Пояснительная записка. к курсовому проекту по дисциплине «Основания и фундаменты»

к курсовому проекту по дисциплине «Основания и фундаменты»

на тему:

Проектирование фундаментов производственного здания

Выполнил

студент группы

Проверил

преподаватель

Магнитогорск 2011

Оглавление

1.) Исходные данные для проектирования. 3

2.) Анализ инженерно-геологических условий. 4

3.) Разработка вариантов фундаментов. 6

4.) Вариант фундамента на естественном основании. 7

4.1. Определение размеров подошвы отдельного фундамента под колонну. 7

4.2. Проверка слабого подстилающего слоя. 9

4.3. Определение размеров фундамента. 10

4.4. Определение осадки фундамента методом послойного суммирования по СНиП 2.02.01-83. 11

4.5. Определение осадки фундамента методом послойного суммирования по СП 22.13330.2011. 14

4.6. Определение ширины ленточного фундамента под несущие стены здания. 16

5.) Проектирование свайных фундаментов. 17

5.1. Определение глубины заложения ростверка, типа и материала сваи. 17

5.2. Расчет по первой группе предельных состояний. 18

5.3. Расчет по второй группе предельных состояний. 19

5.4. Определение размеров ростверка под колонны.. 20

5.5. Определение осадки по формуле для упругого полупространства. 20

5.6. Определение осадки по методу послойного суммирования. 20

5.7. Подбор молота для забивки и определение проектного отказа. 21

5.8. Расчет свайного ленточного фундамента под несущую стену. 22

6.) Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов. 23

7.) Расчет фундаментов принятого варианта на ЭВМ... 24

7.1. Исходные данные. 24

7.2. Результаты расчета. 25

8.) Определение неравномерной осадки. 26

Библиографический список. 27

1.) Исходные данные для проектирования

· Район строительства – г. Новосибирск.

· Поперечный разрез и план здания (рис. 1.1).

· Нормативные значения нормальных, поперечных сил и моментов на уровне. верхнего обреза фундаментов (табл. 1.1).

· Физико-механические характеристики грунтовых слоев (табл.1.2).

· Инженерно-геологический разрез (рис. 1.2).

Рис. 1.1. Поперечный разрез и план здания

Характеристики физико-механических свойств грунтов

№ ИГЭ	Толщина слоя, м	Вид грунта	кН/м3	кН/м3	ω	ω L	ω p	φ II град	сII кПА	Е0 МПа
ИГЭ-3	Н1=4, 9	Глинистый	27, 2	19, 5	0, 30	0, 43	0, 20
ИГЭ-17	Н2=5, 1	Глинистый	26, 8	18, 5	0, 28	0, 38	0, 24
ИГЭ-28	Н3˃ 10	Песок крупный	26, 5	21, 4	0, 17	-	-		2, 0

Рис. 1.2. Инженерно-геологический разрез

2.) Анализ инженерно-геологических условий

Слой 1

Уточняем вид глинистого грунта по числу пластичности:

- грунт-глина.

По показателю текучести

- глина тугопластичная.

Слой 2

- суглинок.

- тугопластичный.

Слой 3

Песок крупный. Определяем плотность сложения песка по коэффициенту пористости е.

е = (1+ ω)∙ = (1+ 0, 17)∙ = 0, 45 - песок плотный.

Степень влажности

- песок насыщенный водой.

где γ _ω = 10 кН/м³ - удельный вес воды.

Установим глубину заложения фундаментов по глубине сезонного промерзания. Место строительства г. Новосибирск. Полы – по грунту. По карте определяем нормативную глубину промерзания для суглинков и глин (2, 2 м).

Промерзающим слоем является глина, следовательно d_fn =2, 2 м.

Расчетная глубина промерзания для здания без подвала

d_f= d_fn∙ k_h=2, 2∙ 0, 8=1, 76 м,

где k_h = 0, 8 (полы на грунте, t = 5 ⁰С).

Глубина расположения подземных вод

м> м.

Грунт – глина с I_L=0, 43, следовательно, глубина заложения должна быть не менее расчетной глубины промерзания d> d_f=1, 76 м.

Определим расчетной сопротивление R_o для заданных грунтов по [2, СНиП, п. 2.41].

Здание имеет гибкую конструктивную схему.

Определим удельные веса грунтов с учетом взвешивающего действия воды:

кН/м³;

кН/м³;

кН/м³;

;

;

кН/м³;

Данные для вычисления удобно представить в табличной форме:

Вид грунта по подошве			φ II град	Мγ	Мg	Мс	кН/м3	кН/м3	d, м	сII кПА
Глина тугопластичная	1, 2			0, 39	2, 57	5, 15	19, 5	19, 5	1, 76
Сулинок тугопластичный	1, 2			0, 39	2, 57	5, 15	9, 1	18, 7	4, 9
Песок крупный плотный	1, 4			3, 12	13, 46	13, 37	11, 4	13, 8

кПа;

кПа;

кПа;

Выводы:

1) Все слои пригодны в качестве основания.

2) При отсутствии других ограничений целесообразно выполнить фундаменты с минимальной глубиной заложения 1, 76 м.

Рис. 2.1. Расчетная схема для определения расчетного сопротивления грунтов

3.) Разработка вариантов фундаментов

При текущем напластовании грунтов компонуем вариант фундаментов с минимальной глубиной заложения (рис. 3.1.) и вариант свайных фундаментов (рис. 3.2).
Вариант фундаментов на песчаной подушке не разрабатывается, так как средний слой является слабым. Для него проводится проверка слабого подстилающего слоя.

Рис. 3.1. Вариант фундамента с минимальной глубиной заложения

Рис. 3.2. Вариант свайных фундаментов

4.) Вариант фундамента на естественном основании

4.1. Определение размеров подошвы отдельного фундамента под колонну

Исходные данные:

· Нагрузки по обрезу фундамента: N_0II = 2130 кН; М_0II = 430 кН; F_II =230 кН.

· Высота фундамента H_f = 3, 6 м, глубина подвала d_b = 3 м.

· Глубина заложения фундамента d = 3, 75 м.

· Удельный вес материала пола равен 22 кН/м³.

Площадь подошвы фундамента

м².

Примем соотношение сторон фундамента η = l / b =1, 6, тогда размеры подошвы

, b= 2, 4 м;

l= b∙ η = 2.4∙ 1, 6 = 3, 84 м, l = 3, 9 м.

Примем bxl =2, 4x3, 9 м.

Среднее давление по подошве

p_II = .

Определим расчетное сопротивление грунта при вычисленной ширине b=2, 4 м:

где -приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.

Рис. 4.1. Расчетная схема для фундамента на естественном основании

Так как толща грунтов, расположенных ниже подошвы фундамента на глубину b/2 =1, 2м, однородна, то величины С_II, φ _II, γ _II не усредняем.

Условие p_II < R выполняется.

Для проверки краевых напряжений определим эксцентриситет

е =М _II / N _II =1258 / 2727 = 461 мм,

где N _II = N _0II + · d · А =2130 +17·3, 75∙ 2, 4∙ 3, 9 = 2727 кН – суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его уступах;

М _II = М _0II + F _II · H _f = 430 + 230∙ 3.6 = 1258 кН·м – изгибающий момент на уровне подошвы фундамента.

При действии момента М _0II и горизонтальной силы F _II происходит перераспределение давлений по подошве фундамента. Чтобы фундамент не получил чрезмерного поворота, дополнительно ограничивают величины краевых давлений:

р_{max, min} =

р_max =

р_min =

Окончательно принимаем размеры подошвы фундамента bxl =2, 4x3, 9 м.

4.2. Проверка слабого подстилающего слоя

Суть проверки:

Передаваемое на слабый слой давление σ _z не должно превышать расчетное сопротивление слабого грунта R_z:

где дополнительное вертикальное давление на кровлю слабого грунта от нагрузки, передаваемой фундаментом;

- напряжения от собственного веса грунта на кровлю слабого слоя.

Определим дополнительное давление на уровне подошвы фундамента

кПа.

Рис. 4.2. Расчетная схема для проверки слабого подстилающего слоя

Подсчитывается дополнительное вертикальное давление на кровлю слабого грунта кПа,

где - коэффициент изменения дополнительного напряжения по глубине, принимается
в зависимости от отношения сторон фундамента и относительной глубины

где м - расстояние от подошвы фундамента до слабого подстилающего слоя.

Найдем площадь условного фундамента, по которой происходит передача дополнительного давления на слабый слой

м²;

Для отдельных фундаментов с прямоугольной подошвой ширина условного фундамента, согласно СНиП [ 2 ], определяется по формуле

м;

м.

Подсчитывается расчетное сопротивление слабого грунта для условного фундамента, принимая в качестве ширины фундамента м, а в качестве глубины заложения
м.

,

где

Напряжения от собственного веса грунта на уровне кровли слабого грунта

Тогда

Проверка выполняется.

4.3. Определение размеров фундамента

Исходные данные:

· размеры сечения колонн – 600x400 и 400x300 мм;

· класс бетона фундамента и бетона замоноличивания B20:

· нормативное значение продольной силы N_0II=2130 кН;

· максимальное краевое давление P_max=498 кПа.

Размеры сечения подколонника мм.

Определим приближенно максимальные краевые давления от расчетных значений нагрузок при без учета веса грунта и фундамента

Так как уточнения не требуется. С учетом толщины защитного слоя и модульности опалубки плитная часть может быть двухступенчатой с толщиной плитной части не менее 0, 6 м. Примем обе ступени высотой 300 мм. Максимальный вынос нижней ступени из условия прочности на продавливание можно определить по формуле

Здесь рабочая высота нижней ступени

Из конструктивных ограничений вынос нижней ступени не должен превышать . Примем

Соответственно размеры в плане второй ступени

м;

м.

Схемы продавливания приведены на рис. 4.3

Рис. 4.3. Схемы продавливания фундамента

4.4. Определение осадки фундамента методом послойного суммирования
по СНиП 2.02.01-83

Исходные данные:

· ширина подошвы равна 2, 4 м, длина подошвы равна 3, 9 м;

· среднее давление по подошве p_II = 291 кПа;

· глубина заложения фундамента от природного рельефа d = 3, 25 м.

Напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента

Дополнительное давление на уровне подошвы фундамента

Основание разбиваем на слои толщиной В пределах первого элементарного слоя оказалась граница между глиной и суглинком, поэтому разбиваем его на два слоя толщиной и

Результаты дальнейших вычислений показываем на рис. 4.4 и сводим в табл. 4.1.

Рис. 4.4. Расчетная схема для подсчета осадки

Точка 1

Дополнительное напряжение

Напряжение от собственного веса грунта

Точка 2

Точка 3

Точка 4

и т.д.

Вычисление осадок фундамента Таблица 4.1

Грунт	№ точки	,	,	,				,	,
Глина тугопластичная	5	0, 96   1, 25   1, 65   2, 61   3, 57   4, 53   5, 49   5, 97	0, 96   0, 29   0, 4   0, 96   0, 96   0, 96   0, 96   0, 48		26, 2	0, 8   1, 042   1, 375   2, 175   2, 975   3, 775   4, 575   4, 975	0, 858   0, 764   0, 639   0, 403   0, 262   0, 18   0, 13   0, 112	25, 5
Суглинок	50, 5   35, 5   27, 8

Среднее дополнительное давление по слоям:

Слой 1.

Слой 2.

Слой 3.

Для остальных точек напряжения определяются аналогично. В точке 8 на поэтому её можно принять за нижнюю границу сжимаемой толщи.

Осадка фундамента равна

4.5. Определение осадки фундамента методом послойного суммирования
по СП 22.13330.2011

Исходные данные:

· ширина подошвы равна длина подошвы -

· среднее давление по подошве ;

· глубина заложения фундамента от природного рельефа d_n = 3, 25 м;

1) Напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента

2) Основание разбиваем на слои толщиной

Результаты дальнейших вычислений показываем на рис. 4.5 и сводим в табл. 4.2.

Точка 1

Напряжение от давления по подошве:

Напряжение от собственного веса грунта

Точка 2

Точка 3

Вычисление осадок фундамента Таблица 4.2

Грунт	№ точки	,	,	,				,	,	,
Глина тугопластичная	5	0, 96   1, 25   1, 65   2, 61   3, 57   4, 53   5, 49   6, 45   6, 75	0, 96   0, 29   0, 4   0, 96   0, 96   0, 96   0, 96   0, 96   0, 3			0, 8   1, 042   1, 375   2, 175   2, 975   3, 775   4, 575   5, 375   5, 625	0, 858   0, 764   0, 639   0, 403   0, 262   0, 18   0, 13   0, 098   0, 089		5, 5
Суглинок

4.6. Определение ширины ленточного фундамента
под несущие стены здания

Под несущими стенами в курсовом проекте предполагается устройство ленточного фундамента из сборных блоков. Целью расчета является определение ширины стандартной плиты.

Исходные данные:

· Нагрузки по обрезу фундамента n_0II = 497 кН.

· Глубина подвала d_b = 3 м.

· Глубина заложения фундамента d = 3, 25 м.

· Толщина пола подвала h_cf = 0, 1 м, удельный вес материала пола равен 22 кН/м³.

В первом приближении ширина фундамента

м,

где кН/м - нагрузка на 1 м ленточного фундамента.

Примем b=1400 мм.

При этой ширине расчетное сопротивление грунта кПа,

Среднее давление по подошве фундамента

Недогрузка

Конструируем сборный ленточный фундамент. Верхний стеновой блок располагаем
на отметки .

Рис. 4.6. Расчетная схема определения ширины подошвы ленточного фундамента

5.) Проектирование свайных фундаментов

5.1. Определение глубины заложения ростверка, типа и материала сваи

Примем ростверк с подколонником, проходящим через подвал. Тогда глубина заложения принимается так же, как и для аналогичного фундамента на естественном основании

м.

Несущим слоем для свай является песок крупный плотный. Сваи заглубляем в прочный грунт на 0, 85 м. При забивке свай над поверхностью котлована остаются головы около которые затем разбивают до и заделываются в ростверк.

5.2. Расчет по первой группе предельных состояний

Расчетные нагрузки на уровне обреза фундамента

кН;

кНм.

Несущую способность висячей сваи находят как сумму сопротивлений, оказываемых грунтами по боковой поверхности и под нижним концом сваи

где - коэффициент условий работы сваи;

- коэффициенты условий работы, учитывающие влияние способа погружения, для забивных свай ;

кПа - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи на глубине 10, 85 м от природного уровня поверхности грунта для песка крупного плотного
(табл. 1 СНиП [ 5 ]);

м² - площадь поперечного сечения сваи;

м - наружный периметр поперечного сечения;

- расчетное сопротивление -го слоя грунта по боковой поверхности сваи (табл. 2 СНиП [ 5 ]:

для глины при z₁=4, 075 и I_L=0, 43: f₁=25, 65 кПа;

для суглинка при z₂=5, 9 и I_L=0, 286: f₂=44, 04 кПа;

при z₃=7, 9 и I_L=0, 286: f₃=46, 4 кПа;

при z₄=9, 45 и I_L=0, 286: f₄=48 кПа;

для песка крупного плотного при при z₅=10, 425: f₁=65, 6∙ 1, 3=85, 3 кПа.

кН.

Нагрузка, допускаемая на сваю кН.

Рис. 5.1. Расчетная схема для свайного фундамента

Количество свай в кусте

,

где - площадь подошвы ростверка, приходящаяся на одну сваю;

м - размер сечения сваи;

кН- расчетная нагрузка (при ) на уровне обреза.

Принимаем куст из 4 свай.

Конструируем ростверк. Размеры подошвы принимаем кратными 300 мм.

Вес ростверка и грунта на его уступах

Средняя нагрузка на сваю

Максимальная нагрузка на наиболее нагруженные сваи

5.3. Расчет по второй группе предельных состояний

При определении осадок свайный фундамент заменяют условным (см. рис. 17), проводя наклонные плоскости под углом к наружной грани свай. Средневзвешенное значение угла внутреннего трения в пределах длины свай

где - угол внутреннего трения и толщина слоя в пределах длины свай.

Размеры в плане и площадь условного фундамента:

м;

м.

Среднее значение удельного веса грунта в пределах глубины заложения условного фундамента

кН/м³;

Среднее давление от нормативных нагрузок по подошве условного фундамента

где кН- вес свай;

- давление от веса грунта в пределах длины свай.

Расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента

кПа,

где

5.4. Определение размеров ростверка под колонны

Конструктивное решение ростверка приведено на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Ростверк под колонны

5.5. Определение осадки по формуле для упругого полупространства

В тех случаях, когда под условным фундаментом находится однородный грунт, с некоторым завышением осадку можно определять по формуле осадки упругого полупространства (без ограничения сжимаемой толщи)

,

где кПа - дополнительное давление под подошвой условного фундамента;

- коэффициент, при соотношении размеров подошвы условного фундамента

;

- коэффициент Пуассона, принимаемый по равным для супесей и песков;

см- допустимая осадка для производственных зданий с железобетонным каркасом (прил.4 СНиП [ 2 ]).

5.6. Определение осадки по методу послойного суммирования

Исходные данные:

· ширина подошвы равна 2, 5 м, длина подошвы равна 3, 1 м;

· среднее давление по подошве p_II = 432 кПа;

· Глубина заложения фундамента от природного рельефа d = 11, 35 м.

Напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента

Дополнительное давление на уровне подошвы фундамента

Основание разбиваем на слои толщиной

Порядок расчета аналогичен п.4.3. Расчетная схема показана на рис. ХХ. Результаты промежуточных расчетов приведены в табл. ХХ.

В точке 5 на поэтому её можно принять за нижнюю границу сжимаемой толщи.

Осадка фундамента равна

Вычисление осадок свайного фундамента Таблица 5.1

Грунт	Номер точки	,	,	,				,	,
Песок крупный плотный		4, 5	0, 5			0, 8   1, 6   2, 4   3, 2   3, 6	0, 829   0, 499   0, 298   0, 19   0, 156

5.7. Подбор молота для забивки и определение проектного отказа

Масса сваи с наголовником т.

Свая забивается в плотный грунт, поэтому рекомендуемая масса ударной части молота т. По табл. 9.2 пособия принимаем дизель-молот С-1048 с массой ударной части т.

Погружение без подбабка, . Полная масса молота т. Расчетная энергия удара Значения коэффициентов

Минимальная энергия удара

кДж< кДж.

Проверка пригодности молота

где коэффициент, принимаемый равным 0, 6 (при забивке железобетонных свай)
для трубчатых дизель-молотов.

Проектный отказ сваи

Проектный отказ равен 4, 3 мм.

5.8. Расчет свайного ленточного фундамента под несущую стену

Нагрузка на фундамент Примем низ ростверка на отм. -3, 750. Высота ростверка 300 мм. Глубина заложения

Сваи забивные железобетонные С8-30 Длина сваи 8 м.Площадь сечения По геологическим условиям: свая - висячая. Свая погружается в песок
на 0, 85 м.

Несущая способность сваи

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю

Количество рядов при рядовом расположении свай

Количество рядов при шахматном расположении свай

Принимаем рядовое расположение свай в один ряд.

Минимальный шаг

Максимальный шаг

Принимаем шаг свай, равный 1, 5 м. Конструируем ростверк и определяем его вес вместе с грунтом

Проверяем фактическую нагрузку на сваю

Рис. 5.3. Расчетная схема для свайного ленточного фундамента под несущую стену

6.) Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов

Выбор окончательного типа фундамента производится на основе сравнения их технико-экономических показателей. В курсовом проекте решение о выборе того или иного варианта принимается, прежде всего, на основе сравнения стоимости устройства одного фундамента под колонну. Если стоимости примерно равны, то сравнение вариантов производится по величине осадок. При этом принятый вариант должен удовлетворять требованиям норм.

Сравнительная оценка вариантов фундаментов приведена в табл.6.1.

Таблица 6.1

Сравнительная оценка вариантов

Наименование работ	Стоимость единицы объёма, руб. (в ценах 1984г)	1 вариант (на естественном основании)	3 вариант (свайный)
Объём	Стоимость	Объём	Стоимость
1. Разработка грунтов	3-60		126, 36		42, 48
2. Устройство подготовки под фундаменты	27-30		25, 66		8, 2
3. Устройство железобетонных фундаментов и ростверков	31-00	9, 5	294, 5	Окончание табл. 6.1. 7, 24	224, 44
4. Погружение железобетонных свай	88-40	-	-		254, 6
Итого			446, 5
Максимальная осадка в см		4, 4		1, 2

Вывод: по экономическим показателям наиболее выгоден первый вариант. Поэтому остальные фундаменты проектируем на естественном основании.

7.) Расчет фундаментов принятого варианта на ЭВМ

Расчет фундаментов выполняется в программных комплексах Мономах и Фундамент 10.1.

7.1. Исходные данные

1) УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Сейсмичность, баллы 0

Коэфф. К1, учитывающий допускаемые повреждения 0

Просадочность - нет

2) ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ ДЛЯ РАСЧЕТА ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

3) ОТМЕТКИ

4) ПОДКОЛОННИК, КОЛОННЫ

5) ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА

6) ОПИСАНИЕ ПОДВАЛА

Отметка пола подвала, м -3.00

Ширина подвала, м 12.00

7.2. Результаты расчета

8.) Определение неравномерной осадки

Относительная разность осадок по осям В и Г превышает предельное значение, необходимо наметить мероприятия, направленные на снижение влияния неравномерных осадок на эксплуатационную пригодность здания или принять меры по уменьшению осадок отдельных фундаментов. Этого можно добиться, например, увеличением площади подошвы фундамента или изменением глубины его заложения.

Библиографический список

1. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. М.: Минрегион России, 2010

2. СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. М.: Минрегион России, 2010

3. ГОСТ 25100-95. Классификация грунтов. М.: Минстрой РФ, 1995

4. СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений/ Госстрой СССР. М.: Строииздат, 1985.

5. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения/ М.И.Горбунов-Посадов, В.И.Крутов и др. М.: Стройиздат, 1985.

6. Далматов Б.И., Морарескул Н.Н., Науменко В.Г. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений. М.: Высшая школа, 1986.

7. СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты/ Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

8. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83)/НИИОСП им Герсеванова. М.: Стройиздат, 1986.

9. Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83)/Ленпромстройпроект Госстроя СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989

10. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие/ Под ред. А.Б.Голышева. Киев: Будивельник, 1985.