Фундамент водонапорной башни

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Инженерно-геологическая оценка грунтов площадки строительства

2. Проектирование фундамента водонапорной башни

2.1 Установление величины нормативных и расчетных нагрузок

2.1.1 Нормативная нагрузка

2.1.2 Расчетная нагрузка

2.1.3 Суммарные нагрузки

2.1.4 Нормативный изгибающий момент

2.1.5 Эксцентриситет суммарной вертикальной нагрузки

2.2 Определение глубины заложения фундамента

2.3 Выбор типа и определение размеров фундамента

2.3.1 Расчет размеров ширины подошвы фундамента на естественном основании

2.4 Расчет оснований по предельным состояниям

2.4.1 Оценка прочности несущего слоя основания

2.4.2 Проверка прочности слабого подстилающего слоя

2.4.3 Расчет осадки фундамента



Введение

фундамент водонапорная башня

"Механика грунтов, основания и фундаменты" - это строительная дисциплина, целью которой является изучение вопросов проектирования, устройства фундаментов и их оснований для различных сооружений, возводимых в разнообразных геологических условиях.

От правильно выбранного основания и конструкции фундамента, во многом зависит нормальная эксплуатация зданий и сооружений.

Проектирование оснований фундаментов заключается в выборе основания, типа, конструкции и основных размеров фундамента, в совместном расчете основания и фундамента как одной из частей сооружения.

Основные размеры и конструкция фундамента назначаются в зависимости от геологических условий строительной площадки, сжимаемости слагающих ее грунтов, а также от давлений, которые грунты могут воспринять.

Одним из ответственных звеньев учебного процесса является курсовое проектирование, которое способствует углублению и закреплению теоретических знаний, полученных студентом во время изучения курса «Механика грунтов, основания и фундаменты», умелому применению этих знаний в решении инженерных задач.

Вопросы проектирования оснований и фундаментов усложняются тем, что выбор рационального типа фундаментов представляет собой комплексную задачу, связанную в первую очередь с учетом инженерно-геологических условий залегания грунтов под строящимся зданием (сооружением), а также с назначением и конструкцией всего здания в целом.

Правильная оценка разнообразных инженерно-геологических условий, с учетом свойств грунтов, определенных при выполнении курсового проекта, может иметь решающее значение не только при выборе экономически более выгодного типа фундамента, но и окажет влияние и на выбор методов его возведения, и на сроки строительства всего здания (сооружения).



1. Инженерно-геологическая оценка грунтов площадки строительства

Инженерно-геологические условия площадки строительства изучаются для получения сведений о свойствах грунтов.

Вариант	Наименование грунтов напластований	Мощность пласта, м	Влажность,%	Плотность ,	Плотность частиц грунта ,	Угол внутр. трения , град.	Удельное сцепление , кПа	Модуль деформации , кПа	УГВ, м	Район строительства
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
В	Песок мелкий Глинистый Песок крупный Глинистый	1,7 3,4 6,5 11,5	24 29,5 22 22,5	25,5 15,5	31,5 28,2	19,0 17,5 19,5 18,5	26,3 27,1 27,8 26,5	32 15 40 19	12 57 11 71	2400 1400 4000 1000	5,1	Кустанай

Физические характеристики, определяемые расчетом

Удельный вес сухого грунта,

, кн/м3.

1) кн/м3

2) кн/м3

3) кн/м3

4) кн/м3

Коэффициент пористости,

.

1)



2)

3)

4)

Пористость,

.

1)

2)

3)

4) %

Удельный вес грунта взвешенного в воде,

, кн/м3 .

1) кн/м3

2) кн/м3

3) кн/м3

4) кн/м3

Число пластичности,

, %.

2) , 4)



Показатель текучести,

.

2) 0,67

4)

Степень влажности,

,

1)

2)

3)

4)

Классификация грунтов

1) По влагосодержанию грунт насыщен водой (;

По плотности сложения песок средней плотности ();

Условное расчетное сопротивление кПа

2) Глинистый грунт представляет собой супесь ();

По консистенции супесь пластичная (=0,67);

Условное расчетное сопротивление кПа (=0,67)

3) По влагосодержанию грунт насыщен водой (;

По плотности сложения песок рыхлый ();

Условное расчетное сопротивление кПа

4) Глинистый грунт представляет собой суглинок );

По влагосодержанию грунт влажный ();

По консистенции суглинок мягкопластичный (=0,55);

Условное расчетное сопротивление кПа (=0,55)



2. Проектирование фундамента водонапорной башни

Расчет оснований и фундаментов производится по расчетным нагрузкам, которые определяются как произведение нормативных нагрузок на соответствующие коэффициенты. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений ведется в основном по II группе предельных состояний по деформациям.

2.1 Установление величины нормативных и расчетных нагрузок

2.1.1 Нормативная нагрузка

Определяется от веса водонапорной башни, от снеговой и ветровой нагрузок:

Вариант	Высота ствола башни, м	Внешн. диаметр ствола башни, м	Высота резервуара, м	Внешн. диаметр резервуара, м	Толщина стен ствола башни, м	Толщина стенок и днища резервуара, м	Высота крыши, м
Д	19	8,2	10	9,2	0,38	0,15	1,0

а) Нагрузка от веса водонапорной башни определяется по формуле:

,

где - вес ствола, кН;

- удельный вес материала ствола башни (18 кН/ м3);

- объем стен ствола башни;

м3



м3

м3

кН

- вес резервуара. кН;

- удельный вес материала резервуара (18 кН/ м3);

- объем стен резервуара;

м3

м3

м3

кН

- вес воды в резервуаре, кН;

- удельный вес воды;

- объем воды в резервуаре;

м3

- вес прочих элементов сооружения, кН.



б) Снеговая нагрузка определяется по формуле:

где - нормативная снеговая нагрузка на 1 площади горизонтальной проекции крыши ()

- площадь горизонтальной проекции крыши, .

кН

в) Ветровая нагрузка рассчитывается для каждой высотной зоны наземной части водонапорной башни по формуле:

где - нормативный ветровой напор на 1 площади вертикальной проекции соответствующей высотной зоны башни, ;

- площадь вертикальной проекции соответствующей высотной зоны башни, .

Нормативный ветровой напор определяется для каждой высотной зоны по формуле:

где - нормативный скоростной напор ветра по высотным зонам (для района III: до 10 м - 0,045; до 20 м - 0,056; до 40 м - 0,07);

- аэродинамический коэффициент.

Для ствола и резервуара башни (как для цилиндра) величина аэродинамического коэффициента . Для крыши аэродинамический коэффициент определяется в зависимости от угла ската по интерполяции между значениями:

,

.

Для высотных сооружений, каким является проектируемая водонапорная башня, первая надземная ветровая зона принимается равной 10 м, вышележащие зоны не более 10 м каждая.(Рис.1)

Зона I.

кН

Зона II.

кН

Зона III.

кН

Зона IV.

кН

Зона V.

кПа

2.1.2 Расчетная нагрузка.

Определяется как произведение нормативной нагрузки на соответствующий коэффициент перегрузки.



2.1.3 Суммарные нагрузки

а) вертикальная, нормативная и расчетная:

б) горизонтальная, нормативная и расчетная:

кН

кН

2.1.4 Нормативный изгибающий момент

Величина изгибающего момента определяется в сечении сопряжения ствола башни с фундаментом от действия ветровой нагрузки:

кН

2.1.5 Эксцентриситет суммарной вертикальной нагрузки



2.2 Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента на естественном основании должна приниматься исходя из следующих основных моментов:

Конструктивных особенностей проектируемого сооружения. Необходимо рассмотреть наличие в сооружении подвального помещения, приямков, сточных каналов и т.д. Глубину заложения фундамента в этом разделе определяют по формуле

где - глубина подвала, приямка и т.д., м.

Инженерно-геологических условий площадки строительства: залегание на определенной глубине грунта, обладающего достаточной несущей способностью, наличие слабых подстилающих слоев, характер напластовывания. Кроме этого, необходимо учесть, в каком состоянии находится грунт и каково его расчетное сопротивление. Для предварительной оценки можно считать, что грунт обладает удовлетворительной несущей способностью и пригоден в качестве естественного основания, если расчетное сопротивление его превышает 200 кПа. Нельзя использовать в качестве естественного основания для фундаментов мелкого заложения глинистые грунты, находящиеся в текучем состоянии, и рыхлые пески.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение допускается определять по формуле



,

где - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемые по СНиП по строительной климатологии и; - величина, принимаемая равной, м, для:

- суглинков и глин - 0,23;

- супесей, песков и пылеватых - 0,28;

- песков гравелистых крупных и средней крупности - 0,30;

- крупнообломочных грунтов - 0,34.

4. Расчетная глубина сезонного промерзания грунта , м, определяется по формуле

,

где - нормативная глубина промерзания;

- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, ()



2.3 Выбор типа и определение размеров фундамента

В зависимости от инженерно-геологических условий площадки строительства и действующих нагрузок фундамент водонапорной башни может быть кольцевым или сплошным в виде круглой плиты.

В первом приближении рекомендуется принимать фундамент кольцевым или симметричным относительно стен ствола башни.

Такой кольцевой фундамент можно принять за условный ленточный, ширина которого равна ширине кольца фундамента, а длина длине дуги окружности диаметром, равным среднему диаметру кольца фундамента. Площадь подошвы такого фундамента равна

где - ширина подошвы фундамента;

- длина условного ленточного фундамента

м2

Окончательно тип фундамента устанавливается после того, как будет определена ширина подошвы фундамента.

2.3.1 Расчет размеров ширины подошвы фундамента на естественном основании

Исходные данные

Нагрузки на фундамент

, , .



Предварительная расчетная схема фундамента (с учетом принятой величины глубины заложения фундамента ).

Расчет условной ширины подошвы фундамента

Предварительно ширину ленточного фундамента , м при известном расчетном сопротивлении грунта основания R, кПа определяют только при действии центральной нагрузки. Расчет ведут методом последовательных приближений. В первом цикле в качестве исходного значения R принимают условное расчетное сопротивление R0.

Условную ширину подошвы ленточного фундамента рассчитываем по формуле

где - усредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его ступенях, равное 20 кН/м3;

- условное расчетное сопротивление грунта, расположенного непосредственно под подошвой фундамента;

- глубина заложения фундамента.

1-ый цикл

Полученное значение подставляют в формулу определения расчетного сопротивления грунта основания (индекс «1» в данном случае обозначает номер цикла)

где и - коэффициенты условий работы ( , ).

Для определения коэффициентов потребуется вычислить отношение длины здания к высоте - .

- коэффициент, принимаемый , если прочностные характеристики грунта (с и ) определены непосредственными испытаниями, и , если указанные характеристики приняты по таблицам. Коэффициент в курсовом проекте принять равным 1,1.

, , - коэффициенты определяем в зависимости от величины угла внутреннего трения слоя грунта, расположенного непосредственно под подошвой фундамента.

, ,

- коэффициент, принимаемый:

при < 10 м, при > 10 м

(здесь - ширина подошвы фундамента, м; =8 м);



- расчетное значение средневзвешенного удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3;

кН/м3

- то же, залегающих выше подошвы;

кН/м3

- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений

- глубина подвала. Исходя из конструктивных особенностей водонапорной башни (отсутствие подвала).

- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа.



2-ый цикл

Делаем проверку

,

следовательно, необходим следующий этап приближений;

3-ий цикл -

Делаем проверку

Следовательно, требуемая ширина подошвы b=1,54 м. Далее по ГОСТ 13580-85 принимаем ближайшую по размеру фундаментную плиту - ФЛ 16-12. (b=1,6 м; l=1,18 м; c=0,3 м; h=0,3 м; расчетный изгибающий момент на плиту: основную - 44 кН/м; усиленную - 63 кН/м; масса плиты - 1260 кг)



2.4 Расчет оснований по предельным состояниям

Целью расчета оснований по предельным состояниям является уточнение предварительно принятых размеров фундаментов такими пределами, при которых гарантируются прочность, устойчивость и трещиностойкость конструкции, включая общую устойчивость сооружений, а также нормальная эксплуатация надземных конструкций при любых возможных нагрузках и воздействиях.

2.4.1 Оценка прочности несущего слоя основания

В расчетах по второму предельному состоянию действующий СНиП ограничивает среднее давление под подошвой фундамента величиной :

где - вес фундамента;

- вес грунта на консольные свесы фундаментной плиты

где - объем фундамента; - удельный вес ж/бетона.

Расчетное сопротивление грунта основания определяем по формуле:



- условие выполняется, следовательно марка фундамента подобрана верно.

2.4.2 Проверка прочности слабого подстилающего слоя

При наличии в пределах сжимаемой толщи основания слабого грунта необходимо проверить его прочность. Сжимаемая толща - это толща грунта, находящаяся ниже подошвы фундамента, в пределах которой учитывают сжатие грунтов основания (т.е. рассчитывается осадка). Согласно СНиП ее рекомендуют принимать до глубины, где дополнительное давление составляет 0,2 величины природного давления . Дополнительное давление на уровне подошвы фундамента равно разности среднего давления, действующего по подошве фундамента, и природного давления (от собственного веса грунта) на уровне заложения подошвы фундамента:

При проверке прочности слабого подстилающего слоя следует, проверить соблюдение следующего условия по оси фундамента:

где - дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине от подошвы фундамента;

- вертикальное напряжение от собственного веса грунта, на глубине от подошвы фундамента и на уровне подошвы;

- расчетное сопротивление грунта на глубине ;

- дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента;

- среднее давление под подошвой фундаменте;

- глубина заложения подошвы фундамента;

- расстояние от подошвы фундамента до кровли подстилающего слоя.

Расчетное сопротивление грунта вычислено в предположении, что на слабый грунт опирается передающий равномерно распределенное давление условный фундамент с глубиной заложения и условной площадью

(где - суммарная вертикальная нагрузка на основание фундамента). Форма подошвы условного фундамента принимается одинаковой с проектируемым фундаментом. Длина и ширина прямоугольной площадки подошвы условного фундамента находятся в предположении, что они на одинаковую величину «2С» больше размеров проектируемого фундамента. Тогда ширина условного фундамента будет

Второй слой - глинистый (), под ним на глубине 6,5 м залегает песок крупный (). Глубина заложения фундамента = 2,1 м. Площадь фундамента . Суммарная вертикальная нагрузка, действующая по подошве фундамента, = 514,7 кН. При проверке прочности слабого подстилающего слоя должно удовлетворяться условие



Проверяем прочность подстилающего слоя, залегающего на глубине

=2,1+3,0=5,1 м,

т.е. на 3,0 м ниже подошвы фундамента.

Определяем природное давление на глубине заложения фундамента:

.

Природное давление на кровле подстилающего слоя

Определяем среднее давление под подошвой фундамента

Дополнительное давление под подошвой фундамента

Расстояние от подошвы фундамента до подстилающего слоя . Для ленточного фундамента при

(где - длина фундамента, - ширина фундамента) и



значение коэффициента

Тогда дополнительное давление на кровлю подстилающего слоя

Полное давление на кровлю подстилающего слоя от природного и дополнительного

Определяем площадь подошвы условного фундамента и его ширину:

Для ленточного фундамента

Определяем расчетное сопротивление "слабого" грунта () на отметке кровли подстилающего слоя (суглинок тугопластичный) для условного фундамента шириной =2,27 м и глубиной заложения = 5,1 м при = 15°; 57кПа.



Из условия прочности грунт под подошвой фундамента и проверки прочности слабого слоя оставляем принятые размеры подошвы ленточного фундамента: ФЛ 16-12.

2.4.3 Расчет осадки фундамента

Расчет осадки фундамента проводим в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 методом послойного суммирования.

Результаты расчета представляются в табличной форме.

Толщина элементарного слоя

.

- расстояние от подошвы фундамента до нижней границы каждого элементарного слоя грунта, м.

.

- дополнительное давление по подошве каждого элементарного слоя

дополнительное давление непосредственно под подошвой фундамента



где - величина среднего давления под подошвой фундамента, принимаемая по формуле

кПа

- напряжение от собственного веса грунта под подошвой фундамента

Коэффициент определяем согласно данным по таблице.

Напряжение от собственного веса грунта для каждого элементарного слоя

Нижний предел, до которого выполняется расчёт, называется нижней границей сжимаемой толщи.

Нижняя граница сжимаемой толщи может быть определена любым из двух способов: первым - аналитическим, т.е. при приблизительном выполнении равенстве

при Е5 МПа или , при Е5 МПа;



а вторым - графическим, где пересекутся эпюры дополнительного давления и уменьшенная в пять или десять раз соответственно, плюс зеркально перенесённая вправо эпюра природного давления.

Среднее значение напряжения для каждого элементарного слоя

Осадка элементарного слоя

где = 0,8; - модуль деформации грунта рассматриваемого элементарного слоя.

Общая осадка основания, равная осадке фундамента

где - количество элементарных слоев грунта задействованных в расчёте осадки фундамента.

При расчете осадки фундамента следует выполнять проверки по абсолютным и относительным деформациям.

Проверка по абсолютным деформациям состоит в выполнении условия

где и - максимальные величины осадки фундамента - расчётная и предельная допустимая, определяемая в зависимости от типа и конструктивных особенностей здания.

Размещено на Allbest.ru