Проект фундаментов для двухпролетного одноэтажного промышленного здания II класса ответственности

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Задание на проектирование

Необходимо запроектировать фундаменты для двухпролетного одноэтажного промышленного здания II класса ответственности, в котором технологическое оборудование и заглубленные помещения не оказывают влияния на расположение фундаментов. Нагрузки на полы цеха вблизи колонн крайнего ряда отсутствуют. Режим работы кранов 7, круглосуточный.

Проектируемое промышленное здание должно иметь железобетонный каркас. Поэтому по прил.4 СНиП 2.02.01-83* предельная осадка такого здания S_u = 8 см, предельный крен не нормируется.

1.1 Важнейшие требования к проектированию фундаментов

При проектировании необходимо обеспечивать:

· прочность и эксплуатационную надежность фундамента (деформации его конструктивных элементов не должны превышать предельно допустимых величин);

· максимальное использование механических свойств грунтов и материала фундамента;

· устойчивость на опрокидывание и сдвиг в плоскости подошвы;

· соблюдение нормативных величин абсолютных и неравномерных осадок;

· соответствие технико-экономическим требованиям и современным способам производства работ.

2. Анализ местных условий строительства

2.1 Расчет физико-механических свойств наслоений грунта

Таблица 2.1 - Физико-механические свойства грунтов на площадке строительства

№	Наименование свойств	Расчетные уравнения	Наименование слоя грунта
			Песок	Сулинок	Глина
1	Удельный вес твердых частиц грунта (гs), кН/м3	гs	26,5	27	27
2	Удельный вес скелета грунта в состоянии естественной влажности (гd), кН/м3	гd = г:(1+W)	17,20	16,75	16,77
3	Коэффициент пористости (e)	е = (гs /гd)-1	0,54	0,611	0,610
4	Удельный вес грунта во взвешенном состоянии (гsb), кН/м3		10,71	10,55	10,55
5	Степень влажности (Sr)		0,53	-	-
6	Число пластичности (Jр)		-	0,15	0,21
7	Показатель текучести (JL)		-	0,13	0.0952
8	Условное сопротивление грунта сжатию (R0), МПа	R0	0,15	0,287	0,361

Обозначения:

г - удельный вес грунта в сухом состоянии;

- удельный вес воды, равный 10 кН/м³;

W - естественная влажность;

- влажность на границе текучести;

- влажность на границе раскатывания.

Расчеты:

1) Песок:

г_d = г/(1+W) = 19,1/(1+0,11) = 17,20 кН/м³ ;

е = (г_s /г_d)-1 = (26,5/17,20) - 1 = 0,54;

= (26,5 - 10)/(1+0,54) = 10,71 кН/м³;

= 26,5*0,11/0,54*10 = 0,53;

Так как S_r = 0,53, то из таблицы "Водосодержание песчаных грунтов по степени влажности" следует,что песок влажный. Следовательно, из таблицы "Условное сопротивление сжатию (R_o) песчаных грунтов" находим: R_o = 0,15 МПа.

2)Суглинок

г_d = г/(1+W) = 20,1/(1+0,20) = 16,75 кН/м³ ;

е = (г_s /г_d)-1 = (27/16,75) - 1 = 0,611;

= (27 - 10)/(1+0,611) = 10,55 кН/м³;

= 0,33 - 0,18 = 0,15;

= (0,20-0,18)/0,15 = 0,13

R_o для суглинка находим интерполяцией. R_o = 0,287 Мпа.

3)Глина

г_d = г/(1+W) = 20,8/(1+0,24) = 16,77 кН/м³ ;

е = (г_s /г_d)-1 = (27/16,77) - 1 = 0,61;

= (27 - 10)/(1+0,61) = 10,55 кН/м³;

= 0,43 - 0,22 = 0,21;

= (0,24-0,22)/0,21 = 0.0952

R_o для глины находим интерполяцией. R_o = 0,361 Мпа.

В результате расчета величин условного сопротивления сжатию грунтов на площадке строительства, установлено, что их величина превышает 0,15 Мпа. Следовательно, на данном этапе проектирования следует сделать вывод о том, что напластования грунтов данной строительной площадки могут служить в качестве естественного основания для проектируемого промышленного здания.

3. Анализ технологического назначения здания и его конструктивного решения

Анализ технологического назначения здания позволяет установить:

- класс ответственности здания и его технологическое назначение;

- температурный режим внутри него;

- величины нагрузок, действующих на полы, примыкающие к фундаментам;

- наличие, расположение и размеры заглубленных помещений и фундаментов под оборудование;

- группы режимов работы мостовых и подвесных кранов, их грузоподъемность.

Анализ конструктивной схемы здания позволяет уяснить:

- размеры, планово-высотную привязку конструкций здания и вид материалов, из которых проектируется изготовление фундаментов;

- схему конструктивных особенностей (гибкая, или жесткая) здания;

- конструктивные особенности полов;

- чувствительность здания к деформациям основания (в задании на проектирование должны быть указаны величины предельных деформаций, обеспечивающих безопасную эксплуатацию здания);

- величину и направление нагрузок, действующих на фундамент на уровне его обреза или уровне планировки поверхности.

Эти сведения содержатся в задании на проектирование объекта. Их обосновывает специалист-технолог соответствующей сферы деятельности или они выбираются из паспортных данных на технологическое оборудование.

Сведения, полученные в разделах 1 и 2, являются исходными данными для проектирования и позволяют назначать расчетные схемы фундаментов, предопределяют методы их устройства, материалы и размеры, а также способы подготовки оснований. Заданным исходным данным могут удовлетворять несколько вариантов фундаментов. Оптимальный вариант, фундаментов выбирается по технико-экономическим показателям.

При выполнении курсового проекта сочетания нагрузок от колонн для расчетов по I и II предельным состояниям приведены табл.1.1 - исходные данные для проектирования. Нагрузки на фундамент определены в его обрезе в невыгодных сочетаниях.

Фундаменты проектируется под типовые колонны среднего и крайнего рядов, размеры которых выбираются из приложения к ГОСТ 25628 в зависимости от заданной высоты здания (h_c) и её расположения в пролете (крайний или средний ряд). Отметка пяты колонны - 1,050 м, шаг колонн 6 м.

4. Выбор глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента (d) - это расстояние от поверхности планировки или пола подвала до подошвы фундамента. Подошва фундамента должна опираться на прочные слои грунта, о6еспечивающие восприятие нагрузки от фундамента и долговременную эксплуатационную надежность здания.

Одним из важнейших факторов, предопределяющих заглубление подошвы фундамента, является глубина сезонного промерзания грунта. Для районов, где глубина промерзания на незастроенной территории не превышает 2,5 м, ее нормативное значение (d_fn) определяют по формуле:

где M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП 2.01.01 "Строительная климатология и геофизика";

d₀ - эмпирический коэффициент, величина которого зависит от вида грунта. Для суглинков и глин d₀ = 0,23 м; супесей, песков мелких и пылеватых d₀ = 0,28 м; песков гравелистых, крупных и средней крупности d₀ = 0,30 м; крупнообломочных грунтов d₀ = 0,34 м.

Так как подошва нашего фундамента находится в слое сугленков, то выбираем

d₀ = 0,23 м.

= 0,23*29,3^0,5 = 1,24м

Далее находим расчетное значение глубины сезонного промерзания грунта (d_f), которое определяют по формуле:

d_f = К_h*d_fn

где К_h - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха внутри помещений, примыкающих к наружным фундаментам, учитывающий наличие подвала или технического подполья, а также состав полов. Принимается по СНиП 2.02.01 "Строительная климатология и геофизика".

Находим из таблицы "Коэффициенты К_h для расчета глубины промерзания грунта под зданиями" К_h = 0,7.

d_f = К_h*d_fn =1,24*0,7 = 0,9 м

На глубину заложения подошвы фундамента оказывают влияние следующие особенности проектируемого сооружения:

- наличие и размеры подвалов, каналов, тоннелей, фундаментов под оборудование;

- глубина прокладки инженерных коммуникаций;

- глубина заложения фундаментов, примыкающих сооружений;

- конструктивные требования, предъявляемые к высоте фундамента (h_f) и т.п.

Высота фундамента (h_f) - это расстояние от его обреза до подошвы. Высота фундамента должна быть достаточной для надежного крепления к нему надземных конструкций (например, колонн). При стаканном сопряжении фундамента с железобетонной колонной глубина заделки колонны в фундамент (d_c) в том случае, когда колонна имеет сплошное прямоугольное сечение, должна быть не менее величины длинной стороны сечения (l_c):

d_c ? l_c

Высота фундамента (h_f) из условия надежной заделки колонны в стакан должна быть не менее:

h_f ? d_c + h_g + 0,05

где 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 обеспечения рихтовки колонны при монтаже, м.

По ГОСТу 25628-90 " Колонны железобетонные для одноэтажных зданий и предприятий" выбираем колонну 1КК84. Размеры его сечения 400х700.

h_f ? d_c + h_g + 0,05 = 0,7+0,2+0,05 = 0,95м

Высота фундамента, вычисленная по условию, округляется до ближайшего большего размера, кратного 0,3 м. В промышленных зданиях минимальная высота фундамента стаканного типа не может быть менее 1,5 м. Значит мы принимаем высоту фундамента h_f = 1,5 м.

Глубина заложения фундамента d = h_f +0,2 = 1,7 м

За отметку ПФ принимаем 122,4 - d = 120,7.

Отметка ГП равна 122,4 - 0,9 = 121,5м

ГП - ПФ = 121,5-120,7= 0,8м

Заключение: поскольку в результате расчета установлено, что между отметкой ГП и отметкой ПФ больше 0,7 м, то ПФ не корректируется.

5. Определение размеров подошвы фундамента

В первом приближении площадь подошвы фундамента (А) определяют по конструктивным соображениям и вычисляют по формуле:

А = N_П:(R - г_mtd)

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

R - расчетное значение сопротивления грунта сжатию, кПа;

г_mt - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимаемое в инженерных расчетах равным 20 кН/м³;

d - глубина заложения фундамента, м.

Значение N_П определяют как сумму наибольшей вертикальной нагрузки N_Пmax из всех заданных сочетаний нагрузок от колонны для расчетов по П группе предельных состояний и дополнительных нагрузок в обрезе фундамента в виде, например, веса фундаментной балки, веса стены и т.д.

Для условий курсового проекта:

N_П = N_Пmax + G

где G₁ - вес стены, кН;

G₁ = H₁*b₀*n*г₁*k_n*г_n

где H₁ - высота здания(8.4), м; b₀ - толщина стены(0.3) м;

n - шаг колонн (n=6), м; г₁ - удельный вес материала стены, кН/м³;

k_n - коэффициент проемности (k_n=0,70….0,85);

г_n - коэффициент надежности по назначению (г_n=0,9).

G₁ = H₁*b₀*n*г₁*k_n*г_n = 8,4*0,3*6*5*0,85*0,9 =57,834 кН

N_Пmax = N₁ +N₂ = 292+656= 948 кН

N_П = N_Пmax + G =948+57,834 = 1005,834 кН

А = N_П:( R₀- г_mtd) = 1005,8/(267-20*1,7) = 4,32 м²

Принимаем возможные размеры подошвы фундамента:2,1х2,4м.

Поскольку шаг колонн 6 м, то максимально возможная ширина фундамента стаканного типа не может превышать 3 м. Поэтому можно задать произвольно величину b в диапазоне значений от 0,9 м до 2, 7 м. Расчетное сопротивление грунта основания сжатию для бесподвальных зданий определяют по формуле:

R = [(г_С1 г_С2):к]*(M _g К_Zbг₁₁ + M_qd г₁₁¹ + M_cC₁₁) (5.4)

где г_С1 и г_С2 - коэффициенты условий работы приведены в табл 5.1 (СНиП 2.02.0I-83*, табл.3);

к - коэффициент, принимаемый: к = 1 - если свойства грунта (С и ц) определены экспериментально; к = 1,1 - если они приняты по таблицам СНиП;

M _g , M_q , M_c - коэффициенты_, принимаемые по табл. 4 СНиП 2.02.0l-83 в зависимости от угла внутреннего трения ц_П;

К_Z - коэффициент, принимаемый равным:

при b < 10 м К_Z =1, при b ? 10 м К_Z = Z₀/b + 0,2 (здесь Z₀ = 8 м);

b - ширина подошвы фундамента, м;

г_П - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;

г_П¹ - то же, залегающих выше подошвы;

C_П - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d - глубина заложения фундамента, м.

Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента _с2 принимается равным единице.

_с1 = 1,25

_с2 = 1.

к = 1,1 - так как свойства грунта (С и ц) приняты по таблицам СНиП.

M _g = 0,47; M_q = 2,89; M_c =5,48

К_Z = 1

b = 2,1 м

г_П равен отношению сумм произведений толщины слоя грунта на его удельный вес к 3 ширинам фундамента (3b=6,3м).

г_П = (0,7*16,75+2.4*16,77+17,20*3,2)/6.3 = 16,98 кН/м³

г_П¹ = 16,98 кН/м³ так как выше подошвы фундамента находится только слой песка и почвы.

C_П = 20 кПа

d = 1,7 м

R = (1,25*1/1,1) *(0,47*1*2.1*16,98+2,89*1,5*16,75+5,48*20) = 226,03 кПа

Первой проверкой найденных размеров подошвы является установление формы эпюры давлений в подошве фундамента (контактных давлений) и сравнение ее с допустимой.

Форма эпюры контактных давлений обусловлена значениями эксцентриситетов, и проверка сводится к выполнению условия:

о_i ? о_u (i =1,2,….n)

где о_i - расчетное значение относительных эксцентриситетов для каждого i - го сочетания нагрузок при расчетах по П гр. предельных состояний;

n - число сочетаний нагрузок при расчетах по П группе предельных состояний;

о_u =1/6 - для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад;

Относительный эксцентриситет вертикальной нагрузки в подошве фундамента для каждого сочетания определяется по формуле

о_i = e_i/a,

где a - сторона подошвы фундамента (a = l или b), вдоль которой действуют моменты, м;

e_i - эксцентриситет вертикальной нагрузки, приложенной к подошве фундамента, определяемый по формуле:

e_i = (У М_Пi) / (У N_Пi) (i =1,2…n)

Здесь У N_Пi - сумма всех вертикальных сил, приложенных к подошве фундамента;

У M_Пi - сумма всех моментов, относительно выбранных координатных осей в подошве фундамента.

Для первого сочетания:

У N _П1 = N_П1 +G₁+G_f

где G_f - ориентировочный вес фундамента, грунта на его уступах и подготовки под полы, определяемый по формуле:

G_f = b* l * (d +0,15)* г_mt*г_n

где г_n - коэффициент надежности по назначению (г_n=0,9);

У M _П1 = M _П1+ Q _П1*h_f + N _П1*O + G₁ (b_ст+ l_cт) *0,5

где b_ст - толщина стены, м; l_cт длина стены, равная 1 м.

Эксцентриситет приложения равнодействующей вертикальной нагрузки в подошве фундамента в первом сочетании:

e₁ = (У M _П1)/(У N _П1)

о₁ = (e₁)/ а

N _П1 = N ₁ + N₂ = 292+656 = 948кН

M _П1 = M ₁ + M₂ = 41 - 48,8 = -7,8кН

Q _П1 = Q ₁ + Q₂ = 19 - 53 = -34кН

G_f = b* l * (d +0,15)* г_mt*г_n = 2,1*2,4*(1,7+0,15) *20*0,9 = 167,832 кН

У N _П1 = N_П1 +G₁+G_f = 948+57,834+167,83 = 1173,66кН

У M _П1 = M _П1+ Q _П1*h_f + N _П1*O + G₁ (b_ст+ l_cт) *0,5 = -7,8 - 34*1,5+948*0+57,834*(0,3+1) *0,5 = -21,2079 кНм

e₁ = (У M _П1)/(У N _П1) = -21,2079/1173,66= - 0,1263м

о₁ = (e₁)/ а = - 0,1263/2,4 = - 0,0526<1/6

Для второго сочетания:

N _П2 = N ₃ + N₄ = 359+566 = 925кН

M _П2 = M ₃ + M₄ = 77 - 59,5 = 17,5кН

Q _П2 = Q ₃ + Q₄ =37 - 64 = -27кН

У N _П2 = N _П2 +G₁+G_f = 925+57,834+167,832= 1150,666кН

У M _П2 = M _П2 + Q _П2*h_f + N _П2*O + G₁ (b_ст+ l_ст) *0,5 = 17,5 - 27*1,5+1150.6*0+57,834*(0,3+1) *0,5 = 14,5921кНм

e₂ = (У M _П2)/(У N _П2) = 14,59/1150,66 = 0,0126м

о₂ = (e₂)/ а = 0,0126/2,4= 0,005<1/6

В соответствии со СНиП 2.02.01-83* среднее давление под подошвой фундамента (Р) не должно превышать расчетное сопротивление грунта (R), краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента (P_max) не должно превышать 1,2 R и в угловой точке (P^с_max) не должно превышать 1,5 R .

При действии момента только в одной плоскости должны выполняться два условия:

Р < R и P_max ? 1,2 R

Давления под подошвой определяют по формулам: среднее

P_Пi = (УN_Пi ): (b*l)

максимальное и минимальное краевые давления для первого и второго сочетания нагрузок

P_Пmaxi = P (1+6о_i)

P_Пmini = P (1- 6о_i)

Значения давлений вычисляют для каждого i-гo сочетания нагрузок, принимаемых при расчете по деформациям.

В курсовом проекте используют два сочетания нагрузок и относительные эксцентриситеты (о_i) определяют по формулам и. Для каждого из двух сочетаний проверяются условия, которые имеют следующий вид:

P_П1 = (УN_П1 ): (b*l) = 1173,66/2,1*2,4 =232,87 кПа

P_П2 = (УN_П2 ): (b*l) = 1150,66/2,1*2,4 =228,306 кПа

P_Пmax1 = P (1+6о₁) = 232,87(1+6*0,0526) = 306,36 кПа

P_Пmax2 = P (1+6о₂) = 228,306(1+6*0,005) = 235,155 кПа

P_П1 ? R; P_Пmax1 ? 1,2R; P_П2 ? R; P_Пmax2 ? 1,2R;

Размеры подошвы фундамента считаются подобранными удачно, если хотя бы в одном из условий отклонения составляют: перенапряжение не более 5%, недонапряжение - до 10%.

В условии P_П1 ? R перенапряжение составляет:

((232,87 - 226,03)/ 226,03)*100% = 3%,

значит размеры подошвы фундамента подобраны удачно.

Принимаем размеры подошвы фундамента 2,1х2,4 м.

6. Расчет осадок подошвы фундамента

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

S ? S_u

где S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом по приложению 2 СНиП 2.02.01-83* ;

S_u - предельное значение совместной деформации основания и сооружения, которое допускается принимать согласно приложению 4 СНиП 2.02.01-83*.

Техника расчета сводится к следующему:

Сжимаемую толщину грунтов, расположенную ниже подошвы фундамента, разбивают на элементарные слои толщиной h_i ? 0,4b, где b - ширина подошвы фундамента. Границы элементарных слоев должны совпадать с границами слоев грунтов. Глубина разбивки должна быть примерно равна 3b. В нашем случае 3b = 2,1*3 = 6,3м. Слой суглинка под подошвой фундамента составит0,7м Слой глины под подошвой - 2.4м; разделим его на элементарные слои по 0,84м. Над подошвой фундамента слой грунта составляет суглинок, толщина которого 0,9м.

Определяем значения вертикальных напряжений от собственного веса грунта (у_zgo) на уровне подошвы фундамента

у_zgo = Уг_ih_i

где Уг_ih_i - сумма вертикальных нагрузок, от собственного веса грунта выше подошвы фундамента.

у_zgo = 0,9*16,75 = 15,075 кПа

Определяют значения вертикальных напряжений от собственного веса грунта (у_zgo) на уровне подошвы фундамента и на границе каждого слоя

,

где - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

- удельный вес грунта i - го слоя;

h_i - толщина i - го слоя грунта.

у_zgo= 0,9*16,75=15,075 кПа

у_zg1 = у_zgo + 0,7*16,75=26,8 кПа

у_zg2 = у_zg1 + 0,84*16,75=40,8868 кПа

у_zg3 = у_zg2 + 0,84*16,75=54,9736 кПа

у_zg4 = у_zg3 + 0,72*16,75=67,048 кПа

у_zg5 = у_zg4 + 0,84 *17,2=81,496 кПа

у_zg6 = у_zg5 + 0,84*17,2=95,944 кПа

у_zg7 = у_zg6 + 0,84*17,2=110,392 кПа

у_zg8 = у_zg7 + 0,68*17,2=122,088 кПа

По результатам расчета строится эпюра вертикальных напряжений от собственного веса грунта.

Определяют дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента по формуле

.

Среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок

P = (N_Пi )/A

P = (N_Пi )/A = P_П1 = (УN_П1 ): (b*l) = 1173,66/2,1*2,4 =232,87 кПа

= 232,87-15,075 = 217,8 кПа

= 206,07 кПа

= 176,91 кПа

= 162,83 кПа

= 150,75 кПа

= 136,304 кПа

= 121,856 кПа

= 107,408 кПа

= 95,712 кПа

Значения ординат эпюры распределения дополнительных вертикальных напряжений в грунте вычисляются по формуле

,

где б - коэффициент, принимаемый по табл. 6.1 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной .

=2,4/2,1 = 1,14

Значения б находят интерполяцией из таблицы.

Таблица 6.1 - Значение коэффициентов "б" для расчета осадки

0)=0,4515*217,8 =91,53 кПа

1)=0,2829*206,07 =54,03 кПа

2)=0,178*176,91 =31,49 кПа

3)=0,1213*162,83 =19,75 кПа

4)=0,0875*150,75 =13,1908 кПа

5)=0,0657*136,304 =8,955 кПа

6)=0,0506*121,856 =6,1659 кПа

7)=0,0392*107,408 =4,420 кПа

8)=0,0332*95,712 =3,177 кПа

Результаты расчета заносят в таблицу и по этим данным и строят эпюры соответствующих напряжений.

Таблица. Результаты расчетов при определении осадки фундамента

№ слоя	Z, м	hi, м	Вертикальное напряжение от собственного веса грунта уzgi на границе слоя, кПа	б	Ордината эпюры распределения дополнительных вертикальных напряжений уzpi, кПа	Осадка слоя si, м 0,00668
			верхней	нижней
0	1,7	0,9	0	15,08	0,4515	91,53	-
1	2,4	0,7	15,08	26,8	0,2829	54,03	0,0026
2	3,24	0,84	26,8	40,8	0,178	31,49	0,0016
3	4,2	0,84	40,8	54,49	0,1213	19,75	0,00095
4	3,8	0,72	54,49	67,05	0,087	13,1908	0,00052
5	4,4	0,84	67,05	81,50	0,0657	8,955	0,00037
6	5,0	0,84	81,50	95,9	0,0506	6,1659	0,00025
7	5,6	0,84	95,9	110,3	0,0392	4,210	0,00017
8	6,2	0,68	110,3	122,088	0,0332	3,177	0,0001

Далее определяют нижнюю границу сжимаемой толщи (В.С.). Она находится на горизонтальной плоскости, где соблюдается условие

Границу сжимаемой толщи можно установить графически, построив, справа эпюру . В точке пересечения этой эпюры с эпюрой получим границу нижнюю границу сжимаемой толщи грунта (В.С).

Нижней границей сжимаемой толщи является слой №4, на отметке 117,6 , т.к. у_zg4 =67,048кПа, а у_zp4 = 13,41 кПа, 13,41=0,2*67,05.

Осадку каждого слоя основания определяют по формуле

S = (в*у_zpi(ср)*h_i)/E_i

где в = 0,8 - безразмерный коэффициент для всех видов грунтов;

h_i и E_i - соответственно толщина и модуль деформации i - го слоя грунта;

- среднее дополнительное вертикальное напряжение в i - ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя, толщиной h_i.

1) S = (в*у_zp1(ср)*h_i)/E_песок=(0,8* (91,53+54,03) *0,5*0,7)/18 000= 0,0026м

2) S = (в*у_zp1(ср)*h_i)/E_песок=(0,8* (54,03+31,49) *0,5*0,84)/18000= 0,0016м

3) S = (в*у_zp1(ср)*h_i)/E_песок=(0,8* (31,49+19,75) *0,5*0,84)/18000= 0,00095м

4) S = (в*у_zp1(ср)*h_i)/E_песок=(0,8* (19,75+13,19) *0,5*0,72)/18000= 0,00052м

5) S = (в*у_zp1(ср)*h_i)/E_песок=(0,8* (13,19+8,955) *0,5*0,84)/20000= 0,00037м

6) S = (в*у_zp1(ср)*h_i)/E_песок=(0,8* (8,955+6,16) *0,5*0,84)/20000= 0,00025м

7) S = (в*у_zp1(ср)*h_i)/E_песок=(0,8* (6,16+4,21) *0,5*0,84)/20000= 0,00017м

8) S = (в*у_zp1(ср)*h_i)/E_песок=(0,8* (4,21+3,177) *0,5*0,68)/20000= 0,0001м

Суммарная осадка составит S = 0,00656м = 0,656см

При выполнении условия S ? S_u ранее подобранные размеры подошвы фундамента сохраняют. В противном случае их увеличивают или применяют мероприятия по улучшению строительных свойств грунтов или их прорезке.

S_u = 8см

Так как суммарная осадка под подошвой фундамента не превышает значение регламентированное в СНиПе (0,00656<0,08), то можно считать, что фундамент запректирован правильно.

7. Расчет прочности конструктивных элементов фундамента

Расчет прочности конструктивных элементов фундамента включает более десяти проверок, в результате удовлетворения которых определяют размеры подколонника и ступеней, класс бетона, класс и количество арматуры.

Для монолитных железобетонных фундаментов следует применять тяжелый бетон классов по прочности на сжатие В 12,5 и В 15, при соответствующем обосновании допускается применение бетона классов В 20 и В 25. Бетон подготовки под подошвой фундамента принимается классов В 3,5... В 10.

Для армирования фундаментов рекомендуется применять горячекатанную арматуру периодического профиля класса (АШ) А400 по ГОСТ 5781-82*. При соответствующем обосновании допускается применение арматуры класса Вр-1 по ГОСТ 6727-80.

7.1 Конструирование фундамента

Фундамент включает плитную часть, которая состоит из одной-трех ступеней, и подколонник, в котором формируют стакан для заделки колонны. Все размеры фундамента должны быть кратны 300 мм из условия их изготовления с применением инвентарной щитовой опалубки.

Определим размеры подколонника в плане, используя следующие конструктивные требования. Толщина стенки (d_g) армированного стакана должна быть не менее 150 мм и иметь толщину в плоскости действия изгибающего момента:

d_g ? 0,2l_c

0,2l_c = 0,2*0,7=0,14м

Толщина стенки из плоскости изгибающего момента также должна быть не менее 150 мм. Зазоры между стенками стакана и колонной принимаются 75 мм по верху и 50 мм по низу стакана с каждой стороны колонны.

Принимаем d_g = 150 мм

С учетом размеров колонны, толщины стенок стакана и принятых зазоров сторон подколонника в плане b_uc и l_uc должны составлять в м:

l_uc ? l_c + 2d_g + 0,15

b_uc ? b_c + 2d_g + 0,15

Расчетные размеры b_uc и l_uc округляют до размеров, кратных 300 мм (рис.2), и в дальнейшем проверяют расчетом на косое внецентренное сжатие сплошного (в нижней части подколонника) и коробчатого (в стаканной части подколонника) сечений. По результатам этих проверок назначают армирование подколонника.

l_c + 2d_g + 0,15 = 0,7+2*0,15+0,15 = 1,15м; принимаем l_uc= 1,2м

b_c + 2d_g + 0,15= 0,4+2*0,15+0,15 = 0,85м; принимаем b_uc =0,9м

Для того чтобы соблюдались зазоры между стенками стакана и колоннной 75 мм по верху, пересчитаем толщину стенки d_g

d_g = (l_uc - l_c - 2*0,075)/2 = 0,175м = 175 мм

Окончательно принимаем d_g = 175 мм

Таблица 7.2 - величины коэффициента К для определения выноса нижней ступени фундамента

Примечание: обозначение b₁ соответствует b_uc

В курсовом проекте следует определять количество ступеней и их размеры в следующей последовательности. Вначале полагают, что плитная часть фундамента состоит из одной ступени высотой h₁=300 мм. Определяют (h₀₁) рабочую высоту нижней ступени:

h₀₁ = h₁ - д

где д - расстояние от равнодействующей усилий в арматуре до подошвы фундамента, т.е. сумма толщин защитного слоя бетона и половины диаметра рабочей арматуры. При наличии бетонной подготовки под подошвой фундамента толщина защитного слоя равна 35 мм.

h₀₁ = h₁ - д = 300-35 = 265мм

l - b₁ = 2,4 - 0,9 = 1,5 > 2* h₀₁ = 0,53 - выбираем последнюю схему фундамента.

Наибольший допускаемый вынос нижней ступени (С₁) определяют по формуле:

С₁=K*h₀₁ (7.5)

где K - коэффициент, принимаемый по табл.7.2 в зависимости от конфигурации фундамента, класса бетона по прочности на сжатие и наибольшего краевого давления под подошвой. Сначала в расчете можно принять бетон класса В 15.

Краевое давление (P_1max) принимаем равным P_Пmax1 = 306,3 кПа ; выбираем бетон В 15. Следовательно коэффициент К принимаем равным 2,2.

С₁=K*h₀₁ = 2,2*265 = 583 мм

C_1l = (l - l_uc):2 = (2,4-1,2)/2 = 600 мм

C_1b = (b -b_uc):2= (2,1-0,9)/2 = 600 мм

Если вычисленные значения С₁ превышают фактические выносы ступени C_1l вдоль стороны l и C_1b вдоль стороны b, определяемые расстояниями от грани подошвы фундамента до подколонника (рис.4), то оставляют одну ступень. В том случае, когда вычисленные значения С₁ меньше фактических выносов, то устраивают еще одну или две ступени.

Из результатов расчетов можно сделать вывод о том, что необходимо добавить вторую ступень, но только вдоль стороны l.

7.2 Расчет фундамента на продавливание колонной дна стакана

Этот расчет производится на действие только от расчетной вертикальной силы N_1c, действующей в уровне торца колонны, если удовлетворяется условие , что расстояние от обреза фундамента до поверхности первой ступени (h_uc) за минусом расстояния до дна стакана (d_с) меньше половины разницы между внешними габаритами стакана (l_uc) и длинной стороной колонны (l_c):

h_uc - d_с < 0,5(l_uc - l_c)

Исходя из размеров фундамента, d_с принимаем равным 1,0 м. d_с =1,2-0,3 = 0,9м

l_c =0,7м

1,2 - 1,0 < 0,5(1,2 - 0,7)

0,2 < 0,25 - условие удовлетворяется.

Расчетную продольную силу N_1c, действующую в уровне торца колонны, пренебрегая в запас надежности сцеплением колонны с бетоном при замоноличивании стакана, допускается принимать действующей в обрезе фундамента и равной максимальной из всех сочетаний нагрузок для расчета по 1 группе предельных состояний.

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° к горизонтали (рис.3). Проверка фундамента по прочности на продавливание колонной дна стакана при действии продольной силы N_1c производится исходя из условия:

N_1c < (b*l*R_bt*b_m*h_0g)/A₀



Рисунок 3 - схема к расчету фундамента на продавливание дна стакана колонной

N_1c < (b*l*R_bt*b_m*h_0g)/A₀

Где R_bt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, в соответствии со СНиП 2.03.01-84^* как для железобетонных сечений в кПа;

A₀ - площадь многоугольника abcdeg в м², равная:

A₀ = 0,5b[(l - l_p - 2h_0g) - 0,25(l - l_p - 2h_0g)²]



Рисунок 4 - схемы разрезов запроектированного фундамента

b_m = b_p + h_0g

h_0g - рабочая высота пирамиды продавливания от дна стакана .до плоскости расположения растянутой арматуры, м;

d_p, b_p, l_p - глубина и размеры по низу меньшей и большей сторон стакана (см. рис.3), м.

R_bt = 1500 кПа , в соответствии с маркой бетона В15

d_с = 1,0 м

h_0g = h_f - d_с - д = 1500 - 1000 - 35 = 465 мм

b_p = 900 мм - ширина стакана фундамента.

b_m = b_p + h_0g = 900 + 465 = 1365мм = 1,365 м

A₀ = 0,5b[(l - l_p - 2h_0g) - 0,25(l - l_p - 2h_0g)²] = 0,5*2,1[(2,4 - 1,2 - 2*0,465) - 0,25(2,4 - 1,2 - 2*0,465)²] = 0,26 м²

N_прод. =(b*l*R_bt*b_m*h_0g)/A₀ =2,1*2,4*1500*1,365*0,465/0,26 = 18455.85 кН

N_1c принимаем равным N _П1 = N ₁ + N₂ = 292+656 = 948кН

N_1c < N_прод. - следовательно, толщину дна стакана не нужно изменять; класс прочности бетона В15 подобран правильно

7.3 Определение сечений арматуры в плитной части фундамента

фундамент наслоение грунт подошва

Сечение рабочей арматуры подошвы фундамента (A_sl и A_sb -соответственно вдоль сторон l и b) определяется из расчета на изгиб консольного вылета плитной части фундамента на действие отпора грунта под подошвой от расчетных нагрузок в сечениях по граням колонны, подколонника и ступеней фундамента (рис.5).

Рисунок 5 - расчетные схемы внецентренно нагруженного фундамента

Подбор арматуры рекомендуется вести на всю ширину (длину) фундамента. Площадь сечения рабочей арматуры, расположенной параллельно стороне l (b), в i-том сечении на всю ширину (длину) подошвы фундамента вычисляют в м² по формуле:

A_slj = (M_xj): (R_sн_jh_0j) (7.16)

где R_s - расчетное сопротивление арматуры растяжению, принимаемое по СНиП 2.03.01-84* для класса А400 - R_s = 365 000 кПа;

M_xj - расчетный момент в расчетном сечении j, кНм;

h_0j - рабочая высота рассматриваемого сечения, м;

н_j - коэффициент, зависящий от расчетного момента, расчетного сопротивления бетона на сжатие, размера (ширины) сжатой зоны в рассматриваемом сечении, рабочей высоты. Это значение допускается принимать равным н_j = 0,9.

В зависимости от вида эпюры контактных давлений грунта от расчетных нагрузок для I предельного состояния изгибающие моменты в j-том сечении на расстоянии C_j от наиболее нагруженного края фундамента при действии внешних моментов УM_1i только вдоль одной стороны (вдоль длины подошвы l ) вычисляют по формуле:

M_1j ={(УN_1i)*(C_j)²*[1 +(6 e_1i : l ) - 4 e_1iC_j]}:2l

i - номер невыгодного сочетания нагрузок, принятый в п. 7.1;

j - номер рассматриваемого сечения (рис.5).

C_j - расстояние от боковой поверхности фундамента до рассматриваемого сечения, м.

Невыгодное сочетание нагрузок N _П1 - первое сочетание. УN_П1=1173,66кН, e₁ = -0,1263м

В нашем случае рассмотрим сечение первой ступени. За расстояние C₁ примем расстояние между серединой сечения фундамента и началом выступа первой ступени, вдоль стороны l.

C₁ = (2,4/2) - 0,3 = 0,9м

M₁₁ ={(УN₁₁)*(C₁)²*[1 +(6 e₁₁ : l ) - 4 e₁C₁]}:2l = {(1173,66)*(0,9)²*[1 +(-6*0,1263:2,4 ) - 4(-0,1263*0,9]}:(2*2,4) = 135,42 кНм

h₀₁=0,265 м - рабочая высота нижней ступени.

Вычисляем площадь сечения всей арматуры для стороны b:

A_sb = (M₁₁):(R_s*0,9*h₀₁) = 135,42/(365000*0,9*0,265) = 0,0015 м² = 15 см²

Шаг рабочих стержней принимается равным 200 мм;

Определяем количество рабочей арматуры по стороне b:

n_арм.b. = (2,1 - 0,04)/0,2 +1 = 11,3шт - принимаем 11 шт

Определяем площадь сечения одной арматуры:

A_sb1= 15/11 = 1,36 см²

R=(1,36/3,14)^1/2= 0,65 см

D=0,65*2 = 1,31 см

Принимаем D = 22 мм, но так как это значение больше 20 мм, то это нецелесообразно. Значит принимаем сетку скрепленную во взаимо -перпендикулярных направлениях.

Для этого определяем количество рабочей арматуры по стороне l:

n_арм.l. = (2,4 - 0,04)/0,2 +1 = 12,8шт - принимаем 13 шт

Принимаем к этим 13 стержням D =10 мм, R = 5 мм = 0,5 см

Площадь одной арматуры по стороне l составит:

A_sl1= (0,5)²*3,14= 0,79 см²

A_sl=0,79*13 = 10,27 см²

Определяем площадь сечения всей арматуры для стороны b:

A_sb= 15 - 10,27 = 4,73 см²

Определяем площадь сечения одной арматуры для стороны b:

A_sb1= 4,73/11 = 0,43 см²

R=(0,43/3,14)^1/2= 0,37 см

D=0,37*2 = 0,74 см = 7,4 мм

Принимаем D =8 мм

По произведенным расчетам можно сделать вывод о том, что для фундамента принимаем сетку скрепленную во взаимоперпендикулярных направлениях (арматура класса А400):

- по стороне l принимаем рабочую арматуру сечением

D =10 мм, 13 шт.

- по стороне b принимаем рабочую арматуру сечением

D =8 мм, 11 шт.

8. Определение количества материала, необходимого для одного фундамента

1.Определяем массу бетона, необходимого на один фундамент.

Для этого сначала определим объем выемки стакана фундамента. Он представляем собой усеченную пирамиду. Воспользуемся формулой для определения объема усеченной пирамиды:

S₁ - площадь нижней поверхности выемки стакана фундамента;

S₂ - площадь верхней поверхности выемки стакана фундамента;

H - глубина стакана, равная 1,0 м.

Стороны нижней и верхней поверхностей выемки стакана фундамента:

a₁=1,2 - 2*0,175 - 2*0,025 = 0,8 м

b₁=0,9 - 2*0,175 - 2*0,025 = 0,5 м

a₂=1,2 - 2*0,175 = 0,85 м

b₂=0,9 - 2*0,175 = 0,55 м

S₁ = а₁*b₁=0,4 м² ; S₂ = а₂*b₂=0,4675 м²

Н = 1,0 м

Подставляя эти значения в формулу объема усеченной пирамиды, получим V_выемки = 0,433 м³

Окончательным расчетом объема бетона в фундаменте будет:

V_б = (1,5*2,4*0,3 + 0,3*1,8* 0,9 + 0,9*1,2*0,9) - V_выемки = 2,1 м³

Плотность бетона - 2200 кг/ м³

Масса бетона для одного фундамента:

m_б = V_б *2200 = 4620кг

2.Определяем массу арматуры, необходимой на один фундамент.

Длина арматуры по стороне b составит 2,1- 0,04 = 2,06 м, по стороне l составит 2,4- 0,04 = 2,36м. Объем арматуры составит:

Для сечения D=10мм:

V_арм.18 = 3,14*13*(0,9)² *236 = 7803,15 см³ = 0,0078 м³

Для сечения D=8мм:

V_арм.10 = 3,14*11* (0,5)²*206 = 1778,81 см³ = 0,00177 м³

Плотность арматуры - 7800 кг/ м³

Масса арматуры D=10мм:

m_арм.18 = V_арм.18 * 7800 = 60,84 кг

Масса арматуры D=8мм:

m_арм.10 = V_арм.10 * 7800 = 13,8 кг

3.Определим массу бетона, учитывая арматуру:

V_б.арм. = V_б - V_арм.18 - V_арм.10 = 2,1 - 0,0078 - 0,00177 = 2,0904 м³

m_б.арм. = V_б.арм. *2200 = 4606,14 кг

Итого, получим:

m_б.арм. = V_б.арм. *2200 = 4606,14 кг

m_арм.18 = V_арм.18 * 7800 = 60,84 кг

m_арм.10 = V_арм.10 * 7800 = 13,8 кг

Масса фундамента составит:

m_ф = 4606,14 + 60,84 + 13,8 = 4680,78 кг

Общий вывод по курсовому работе: запроектированы фундаменты для двухпролетного одноэтажного промышленного здания II класса ответственности. Высота фундамента h_f =1,5 м, глубина заложения d = 1,7 м, за ПФ принята отметка = 120,7, ПФ расположена в слое грунта - суглинок. Размеры подошвы фундамента 2,1х2,4 м. Длина и ширина подколонника 1,2 и 0,9 м соответственно, толщина стенки подколонника d_g = 175 мм, глубина стакана подколонника d_с = 1,0 м. Для армирования фундамента принимаем сетку скрепленную во взаимоперпендикулярных направлениях (арматура класса А400),расположенную в плитной части фундамента: по стороне l принимаем рабочую арматуру сечением D =10 мм, 13 шт; по стороне b принимаем рабочую арматуру сечением D =8 мм, 11 шт. Масса запроектированного фундамента составляет m_ф= 4680,78 кг

Литература

I. СHиП 2.02.01-83*. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений. Минстрой РФ. - М.: Стройиздат, I995. - 48 с.

2. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83).- М.: Стройиздат,1986.- 416 с.

З. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Под ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова.-М.: Стройиздат,1965.- 480 с.

4. СНиП 2.01.01-82. Строительные нормы и правила. Строительная климатология и геофизика. - М.:Стройиздат, 1983.-136 с.

5. СНиП 2.01.07-85. Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия. - М.: ЦИТП Госстроя CССР, I986.- 36 с.

6. СНиП 2.03,01- 84*. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции. - М.: ЦИТП Госстроя CССР, I985.- 80 с.

7. Пособие по проектированию фундаментов яа естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83). - М.: ЦИТП Госстроя CССР, I989.- 113 с.

8. Далматов Б.И. и др. Основания и фундаменты. - М.: Изд-во АСВ; СПбГАСУ, 2002. - 392 с.

9. Берлинов М.В. Основания и фундаменты. - М.: ВШ, 1998. - 319 с.

Размещено на Allbest.ru