПа

где г_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м;

10 • 1,82 = 18,2 кН/мІ

d - глубина заложения фундамента от уровня планировки при срезке грунта, м.

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта у_zg на границе слоев, расположенных на глубине z от подошвы фундамента, находят по следующей формуле:

где г_IIi, h_i- соответственно удельный вес, кH/м³ и толщина i-го слоя грунта, м. Осадку основания с использованием расчетной схемы линейно-деформируемого полупространства определяют от действия вертикальных дополни- тельных напряжений в грунте:

??????0 = ?? = 259 кПа

где б- коэффициент, принимаемый по приложению 6 [1]; Р-среднее давление под подошвой фундамента, кПа.

Z, см			, кПа	0,5, кПа	, кПа	, кПа	, кПа		, см	, кПа
0	0	1,000	58	29	259	58	201	189	32	15500
32	0,8	0,881	67	34	228	51	177	153	32	-//-
64	1,6	0,642	76	38	166	37	129	113	32	-//-
96	2,4	0,477	85	43	124	28	96	86	32	-//-
128	3,2	0,374	94	47	97	22	75	68	32	-//-
160	4,0	0,306	102	51	79	18	61	57	32	-//-
192	4,8	0,258	111	56	67	15	52	49	32	19500
224	5,6	0,223	120	60	58	13	45	43	32	-//-
256	6,4	0,196	129	65	51	11	40	38	32	-//-
288	7,2	0,175	138	69	45	10	35	34	32	-//-
320	8,0	0,158	147	74	41	9	32	31	32	-//-
352	8,8	0,143	156	78	37	8	29	28	32	-//-
384	9,6	0,132	165	83	34	8	26	-	-	-

Определяем осадку фундамента:

1,7 см

Условие выполняется.

5.6 Проектирование ленточного фундамента в стадии незавершенного строительства

5.6.1 Сбор нагрузок

Интенсивность активного бокового давления грунта в уровне поверхности планировки по формуле:

5,27 кН

Удельный вес обратной засыпки для расчетов по I группе предельных состояний:

г_II'' = г_II'·1,05=17,29·1,05=18,15 кН/м³;

Высота эквивалентной нагрузке q слоя грунта:

h'_э = q₁ / г_I'' = 10 / 18,2 = 0,55 м

Расчетное значение угла внутреннего трения обратной засыпки:

Интенсивность активного бокового давления грунта в уровне подошвы фундамента по формуле:

35,45 кН

Равнодействующая активного бокового давления на стену подвала:

64,13 кН

5.6.2 Проверка устойчивости фундамента на сдвиг

Сдвиг фундамента не произойдет, если выполняется условие:

где - сумма проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих и удерживающих сил.

- =0,9 - коэффициент условий работы; г_n=1,15 - коэффициент надежности по назначению.

Сдвигающая сила:

= 1,2 · 64,13 = 76,96 кН

здесь: -1,2 - коэффициент надежности по нагрузке

136,07 кН

- - коэф. трения подошвы фундамента по грунту. 0,6 (т.к. имеет место быть трение песка по сухой поверхности).

Следовательно, условие устойчивости фундамента на сдвиг выполняется.

5.6.3 Проектирование устойчивости фундамента на опрокидывание

Опрокидывание фундамента не произойдет, если выполняется условие:

Сумма удерживающих моментов:

= ==29,25 кН•м

Сумма опрокидывающих моментов:



92,35 кН·м

1,2 м

1,2 м - расстояние от подошвы фундамента до точки приложения равнодействующей бокового давления грунта.

Проверка устойчивости фундамента на опрокидывание:

Следовательно, условие не выполняется.

Так как одно из условий не выполняется, засыпку пазух котлована грунтом следует предусматривать после устройства перекрытия над подвалом.

5. Удельная несущая способность ( сравнение столбчатого фундамента и ростверка)

Проводим расчет двух видов фундамента:

Столбчатого:150 кПа

Принимаем 1081 кН

7,2 м³

Строительный объем стакана под колонну вычисляем по формуле:

конструктивно принимаем равным 0,95 м;

1,1 м

0,6 м

1,15 м

0,65 м

0,66 м³

Свайного:283 кПа

3,822 м³

Наиболее оптимальным решением проектным будет применение свайного фундамента на естественном основании. Так как помимо результатов расчета, на его устройство требуется меньше затрат материалов и энергоресурсов, в отличие от свайного, где требуется применение специального оборудования и техники.



Список использованных источников

1. В.В Логутин « Расчет оснований и фундаментов в курсовом и дипломном проектировании». Ростов н/Д:2012. 192 с.

2. Механика грунтов, основания и фундаменты. Л.: Стройиздат, 1988. 416 с.

3. СП 131.13330.2018 «Строительная климатология».

4. СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».

5. СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты».

6. СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты».

Размещено на Allbest.ru