Проектування фундаменту будівлі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коротка характеристика будівлі та будівельного майданчика

Вид будівлі: суспільний будинок.

Матеріал конструкції: залізобетон.

Рік спорудження: 1970

Стан бетону:

Будівництво відбувається у м.Харків.

Нормативні та розрахункові навантаження, що діють на верхньому уступі фундамента виносимо до таблиці. При цьому враховуємо, що навантаження задані центрально, відповідно до геометричної осі стін, колон.

Інженерно-геологічні умови майданчика

Характеризуються витриманим горизонтальним заляганням шарів грунту.

Три свердловини, відстань між ними визначаємо з плану будинку, з врахуванням прив?язки.

Приведемо основні фізичні показники грунтів у таблицях:

Основні дані про грунти та майданчик

№ ІГЕ	Короткий запис ІГЕ	Потужність шару, м	Щільність грунту, г/см3	Вологість грунту, дол. од.
			?	частин, ?s	природна, w	на межі розкочування, wn	на межі текучості, wl
1	Насипний	1.1	1,67	-	-	-	-
2	Піщаний	5.5	1,74*	2,64	0,09	-	-
3	Глинистий	5.1	1,84	2,74	0,18	0,11	0,16
4	Піщаний	4.7	1,7	2,64	0,1	-	-

* - вище рівня грунтових вод.

Грунтові води знаходяться на глибині 3,3 м від поверхні. Вони неагресивні до бетону та металу.

Гранулометричний склад пісків

№ ІГЕ	Склад частинок в % по масі для фракцій, мм
	> 2.0	2.0-1.0	1.0-0.5	0.5-0.25	0.25-0.1	< 0.1
2	3.8	8.9	14.8	21.9	39.5	11.1
4	2	9.1	14.6	21	35.5	17.8

Інженерно-геологічні процеси на території забудови не розвиваються, тому впливу на основи і фундаменти, будинок в цілому не має.

Оцінка грунтових умов будівельного майданчика

Встановимо розрахункові показники фізичних властивостей для грунтів, показники механічних властивостей за таблицями СНиП 2.02.01-83 та приведемо їх класифікацію відповідно до ДСТУ Б В.2.1-2-96.

Приймаємо, що виділени шари грунту однорідні, і розглядаємо їх як інженерно-геологічні елементи.

ІГЕ-1 - насипний грунт, що характеризується підвищеною пористістю та наявністю органічної речовини, відноситься до гумусованих супісків або суглинків. Він розглядається як злежалий.

На майданчику має потужність 1.1 м. Щільність грунту ?=1.67 г/см³. Грунт сильностисливий та низької міцності.

Тому цей грунт як природну основу використовувати не можна. Питома вага рослинного грунту ₁ =₁ g = 1.67 10 = 16.7 кН/м³.

ІГЕ-2 - піщаний грунт, має потужність 5.5 м. Щільність піщаного грунту ?=1.74 г/см³, ?_s=2.64г/см³ , W= 0.09

1. Для ІГЕ-2 дано гранулометричний склад, визначений при ситовому аналізі.

Визначимо розрахункові характеристики, та зробимо класифікаційну оцінку піску.

1	Фракція, мм	> 2.0	1.0-2.0	0.5-1.0	0.25-0.5	0.1-0.25	< 0.1
2	Гранулометричний склад, %	3.8	8.9	14.8	21.9	39.5	11.1
3	?% часток по масі більше даного діаметру	3.8	12.7	27.5	49.4	88.9	100
4	?% часток по масі менше даного діаметру	96.2	87.3	72.5	50.6	11.1	0
5	Граничний діаметр часток, мм	2.0	1.0	0.5	0.25	0.1	0

Пісок - дрібний

Так як С_u=6.4>3, то відповідно до п.22 додатку Б ДСТУ пісок дрібний, неоднорідний.

Показник кривизни гранулометричної кривої:

Так, як С_с знаходиться в межах 1…3, то грунт добре відсортований.

2. Щільність грунту в сухому стані - скелету грунту ?_d2:

3. Питома вага грунту ?₂ :

4. Пористість грунту n₂ :

5. Кофіцієнт пористості е₂:

За табл. Б.18 ДСТУ дрібний пісок, що має е₂ =0.66 то його відносять до середньої щільності.

6. Коефіцієнт водонасичення S_r2 :

де ?_w -щільність води і дорівнює 1.0 т/м³

За табл. Б17 ДСТУ, так як S_r.2=0.36<0.5, то пісок є малого ступеню водонасичення.

Отже повна назва грунту ІГЕ-2: пісок є дрібний неоднорідний, середньої щільності, малого ступеню водонасичення.

7. Так як с і є нормативними показниками, отже беремо їх за таблицею 1 додатку 1 СниП 2.02.01-83, враховуючи різновид піску (пилуватий) та його коефіцієнт пористості (е₂ =0.66). Кут внутрішнього тертя та питоме зчеплення визначаємо за інтерполяцією:

а) величини ₂ при е₂ =0.66 для дрібного піску:

е=0.66

, град 31.6

б) величини с₂ при е₂ =0.66

е=0,66

с, кПа 1.8

8. Модуль деформації Е для дрібного піску при е₂ =0.66 визначається як нормативна величина:

е=0.66

Е, МПа 27

9. Розрахунковий опір дрібного піску малого ступеню водонасичення R_o визначаємо за табл. 2 додатку 3 СНиП 2.02.01-83.

R_o2=300 кПа

На початку шару ІГЕ-2 в нас проходить рівень грунтової води, отже властивості піску дещо змінилися, і змінються деякі показники. Розглянемо цю частину шару як ІГЕ-2а.

Для ІГЕ-2а частина показників дрібного неоднорідного піску залишаються постійними:

?=1.59г/см³, ?_s=2.64г/см³ , n_2a=0,39 е_2а =0.66.

Коефіцієнт водонасичення нижче рівня WL буде S_r.4а=1.0 (пісок насичений водою). Тоді з його визначення маємо

Вологість водонасиченого грунту W_sat.3a (максимальна вологість W_max.3a для цього стану піску за щільністю) звідси дорівнює:

Щільність грунту у водонасиченому стані ?_2а буде:



Питома вага грунту ?_4а:

Щільність грунту в завислому (у виваженому) стані ?^І_4а:

Питома вага грунту в завислому (у виваженому) стані ?^І_4а:

За табл. 1 додатку 1 СНиП 2.02.01-83 ми бачимо, що перехід дрібного піску від середнього ступеню водонасичення до насиченого водою не впливає на його показники механічних властивостей, тобто залишаються: ?_4а= 31.6 град., с_4а= 1.8 кПа, Е_4а = 27 МПа (це нормативні величини). Не зміниться величина: R_o4а=300 кПа.

ІГЕ-3 - глинистий грунт, потужністю 5,1 м. Вище рівня ґрунтових вод WL має такі характеристики: ?=1,84 г/см³, ?_s=2.74г/см³ , W₃= 0.18, W_p3=0.11, W_l3=0.16

Визначаємо назву глинистого грунту по величині числа пластичності І_р2

І_P3 =W_L3-W_Р3 = 0.16-0.11=0.05 - супісок.

2. Стан глинистого грунту визначають за величиною показника текучості I_L2 :

- супісок текучий



3. Щільність грунту в сухому стані - скелету грунту ?_d3:

4. Питома вага грунту ?₃

5. Пористість грунту n₃ :

6. Кофіцієнт пористості е₃:

7. Коефіцієнт водонасичення S_r3 :

де ?_w -щільність води і дорівнює 1.0 т/м³

8. Нормативні показники міцності і с визначаємо умовно (S_r3<0.8) з врахуванням I_L3=1.4 та е₃=0,756

а) величини ₃ при е₃ =0.756 для супісок:

е=0.756

, град 20,82

б) величина с₃ при е₃ =0.756

е=0.756

с, кПа 10.88

9. Модуль деформації Е для супіску при е₃ =0.756 визначається як нормативна величина

е=0.756

Е, МПа 9,82

10. Розрахунковий опір суглинку Ro3 визначаємо за табл. 3 додатку 3 СНиП 2.02.01-83.

При е=0.756 R`o3 =200кПа

ІГЕ-4 - піщаний грунт, обладає водопроникністю, не пластичний, має жорсткий, слабостискаємий скелет. На майданчику знаходиться нижче рівня грунтової води. Потужність шару 4.7м. Щільність піску ?=1.7 г/см³, ?_s=2.64 г/см³, W=0.1.

1. Для ІГЕ-4 дан гранулометричний склад, визначений при ситовому аналізі. Визначимо розрахункові характеристики, та зробимо класифікаційну оцінку піску.

1	Фракція, мм	> 2.0	1.0-2.0	0.5-1.0	0.25-0.5	0.1-0.25	< 0.1
2	Гранулометричний склад, %	2	9.1	14.6	21	35.5	17.8
3	?% часток по масі більше даного діаметру	2	11.1	25.7	46.7	82.2	100
4	?% часток по масі менше даного діаметру	98	88.9	74.3	53.3	17.8	0
5	Граничний діаметр часток, мм	2.0	1.0	0.5	0.25	0.1	0



Так як С_u=6.6>3, то відповідно до п.22 додатку Б ДСТУ пісок дрібний, неоднорідний.

Так, як С_с знаходиться в межах 1…3, то грунт добре відсортований.

2. Щільність грунту в сухому стані - скелету грунту ?_d :

3. Питома вага грунту ?₄ :

4. Пористість грунту n₄

5. Кофіцієнт пористості е₄

За табл. Б.18 ДСТУ дрібний пісок, що має е₃ =0.7, то його відносять до середньої щільності.

6. Коефіцієнт водонасичення S_r4

де ?_w -щільність води і дорівнює 1.0 т/м³

За табл. Б17 ДСТУ, так як 0<S_r.3=0.377<0.5, то пісок є малого ступеню водонасичення.

Отже повна назва грунту ІГЕ-4: пісок є дрібний неоднорідний, середньої щільності, малого ступеню водонасичення.

7. Так як с і є нормативними показниками, отже беремо їх за таблицею 1 додатку 1 СниП 2.02.01-83, враховуючи різновид піску (дрібний) та його коефіцієнт пористості (е₃ =0.7. Кут внутрішнього тертя та питоме зчеплення визначаємо за інтерполяцією:

а) величини ₄ при е₄ =0.7 для дрібного піску:

е=0.7

, град 30

б) величини с₄ при е₄ =0.7

е=0,7

с, кПа 1

8. Модуль деформації Е для дрібного піску при е₃ =0.7 визначається як нормативна велечина:

е=0.7

Е, МПа 23

9. Розрахунковий опір дрібного щільного піску малого ступеню водонасичення R_o визначаємо за табл. 2 додатку 3 СНиП 2.02.01-83.

R_o3=300 кПа.

Зведена таблиця нормативних значень фізико-механічних показників грунтів будівельного майданчика

№	Повне найменування ґрунту	Глибина залягання підошви,	Щільність грунту, т/м3	Природня вологість, W	Питома вага грунту, кН/м3	Пористість, n	коефіцієнт пористості, е	кофіцієнт водонасичення, Sr	Границя	Число пластичності, Ір	Показник текучості, ІL	Питоме зчеплення,с, кПа	Кут внутр. тертя, ?, град.	Модуль деформації, Е, МПа	Розрахунковий опір, Ro, кПа	Примітка
			природного, ?	сухого, ?d	частинок, ?S	у виваженому стані, ?І		природна, ?	у виваженому стані, ?І				текучості, WL	пластичності, Wp
1	насипний	1.1	1,67	-	-	-	-	16,7	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	Слабкий грунт
2	Пісок дрібний, неодноріднийсер. щільності, малої ступені водонасиення	4.4	1,74	1.59	2.64	-	0.09	17,4	-	0.39	0.66	0.36	-	-	-	-	1,8	31,6	27	300
2а	Пісок дрібний, неоднорідний,сер.щільностіводонасиченний	6.6	1,74	1.59	2.64	1	0.09	17,4	10.4	0.39	0.66	1.0	-	-	-	-	1,8	31,6	27	300
3	Супісок текучий	11.7	1,84	1.56	2.74	-	0.18	18,4	-	0.43	0.756	0.652	0.16	0.11	0.05	1,4	10,88	20,82	9,82	241.5
4	Пісок дрібний, неодноріднийсер. щільності, малої ступені водо насичення	16.4	1.7	1.55	2.64	-	0.1	17	-	0.41	0.7	0.377	-	-	-	-	1	30	23	300

Розрахункові показники для грунтів будівельного майданчика, для І-ого граничного стану:

питома вага _І

_1І=16.7/1,05=15,9кН/м³

_2І=17.4/1,05=16.57кН/м³

_2аІ=20/1,05=19.05кН/м³

_2аІ=10/1,05=9,52кН/м³ _3І=18.4/1,05=17.52кН/м³ _4І=17/1,05=16.38кН/м³

питоме зчеплення с_і.І

с_2І= с_2а.І=1.8/1,5=1.2кПа с_3.І=10.88/1,5=7.253кПа с_4.І=1/1,5=0.666кПа

кут внутрішнього тертя _і.І

_2І=_2аІ=27/1,1= 24.54 град. _3І=20.82/1,1= 18.927 град _4І=30/1,1= 27.272град

Отримані дані заносимо в таблицю:

будівельний майданчик фундамент

Величини розрахункових показників окремих ІГЕ будівельного майданчика

№ ІГЕ	Для ІІ граничного стану	Для І граничного стану
	Питома вага, ?ІІ, кН/м3	Питоме зчеплення, сІІ, кПа	Кут внутр. тертя, ?ІІ, град	Модуль деформації Е, МПа	Розрахун-ковий опір, R0, кПа	Питома вага, ?І, кн./м3	Питоме зчеплення, сІ, кПа	Кут внутр. тертя, ?І, град
1	16.7	-	-	-	-	15.9	-	-
2	17.4	1.8	27	27	300	16.57	1.2	24,54
2а	20 10*	1.8	27	27	300	19.05 9.52*	1.2	24,54
3	18.4	10.88	20,82	9.82	200	17.52	7,253	18.927
4	17	1	30	23	300	16.38	0,666	27.272

* - для грунтів у виваженому стані

Висновки по грунтовим умовам будівельного майданчика:

Грунт ІГЕ-1 в якості природної основи використовувати не можна;

Грунти ІГЕ-2, ІГЕ-3, ІГЕ-4 придатні для використання їх як природної основи з розрахунковими показниками, що наведені у таблиці. Причому в якості несучого шару для фундаментів неглибокого закладання необхідно використовувати дрібний пісок ІГЕ-2;

Грунтові води залягають на глибині 3,3м від поверхні і на основу і фундаменти не впливають.

Прогнозується підвищення рівня ґрунтових вод на 0.5 м.

Перевірка достатності розмірів фундаменту, що експлуатується

Перевіряємо достатність глибини закладання з умов морозного здимання грунту основи. Для м. Харків нормативна глибина =1.3 м. Будівля має розрахункову середньодобову температуру 15С, а підлога першого поверху влаштована на грунті. =0.6.

Тоді

d==0.6*1.3=0.78м

Глибина закладання повинна бути dd. d=1.70.78м (умова заглиблення виконується).

Визначаємо навантаження на рівні підошви фундаменту:

а). навантаження на верхньому уступі ф-у:

N=2360кН, M=121 кНм , Q=38 кН

б). навантаження від ваги ф-у:

N=0.4*2.35+0.4*1.55+0.9*0.75=3.676кН

=25т/ м

N=25*3.676=91.906 м

в) навантаження від ваги грунту на уступах ф-у:

N=17.4*(1.85*2.35- 3.676 )= 113.87кН

г)збільшення моменту за рахунок дії гор. навантаження:

Q: M= Q*h=38*1.7=64.6 кН

Сумарне навантаження на підошві ф-у

 N= N+ N+ N=2360+91.906+113.87=2565.776кН

M= M+ M= 121+64.6=185.6 кНм

Q= Q=38кН

Середнє напруження на підошві ф-у:

= N/=2565.776/2.35=464.6кПа

= N/ M/

=2.35/6= 2.162 м

=550,446кПА

=378,754кПА

Розрахунковий опір грунту

k=1.1; k_z=1.1, так як підошви фундаменту b<10м

b= 2.35 м -ширина фундаменту.

d = 1.85 м, глибина закладання фундаменту.

d_b = 0 м - глибина підвалу.

М_?,М_q,М_с- коефіцієнти, які залежать від кута внутрішнього тертя несучого шару приймаємо по табл. для ?_ІІ= град по інтерполяції:

М_?=1.3

М_q=6.184

М_с=8.426

?^І_ІІ - питома вага грунту ІГЕ-1, що знаходиться вище підошви фундаменту, ?^І_ІІ=16.7кН/м³, потужність 1.1м, та дрібного піску межах 1,85-1,1 = 0,75 м, тому

с_ІІ = 1.8кПа, для несучого шару ІГЕ-2, дрібного піску.

Розрахунковий опір дрібного піску ІГЕ-2

Перевіряємо виконання умов:

R; 1.2R;

=464.6R=356.14кПа

=378кПа0,25*356,14=89кПа =378кПа>0

=550,4461.2*356.14=427.4кПа

Умови не виконується ,будівля не може експлуатуватися.

Виконуємо розрахунок осідання ф-у:

S= A* b ( /E )=0.85*2.35*464.6/27*10=0.034м=3.4см

S=3.48см ( осадка не перевищує допустиме значення )

Умови реконструкції, що впливають на підсилення основ та ф-ів споруди.

За умови реконструкціі навантаження на верхньому уступі ф-у значно збільшуються:

N=2643.2кН, M=146.41кНм , Q= 42.94 кН

N = N+ N+ N= 2643.2+91.906+113.87=2848.976кН

M= M + M= 146.41+64.6=211.01 кНм

Q= Q=42.94кН

Середнє напруження на підошві ф-у:

= N/=2848.976/2.35=515.88

= N/ M/

=2.35/6= 2.162 м

= 613.48 кПа

=418.28 кПа

с_ІІ = 1.08кПа, = 31.6-5=26.6С.

М_?=0.88

М_q=4.53

М_с=7.04

Перевіряємо виконання умов:

R = 515.88193.6кПа

1.2R=613.48193,6*1,2=232.32кПа

=418.280,25*193,6=48.4кПа

Умови не виконуються, треба підсилювати ф-т.

Можливі варіанти підсилення ф-ів

Враховуючи перенапруження по підошві існуючого фундаменту , його можна підсилити декількома способами. Вибір методу підсилення і реконструкції фундаментів мілкого закладення залежить від причин, що викликають необхідність такого підсилення, конструктивних особливостей існуючих фундаментів і ґрунтових умов майданчика. Як правило, застосовують такі методи:

закріплення основи силікатизацією

шляхом збільшення ширини підошви

шляхом збільшення глибини закладання

шляхом пересадки на палі

влаштування нових ф.

Підсилення ф. неглибокого закладання розширенням його підошви

1. Необхідна площа підошви підсиленого ф-у:

А= = ( k_e=1)

b ==4.26м=4.3м

А=4.3*4.3=18.49м

Уточнюємо R:

Уточнюємо А

А== м

b ==3.9м

= N/=2848.976/3.9=187,3 кПа

= N/ M/

=3.9/6= 9.886 м

1.2R=208,649261кПа

=165,9654,375кПа

Розрахунок показує, що збільшувати фундамент не потрібно.

2. Перевіряємо висоту ф. з умови продавлювання колоною на нові навантаження:



Продавлюючи зусилля:

=A;

=+ ==278.8кПа

A=0.5*3.9*(3.9-0.75-2*0.765)=880.7

=278.8*4.719=1315.6кН

3. Перевірка ф-у по міцності на продавлювання колоною:

R

b=+=0.75+0.665=1.515м

880.71.035*1.515*0.665*10=1067кН

4. Перевірка роботи ф-у щодо нової частини :

N=507.7кН k**b*h=0.4*1.035*2.35*0.765*10=744.3

N=0.5*b(l-l) = 05*2.35 ( 3.9-2.35) *278.8= 507.7кН

5. Необхідна площа поперечного перерізу арматури :

8.5МПа МПа

M==278.8*3.9*(3.9-2.35)/8=210.6кНм

=0.01

==7.6см

Приймаємо з кроком 200 мм =

Армування до підсилення достатнє.

6.В пояснювальній записці розрахунки ф-у на розколювання ,плитної частини на поперечне зусилля, дію зворотного моменту, поперечних перерізів підколінника не виконуються.

7. Виконуємо перевірку напружень на підошві ф. :

навантаження від ваги ф-у:

V = 0.4*3.9+0.4*1.55+ 0.9*0.75= 7.55 кН

=25т/ м

N=25*7.55=188.8м

навантаження від ваги грунту на уступах ф-у:

N=18.5*( 1.85 *3.9- 7.55 ) = 380.8 кН

N=2643.2кН, M=146.41кНм , Q= 42.94 кН

збільшення моменту за рахунок дії гор. навантаження:

Q: M= Q*h= 42.94*1.7 = 72.99 кН

Сумарне навантаження на підошві ф-у:

N= N+ N+ N= 2643.2+188.8+380.8 = 3212.8 кН

M= M+ M= 146.41+72.99 = 185.6 кНм

Q= Q=72.99 кН

Середнє напруження на підошві ф-у:

= N/=3212.8/3.9= 211.3кПа кПа = R

= N/ M/;

=3.9/6= 9.886 м

= 230кПа1.2R=261 кПа

=192.5кПа

Умови виконуються.

8. Виконуємо розрахунок осідання ф-у:

S= A* b ( /E )=0.85*3.9*211.3/27*10=0.026м=2.6см

S=2.68см ( осадка не перевищує допустиме значення )

Підсилення фундаменту мілкого закладання палями

Фундамент підсилюємо задавлюваними палями. Їх влаштовують за межами підошви фундаменту або обєднують з діючим фундаментом додатковим ростверком.

Навантаження,що діє на підошві старого ф. : N=2848,976 кН

Визначаємо несучу здатність палі по ґрунту:

1,5*b= 1.5*3.9 =5.85м Призначаємо довжину палі l=17.5м.

За табл. 2СниП 2,02,03-85:

Н=8,7 f=44.7 кПа h=2м

Н=10,7 f=46.7 кПа h=2м

Н=12,7 f=48.7 кПа h=2м

Н=14,7 f=50.7 кПа h=2м

R=3062 кПа Діаметр палі = 400 мм

U - зовнішній периметр поперечного перерізу палі,

1*( 1.1*3062*0,1256 + ( 44,7*2+46,7*2+48,7*2+50,7*2)) = 804,6 кН

Несуча здатність однієї палі:

N1.2*2848,976= 3418,77 кН

Необхідна кількість паль:

паль

Приймаємо 6 паль

Уточнюємо величину навантаження на рівні підошви ф-у:

V=(3.9*3.9-2.35*2.35)*0.4=3.875 м

V=(3.9*3.9-2.35*2.35)*1.45=7.202 м

3.875*25=96,875кН

7.202 *17,92=129,1кН

N=2643.2кН, M=146.41кНм , Q= 42.94 кН

N2643.2=3171.84 кН

M175.69 кНм

Q кН

Виконуємо перевірку навантажень, що передається на фундамент:

3171.84+96,875+129,1=3397,82 кН

175.69*0,9=161,72 кНм ( близько 10% дії моменту сприймається підошвою ф-у )

51,52-(1,2+0.457*619)= -232.56кН < N = 574.7 кН

= 1,2*515,88=619 кПа с=1.2 =24,54 tg=0.457

Використана література

1. «Основи і фундаменти: Методичні вказівки до курсового проектування і приклади розрахунку фундаментів неглибокого закладання» Уклад.: І.П. Бойко, А.О. Олійник, А.М. Ращенко. К.: КНУБА, 2003 - 36 с.

2. «Расчет свайных фундаментов: Методические указания к курсовому проектированию по основам и фундаментам»/Сост.: С.И. Цимбал, И.Ф. Потапенко, А.О. Олейник. - К.: КИСИ, 1990 - 56 с.

3. СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений».

4. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

Размещено на Allbest.ru