Вариантное проектирование фундамента промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на курсовое проектирование

по дисциплине «Основания и фундаменты»

Тема: «Вариантное проектирование фундамента промышленного здания»

Район строительства г. Москва

Схема здания 4б

Шаг колонн 12 м

Длина здания 120 м

Расчетная ось В

Абсолютная отметка земли 200,0 м

Сечение колонн 500х800 мм

Усилия от нормативных нагрузок в верхнем обрезе фундамента

М = 180 кН/М N = 1700 кН Q = 27 кН

Схема инженерно-геологических условий Б

Шифр грунтовых условий IV(6), III(5), I(3).

Физико-механические характеристики грунтов

Показатели	Слой 1 IV(6)	Слой 2 III(5)	Слой 3 I(3)
, км/м3	18,3	20,2	20,2
S, км/м3	27,2	26,7	26,5
cрых, км/м3	-	-	13,7
cпл, км/м3	-	-	18,5
W	0,20	0,20	0,16
WP	0,15	0,17	-
WL	0,24	0,22	-
с, МПа	0,014	0,006	-
, град	17	18	41
E, МПа	7,04	5,81	17,3
Kф* , м/сут	8,9	6,8	Кф=46,2
Грансостав, %	Более 5мм	-	-	25,4
	5…3	-	-	10,1
	3…2	-	-	9,3
	2…1	-	-	13,5
	1…0,5	-	-	10,8
	0,5…0,25	-	-	6,1
	0,25…0,1	-	-	5,6
	Менее 0,1мм	-	-	19,2

Введение

Фундаментостроение является составной частью капитального строительства. При проектировании и возведении фундаментов предполагается использование последних достижений науки и техники для совершенствования конструкций и технологий. Это позволяет повысить надежность фундаментов и снизить стоимость строительства в целом.

В курсовом проекте по дисциплине «Основания и фундаменты» необходимо разработать подземную часть промышленного здания на основе существующих методов расчета по предельным состояниям с учетом действующих нагрузок, инженерно-геологических и климатических условий площадки строительства. При этом следует рассматривать ряд вариантов конструкций фундаментов и подготовки оснований, провести их технико-экономическое сравнение. После сравнения выбирается тот вариант, где одновременно обеспечивается наиболее полное использование прочностных и деформационных свойства грунта основания, соответствие требованиям нормальной эксплуатации и наименьшая стоимость.

строительство геологический фундамент

1. Исходные данные

В соответствии с заданием необходимо запроектировать фундаменты по оси В двухпролётного промышленного здания длиной 120м. Пролёт l1=l2=18м, шаг колонн 12м, размеры сечения колонны hcxbc=0,8х0,5м. Нормативные значения вертикальной сосредоточенной силы, изгибающего момента, поперечной силы самого тяжёло нагруженного фундамента в основном сочетании соответственно N=1700 кН, М=180 кН/м, Q=27 кН. Район строительства - г. Москва, нормативная глубина сезонного промерзания грунта dfn=1,37м.

1.1 Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

Построение геологического разреза осуществлено на чертеже.

Образец грунта №1:

Для определения типа грунта вычисляется число пластичности:

Ip=Wl-Wp=0,24-0,15=0,09 что находится в соответствии с ГОСТ 25100-95 в пределах 0,07<0,09<0,17.

Следовательно, исследуемый грунт - суглинок.

Разновидность грунта определяется по показателю текучести:

IL= (1)

что находится в соответствии с ГОСТ 25100-95 в пределах 0,50<0,55<0,75.

Следовательно, исследуемый суглинок - мягкопластичный. Дополнительно вычисляется коэффициент пористости:

e = = (2)

В соответствии с табл. 3 прилож. 3 СНиП 2.02.01-83* при Il = 0,55 и е = 0,78 условное расчётное сопротивление R0 = 194 кПа.

Полное наименование исследуемого грунта: суглинок мягкопластичный (R0=194 кПа).

Образец грунта №2:

Для определения типа грунта вычисляется число пластичности:

Ip=Wl-Wp=0,22-0,17=0,05 - что находится в соответствии с ГОСТ 25100-95 в пределах 0,01<0,05<0,07.

Следовательно, исследуемый грунт - супесь.

Разновидность грунта определяется по показателю текучести:

IL=, (3)

что находится в соответствии с ГОСТ 25100-95 в пределах 0<0,6<1.

Следовательно, исследуемая супесь - пластичная. Дополнительно вычисляется коэффициент пористости:

e = = (4)

В соответствии с табл. 3 прилож. 3 СниП 2.02.01-83* при Il = 0,6 и е = 0,59 условное расчётное сопротивление R0 = 264 кПа.

Полное наименование исследуемого грунта: супесь пластичная (R0=264 кПа).

Образец грунта №3:

Тип песка определяется по гранулометрическому составу, приведённому в соответствующей строке исходных данных о свойствах грунтов.

В исследуемом грунте вес частиц крупнее 2 мм составляет:

9,3%+10,1%+25,4%=44,8%

Это больше 25%. Таким образом, данный песок - гравелистый.

Вид песка определяется по коэффициенту пористости:

e= = (5)

По таблице ГОСТ 25100-95 для песка гравелистого рассчитанное значение <0,55. Следовательно, исследуемый песок - плотный.

Разновидность песка определяется по степени влажности:

, (6)

что в соответствии с ГОСТ 25100-95 находится в интервале 0,8<0,82<1. Следовательно, песок - насыщенный водой.

В соответствии с табл. 2 прилож. 3 СниП 2.02.01-83* при e=0,52 условное расчётное сопротивление для песка гравелистого, плотного R0=600кПа.

Полное наименование исследуемого грунта: песок гравелистый, плотный, насыщенный водой (R0=600кПа).

1.2 Определение расчётных значений характеристик грунтов строительной площадки

Значения характеристик грунтов, приведённых в задании, являются нормативными, установленными путём статистической обработки результатов лабораторных исследований, выполненных с 12-кратной повторностью. Согласно СНиП 2.02.01-83* все расчёты оснований должны выполняться с использованием расчётных характеристик.

При расчёте оснований по II группе предельных состояний коэффициент надёжности (б=0,85) определяется следующим образом.

Для удельного веса грунта (гII) n-1=12-1=11

tб=1,09 (7)

Для показателей прочности грунта (сII, цII) n-2=12-2=10

tб=1,10 (8)

С учётом этого соответствующие значения нормативных и расчётных характеристик слоёв определяются следующим образом.

Образец грунта №1.

г=18,3 Кн/м3 с=14 кПа ц=17о

гII=18,3/1,026=17,8 Кн/м3 сII=14/1,096=12,77 кПа цII=17о/1,096=15,5о

Образец грунта №2.

г =20,2 Кн/м3 с=6 кПа ц=18о

гII=20,2/1,026=19,7 Кн/м3 сII=6/1,096=5,47 кПа цII=18о/1,096=16,4о

Образец грунта №3.

г =20,2 Кн/м3 с=0 кПа ц=41о

гII=20,2/1,026=19,7 Кн/м3 сII=0 кПа цII=41о/1,096=37,4о

1.3 Оценка геологического строения площадки

Грунты имеют слоистое напластование с согласным залеганием слоёв, близких к горизонтальным и выдержанных по мощности. В толще грунтов подземные воды не обнаружены.

Напластование грунтов по оси проектируемого фундамента(В). С поверхности залегает растительный слой мощностью 0,3 м. Абсолютная отметка кровли слоя - 200,0 м. Абсолютная отметка подошвы слоя - 199,7 м. Далее залегает слой суглинка мягкопластичного, мощностью 4,5 м. Абсолютная отметка кровли слоя - 199,7 м. Абсолютная отметка подошвы слоя - 195,2 м. Ниже залегает слой супеси пластичной, мощностью 1,7 м. Абсолютная отметка кровли слоя - 195,2 м. Абсолютная отметка подошвы слоя - 193,5 м. Далее залегает слой песка гравелистого, плотного, насыщенного водой. Абсолютная отметка кровли слоя - 193,5 м.

По предварительным данным слой суглинка мягкопластичного не может быть использован в качестве естественного основания фундамента мелкого заложения, выбираем фундамент мелкого заложения на искусственном основании.

2. Фундамент мелкого заложения на искусственном основании

2.1 Определение нагрузок на фундаменты

В задании на курсовое проектирование в учебных целях приводятся только основные сочетания нормативных нагрузок, действующих на фундамент в уровне обреза и соответствующих максимальным значениям нормальной силы. Расчётное значение нагрузки следует определять как произведение её нормативного значения на коэффициент надёжности по нагрузке гf, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию и принимаемый:

при расчёте на прочность и устойчивость в соответствии с пп. 2.2, 3.4, 3.7, 3.11, 4.8, 5.7, 6.11, 7.3, 8.7 СНиП 2.02.01-83*;

в расчётах по деформациям - равным единице, если в нормах проектирования конструкций и оснований не установлены другие значения.

Расчёт свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:

первой группы - по прочности материала свай и свайных ростверков; по несущей способности грунта основания свай; по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом (в курсовом проекте не рассматривается). Коэффициент надёжности по нагрузке приближённо принимается равным гf=1,1…1,2;

второй группы - по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов, по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов (не производится), гf=0.

Расчёт фундаментов мелкого заложения и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:

первой группы - несущей способности грунта основания фундаментов (в курсовом проектировании не производится), по прочности и раскрытию трещин тела фундамента;

второй группы - по деформациям (осадкам, прогибам), гf=1,0.

2.2 Замена слабых грунтов основания песчаной подушкой

Применение песчаных подушек позволяет: уменьшить давление на слабый грунт основания путем распределения нагрузки от сооружения на большую площадь. Кроме этого подушка препятствует выпиранию грунта из-под подошвы фундамента и уплотняет основание своим весом до возведения сооружения, благодаря чему уменьшается осадка.

В качестве материала песчаной подушки используется песок крупный средней плотности .

Песчаные подушки устраиваются следующим образом: слабые грунты основания выбираются на некоторую проектную глубину и заменяются песком крупным или средней крупности, укладываемым слоями толщиной 15-20 см. Каждый слой проливается водой для достижения оптимальной влажности и уплотняется.

2.3 Расчет фундамента на искусственном основании

В соответствии с геологическим разрезом, построенным в приложении 1, глубина заложения подошвы фундамента мелкого заложения, определяется по указаниям п. 2.25…2.33 [6] составляет d1=1,5м. При этом основанием фундамента является слой суглинка мягкопластичного с условным расчетным сопротивлением R0=194 кПа. В таких условиях целесообразно рассмотреть вариант устройства фундамента с заменой слабого грунта песчаной подушкой. В качестве материала песчаной подушки принимается песок крупный средней плотности с R0=250 кПа.

Глубина заложения подошвы фундамента в этом случае назначается, исходя из конструктивных требований, и принимается равной dk=d1=1,5 м. С учетом этого:

1) определяется требуемая площадь фундамента в плане, как центрально-нагруженного:

(9)

2) определяются размеры подошвы фундамента в плане, как имеющего квадратную форму:

(10)

3) вычисляется эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента:

Mx=MP+QPd1=1180+1271,5=220,5 кНм; (11)

N=NP+G=17001+12,82201,5=1935,2 кН; (12)

>0,033*b=0.09м (13)

Следовательно, принимается прямоугольная в плане подошва фундамента, для чего увеличивается ее размер в направлении действия изгибающего момента. Для этого вычисляется коэффициент увеличения:

(14)

Принимается монолитный столбчатый фундамент с размерами подошвы l=3,1м, b=2,8м.

4) вычисляется напряжение под подошвой фундамента:

А=2,8•3,1=8,68 м2

N=NP+G=17001+8,68201,5=1960,4 кН (15)

Mx=MP+QPd1=1180+1271,5=220,5 кНм (16)

(17)

рmах=275,7 кПа;

рmin=176,0 кПа.

Уточняется величина эксцентриситета равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра прямоугольной подошвы фундамента:

<

Определяется среднее значение под подошвой фундамента

(18)

При правильном, экономичном подборе размеров подошвы фундамента должны выполняться условия:

1) рмах?1,2R, т.е. максимальное давление под краями подошвы внецентренно нагруженного фундамента рмах, должно быть меньше или равно 1,2R;

275,7<1,2•250=300 кПа -- условие выполняется.

2) рmin>0. Минимальное давление должно быть больше 0, т.е. не должно быть отрыва части подошвы фундамента от грунта в результате появления растягивающих напряжений, когда рmin со знаком «минус», 176,0 кПа>0 - условие выполняется;

3) р0<R, т.е. среднее давление под подошвой фундамента должно быть меньше расчетного сопротивления грунта основания 225,9<250кПа -- условие выполняется;

4) Pmin/Pmax=176,0/275,7=0,63>0,25 -- условие выполняется.

Недонапряжения по максимальному краевому давлению составляет

Следовательно, размеры подошвы фундамента запроектированы достаточно экономично.

2.4 Расчет плитной части фундамента на продавливание

Производится расчет плитной части фундамента на продавливание исходя из условия

(19)

где bm=bh+h0b=0,8+0,1+0,095=0,995м (20)

Аf0=0,5b(l-lh-2hob)-0,25(b-bh-2hob)2=0,5•2,8•(3,1-0,8-2•0,095)-0,25•(3,1-0,8-2•0,995)2 =2,9 м2 (21)

Rbt=7500,9=675 кПа;

N=pmaxAf0=275,72,9=799,5 кН (22)

799,56750,9950,095=63,8 кН

Продавливания тела на фундамент не произойдет.

2.5 Проектирование песчаной подушки

Задаемся ориентировочной толщиной подушки hп=1,8 м.

Определяем природное давление грунта на уровне подошвы фундамента (точка 0):

 (23)

где гII 1, h1 - соответственно удельный вес и мощность растительного слоя,

гII 1=17,8Кн/мі, h1=0,3 м;

гII 2, h2 - соответственно удельный вес и мощность слоя, залегающего выше отметки подошвы фундамента

гII 2=19,7 Кн/мі, h2=1,5 м

уzg0=17,8•0,3+19,7•1,5=34,9 кПа

Вычисляется природное давление грунта на кровлю подстилающего песчаную подушку слоя, т.е. на 1,0 м ниже подошвы фундамента.

Уzg1=34,9+19,7•1,0=54,6кПа

уzp0=p0-уzg0=225,9-34,9=191 кПа

По таблице 1 приложение 2 [6] при о=2z/b=2•1,0/2,8=0,71 и з=l/b=3,1/2,8=1,1 значение коэффициента рассеивания б определяется двойной интерполяцией и составляет б=0,846. Тогда осадочное давление на кровлю подстилающего песчаную подушку слоя суглинка мягкопластичного равняется уzp1=б•уzp0=0,846•191=161,6 кПа.

Полное давление на кровлю подстилающего слоя от природного и осадочного давления составляет:

уz=уzp1+уzg1=161,6+54,6=216,2кПа (24)

В соответствии с п. 2.18 [2] определяется площадь подошвы условного фундамента как:

(25)

где N=Np+G=1700•1+3,1•2,8•1,5•19,7=1956,5 кН (26)

Размеры подошвы песчаной подушки в плане рассчитываются как:

(27)

где а=(l-b)/2=(3,1-2,8)/2=0,15 м.

Тогда

Расчетное сопротивление грунта основания, подстилающего песчаную подушку, определяется по формуле (7) [6]:

(28)

где гс1=1,4 , гс2=1, к=1 таблица 3 [6]

Мг=0,39, Мg=2,57, Мс=5,15 при цII=17? по таблице 4 [6]

гII=19,7 Кн/мі, сII=5,47 кПа, d1=1,5+1,0=2,5 м

R=1,4•(0,39•1•3,3•19,7+2,57•2,5•19,7+5,15•5,47)=259,7 кПа

Проверяется выполнение условия:

уz=216,2 кПа<R=259,7кПа

Условие выполняется, вычисляем недонапряжения:

Размеры песчаной подушки подобраны экономично и равны bп=3,3 м, lп=3,7 м (приложение 2).

2.6 Основные указания к конструированию

При известной высоте фундамента, размерах подошвы, определяются параметры его подколонной и плитной части с учётом следующих указаний:

При назначении размеров подколонной части учитывается, что толщина стенок неармированного стакана поверху принимается не менее 200мм, толщина армированного стакана назначается расчётом, но не менее 150 мм. Размеры стакана принимаются больше размера колонны в плане по низу на 100 мм, по верху - на 150мм. Толщина дна стакана назначается по расчёту, но не менее 200 мм.

Высота ступеней принимается по табл. 4.22, в зависимости от высоты плитной части фундамента (h=300 мм): h1=300 мм.

Максимальный вынос нижней ступени жёсткого фундамента l1=k•h1=2•300=600мм. (В курсовом проекте принимается k=2)

Рекомендуемый класс бетона для монолитных железобетонных фундаментов - В15, В20.

Размеры ступеней плитной части принимаются кратными 0,1м.

Замоноличивание колонны производится бетоном класса не ниже В15.

Армирование подошвы осуществляется сетками из арматуры периодического профиля классов A-II и A-III. Расстояние между осями рабочих стержней составляет 200мм диаметр их при длине свыше 3м - 12мм. Диаметр продольных стержней подколонника принимается не менее 12мм. Подколонники армируются продольными и поперечными стержнями, площадь сечения стержней определяется расчётом, который в курсовом проекте не производится.

Под монолитным фундаментом при любых грунтах предусматривается устройство сплошной бетонной подготовки толщиной 100мм из бетона класса не ниже В5.

3. Фундамент глубокого заложения

По конструктивным соображениям, условию производства работ принимается свайный фундамент с забивными железобетонными сваями и ростверком (возможны другие конструктивные решения свай и фундаментов глубокого заложения).

3.1 Определение основных размеров

По эпюре условных расчётных сопротивлений (эп. R0) выбирается несущий слой грунта с наибольшей величиной R0 (обычно пески - гравелистые, рунные, средней крупности, глины и суглинки - твердые и полутвердые, тугопластичные, супеси - твердые). Далее производится определение основных размеров свайных фундаментов в соответствии с указаниями и рекомендациями, изложенными в [2,5,7].

Пусть требуется определить основные размеры свайного фундамента с забивными железобетонными сваями и ростверком для инженерно-геологических условий площадки строительства, из эпюры следует, что опорным следует считать скалу со значением R0 = 20000 кПа.

Устанавливается глубина заложения подошвы ростверка из конструктивных требований без учёта сезонного промерзания грунтов, инженерно-геологических особенностей площадки строительства, положения УГВ. При этом в первом приближении высота ростверка назначается на 0,40,5м больше необходимой глубины заделки колонны в фундамент hf:

dk= hf+(0,40,5)м (29)

dк=1+0,5=1,5м

Размеры ростверка по высоте, как правило, принимаются кратными 0,1м. Принимаем высоту ростверка d1=dк=1,5м. Полученная величина глубины заложения dk =1,5м откладывается в масштабе на схеме от планировочной отметки и устанавливается абсолютная отметка низа ростверка, равная 198,2м.

Задаёмся заглублением сваи в опорный (несущий) слой грунта на 0,5м и устанавливаем по схеме ориентировочную расчётную длину сваи (hP), исчисляемую как расстояние от дна предполагаемого котлована до начала заострения. Таким образом, получим:

hp=h1+h2=2,6+0,1=2,7м (30)

Выбирается забивная свая квадратного поперечного сечения с ненапрягаемой стержневой арматурой марки С 30.20, размерами поперечного сечения 200200мм и длиной 3м. Назначается заделка верхних концов свай в ростверк. При действии вертикальных и незначительных горизонтальных нагрузок эта величина принимается, равной 30 см, (5см свая и 25см выпуски арматуры). При вертикальных и значительных горизонтальных - 50см (соответственно 10см и 40см). С учётом этого вновь определяется расчётная длина сваи.

В нашем случае: hр = hст - 0,3м = 3- 0,3 = 2,7м (31)

Значения расчётной длины сваи hр=2,7м откладывается на геологическом разрезе, промеряется её фактическое заглубление в опорные слои скалы hк= hр-h1-h2, hк=2,7-2,6 =0,1м, что находится в установленных пределах.

3.1.2 Определяется несущая способность сваи-стойки из условия прочности грунта для оси В

Fd = с • R • A (32)

с - коэффициент условий работы сваи в грунте, =1;

R - расчётное сопротивление грунта, R = 20 МПа=20000 кПа;

A - площадь поперечного сечения сваи (м2).

Fd = 1 • 20000 • 0,04 = 800 kН

Определяется расчётная нагрузка на сваю из условия прочности грунта:

P = Fd / k (33)

k - коэффициент надёжности, назначаемый в зависимости от способа определения несущей способности сваи и равный k=1,4.

P = 800/1,4 =571 кН

Определяется несущая способность сваи, работающей на сжатие, по условию прочности материала:

(34)

- коэффициент продольного изгиба (=1);

с - коэффициент условий работы, для свай сечением менее 20х20см с=0,85, для сваи большого сечения (с=1);

m - коэффициент условия работы бетона, для всех видов свай, кроме буронабивных (m=1);

Rb - расчётное сопротивление бетона осевому сжатию, принимаемое для свай из бетона класса В25 Rb=14500 кПа;

А - площадь поперечного сечения рабочей арматуры (м2).

м2

В расчёте окончательно принимается меньшая из полученных величин: Fdm=596,73 кН.

Так как P = 571кН ? F=596,73 кН.

Определяется ориентировочно количество свай в фундаменте:

 (35)

1,2 - коэффициент, увеличивающий число свай в фундаменте на 20%, вследствие действия изгибающего момента и поперечной силы;

NP - расчётное значение вертикальной нагрузки при коэффициенте надёжности по нагрузке f =1,1, NP=1,1•1700 = 1870 кН.

n =1870/571•1,2 = 3,92

Принимается n = 4.

Производится размещение свай, и определяются размеры ростверка.

Расстояние между осями свай принимается не менее 1.5d, где d - сторона сечения сваи. Расстояние от края ростверка до наружной грани сваи назначается не менее 200мм. Размеры ростверка в плане должны быть кратными 0,1м.

Таким образом, ростверк имеет размеры в плане - 1800х1800 мм.

Проверяется нагрузка на угловые сваи фундамента, как наиболее нагруженные по формуле:

(36)

x - расстояние от главной оси до оси угловой сваи (м), x=0,7м;

G - расчётная нагрузка от собственного веса ростверка и грунта на его ступенях (кН), ориентировочно определяемая при f = 1,1 как:

G = f • • d • A = 1,4 • 20• 1,5 • 1,82 = 136.1 кН (37)

М - расчётное значение изгибающего момента относительно главной оси подошвы ростверка (кН•м), при f = 1,1, определяемое как:

М = Мр + Qр • d = 180•1,1+ 27•1,1•1,5 = 243 кН•м (38)

xi2 - сумма квадратов расстояний от главной оси до оси каждой сваи фундамента (м2).

xi2 = 0,72•4 = 1.96м (39)

Nmax = ((1870+136.1)/4) + 243•0,7/1,96 = 588.3 кН

Nmin = ((1870+136.1)/4) - 243•0,7/1,96 = 414.7 кН

Проверятся выполнение условий:

Nmax < 1,2•F 588.3 < 1,2•571 = 685 кН

Nmin > 0 414.7 кН > 0

Недоиспользование составит:

.

Не следует допускать недоиспользование несущей способности сваи более чем на 15%, перегрузку сваи от постоянных и длительных нагрузок более чем на 5%, от кратковременных нагрузок более чем на 20%.

Производится размещение свай, и определяются размеры ростверка в плане, расстояние между осями свай принимается от 3d до 6d, где d - сторона сечения сваи. Оптимальным считается расстояние, равное 3d. Расстояние от края ростверка до наружной грани сваи назначается не менее 20 см. Размеры ростверка в плане должны быть кратными 0,1 м.

Проверяются напряжения в грунте в плоскости нижних концов свай. При этом, свайный фундамент условно принимается за массивный жесткий фундамент глубокого заложения, контур которого ограничен сверху - поверхностью планировки груза, снизу - плоскостью, проходящей через нижние концы сваи, с боков - вертикальными плоскостями отстоящими от наружных граней свай на расстоянии hptgII/4. Причем эта величина не должна превышать 2d в тех случаях, когда под нижним концом сваи залегают пылевато-глинистые грунты с показателем текучести (d - диаметр или сторона поперечного сечения сваи).

Для слоистой толщи определяется осредненное значение угла внутреннего трения в грунте

II=IIihi/hp (40)

где IIi, hi - соответственно расчетное значение угла внутреннего трения и толщина каждого i-того слоя грунта в пределах расчетной длины сваи, град., м.

Толщина слоя суглинка мягкопластичного h1=2,6 м, II1=170,

Тогда

=II/4=17; tg=0,0722.

Исходя из этого, размеры подошвы условного фундамента в плане определяются как

Площадь подошвы условного фундамента

(41)

Определяется давление под подошвой условного фундамента (в плоскости нижних концов свай) от действия расчетных нагрузок соответствующих II группе предельных состояний, т.е. при f=1 по формуле:

(42)

где Np=1700 кН;

G - расчетная нагрузка от собственного веса свай, ростверка, грунта, столба воды в пределах условного фундамента, определяемая приближено для данных грунтов условий как,

 (43)

С учетом этого

Определяют расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента (или в плоскости нижних концов сваи) по формуле, которая для свайного фундамента записывается в измененном виде, т.к. учитывается то, что глубина подвала db=0

(44)

где для скального грунта R=20000 кПа

Проверяется выполнение условия:

p<R, (45)

509 кПа<20000 кПа.

Условие выполняется.

3.2 Расчет железобетонного ростверка

Расчёт ростверка свайного фундамента производится на продавливание колонной, на продавливание угловой сваей, на поперечную силу в наклонных сечениях, на изгиб на местное сжатие под торцом сборной колонны, на прочность сжатой части, на раскрытие трещин.

В курсовом проекте производится только проверка ростверка на продавливание колонной по пирамиде, боковые стороны которой проходят от наружной грани колоны до внутренней грани сваи, наклонены к горизонтали не более угла, соответствующего пирамиде с с=0,4Н. Расчётная формула имеет вид:

(46)

N - расчётная, продавливающая сила, равная, при внецентренно нагруженном фундаменте, удвоенной сумме реакций всех свай, расположенных с одной наиболее нагруженной стороны от оси колонны за пределами нижнего основания пирамиды продавливания. Подсчитывается от усилий, действующих в плоскости верха фундамента (кН), с учётом коэффициента надёжности нагрузке при расчёте по I группе предельных состояний;

H0 - рабочая высота ростверка, принимаемая при сборной колонне от дна стакана до верха нижней рабочей арматуры сетки (м), Н0 = 0,4м;

hc, bc - длина и ширина сечения колонны, hc = 0,8м, bc = 0,5м;

с1, с2 - расстояние от соответствующих граней колонн до внутренних граней ближайших свай расположенных за пределами нижнего основания, пирамиды продавливания (м).

1, 2 - безразмерные коэффициенты, равные i = H0/ci и принимаемые от 2,5 до 1.

1=0,4/0,2=2,0 2=0,4/0,35 =1,14

Rbt - расчётное сопротивление бетона осевому растяжению (кПа), принимаемое с учётом коэффициента условий работы в2=1,1, для заданного в проекте класса бетона В15 Rbt = 7501,1 = 825 кПа.

Реакция одной сваи фундамента может быть определена:

P = (Np+G1)/n = (1,1•1700+136,1•1,1)/4 = 459 кН (47)

За пределами нижнего основания пирамиды продавливания, в данном случае, находится 4 сваи, поэтому расчётная продавливающая сила:

N = P•n•2 = 459•2•2 = =1836 кН.

В правой части условия имеем:

2•825•0,4•(2,5•(0,5+0,35)+1,14•(0,8+0,2))= = 1874,4 кН.

1836 кН < 1874,4 кН

Условие выполняется, следовательно, продавливание тела ростверка колонной не произойдет.

4. Технико-экономическое сравнение вариантов

В качестве критерия при оценке и выборе основного варианта фундаментов принимаются наименьшие приведённые затраты. Показатель полных приведённых затрат определяется в общем случае с учётом себестоимости возведения фундаментов, капитальных вложений в материально техническую базу строительства, эксплуатационных затрат, фактора дефицитности материальных ресурсов и экономичного эффекта, который может быть получен в случае сокращения продолжительности строительства.

При отсутствии информации о продолжительности и трудоёмкости устройства фундаментов по сравниваемым вариантам и других данных, необходимых для определения показателей приведённых затрат, на ранних стадиях проектирования могут быть использованы показатели сметной стоимости.

В курсовом проектировании расчёт сметной стоимости производится по укрупнённым показателям условно для одного отдельного фундамента каждого из вариантов в табличной форме.

4.1 Сметная стоимость возведения фундамента на песчаной подушке

1.Объем земляных работ при разработке котлована:

(48)

где h - глубина котлована, м.

2. Объём материала подушки:

3. Расход монолитного бетона марки В20:

V3=3,1•2,8•0,3+1,1•0,8•1,2-0,8•0,5•1,0=3,26 мі

4. Расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм;

V4=3,3•2,0•0,1=6,6 мі

4.2 Сметная стоимость устройства свайного фундамента

Объём земляных работ при разработке котлована:

V1 = 1,8•((1,8+0,2+1,0) • (1,8+0,2+1,0)+(2,1+2,0) • (2,1+2,0)+)/3 = 29,8м3

Расход монолитного бетона при устройстве ростверка:

V2=1,8•1,8•0,7+1,4•1,1•0,8-0,8•0,5•1,0=3,1 м3

Объём сборного железобетона сваи:

V3=0,2•0,2•3•4=0,5м3.

Расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм:

V4=2,0•2,0•0,1=0,4м3.

Расчет сметной стоимости различных вариантов фундамента

Виды работ	Ед. изм.	Ст-ть единицы измерения	Фундамент на песчаной подушке	Свайный фундамент
			Объём, м3	Ст-ть, руб.	Объём, м3	Ст-ть, руб.
Разработка грунтов под фундамент	м3	2,5р.	64,3	160,8р.	29,8	74,5р.
Устройство бетонной подготовки д=100 мм	м3	23,7р.	6,6	156,4р.	0,4	9,5р.
Устройство монолитных фундаментов и ростверков	м3	29,6р.	3,3	97,7р.	3,1	91,8р.
Погружение ж/б свай	м3	85,2р.	-	-	0,5	42,6р.
Устройство песчаной подушки	м3	6,5р.	20,2	131,3р.	-	-
Итого	-	546,2р	-	218,4р

Как видно из таблицы, целесообразно использовать свайный фундамент.

4.3 Ось А

Задаёмся заглублением сваи в опорный (несущий) слой грунта на 0,3м в слой скального грунта и устанавливаем по схеме ориентировочную расчётную длину сваи (hP), исчисляемую как расстояние от дна предполагаемого котлована до начала заострения. Таким образом, получим:

hp=h1+h2+h3=3,3+1,7+3,7=8,7м (49)

Выбирается забивная свая квадратного поперечного сечения с ненапрягаемой стержневой арматурой марки С 90.30, размерами поперечного сечения 300300мм и длиной 9м. Назначается заделка верхних концов свай в ростверк. При действии вертикальных и незначительных горизонтальных нагрузок эта величина принимается, равной 30 см, (5см свая и 25см выпуски арматуры). При вертикальных и значительных горизонтальных - 50см (соответственно 10см и 40см). С учётом этого вновь определяется расчётная длина сваи.

В нашем случае:

hр = hст - 0,3м = 9- 0,3 = 8,7м (50)

Значения расчётной длины сваи hр=8,7м откладывается на геологическом разрезе, промеряется её фактическое заглубление в опорные слои скалы hк = hр-h1-h2, hк = 8,7-3,0-1,7-3,7=0,3м, что находится в установленных пределах.

Определяется несущая способность сваи-стойки из условия прочности грунта:

Fd = с • R • A (51)

с - коэффициент условий работы сваи в грунте, =1;

R - расчётное сопротивление грунта, R = 20 МПа=20000 кПа;

A - площадь поперечного сечения сваи (м2).

Fd = 1 • 20000 • 0,09 = 1800 kН

Определяется расчётная нагрузка на сваю из условия прочности грунта:

P = Fd / k (52)

k - коэффициент надёжности, назначаемый в зависимости от способа определения несущей способности сваи и равный k=1,4.

P = 1800/1,4 =1285 кН

Определяется несущая способность сваи, работающей на сжатие, по условию прочности материала:

(53)

- коэффициент продольного изгиба (=1);

с - коэффициент условий работы, для свай сечением менее 30х30см с=0,85, для сваи большого сечения (с=1);

m - коэффициент условия работы бетона, для всех видов свай, кроме буронабивных (m=1);

Rb - расчётное сопротивление бетона осевому сжатию, принимаемое для свай из бетона класса В25 Rb=14500 кПа;

А - площадь поперечного сечения рабочей арматуры (м2).

м2

В расчёте окончательно принимается меньшая из полученных величин: Fdm=1216,8 кН.

(Так как P = 1285кН > F=1216,8 кН)

Определяется ориентировочно количество свай в фундаменте:

(54)

1,2 - коэффициент, увеличивающий число свай в фундаменте на 20%, вследствие действия изгибающего момента и поперечной силы;

NP - расчётное значение вертикальной нагрузки при коэффициенте надёжности по нагрузке f =1,1, NP=1,1•1700 = 1870 кН.

n =1870/1216.8•1,2 = 1.8

Принимается n = 4.

Производится размещение свай, и определяются размеры ростверка.

Расстояние между осями свай принимается не менее 3d, где d - сторона сечения сваи. Расстояние от края ростверка до наружной грани сваи назначается не менее 200мм. Размеры ростверка в плане должны быть кратными 0,1м.

Таким образом, ростверк имеет размеры в плане - 1500х1500 мм.

4.4 Ось Б

Задаёмся заглублением сваи в опорный (несущий) слой грунта на 0,5м в слой скального грунта и устанавливаем по схеме ориентировочную расчётную длину сваи (hP), исчисляемую как расстояние от дна предполагаемого котлована до начала заострения. Таким образом, получим:

hp=h1+h2=3,0+1,7+0,5=5,2м (55)

Выбирается забивная свая квадратного поперечного сечения с ненапрягаемой стержневой арматурой марки С 55.30, размерами поперечного сечения 300300мм и длиной 5,5м. Назначается заделка верхних концов свай в ростверк. При действии вертикальных и незначительных горизонтальных нагрузок эта величина принимается, равной 30 см, (5см свая и 25см выпуски арматуры). При вертикальных и значительных горизонтальных - 50см (соответственно 10см и 40см). С учётом этого вновь определяется расчётная длина сваи.

В нашем случае:

hр = hст - 0,3м = 5,5- 0,3 = 5,2м (56)

Значения расчётной длины сваи hр=5,2м откладывается на геологическом разрезе, промеряется её фактическое заглубление в опорные слои скального грунта hк= hр-h1-h2, hк=5,2-1,7-3,0=0,5м, что находится в установленных пределах.

Определяется несущая способность сваи-стойки из условия прочности грунта:

Fd = с • R • A (57)

с - коэффициент условий работы сваи в грунте, =1;

R - расчётное сопротивление грунта, R = 20 МПа=20000 кПа;

A - площадь поперечного сечения сваи (м2).

Fd = 1 • 20000 • 0,09 = 1800 kН

Определяется расчётная нагрузка на сваю из условия прочности грунта:

P = Fd / k (58)

k - коэффициент надёжности, назначаемый в зависимости от способа определения несущей способности сваи и равный k=1,4.

P = 1800/1,4 =1285 кН

Определяется несущая способность сваи, работающей на сжатие, по условию прочности материала:

 (59)

- коэффициент продольного изгиба (=1);

с - коэффициент условий работы, для свай сечением менее 30х30см с=0,85, для сваи большого сечения (с=1);

m - коэффициент условия работы бетона, для всех видов свай, кроме буронабивных (m=1);

Rb - расчётное сопротивление бетона осевому сжатию, принимаемое для свай из бетона класса В25 Rb=14500 кПа;

А - площадь поперечного сечения рабочей арматуры (м2).

м2

В расчёте окончательно принимается меньшая из полученных величин: Fdm=1216,8 кН.

Так как P = 1285кН >F=1216,8 кН.

Определяется ориентировочно количество свай в фундаменте:

(60)

1,2 - коэффициент, увеличивающий число свай в фундаменте на 20%, вследствие действия изгибающего момента и поперечной силы;

NP - расчётное значение вертикальной нагрузки при коэффициенте надёжности по нагрузке f =1,1, NP=1,1•3305 = 3636 кН.

n =3636/1216.8•1,2 = 3.6

Принимается n = 4.

Производится размещение свай, и определяются размеры ростверка.

Расстояние между осями свай принимается не менее 3d, где d - сторона сечения сваи. Расстояние от края ростверка до наружной грани сваи назначается не менее 200мм. Размеры ростверка в плане должны быть кратными 0,1м.

Таким образом, ростверк имеет размеры в плане -1500х1500 мм.

5. Расчет оснований по деформациям (II предельное состояние)

Для свай-стоек расчет оснований по деформациям не производится.

6. Выбор сваебойного оборудования

В проекте свайных фундаментов производится выбор сваебойного оборудования.

Тип молота выбирается исходя из минимальной энергии удара, необходимой для забивки сваи, которая определяется:

Э = 0,045•Р (61)

Р - расчётная нагрузка на сваю, Р=571 кН.

Э=0,045•571=25,7 кДж

Принятый паровоздушный молот СССМ-570 с расчётной паспортной энергией удара Эр=27кДж должен удовлетворять условию:

(62)

QП - полная масса молота, по табл. QП =27кН;

q - масса сваи и наголовника, q=0,2•0,2•25•4+0,1=5 кН;

Значение коэффициента K, подбираем по таблице применимости молотов: K=5.

Условие выполняется, окончательно для забивки свай принимается паровоздушный молот СССМ-570.

7. Определение “отказа” сваи

Расчетный отказ свай вычисляют по формуле

, (63)

где =1500км/м2, для железобетонных свай;

Fd - несущая способность сваи;

А - площадь ограниченная наружным контуром сплошного или полного поперечного сечения ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия у сваи острия), м2;

Ed - расчетная энергия удара молота, кДж;

m1 - масса молота, т;

m2 - масса сваи и наголовника, т;

m3 - масса подбабка, т;

- коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке железобетонных свай и свай-оболочек молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем 2=0,2;

Из чего следует, что Sa=0,0021 м>0,002 м

Условие выполняется, следовательно сваебойное оборудование подобрано верно.

Библиографический список

1. М.А.Берсенёва, Н.И.Орлова «Проектирование фундаментов промышленного здания», учебное пособие, Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007

2. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - М.: Стройиздат 1985

3. ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация»

4. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. - М.: Стройиздат, 1985.

5. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. - М.:ФГУП ЦПП, 2005

6. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. - М.: ГУП «НИИЖБ»: ФГУП ЦПП, 2004

7. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1986.

8. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования - М.: Стойиздат, 1987.

Фундамент глубокого заложения

Фундамент мелкого заложения

Размещено на Allbest.ru