Основания и фундаменты

Основания и фундаменты

Содержание

Введение

1. Грунтовые условия строительной площадки

1.1 Определение наименования грунтов по ГОСТ 25100-82

1.2 Физико-механические характеристики грунтов

1.3 Оценка грунтовых условий (заключение по стройплощадке)

2. Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения на естественном основании

2.1 Глубина заложения фундамента

2.2 Определение размеров подошвы фундамента

2.2.1 Стена по оси «А» без подвала

2.2.2 Стена по оси «Б» без подвала

2.2.3 Стена по оси «В» с подвалом

2.4 Расчет деформации оснований. Определение осадки

2.4.1 Фундамент по оси «Б»

2.4.2 Фундамент по оси «В»

2.5. Конструирование фундаментов мелкого заложения

2.6 Определение активного давления грунта на стену подвала

2.7 Выводы по варианту фундаментов мелкого заложения

3. Расчет и конструирование свайных фундаментов

3.1 Определение величин и невыгодных сочетаний нагрузок, действующих на фундамент в уровне поверхности земли или отметки верха ростверка

3.2 Определение несущей способности и расчетной нагрузки свай

3.3 Определение числа свай в свайном фундаменте и проверки по 1 группе предельных состояний

3.4 Проверка напряжений в свайном основании по 2 группе предельных состояний (по подошве условного свайного фундамента).

3.5 Расчет осадок свайных фундаментов

3.6 Подбор оборудования для погружения свай. Определение расчетного отказа

3.7 Заключение по варианту свайных фундаментов

4. Рекомендации по производству работ и устройству гидроизояции

Заключение по проекту

Список использованной литературы

Введение

Цель данного курсового проекта – проектирование и расчет фундаментов для химического корпуса со стенами из стеновых панелей, внутренний каркас из сборных ж/б колонн с продольным расположением ригелей.

Размеры в плане 27х36 м.

Здание имеет подвал в осях В-Г. Отметка пола подвала – 3 м.

Отметка пола первого этажа 0.00 м на 0.15 м выше отметки спланированной поверхности земли.

Место строительства – поселок Кировский заданы отметки природного рельефа – 38,2м и уровня грунтовых вод 34,8м .

Также известны инженерно-геологические условия, физические характеристики грунтов и их гранулометрический состав.

В ходе разработки курсового проекта необходимо рассчитать два типа фундаментов: мелкого заложения и свайный.

Для фундаментов мелкого заложения проводятся расчеты: определение физико-механических свойств грунтов, оценка грунтовых условий строительной площадки, расчет размеров и выбор вариантов фундаментов, расчет оснований по деформациям, расчет осадки.

Для разработки свайных фундаментов: расчет размеров ростверков, определение осадки свайных фундаментов, подбор оборудования для погружения свай и расчетный отказ.

1.  Грунтовые условия строительной площадки Определение наименования грунтов по ГОСТ 25100-82

Слой 1- Насыпь

Характеристики не определяются

2-й слой Пылевато-глинистый

·  класс – нескальный грунт

·  группа – осадочный несцементированный

·  подгруппа – обломочный пылевато-глинистый

·  тип – определяется по числу пластичности:

·   

·  вид – не определяется т.к. включения отсутствуют

·  разновидность – определяется по показателю текучести:

- Супесь пластичная

·  коэффициент пористости

·  Вывод: Супесь, пластичная.

3-й слой Песчаный

·  класс – нескальный грунт

·  группа – осадочный несцементированный

·  подгруппа – обломочный песчаный

·  тип – песок Средней крупности

·  вид – определяется по коэффициенту пористости:

 -Средней плотности

·  разновидность – определяется по степени влажности:

·  -влажный

·  засоленность – не определена.

Вывод: песок средней крупности, средней плотности, влажный.

4-й слой Пылевато-глинистый

·  класс – нескальный грунт

·  группа – осадочный несцементированный

·  подгруппа – обломочный пылевато-глинистый

·  тип – определяется по числу пластичности:

 – значит глина

·  вид – не определяется т.к. включения отсутствуют

·  разновидность – определяется по показателю текучести:

·  - глина полутвердая

·  Коэффициент пористости

Вывод: глина полутвердая.

Физико-механические характеристики грунтов

1 Слой- насыпь.

2 Слой- супесь пластичная.

e=0.6

E=20 МПа

φ_n=25

c_n=14 кПа

3 Слой- песок средней крупности, средней плотности, насыщен водой.

e=0.65

S_r=0.98

φ_n=35

c_n=1 кПа

Е=30 Мпа

4 Слой- глина полутвердая

e=0.8

I_l=0.095

c_n=73.2 кПа

φ_n=20.4

E=25.6 МПа

Таблица 1. - Физико-механические свойства грунтов

№ слоя	Мощность слоя м	Отметка подошвы слоя м	Полное наименование грунта	Физические характеристики										Механические характеристики
				r г/см3	rS г/см3	w	e	Sr	WL	WP	IP %	IL %	cn КПа		jn град	Е МПа
1	0.5	36,6	Насыпь	1,6	-	-	-	-	-	-	-	-	-		-	-
2	3.9	33,4	Супесь пластичная	1,99	2,72	0.17	0.6	-	0,2	0,14	6	0,5	14		25	20
3	4,6	28,6	Песок средней крупности, средней плотности, насыщен водой.	2	2,67	0.24	0.65	0,98	-	-	-	-	1		35	30
4	7.2	21,4	Глина полутвердая	1,93	2.72	0.28	0.8	-	0.46	0.25	21	0.27	50,5		18,5	19,5

1.3 Оценка грунтовых условий (заключение по стройплощадке)

Строительная площадка имеет спокойный рельеф с абсолютной отметкой 38,2м . Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием слоев. Наблюдается согласное залегание пластов с малым уклоном (i=1-2%). Грунтовые воды залегают на абсолютной отметке 34,8м т.е. на глубине 3,4 от поверхности, и принадлежат к второму слою.

Послойная оценка грунтов:

1-й слой – насыпь, толщиной 1,6 м – как основание не пригоден.

2-й слой – супесь, пластичная. Толщина слоя 3.9 м. Модуль деформации Е=20 МПа указывает на то, что данный слой среднесжимаем и может служить вполне хорошим естественным основанием, R₀=262,5 кПа следовательно супесь средней прочности.

3-й слой – песок средней крупности, средней плотности, насыщен водой, толщиной 4.8 м . По модулю деформации Е=30 МПа малосжимаем и может служить хорошим естественным основанием, R₀=400 кПа следовательно песок прочный

4-й слой – глина полутвердая, мощность 7.2 м. По показателю текучести ( I_L=0.27 <0.6) грунт является хорошим естественным основанием. По модулю деформации Е=19,5 грунт сильно сжимаемый- не пригоден как естественное основание. По прочности R₀=273кПа среднепрочный.

2. Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения на естественном основании   2.1 Глубина заложения фундамента

Глубина заложения фундаментов назначается в результате совместного рассмотрения инженерно-геологических условий строительной площадки, конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий и сооружений, величины и характера нагрузки на основание.

Различают нормативную d_fn и расчетную d_f глубину промерзания грунтов.

Нормативная глубина промерзания d_fn – это среднее ( за срок более 10 лет) значение максимальных глубин промерзания грунтов на открытой площадке.

здесь:

·  d₀ – теплотехнический коэффициент зависящий от вида грунта (для супесей 0.28)

·  M_t – сумма отрицательных температур за зиму в районе строительства.( для поселка Кировский –71,7)

Расчетная глубина промерзания:

k_h– коэффициент влияния теплового режима здания.

Для фундаментов в бесподвальной части здания при t=18 градусов:

для части здания с подвалом при t=5 градусов:

d_f=0.7*2,37=1.659м

Окончательная глубина заложения фундамента из условия промерзания грунтов назначается с учетом уровня подземных вод d_w

В нашем случае d_w=3,4 м

в части здания без подвала: d_f+ 2м =3.896м , что >3,4 м

в части здания с подвалом: d­_f +2м =3.659м , что >3,4 м

глубину заложения фундамента принимаем не менее d_f.

2.2 Определение размеров подошвы фундамента

Размеры подошвы фундаментов подбираются по формулам сопротивления материалов для внецентренного и центрального сжатия от действия расчетных нагрузок.

При расчете нескальных грунтов давление по подошве фундамента не должно превышать условную критическую нагрузку:

Р_ср ≤ R

Р_max≤1.2R

P_min>0

R – расчетное сопротивление грунта основания, рассчитывается по формуле, учитывающей совместную работу сооружения и основания и коэффициенты надежности.

g_C1 и g_C2 – коэффициенты условий работы принимаемые по СНиП т.3

g_C1= 1.2 – для пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылева- то-глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя.

 0,25< I_L £ 0,5

g_C2= 1.1

К = 1.1 – т.к. прочностные характеристики грунта ( с и j) приняты по таблицам СНиП.

M_g M_g M_c – коэффициенты зависящие от j_II

K_z=1 т.к. b – ширина подошвы фундамента < 10 м.

g_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента

(g_II)¹ – то же, залегающих выше подошвы фундамента.

с_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

Среднее давление по подошве ф-та:

; ;

N₀ – нагрузка на фундамент

N₀=(N_n+N_вр) g_f ; g_f=1

g_mt­ – среднее значение удельного веса грунта и бетона.

А – площадь подошвы фундамента

для ленточного А= b×1м

для столбчатого А=b² м

В данном курсовом проекте для определения размеров подошвы фундамента использован графоаналитический метод решения.

 
2.2.1 Стена по оси «А» без подвала

Нагрузки:

N₀=1400 кН

Т₀=130 кН

М₀=200 кНм

d=1.8м; Р =1400/b² + 20×1.8=1400/b² + 36 = f₁(b)

P	b
1436	1
386	2
191,5	3
123,5	4

Расчетное сопротивление:

M_g =0,78

M_g =4,11

M_c =6,67

R	b
257,64	0
332,52	4

Принимаем фундамент ФВ8-1 2700х2400 мм.

b_тр = 2,4 м, принимаем b=3м.

Проверка с учетом пригруза на выступах фундамента

 ; ;

R(2,7)= =313,8 кПа

P_ср=230кПа

P_cp<R

P_max£1.2R; 350,4<376,5

P_min>0 ; 109,3>0

Недогруз 26 %, ни чего не меняем т. к. при других размерах подошвы фундамента не выполняется неравенство Р_max≤1.2R.

2.2.2 Стена по оси «Б» без подвала

Нагрузки:

N₀=2700 кН

Т₀=110 кН

М₀=190 кНм

d=1,8 м; d_b=0 м  

Р =2700/b² + 20×1,8=2700/b² + 36 = f₁(b)

P	b
2736	1
711	2
336	3
204,75	4

Расчетное сопротивление:

M_g =0,78

M_g =4,11

M_c =6,67

]

R	b
257,64	0
332,52	4

b_тр = 3,1м, принимаем b=3,6м, фундамент ФВ11-1 3600х3000мм.

Проверка с учетом пригруза на выступах фундамента

 ; ;

P_ср=286,1 кПа

P_cp<R ;286,1<357,4

P_max£1.2R; 346<357,4·1.2

P_min>0 ; 226,32>0

R=1.2·(15,6·3,6+214,7)=357,4 ; P<R; 286,1<357,4

Недогруз 19%

2.2.3 Стена по оси «В» с подвалом

d₁ – глубина заложения фундамента, приведенная от пола подвала

d­₁ = h_s+ h_cf×g_cf/g_II¹

h_s – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м.

h_cf – толщина конструкции пола подвала (0.15м)

g_cf– расчетное значение удельного веса пола подвала(22 кH/м³)

d₁=1,8+0,15·22/16,4=2м

d_b – глубина подвала

Нагрузки:

N₀=2200 кН

Т₀=80 кН

М₀=170 кНм

d₁=2 м; d_b=4,8 м  

Р =2200/b² + 20×4,8=2200/b² +96 = f₁(b)

P	b
1073	1,5
646	2
340,4	3
233,5	4

Расчетное сопротивление

 кН/м³

град

M_g =1,68

M_g =7,71

M_c =9,58

R	b
948,8	0
1110	4

b_тр = 1,6м, принимаем b=2,1м, фундамент ФВ4-1 2100х1800мм, это наименьший фундамент подходящий под колонны сечением 800х500мм.

Проверка с учетом пригруза на выступах фундамента

 ; ;

P_ср=617,7кПа

P_cp<R

P_max£1.2R; 1036<1.2·1033,5

P_min>0 ; 336>0

R=1.2·(33,6·2,1+790,7)=1033,5 ; P<R; 617,7<1033,5

Недогруз 40 %, ни чего не изменяем т. к. принятые колонны имеют сечение 0,8х0,5 м, а это наименьший фундамент для таких колонн.

  2.4. Расчет деформации оснований. Определение осадки.

Осадка оснований S , с использованием расчетной схемы линейно-деформируемоей среды определяется методом послойного суммирования:

где:

b - безразмерный коэффициент = 0.8

s_zpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения на верхней и нижней границах слоя по вертикали проведенной через центр подошвы фундамента.

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

n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толщина основания.

Для рассмотрения разности осадок возьмем бесподвальную часть здания, сравним осадки фундаментов под внешней и внутренней стенами.

2.4.1 Фундамент под стену по оси «Б»

Эпюра напряжений от собственного веса грунта:

где:

№	Высота слоя, м	Удельный вес грунта, кН/м3	szgi, кН/м2	sобщ, кН/м2
1	0	0	0
2	1,8	19,9	35,82	35,82
3	1,4	10,75	15,05	50,87
4	4,8	10,08	48,38	147,64
5	σzw-6.2м	10	62	209,64
6	7,2	19,3	138,96	348,6

g_i – удельный вес i-го слоя грунта .

Н_i – толщина i-го слоя.

s_zg0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы

s_zg0=0,2γ₂+γ₁·h₁=4+25.6=29,6 кН/м²

Строим вспомогательную эпюру 0.2×s_zg – для дальнейшего определения сжимаемой толщи основания.

Определим напряжение от внешней нагрузки, т.е. от фундамента:

 

s_zp=P₀×a , где:

P₀ = P_cp - s_{zg0 ­} - дополнительное вертикальное давление на основание

Р – среднее давление под подошвой фундамента.

P₀ =286,1-29,6=256,5 кПа

a - коэффициент , принимаемый по таблице СНиП в зависимости от формы подошвы фундамента и относительной глубины

h_i = 0.4b = 0.4×3,3 =1,3 м

Сжимаемую толщу основания определяем графически – в точке пересечения графиков

f(0.2×s_zg0) и f(s_zp) - Сжимаемая толщина Н_с=7м, s_zp =21,88кПа

Аналитическая проверка: s_zp = 0.2×s_zg ± 5 кПа

s_zg= к75,132Па

0.2×s_zg = 15,02кПа – условие выполнено

Расчет осадки:

N слоя	hi	Еi	σzp кров.	σzp под.	σzp сред.	σ
1	1,3	20000	256,5	210,84	233,67	0,0122
2	1,3	20000	210,84	120,55	165,70	0,0086
3	0,4	20000	120,55	111,73	116,14	0,0019
4	1,3	30000	111,73	62,82	87,28	0,0030
5	1,3	30000	62,82	40,27	51,55	0,0018
6	1,3	30000	40,27	27,74	34,01	0,0012
						0,0286

S = 2,86 см

Осадка не превышает допустимые 8 см.