Расчет оснований и фундаментов склада

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Факультет: Архитектурно-строительный

Специальность: 270102

Кафедра: Автомобильные дороги и технология строительного производства

Пояснительная записка

К курсовому проекту

«Расчет оснований и фундаментов склада»

Выполнил: ст. гр. БПГ-06Кудаяров Р. Р.

Проверил:Урманшина Н. Э.

Уфа-2009

РЕФЕРАТ

Курсовой проект 23 с., 5 рис., 3 табл., 4 источника, 2 приложения.

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»

ФИО студента: Кудаяров Ренат Римович

ВАРИАНТ: 2.1.10

ЗДАНИЕ: склад

МЕСТО СТРОИТЕЛЬСТВА: г.Вологда

НОМЕР ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА: 10

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛОЕВ ГРУНТА

слой 3: г=18,1 кН/м3, гS=26,9 кН/м3, щ=0,39, kф=2,2?10-8 см/с, ц=14 град, Е=7 МПа;

слой 10: г=20,5 кН/м3, гS=26,6 кН/м3, щ=0,18, щP=0,15, щL=0,21, kф=2,7?10-5 см/с, c=10 кПа,

ц=20 град, Е=18 МПа;

слой 5: г=19,0 кН/м3, гS=26,6 кН/м3, щ=0,30, щP=0,27, щL=0,41, kф=4,3?10-7 см/с, c=28 кПа,

ц=18 град, Е=12 МПа.

Отметка поверхности природного рельефа 12 м

УПВ = -2 м

ВАРИАНТ НАГРУЖЕНИЯ

Фундамент 1: Фундамент 2: Фундамент 3: Фундамент 4:	N = 2,06 мН; N = 3,56 мН; N = 2,86 мН; N = 0,68 мН;	M = -0,02 мН*м; M = ±0,18 мН*м; M = 0,28 мН*м; M = 0,06 мН*м;	Q = -0,04 мН. Q = -0,03 мН. Q = 0,05 мН. Q = ? мН.

ЗАДАНИЕ ПОЛУЧЕНО 28 сентября 2009 г.

Преподаватель_______________ Урманшина Н.Э.

1 Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

Для правильной оценки пригодности грунтов как основание сооружения необходимо определить их физико-механические свойства и дать полное наименование.

Таблица 1. Сводная ведомость физико-механических свойств грунтов

Физико-механические характеристики	Формула расчета	Слои грунта
		3	10	5
1	2	3	4	5
Мощность слоя h, м	?	3	2	не вскрыт
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.

4 Определение 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.

9 Расчет 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.

-- проверяется условие P ? R;

-- рассчитывается осадка условного фундамента, проверяется условие S?[Su], строятся эпюры.

Расчет производим для наиболее загруженного фундамента - ФГЗ №2.

Ширина подошвы условного фундамента:

BУСГМ = 6d + d + 2•(h•tg(цср / 4)) = 6•0,3 + 0,3 +0,05•2+ 2•(9,95•(tg(18,34/4)) = 2,52 м.

Вес свайно-грунтового массива:

.

Среднее фактическое давление под подошвой условного фундамента:

Расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента:

Условие Pср = кПа ? R = кПа.

Осадку определяем методом послойного суммирования по формуле:

Расчет введем в табличной форме.

уzg0 = 1,7•20,5+11,250•19=248,62 кПа;

уzp0 = - 248,62 = 578,02 кПа.

Расчет ведется до тех пор, пока не выполнится условие уzp?0,2уzg.

Таблица 3. 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	19	0,00	1	578,02	248,62	44,736	12000	0
1	1	19	0,79	0,804	484,7798	242,68	48,536	12000	3,231866
2	1	19	1,59	0,4529	273,0806	261,68	52,336	12000	1,820537
3	1	19	2,38	0,26	156,7696	280,68	56,136	12000	1,045131
4	1	19	3,17	0,163	98,28248	299,68	59,936	12000	0,655217
5	1	19	3,97	0,109	65,72264	318,68	63,736	12000	0,438151
6	1	19	4,76	0,078	47,03088	337,68	67,536	12000	0,313539
									?=7,190901

В соответствие со СниП 2.02.01-83*, для здания с полным железобетонным каркасом, максимальная осадка см. - условие выполняется.

10 Определение объема котлована

Объем котлована определяется по формуле:

где HK - глубина разработки котлована, м;

a и b - длина и ширина котлована понизу, м;

с и d - длина ширина котлована по верху, м.

Объем котлована будем считать для фундаментов ФМ-1 и ФС-1.

Определение объема котлована для фундамента ФМ-1

Размеры котлована:

b = 3+3+0,6=6,6 м;

d = 6,6+ 2•2•3,3=19,8 м;

a=36+2,5+0,6=39,1 м;

с=39,1+2•2•3,3=52,3 м.

Объем котлована:

=2038,608 м3.

Определние объема котлована для фундамента ФС-1

Размеры котлована:

b = 1,3+1,3+0,6=3,2 м;

d = 3,2+ 2•2•3,3=16,4 м;

a=36+1,3+0,6=37,9 м;

с=37,9+2•2•3,3=51,1 м.

Объем котлована:

=1487,046 м3.

11 Состав работ при устройстве фундаментов

1. Земляные работы

- срезка растительного слоя бульдозером;

- разработка грунта в выемке экскаватором;

- погрузка грунта в транспортные средства или за бровку котлована экскаватором;

- транспортирование грунта самосвалом;

- выгрузка грунта в отвал;

- зачистка дна траншей вручную;

- обратная засыпка бульдозером;

- уплотнение засыпанного грунта вибротрамбовками.

2. Устройсво фундаментов

2.1 Для свайного фундамента:

Погружение ж/б свай до 12 м в грунты группы 2

- установка арматурных каркасов;

- устройство опалубки;

- подача и укладку бетонной смеси;

- уход за уложенным бетоном;

- разборка опалубки;

- устройство обмазочной и оклеечной гидроизоляции фундамента.

2.2 Для фундамента мелкого заложения:

- установка арматурных каркасов;

- устройство опалубки;

- подача и укладку бетонной смеси;

- уход за уложенным бетоном;

- разборка опалубки;

- устройство обмазочной и оклеечной гидроизоляции фундамента.

12 Технико-экономические показатели

Таблица 4. Показатели стоимости затрат и материалов на устройство фундаментов

Обоснование	Наименвание	Ед. изм.	Сметная стоимость	Вариант фундаментов
				ФМЗ	Свайный фундамент
				Объем	Стоимость	Объем	Стоимость
1	2	3	4	5	6	7	8
ТЕР1-01-013-14	Разработка грунта	1000м3	4848,24	2,038	9880,7	1,487	4062,82
СЦП3-3-5-1	Перевозка грунта	т	7,95	3714	29526,3	1508,4	11991,7
ТЕР1-01-033-2	Засыпка котлована	1000м3	822,87	1,98	1629,28	0,809	665,78
ТЕР1-02-005-1	Уплотнение грунта	100м3	392,38	19,8	7769,1	8,09	3174,35
ТЕР5-01-002-6	Погружение 10м сваи	1м3 сваи	537,36	-	-	28,8	16512,7
ТЕР8-01-002-1	Устройство основания под фундаменты песчанного	1м3 основания	211,95	12,903	2734,79	-	-
ТЕР8-01-003-7	Гидроизоляция горизонтальная оклеенная в 2 слоя	100м2 изолируемой	5009,02	2,31	11570,8	0,998	4999
ТЕР6-01-001-7	Устройство железобетонных фундаментов под колонны	100м3	58830,16	0,5534	32556,61	-	-
СЦМ-401-0048	Бетон тяжелый, крупность заполнителя 40мм, класс В15	м3	494,87	55,34	27386,1	-	-
СЦМ-441-2000-1000	Ростверк из бетона класса В15 с расходом стали 100кг/м3	м3	2497,40	-	-	28,39	70901
СЦМ-441-3001-1104	Сваи забивные С 10.30	шт.	1544,10	-	-	32	49411,2
У=123053,28		У=161718,6

Вывод: из результатов технико-экономического сравнения наиболее выгодным является устройство фундамента мелкого заложения.

Библиографический список

1. ГОСТ 25100-95 “Грунты. Классификация”. М.: Госстрой, 1995.

2. СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений”. М.: Госстрой, 1983.

3. СНиП 2.02.03-85 “Свайные фундаменты”. М.: Госстрой, 1985.

4. СНиП 23-01-99 “Строительная климатология”. М.: Госстрой, 2000.