Монолитный железобетонный фундамент под одиночную колонну однопролетного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ

1. ОБЩИЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КОМПОНОВКИ ЗДАНИЯ

1.1 ПОДБОР ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЯ

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ФУНДАМЕНТ

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ФУНДАМЕНТА

5. РАСЧЕТ НА ПРОДАВЛИВАНИЕ

6. АРМИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА

7. РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Дисциплина « Строительные конструкции »

Рассчитать и спроектировать: Рассчитать монолитный железобетонный фундамент под одиночную колонну однопролетного здания

Исходные данные: пролёт здания- 18м; шаг колонн- 12 м; район по снеговой нагрузке 8, грузоподъемность мостового крана - 20т.

Представить следующие материалы в указанные сроки

Расчетно-пояснительная записка:

- компоновка элементов здания;

-статический расчет ж/б элемента;

-расчет ж/б элемента по I и II группам предельных состояний;

- выбор крана для монтажа ж/б элемента.

Графическая часть: формат А-1- схема компоновки здания; общий вид ж/б элемента; разрезы; узлы; схема армирования; схема установки закладных деталей

Графическая часть - 1 лист:

Дата выдачи: 18 сентября 2012 г. Дата сдачи КП: 13 учебн. неделя

Консультант ________(М.Э. Дусалимов)

Студент ______________________

1. ОБЩИЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КОМПОНОВКИ ЗДАНИЯ

Проектируем здание однопролетное. Пролет здания 18 м., шаг колонны 12 м. Снеговая нагрузка по VIII географическому району. Здание проектируют из типовых элементов с соблюдением норм строительного проектирования и единой модульной системы.

В целях сохранения однотипности элементов покрытия колонны крайнего ряда располагают так, чтобы разбивочная ось ряда колонн проходила на расстоянии 250мм. от наружной грани колонн при шаге колонны больше 6м. При мостовых кранах грузоподъемностью до 500кН расстояние л = 750мм.

1.1 ПОДБОР ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЯ

Колонны

Для одноэтажного однопролетного здания, имеющих пролет до 24м, высотой до 10,8м, без фонаря, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью Q = 200кН среднего режима работы, при шаге колонн 12м используются колонны прямоугольного сечения. Согласно [2, табл. 2] выбрали колонну марки КП Й - 27. Обозначение марки колонны:

КП - колонна прямоугольная;

Й - номер выпуска серии рабочих чертежей;

27 - номер колонны по несущей способности.

Основные показатели колонны КП Й - 27:

Вид колонны - крайняя;

Высота колонны над отметкой пола Н = 10,8м.

Размеры колонны:

Нк = 11800мм;

Н1 = 7800мм

Нв = 4200мм;

b = 500мм;

?в = 600мм;

?н = 800мм;

?1 = 900мм;

?2 = 550мм;

m = 11,6т;

отметка головки рельса - 8,15м (рис.2) [2]

Рис. 2 Колонны прямоугольного сечения для зданий с мостовыми кранами

фундамент здание арматура грунт

Плиты покрытия.

Согласно [2, табл. 4] выбрали плиту ребристую с показателями:

шаг колонны lк=12 м;

размер в плане lп * bп=2980*11960 мм;

высота h=450мм;

объем бетона 2,780 м³;

масса плиты mп=7 т (рис. 3). [2]

Рис. 3 Ребристая плита покрытия:

1 - закладные детали; 2 - монтажная петля.

Двухскатные балки покрытия.

Основные показатели типовых двухскатных балок приняли согласно [2, табл.5] :

Тип - балка двутаврового сечения;

пролет l=18м;

расчетная нагрузка на покрытие 3,5-6,5 кН/м²;

высота сечения: на опорах 800мм

в середине пролета 1540мм;

масса балки 9,1т (рис.4). [2]

Рис. 4 Двускатная балка покрытия двутаврового сечения

Подкрановые балки.

Железобетонные предварительно напряженные подкрановые балки испытывают динамические воздействия от мостовых кранов, поэтому их применение рационально при мостовых кранах легкого и среднего режима работы грузоподъемностью до 200 кН.

Основные технические показатели приняли согласно [2, табл. 6]. Подкрановая балка таврового сечения предварительно напряженная при шаге колонн 12м.:

Длина балки 11950мм;

масса 11,6т (рис.5).

Рис. 5 Подкрановая балка

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ФУНДАМЕНТ

Нагрузка от веса покрытия

Таблица 7 - Сбор нагрузок от покрытия

Наименование элементов и вид нагрузки	Нормативная нагрузка qH, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке гf	Расчетная нагрузка q, кН/м2
I. Постоянная нагрузка
1. Три слоя рубероида на битумной мастике	0,2	1,1	0,22
2. Цементная стяжка толщиной 30 мм и плотностью 2000 кг/м3	0,6	1,1	0,66
3. Утеплитель из керамзитового гравия толщиной 120 мм и плотностью 600 кг/м3	0,4	1,1	0,44
4. Пароизоляция на битумной мастике	0,05	1,1	0,055
5. Железобетонная плита покрытия	=mпл*g/(bПЛ*lПЛ)= =7*9.8/(2.98*11.96)= =1.926	1,1	2,12
II. Временная нагрузка
7. Снеговая нагрузка	3,92	0,7	5,6
Итого	7,1		9,09

Расчетная нагрузка покрытия:

N_покр = 9,09 · 18 м · 12 /4м =491,1 кН. [1]

Нагрузка от двухскатной балки

Вес балки:

G_дв.б- = m_дв.б- · g/2 , кН;

G_дв.б- = 9100 кг · 9,81/2 м/с² = 44636 Н = 44,636 кН.

Расчетная нагрузка от двухскатной балки:

N_дв.б = G_дв.б · г_f , кН;

г_f - коэффициент надежности по нагрузке, г_f = 1,1 ;

N_дв.б = 44,636 кН ·

1,1= 49,1 кН. [3]

Нагрузка от подкрановой балки

Вес балки:

G_п.б = m_п.б · g/2 , кН;

G_п.б = 11600 кг · 9,81/2 м/с² = 56,9 кН.

Расчетная нагрузка от подкрановой балки:

N_п.б = n · G_п.б · г_f , кН;

n - число кранов, n = 1;

N_п.б = 1 · 56,9· 1,1 = 62,6 кН. [3]

Нагрузка от веса крайней колонны

Вес колонны:

G_к = m_к- · g , кН;

G_к- = 11600 кг ·

9,81 м/с² = 113,8 кН.

Расчетная нагрузка от крайней колонны:

N_к = G_к · г_f , кН;

N_к = 113,8 · 1,1 = 125,2 кН. [3]

Расчетная нагрузка от крановых рельсов

Вес рельсов:

G_р- = m_р · l_к- · g , кН;

G_р = 0,8896 кг/м · 12 м · 9,81 м/с² = 104,72 кН.

Расчетная нагрузка от рельсов:

N_р= n · G_р· г_f , кН;

n - число рельсов, n = 1 (по одному рельсу в каждой консоли колонны);

N_р = 1 · 104,72 кН · 1,1 = 115,2 кН. [3]

Нагрузка от мостового крана

Грузоподъемность крана Q=200кН;

Пролет крана 18-2Ч0,75=16,5м;

Шаг колонн, l_k=12м;

Согласно стандарту на мостовые краны:

- база крана К=4400мм;

- Р_max=175кНЧ1 колеса;

- расчетная нагрузка от крана на фундамент

N_кр=nЧ (Р_max+ Р_maxЧK/ l_k) = 1Ч(175+175Ч4,4/12)1,1=263,1 кН.

Общая нагрузка на фундамент

N = N_покр + N_дв.б + N_п.б + N_к + N_р + N_кр , кН;

N = 491,1 кН + 49,1 кН + 62,6 кН + 125,2 кН +

+ 115,2 кН + 263,1 кН = 1106,24 кН. [3]

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ И ВЫСОТЫ ФУНДАМЕНТА

Принимаем здание отапливаемым, бесподвальным. Глубина заложения фундамента под колонны назначается независимо от расчетной глубины промерзания грунтов по прочностным и конструктивным требованиям. [3]

Глубина заложения:

d = d_ф+ d₁ , м;

d_ф - полная высота фундамента,

d₁ - расстояние от планированной отметки до верха фундамента, принимается равным 150мм;

Полная высота фундамента:

d_ф = d_с + d₂ , м;

d_с - глубина стакана фундамента,

В соответствии с размерами колонны принимаем глубину стакана фундамента: d_с = 900 мм;

d₂ - расстояние от дна стакана до подошвы фундамента, принимается не менее 200 мм. Принимаем d₂ = 300 мм.

Полная высота фундамента: d_ф = 900 + 300 = 1200 мм;

Глубина заложения d = 1200+150 = 1350 мм.

Так как высота фундамента d_ф > 900мм принимают трехступенчатый фундамент. Высоту ступеней принимаем по 400 мм. [4]

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ФУНДАМЕНТА

Площадь подошвы фундамента:

N - расчетная нагрузка, действующая на фундамент, на уровне обреза, кН;

г_ср - средний удельный вес фундамента и грунта на его уступах, кН/м³. Принимаем г_ср = 20 кН/мі.

d - глубина заложения фундамента, м;

R₀ - расчетное сопротивление грунта основания, кПа.[3]

При показателе текучести грунта (суглинок) J_L = 0 и коэффициенте пористости е = 0,7 принимаем R₀ = 250 кПа. [4]

Предварительно определим размер меньшей стороны подошвы фундамента, исходя из его работы на центральное загружение максимальной продольной силой

b = A^0,5 = (4,96 м²)^0,5 =2,23 м;

Зададимся соотношением:

Тогда большая сторона фундамента:

Площадь фундамента согласно принятым размерам сторон:

Aф = l · b = 2,78· 2,23 = 6,2 мІ.

Среднее давление под подошвой фундамента Р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемое по формуле:

где г_С1, г_С2 - коэффициенты условий работы, принимаем:

г_С1 = 1,25, для пылевато-глинистых грунтов, при J_L ? 0,25; [3]

г_С2 = 1,1, при отношении длины здания к высоте L/H ? 1,5; [3]

С_n - нормативное значение сцепления грунта, принимаем:

С_n = 28 кН/м², при 0 < J_L ? 0,25 и е = 0,7 (суглинки); [3]

ц_n - нормативное значение угла внутреннего трения, принимаем:

ц_n = 23⁰, при 0 < J_L ? 0,25 и е = 0,7 (суглинки); [3]

К = 1,1 - если значения характеристик грунта C_n и ц_n приняты по таблице; [3]

M_г, M_g, M_C - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта, принимаем:

M_г = 0,69, при ц_n = 23⁰;

M_g = 3,65, при ц_n = 23⁰;

M_C = 6,24, при ц_n = 23⁰; [3]

K_Z - коэффициент зависящий от ширины подошвы фундамента b, принимаем:

K_Z = 1, при b < 10 м; b = 1,671 м;

г_II, г'_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих, соответственно, ниже, выше подошвы фундамента, принимаем:

г_II = 19 кН/м³;

г'_II = 18 кН/м³;

Величины R₀ и R резко отличаются, поэтому делаем еще одно приближение, определим вновь А.

b = A^0,5 = (3,27 м²)^0,5 = 1,81м;

Тогда большая сторона фундамента:

Площадь фундамента согласно принятым размерам сторон:

Aф = l · b = 1,81 · 2,26 = 4,1 мІ.

Величины R₀=365,77 и R=350,67 кПа отличаются на 4%, поэтому расчет продолжаем.

b = A^0,5 = (3,4 м²)^0,5 = 1,84 м;

Тогда большая сторона фундамента:

Площадь фундамента согласно принятым размерам сторон:

Aф = l · b =1,84 ·2,3= 4,25 мІ.

Величины R₀=350,7 и R=351,3 кПа отличаются на 0,17 %, поэтому расчет прекращаем.

Максимальное и минимальное значение давления под краем фундамента для прямоугольного фундамента вычисляется по следующей формуле:



где N_ф - продольная сила на уровне подошвы фундамента;

e₀ - эксцентриситет сил N относительно центра тяжести площади подошвы фундамента,

N_ф = N+G_ст+гmЧdЧAф;

N_Ф=1106,24+329,175+20Ч1,35Ч4,25 = 1550 кН;

G_ст -расчетная нагрузка от веса стены и фундаментной балки.

G_ст = g1Ч?hЧlЧгnЧгf ,

где g1 = 2,кН/мІ - вес 1мІ стеновых панелей;

?h - суммарная высота полос стеновых панелей

G_ст = g1Ч?hЧlЧгnЧгf = 2,5Ч7.0Ч18Ч1,1Ч0,95 =329,175 кН

М_ф - расчетный момент на уровне подошвы фундамента.

М_ф = G_стЧ?_ст = 329,175Ч0,65 =214 кН*м

?_ст = 500/2+800/2 = 650 мм - эксцентриситет расчетной нагрузки.

e_о = М_ф/N_ф = 214/1550 = 0,14 м - эксцентриситет сил N_ф

относительно центра тяжести площади подошвы фундамента.

p _max = 1550Ч(1+6Ч0,14/2,3)/ 4,25 = 496,3кПа

p _min = 1550Ч(1-6Ч0,14/2,3)/4,25 = 240,5 кПа

Т.к. здание оборудовано мостовым краном Q = 200 кН, принимаем трапециевидную эпюру напряжений под подошвой фундамента с отношением

P ^min/P ^max = 0,48 > 0,25

L₁=l-2c₁=2,3-2*0,3=1,7 м;

B₁=b-2c₁=1,84-2*0,3=1,24м;

L₂=l₁-2c₂=1,7-2*0,3=1,1м;

B₂=b₁-2c₂=1,24-2*0,3=0,64 м; [3]

5. РАСЧЕТ НА ПРОДАВЛИВАНИЕ

Данный расчет производится в предположении, что разрушение происходит по поверхности пирамиды, боковые поверхности которые наклонены под углом 45⁰ к вертикали.

F = N, кН - расчетная продавливающая сила;

F = 1106,24 кН.

P_гр - давление грунта на единицу площади подошвы фундамента;

A - площадь подошвы фундамента, м²;

F=N-А_осн ·Р_гр

А_осн=l_п·b_п

l_п =l-70=2300-70=2230мм;

b_п=b-70=1840-70=1770мм;

А_осн=2,23·1,77=3,96 м²

F=1106,24-3,96·260,5=75,4 кН;

Продавливание не происходит при выполнении следующего условия:

F ? б · R_bt · h₀ · U_m;

б - коэффициент, зависящий от плотности бетона, принимаем:

б = 1, для тяжелого бетона В15;

R_bt - расчетное сопротивление бетона растяжению, принимаем:

R_bt = 0,75 МПа, для тяжелого бетона В15;

С учетом коэффициента устойчивости работы бетона

R_bt = 0,75·1.1=0,825 МПа

h₀ - рабочая высота сечения фундамента на проверяемом участке;

h₀ = d_ф - a, м;

а - защитный слой бетона, принимаем:

а = 70 мм;

h₀ =1200 мм - 70 мм = 1130 мм = 1,13 м;

U_m - среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания;

U_m = 2 · (b_к + l_к + 2 · h₀), м;

b_к, l_к - стороны верхнего основания пирамиды продавливания;

U_m = 2 · (500 + 800 + 2 · 1130) = 7120 мм = 7,12м;

б · R_bt · h₀ · U_m = 1 · 825 кПа · 1,130 м · 7,12 м = 6637,62 кН;

F = 75,4 кН < б · R_bt · h₀ · U_m = 6637,2 кН, условие выполняется;

h₀ = 1130 мм < d_ф = 1200 мм,

то прочность фундамента на продавливание обеспечивается. [3]

Принимаем фундамент трехступенчатый:

Высота ступеней одинаковая - 400мм.

6. АРМИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА

Для определения сечения арматуры нижней ступени, вычислим изгибающий момент в каждой ступени. [3]

Изгибающий момент в сечении I - I:

М_I = 0,125 · Р_{гр ·} (l - l_к)² · b, кН · м;

M_I = 0,125 · 260,5 · (2,3 - 0,8)² ·1,84 = 135,7 кН · м.

Необходимая площадь сечения арматуры:

где R_S = 280МПа - расчетное сопротивление растяжению

стержневой арматуры класса А - II;

Изгибающий момент в сечении II - II:

М_II = 0,125 · Р_{гр ·} (l - l₁)² · b, кН · м;

l₁ - длина второй ступени фундамента, м;

-M_II = 0,125 · 260,5 · (2,3- 1,7)² · 1,84 = 21,6 кН · м.

Необходимая площадь сечения арматуры:



Изгибающий момент в сечении III - III:

М_III = 0,125 · Р_{гр ·} (l - l₂)² · b, кН · м;

l₂ - длина третей ступени фундамента, м;

-M_III = 0,125 · 260,5 · (2,3 - 1,1)² · 1,84 =86,4 кН · м.

Необходимая площадь сечения арматуры:

Выбор арматуры осуществляем по максимальному значению A_S;

В нашем случае максимальное значение: A_SIII = 10,4 см².

Выбираем арматуру класса А-II с диаметром стержней 14 мм и их числе n = 8, площадь сечения A_S = 12,31 см². Масса 1м стержня m = 0,208 кг.[3]

Фундаменты армируют по подошве стальными сетками из стержней периодического профиля. Диаметр стрежней должен быть не менее 10 мм, а шаг - не более 200 мм и не менее 100 мм.

Определим расстояние между стержнями арматуры

l_арм = l_п/(n-1)=2230/(8-1) =319 мм;

b_арм = b_п/(n-1)=1770/(8-1) =253 мм;

Количество стержней в поперечном направлении:

n_поп = l_п/200 = 2230/200 = 11,17 n_поп = 12;

Тогда фактическое расстояние между стержнями:

l_арм = l_п/(n_поп-1)= 2230/11= =203

Количество стержней в продольном направлении:

n_прод = b_п/200 =1770/200 = 8,85, n_проп = 9;

Тогда фактическое расстояние между стержнями:

b_арм = b_п/ (n_поп -1)=1770/8= =221 мм. [3]

7. РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА

7.1 Нормативная нагрузка с учетом веса фундамента и грунта на его уступах

N_ser=N/1,2

N_ser=1106,24/1,2=921,8 кН

7.2 Среднее давление под подошвой фундамента

Дополнительное вертикальное давление на основание

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

=г·d=18·1,35=24,3 кПа;

p₀=223,5-24,3=200 кПа.

Разбиваем сжимаемую толщу грунта на элементарные слои. Ширина подошвы фундамента b=1,84м, принимаем толщину элементарных слоев h=0,4·b=0,4·1,84=0,74 м.

Определяем ординаты эпюры дополнительных напряжений на границах элементарных слоев .

Коэффициент определяем в зависимости от отношения сторон фундамента:

Соответственно на глубинах от подошвы фундамента z=0; z=h; z=2h…z=6h, z=6h

Определяем ординаты эпюры напряжений от собственного веса грунта . Для удобства данные вычислений заносим в таблицу, при этом граница сжимаемой толщи принимается на глубине, где выполняется условие ( с учетом этого условия высота последнего элементарного слоя принята 0,2b=0,37 м)

z	2z/b	б	?гр	?zg	0,2?zg	E
0	0	1	223,47	24,3	4,86	15000
0,74	0,81	0,8	178,78	39,02	7,80	15000
1,47	1,63	0,45	100,34	53,74	10,75	15000
2,21	2,44	0,26	57,43	68,46	13,69	15000
2,94	3,26	0,16	35,76	83,18	16,64	15000
3,68	4,07	0,11	24,13	97,9	19,58	15000
4,42	4,89	0,08	17,21	112,62	22,52	15000
4,79	5,29	0,07	14,97	119,98	24,00	15000

9. Определяем осадку фундамента:



Осадка фундамента s=2,6 см < (предельная допустимая осадка по СНиП 2.02.01-83*) [3]

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия»/Госстрой России. - М: ГУП ЦПП.,2003 - 44 с.

2. Методические указания «Компоновка элементов одноэтажного промышленного здания»/Ф.Ш. Ахметов, Н.В. Абдуллин, С.К. Рафиков. - Уфа: УГНТУ, 2008г. - 38 с.

3. Методические указания «Расчет железобетонных фундаментов под колонны»/Н.В. Абдуллин, Ф.Ш. Ахметов, А.Г. Гайнанова. - Уфа: УГНТУ, 2009г. - 48 с.

4. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений/Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985. - 40 с.

Размещено на Allbest.ru