Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт архитектуры строительства и дизайна

Кафедра автомобильных дорог

Расчёт оснований и фундаментов зданий и сооружений

Выполнил

студент группы СУЗ-17-1

Иванушкина О.С.

Проверил доцент кафедры

автомобильных дорог

Шелегов В.Г.

Иркутск 2020



Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАДАНИЕна контрольную работу

По курсу: «Основания и фундаменты сооружений»

Студенту: Иванушкиной О.С. гр. СУЗ-17-1

Тема работы: «Расчёт оснований и фундаментов зданий и сооружений»

Исходные данные:

1. Вариант: 006.

2. Жилое здание.

3. Этажность здания: 3.

4. Место строительства: г. Гурьев.

5. Абсолютная отметка поверхности природного рельефа, м: 125,2

6. УПВ, м: 204

7. Глубина промерзания грунта, м: 1,2.

8. Вариант нагружения фундамента: N = 450кН; M = 45кНм.

9. Слагающие слои грунта:

- слой №1 - Песок мелкий аллювиальный, плотный, водонасыщенный;

- слой №2 - Торф водонасыщенный;

- слой №3 - Суглинок полутвердый.

10. План здания (рис.1):



Рисунок 1 - План жилого трёхэтажного здания

11. Разрез 1-1 (рис.2):

Рисунок 2 - Разрез здания (разрез 1-1)



12. Разрез 2-2 (рис.3):

Рисунок 3 - Разрез здания (разрез 2-2)

Рекомендуемая литература:

1. Основания и фундаменты / А.Б. Пономарев, А.В. Захаров, Д.Г. Золотозубов, С.В. Калошина : учеб.-метод. пособие - Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. - 318 с.

Дата выдачи задания «3» февраля2020г.

Задание на контрольнуюработу получил: _________ О.С.Иванушкина

Дата представления работы руководителю «» март 2020г.

Руководитель контрольной работы _____________ Шелегов В.Г.

основание фундамент сооружение



Введение

Цели выполнения контрольной работы - систематизация и углубление знаний студентов, полученных при изучении курса по дисциплинам «Инженерная геология», «Механика грунтов», «Основания и фундаменты».

При выполнении работы необходимо оценить и проанализировать инженерно-геологические условия площадки строительства, наметить технически целесообразные варианты фундаментов применительно к заданным грунтовым условиям, овладеть методиками расчета фундаментов различных типов.

В рамках контрольной работы нужно рассмотреть два возможных варианта фундаментов:

1) фундаменты мелкого заложения: ленточные под несущие стены здания или отдельные под колонны каркасных зданий;

2) свайные: с ленточным монолитным ростверком под несущие стены здания или с отдельными монолитными ростверками на куст свай под колонны каркасных зданий.

Задачи контрольной работы:

1. произвести сбор исходных данных для выполнения работы;

2. дать оценку инженерно-геологических условий строительнойплощадки по данным инженерно-геологических изысканий и результатам определений показателей физико-механических свойств грунтов;

3. выбрать варианты фундаментов;

4. обосновать глубину заложения фундаментов и другие параметры с учетом всех влияющих факторов;

5. определить размеры фундаментов, отвечающие требованиямдвух групп предельных состояний;

6. вычислить ожидаемые осадки фундаментов;

7. на основании сравнения вариантов выбрать экономически выгодные и технически целесообразные виды фундаментов;

8. выполнить конструирование фундаментов.

Выбор экономически выгодного варианта из числа технически целесообразных производится на основании сравнения их по приведенным затратам. В отдельных случаях, в порядке углубления экономического обоснования, можно дополнить сравнение вариантов по трудоемкости и расходу материалов. Основное внимание при выполнении контрольной работы должно быть уделено анализу совместной работы системы «основание - фундамент - сооружение», оценке влияния деформаций фундаментов на работу надземных конструкций и здания в целом.



1. Краткое описание условий расположения объекта

В данной расчетной работе представлено трехэтажное жилое здание, расположенное в г. Гурьев.По почвенно-географическому районированию рассматриваемая территория относится к подзоне умеренно-сухих типчаково-ковыльных степей на темно-каштановых почвах. Почвенный покров сформировался в условиях резко континентального климата, который отличается высокой сухостью и резкой сменой температурных условий. Среднегодовая температура воздуха составляет +1.3 - +1.8 °С. В зимний период температура воздуха может опускаться до -40°С и ниже. В условиях невысокого снежного покрова это способствует глубокому промерзанию почв (до 1.5-2.0 м) и накладывает свои особенности на процессы почвообразования.

Для территории объекта характерна высокая ветровая активность, что является одной из причин интенсивного развития процессов дефляции почв. Почвообразующие породы представлены делювиальными и элювиально-делювиальными отложениями различного механического состава, часто защебененными. Близкое залегание плотных пород и их рухляка приводит к образованию почв с укороченным профилем - неполноразвитых и малоразвитых. На большей части территории грунтовые воды залегают на глубинах ниже 3.0 метров и не оказывают влияния на почвообразовательные процессы.[2]

Температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92: -25.

Температура наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98: -33.

Уровень ответственности здания - II, коэффициент надежности по назначению . Степень огнестойкости здания II.



2. Анализ инженерно-геологических и гидрологических условий площадки

2.1 Определение характеристик и уточнение наименований грунтов

Исходные физико-механические характеристики приведены в таблице 1:

Таблица 1 - Исходные данные по характеристикам грунта

Наименованиегрунта	s, т/м3	wp	wL	w	, т/м3	cII, кПа	II,град	Е,МПа
Песокмелкийаллювиальный	2,67	-	-	0,21	2,02	2	30	18,4
Торф	1,90	-	-	0,75*	1,2	-	28	2,0
Суглинокозерно- аллювиальный	2,64	0,17	0,25	0,21	1,84	19	19	6,8

1) Песок мелкий аллювиальный

Плотность скелета грунта определяется по формуле 1:

Коэффициент пористости:

Коэффициент водонасыщения:



Удельный вес:

Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии:

Расчетное сопротивление R₀=300 кПа, принимаемое по [4], таблица 1.

Таким образом, можно сделать вывод о ИГЭ 1: песок мелкий, плотный, водонасыщенный.

2) Торф

Влажность грунта:

Плотность скелета грунта:

Коэффициент пористости:

Коэффициент водонасыщения:

Удельный вес:

Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии:

Расчетное сопротивление R₀ для торфа не нормируется.

Таким образом, можно сделать вывод о ИГЭ 2: торф водонасыщенный.

3) Суглинок озерно-аллювиальный

Плотность скелета грунта:

Число пластичности:

Показатель тякучести:

Коэффициент пористости:

Коэффициент водонасыщения:

Удельный вес:

Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии:

Расчетное сопротивление R₀=225,57 кПа.

Таким образом, можно сделать вывод о ИГЭ 3: суглинок полутвердый.

Результаты расчетов сводятся в таблице 2:

Таблица 2 - Физико-механические характеристики грунтов

Наименованиегрунта	, т/м3	, т/м3	, т/м3	I , II, кН/м3	sbI, sbII, кН/м3	w	Sr, д.е.	е, д.е.	IP	IL	cI, cII, кПа	I, II, град	R0, кПа	Е, МПа
Песокмелкий, плотный, водонасыщенный	2,67	1,67	2,02	20,2	10,43	0,21	0,93	0,60	-	-	2	30	300	18,4
Торфводонасыщенный	1,90	0,45	1,2	12,0	2,13	1,67	0,99	3,22	-	-	-	28	-	2,0
Суглинокполутвердый	2,64	1,52	1,84	18,4	9,42	0,21	0,75	0,74	0,08	0,24	19	19	226	6,8

2.2 Определение глубины сезонного промерзания грунтов

Исходные данные:

1. Место строительства - г. Гурьев.

2. Здание с эксплуатируемым подвалом, среднесуточная температура воздуха помещения +18 °С.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fnпри отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение допустимо определять по формуле 8:

где M_t- безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых согласно [5] по табл. 5.1, а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства; d₀ - величина, м, принимаемая равной:

- для суглинков и глин - 0,23;

- супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28;

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

- крупнообломочных грунтов - 0,34.

Значение d₀ для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта:

где, т.к. песок мелкий.

Безразмерный коэффициент по табл. 5.1:

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f, м, определяется по формуле 9:



где k_h- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений согласно [4] по табл.1; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений k_h= 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта:

где .

2.3 Выбор типа фундаментов и оснований

Выбор типов фундаментов и основания под внутреннюю несущую стену

Рисунок 4 - Схема к предварительному выбору ФМЗ под несущие стены



Фундамент мелкого заложения:

1. Стену подвала проектируем из фундаментных стеновых блоков. Высота подвала 2,4 - 0,25 = 2,15 м (рисунок 4). Принимаем четыре ряда блоков по 0,6м по [6] табл. 2 общей высотой 2,4 м > 2,15 м. Ширину блоков назначаем 0,4 м исходя из толщины стены (0,38 м).

2. Фундамент принимаем ленточный из сборных элементов (ФЛ), высотой 0,3 м. Отметка подошвы фундамента (-0,25) - 2,4 - 0,3 = - 2,950 (FL) абсолютная 126,1 - 2,95 = 123,15.

3. Минимальная планировочная отметка 125,2 (D_L). Глубина заложения фундамента d= 125,2 - 123,15 = 2,05 м >d_f= 0,71 м.

4. Глубина заложения фундамента от пола подвала 2,95 - 2,4 = 0,55 м > 0,5 м расчет на выпор грунта не требуется

Рисунок 5 - Схема к предварительному выбору свайного фундамента



5. ИГЭ-1 - песок мелкий, плотный, водонасыщенный. Расчетное сопротивление R₀ = 300 кПа <450 кПа не подходит в качестве рабочего слоя. Для того чтобы этот слой использовать в качестве основания здания, необходимо проводить мероприятия по увеличению несущей способности, такие как: уплотнение и закрепление.

Мощность слоя 5,2-6,8 м. Абсолютные отметки подошвы слоя120,0-118,8 >максимальная 120,0.

Минимальное расстояние от подошвы фундамента до подошвы рабочего слоя 123,15 - 120,0 = 3,15 м >1,0 м выбираем ИГЭ-1 в качестве рабочего слоя для фундамента мелкого заложения.

Свайный фундамент:

1. Стену подвала проектируем из фундаментных стеновых блоков. Высота подвала 2,4 - 0,25 = 2,15 м (рис. 5). Принимаемчетыре ряда блоков по 0,6 м общей высотой 2,4 м > 2,15 м. Ширинублоков назначаем 0,4 м исходя из толщины стены (0,38 м).

2. Ростверк принимаем монолитный ленточный высотой 0,5 м. Отметка заложения подошвы ростверка (-0,25) - 2,4 - 0,5 = -3,150 >абсолютная 126,1 - 3,15 = 122,95.

3. Минимальная планировочная отметка 125,2 м(DL). Глубина заложения подошвы ростверка 125,2 - 122,95 = 2,25 м >>d_f = 0,71 м > конструктивных мероприятий по предотвращениюдействия сил морозного пучения не требуется.

4. Определяем длину сваи: минимальное расстояние от подошвыфундамента до подошвы ИГЭ-1 122,95 - 120,0 = 2,95 м. Минимальная длина свай 3,0 м [7] табл. 1, 2 > сваи необходимо заглубитьв ИГЭ-2.

ИГЭ-2 - торф водонасыщенный > опирание сваи на слабыйгрунт не допускается > сваи необходимо заглубить в ИГЭ-3.

ИГЭ-3 - суглинок. Консистенция - полутвердый > можно использовать для опирания свай. I_L = 0,24 > 0,1> величина заделкисваи не менее 1,0 м.

Абсолютные отметки кровли ИГЭ-3:

скв. 1: 125,2 - 5,2 - 2,2 = 117,8 > минимальная,

скв. 2: 125,6 - 6,8 - 0,9 = 117,9.

Абсолютная отметка острия сваи 117,8 - 1,0 = 116,8. Расстояниеот подошвы ростверка до острия сваи 122,95 - 116,8 = 6,15 м.

Поскольку свая прорезает слабый грунт (торф), предусматриваем жесткое сопряжение ростверка и сваи за счет анкеровки выпусков свай. Величина заделки сваи в ростверк 0,05 м, максимальная длина выпусков 0,5 - 0,05 = 0,45 м.

Длина сваи: 0,05 + 0,45 + 6,15 = 6,65 м > принимаем сваю длиной 7,0 м.

Корректируем отметку острия сваи 122,95 - 7,0 + 0,05 + 0,45 = 116,45.

Минимальная величина заделки в ИГЭ-3 117,8 - 116,45 = 1,35 м.

Анализ гидрогеологических условий:

1. Требуемая абсолютная отметка дна котлована при устройстве фундаментов:

фундамент мелкого заложения - 123,15;

свайный фундамент - 122,95.

2. Абсолютная отметка УГВ:

скв. 1: 125,2 - 3,2 = 122,0 > максимальная,

скв. 2: 125,6 - 4,7 = 120,9.

3. Поскольку УГВ расположен на 0,95 м ниже дна вскрываемогокотлована, мероприятия по водопонижению и водоотводу во времявыполнения СМР не требуются. Условия для производства работ нулевого цикла благоприятные.

Таким образом: в качестве рабочего слоя для ленточного фундамента мелкого заложения рекомендуется принять ИГЭ-1 (с улучшенным сопротивлением) - песок мелкий, плотный, водонасыщенный.Для варианта свайного фундамента рекомендуется принять сваи длиной не менее 7,0 м с заглублением в ИГЭ-3 - суглинок полутвердый.



3. Проектирование фундаментов мелкогозаложенияна естественномосновании

3.1 Выбор глубины заложенияфундаментов

Дано:

1. Архитектурно-планировочноеиконструктивноерешениездания(см.рис.1,2);подвалздания,эксплуатируемый,отапливаемый;расчетноесечение1.

2. Инженерно-геологическиеусловия-см.табл.2,рис.6 и 7.

Рисунок 6 - Выкипировка из генерального плана



Рисунок 7 - Инженерно-геологический разрезПредварительноназначеннаяглубиназаложенияфундаментасучетоминженерно-геологическихусловий,конструктивногоиобъемно-планировочногорешенияздания2,05м

3. Расчетнаяглубинасезонногопромерзаниягрунтовd_f=0,71м.

4. Расчетныенагрузкинаобрезфундамента

Вобщемслучаеглубиназаложенияфундаментовdдолжнаприниматься с учетом:

1) назначенияиконструктивныхособенностейпроектируемогосооружения,нагрузокивоздействийнаегофундаменты;

2) глубинызаложенияфундаментовпримыкающихсооружений,атакжеглубиныпрокладкиинженерныхкоммуникаций;

3) существующегоипроектируемогорельефазастраиваемойтерритории;

4) инженерно-геологическихусловийплощадкистроительства(физико-механическихсвойствгрунтов,характеранапластований,наличияслоев,склонныхкскольжению,кармановвыветривания,карстовыхполостейипр.);

5) гидрогеологическихусловийплощадкиивозможныхихизмененийвпроцессестроительстваиэксплуатациисооружения;

6) возможногоразмывагрунтауопорсооружений,возводимыхвруслахрек(мостов,переходовтрубопроводовит.п.);

7) глубинысезонногопромерзания.

Глубиназаложениянаружныхивнутреннихфундаментовнеотапливаемыхсооруженийдолжна назначатьсясогласно приложению 4 потабл.2,приэтомглубинаисчисляетсяследующимобразом:приотсутствииподвалаилитехническогоподполья-отуровняпланировки,априналичии-отполаподвалаилитехническогоподполья.

3.2 Определение глубины заложенияфундамента

Глубиназаложениявнутреннихфундаментовотапливаемыхсооруженийпоусловиямнедопущенияморозногопучениягрунтовоснованияназначаетсянезависимоотрасчетнойглубиныпромерзаниягрунтов.Отметкиподошвывнутреннихинаружныхфундаментовдолжнырасполагатьсянаодномуровне,необходимоопределитьглубинузаложениядлянаружныхфундаментов.

Глубиназаложениянаружныхфундаментовотапливаемыхсооруженийпо [4], табл. 2дляпесковмелкихприусловииd_w>d_f+2(3,2>0,71+2=2,71)независитотd_f.Окончательноглубинузаложенияфундаментов,определеннуюсучетоминженерно-геологическихусловий,конструктивногоиобъемно-планировочногорешенияздания,принимаемd=2,05м.Составляемрасчетнуюсхему(рис.8).

Рисунок 8 - Расчётная схема



3.3 Определение глубины заложения фундамента подвнутреннюю колонну здания

Задача - необходимо определитьглубинузаложенияфундаментаподвнутреннююколоннуздания.

Дано:

1. Архитектурно-планировочноеиконструктивноерешениездания(см.рис.6,7);подвалзданияэксплуатируемыйотапливаемый;расчетноесечение2.

2. Инженерно-геологическиеусловия-см.табл.2,рис.6,7.

3. Предварительноназначеннаяглубиназаложенияфундаментасучетоминженерно-геологическихусловий,конструктивногоиобъемно-планировочногорешенияздания3,0м

4. Расчетнаяглубинасезонногопромерзаниягрунтовd_f=0,71м.

5. Расчетныенагрузкинаобрезфундамента.

Определение глубины заложенияфундамента

Глубиназаложениявнутреннихфундаментовотапливаемыхсооруженийпоусловиямнедопущенияморозногопучениягрунтовоснованияназначаетсянезависимоотрасчетнойглубиныпромерзаниягрунтов.Отметкаподошвывнутреннихинаружныхфундаментовдолжнарасполагатьсянаодномуровне>необходимоопределитьглубинузаложениядлянаружныхфундаментов.

Глубиназаложениянаружныхфундаментовотапливаемыхсооруженийсогласнотабл.2дляпесковмелких(ИГЭ-1-рабочийслой)приусловииd_w>d_f+2(3,2>0,71+2=2,71)независитотd_f.Окончательноглубинузаложенияфундаментов,определеннуюсучетоминженерно-геологическихусловий,конструктивногоиобъемно-планировочногорешенияздания,принимаемd=3,0м. Составляемрасчетнуюсхему(рис.9).



Рисунок 9 - Окончательная расчетная схема



4. Расчетленточногофундаментаподвнутреннююстену здания подеформациям

Задача - определить геометрическиеразмерыленточногофундаментаподвнутреннююстенузданияивыполнитьрасчетосадкиметодом послойногосуммирования.

Дано:

1. Архитектурно-планировочноеиконструктивноерешениездания(см.рис.1,2);подвалзданияэксплуатируемыйотапливаемый;расчетноесечение1.

2. Инженерно-геологическиеусловия-см.табл.2,рис.6,7.

3. Глубиназаложенияфундаментаd=2,05м.

4. Расчетнаясхемафундамента(рис.8.8).

4.1 Определение предварительных размеров подошвыфундамента:

Предварительноеназначениеразмеровподошвыфундаментов(шириныb-дляленточных,шириныbидлиныа-дляотдельных)производитсяисходяизусловия 10:

гдеp-среднеедавлениеподподошвойфундамента;R0-расчетноесопротивлениерабочегослоягрунта,принятоесогласно [4] приложение 3.

Среднеедавлениеподподошвойфундаментаpопределяетсяпо формуле 11:



гдеN_II-расчетнаянагрузка,действующаянаобрезфундамента;G_f-собственныйвесфундамента;G_g-весгрунтанаобрезахфундамента;А-площадьподошвыфундамента,равнаяbЧ1-дляленточногофундамента,lЧb-дляотдельного.

Посколькувесфундаментаигрунтанаегообрезахнеизвестен,топриближеннуюплощадьопределяютизусловия 12:

1. Определяемприближеннуюплощадьподошвыфундамента:

2. Определяемпредварительнуюширинуподошвыленточногофундамента:b=0,63м.

3. ПринимаемсборнуюфундаментнуюплитуФЛ8.24-3по[8, табл.1]ширинойb=0,8м.Высотаплиты0,3м,чтосоответствуетрасчетнойсхеме(см.рис.8)

4. ОпределяемсобственныйвесфундаментаG_fивесгрунтанаобрезахфундаментаG_g,расчетведемна1п.м.

- Массафундаментнойплиты1,15тпридлине2,38мвес1п.м

(1,15/2,38)*10=4,83кН.

- МассафундаментногоблокаФБС24.3.6-Тпо [6,табл.2]0,97тпридлине2,38мвес1п.м. вес1п.мстеныподвалаизчетырехрядовФБС:3,09*4=12,37кН.

(0,3/0,97)*10=3,09кН;

ВесфундаментаG_f=4,83+12,37=17,17кН.

Площадьобрезафундамента(0,8-0,4)1п.м=0,4м².Высотаслоягрунтанаобрезефундамента0,45-0,3=0,15м,удельныйвесгрунта=20,2кН/м3, весгрунта20,2*0,15*0,4=1,21кН.

Дополнительноучитываемвесбетонныхполовтолщиной0,1м.

Объемныйвесбетона20кН/м³весполов20*0,1*0,4=0,8кН.

ИтогоGg=1,21+0,8=2,01кН.

5. Определяемсреднеедавлениеподподошвойфундамента:

6. Проверяемусловие283,35<300 Мпaвыполняется

4.2 Определение расчетногосопротивлениягрунтаоснования

Расчетноесопротивлениегрунтовоснованияследуетопределятьпоформуле13 (расчетнуюсхемусм.нарис.9):

где-коэффициентыусловийработы,принимаемые согласно СП 22.13330.2011 потабл.5.4 [9];k-коэффициент,принимаемый:k=1,еслипрочностныехарактеристикигрунта(_IIис_II)определенынепосредственнымииспытаниями;

М_Х,Мq,Mc-коэффициенты,принимаемыепотабл.5.5;

k_z-коэффициент,принимаемый:k_z=1приb<10м,k_z=приb?10м(здесьz₀=8м);b-ширинаподошвыфундамента,м;

Х_II-осредненноерасчетноезначениеудельноговесагрунтов,залегающихнижеподошвы фундамента(приналичииподземныхводопределяетсясучетомвзвешивающегодействияводы),кН/м³;ХЧ_II-тоже,залегающихвышеподошвы;

с_II-расчетноезначениеудельногосцеплениягрунта,залегающегонепосредственноподподошвойфундамента,кПа;

d₁-глубиназаложенияфундаментовбесподвальныхсооруженийотуровняпланировкиилиприведеннаяглубиназаложениянаружныхивнутреннихфундаментовотполаподвала,определяемаяпоформуле

гдеh_s-толщинаслоягрунтавышеподошвыфундаментасостороныподвала,м;

h_cf-толщинаконструкцииполаподвала,м;

Х_cf-расчетноезначениеудельноговесаконструкцииполаподвала,кН/м³;

d_b-глубинаподвала-расстояниеотуровняпланировкидополаподвала,м(длясооруженийсподваломглубинойсвыше2мпринимаетсяd_b=2м).

Получим следующее значение расчетного сопротивления:

Равномерно распределенная нагрузка на пол подвала для жилыхзданий q = 2,0 кПа.

Повторнопроверяемусловиеp+q?R:



4.3 Проверка краевых напряжений

Для данного здания должны выполняться условия:

e /b ?1/4 и p _max ?1,2R.

Определяем эксцентриситет нагрузки по подошве фундамента:

Рассчитываем момент сопротивления площади подошвы фундамента:

Поскольку e /b = 1/6, расчет краевого давления производим по формуле:

=	(15)

=>1,2•286,27кПа => условие не выполняется

Принимаем фундаментную плиту ФЛ12.24 b=1,2 м, масса 1,63 т и повторяем расчет:

Массафундаментнойплиты1,63тпридлине2,4мвес1п.м

(1,63 /2,4)10=6,79 кН

ВесфундаментаG_f=6,79+21,64=28,43кН.

Площадьобрезафундамента(1,2-0,4)1п.м=0,8 м2.Высотаслоягрунтанаобрезефундамента0,45-0,3=0,15м,удельныйвесгрунта=20,2кН/м3весгрунта20,2·0,15·0,8=2,42 кН.

Дополнительно учитываем вес бетонных полов толщиной 0,1 м. Объемный вес бетона = 20кН/м³, следовательно вес полов 20•0,1•0,8=1,6 кН

ИтогоGg=2,42+1,6=4,02кН.

Определяемсреднеедавлениеподподошвойфундамента:

Рассчитываем момент сопротивления площади подошвы фундамента

Поскольку e /b = 1/6, расчет краевого давления производим по формуле 15:

=<1,2•343,52 =>условие выполняется

4.4 Проверка прочности подстилающего слоя

Выполнение данной проверки требуется, поскольку рабочий слой грунта основания с модулем деформации Е = 18,4 МПа подстилается более слабым грунтом- торфом сЕ= 2,0 МПа. Глубина расположения слоя слабого грунта от подошвы фундамента z=3,15 м.

Должно выполняться условие:

Находим напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента от нагрузки на фундамент:

Для ленточных фундаментов интерполяцией определяем коэффициент б₁:

0,237•225,6=53,8 кПа

Находим напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента от собственного веса грунта:

Для расчета у_zgв пределах глубины zвыделяем два слоя, поскольку присутствуют грунтовые воды: 1-й - выше уровня грунтовых вод, h₁ = 1,15 м, ₁ = 20,2 кН/м³,

2-й - ниже уровня грунтовых вод, h₂ = 2,0 м, г2 (г_sbII) = 10,43 кН/м3, d_n= 2,05 м.

Находим напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента от собственного веса грунта, выбранного при отрывке котлована:



где В=12 м - ширина котлована

где L-длина котлована. По [9]табл.5.8 для

Определяем площадь условного фундамента:

	\

Ширина условного фундамента:

Определяем расчетное сопротивление грунта на глубине z от подошвы фундамента. Для торфа принимаем минимальные значения коэффициентов:



Прочностные характеристики грунта определены непосредственными испытаниями > k = 1.

По [9] табл. 5.5 для = 28° - Мг = 0,98, Мq= 4,93, Mc= 7,40.

Для b_z= 5,02 м < 10 м k_z= 1.

Для подстилающего слоя (ИГЭ-2) г_II принимаем с учетом взвешивающего действия воды 2,13 кН/м3.

Для грунтов, расположенных выше подошвы условного фундамента (ИГЭ-1), определяем осредненное значение по формуле 21:

Удельное сцепление для торфа

Приведенную глубину заложения условного фундамента определяем по формуле 22:

Глубина подвала:

Проверяем условие:

4.5 Расчет отсадки

Подготавливаем расчетную схему. Производим разбиение сжимаемой толщи на элементарные слои толщиной не более 0,4b = 0,4*1,2 = 0,48 м. Маркируем слои i = 1…11.

Рисунок 10 - Расчетная схема для определения осадки

1. Определяем глубину заложения и высоту каждого слоя и.Определяем удельный вес и модуль деформации E для каждого слоя. Для слоев ниже уровня грунтовых вод удельный вес принимаем с учетом взвешивающего действия воды. Для суглинка (ИГЭ-3): - взвешивающее действие воды не учитывается.

- для слоя 1:

- для слоев 2-6:

- для слоев7-11:

2. Определяем напряжения под подошвой фундамента:

у_zp,₀ = p = кПа;

у_zg,₀ = гЧd_n= 20,2 3,0 = 60,6 кПа;

у_zг,₀ = у_zg,0 = 60,6 кПа.

3. Дальнейший расчет сводим в табл. 8.3.

Для каждого значения z:

- определяем = 2 z/b и по [3]табл. Б.9 определяем;

- производим расчет напряжений уzp, уzg,

- для расчета значения у_zg,_iпри известном значении для предыдущего слоя у_zg,_i-1 пользуемся формулой

=+=60,6+20,2·0,4=68,68 кПа

- определяем величину 0,5у_zgи проводим проверку у_zp? 0,5у_zg.

Условие выполнилось для 9-го слоя.

Поскольку модуль деформации данного слоя менее 7 МПа, продолжаем расчет, добиваясь выполнения условия у_zp? 0,2у_zg. Для слоев ниже 9-го в таблице рассчитываем значение 0,2у_zg.

Поскольку ИГЭ-3 является водоупором (I_L= 0,24 < 0,25), то при расчете у_zgдля слоев в ИГЭ-3 учитываем дополнительное напряжение от столба грунтовой воды высотой 4,05 м (расстояние от W_Lдо кровли ИГЭ-3). Величина дополнительного напряжения 4,05·10 == 40,5 кПа, где 10 - удельный вес воды, кН/м3.

Например:

Делаем расчет:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Условие у_zp? 0,2у_zgвыполнилось для 15-го слоя расчет напряжений у_zp, у_zg, прекращаем.

Для слоев 1-15 рассчитываем средние напряжения уzpи уzХ.

По формуле 23 определяем осадку каждого слоя.

Например: s₁=0,8*185,06*10^-3*0,4/18,4=0,0032 м.Простым суммированием полученных осадок для каждого слоя определяем общую осадку s = 4,57 см.Предельное значение осадки, согласно [4] табл.1 s_u= 12 см.Проверяем условие: s =4,57 см<s_u =12 см осадки не превышают предельных.Весь расчет сводится в табл. 3.

Таблица 3 - Расчет осадки основания методом послойного суммирования

Номер ИГЭ	Номер слоя i	hi, м	Хi, кН/мі	zi, м	Напряжения на границе слоев , кПа	Среднее напряжение в слое, кПа	Ei, МПа	si, м	прим.
					бi1	Уzp	уzg	0,5уzg,i(0,2уzg,i) кПа	о_i1= 2 z/b	уzp,i, кПа
1	1	0,4	20,2	0,4	0,91	207,11	68,68	34,34	0,67	185,060304	18,4	0,0032	условие уzp,i<0,5уzg,i выполнено
	2	0,4	20,2	0,8	0,72	163,01	76,76	38,38	1,33	145,98672	18,4	0,0025
	3	0,35	20,2	1,15	0,57	128,96	83,83	41,915	1,92	115,56336	18,4	0,0018
	4	0,4	10,43	1,55	0,45	102,17	88,002	44,001	2,58	92,97288	18,4	0,0016
	5	0,4	10,43	1,95	0,37	83,778	92,174	46,087	3,25	77,30712	18,4	0,0013
	6	0,4	10,43	2,35	0,31	70,836	96,346	48,173	3,92	66,06864	18,4	0,0011
	7	0,4	10,43	2,75	0,27	61,301	100,518	50,259	4,58	57,55464	18,4	0,001
	8	0,4	10,43	3,15	0,24	53,808	104,69	52,345	5,25	50,85696	18,4	0,0009
2	9	0,4	2,13	3,55	0,21	47,905	105,542	52,771	5,92	45,52152	2	0,0073
	10	0,4	2,13	3,95	0,19	43,138	106,394	21,279	6,58	40,8672	2	0,0065	условие уzp,i<0,2уzg,i выполнено
	11	0,4	2,13	4,35	0,17	38,597	107,246	21,449	7,25	37,4616	2	0,006
	12	0,4	2,13	4,75	0,16	36,326	108,098	21,62	7,92	34,85064	2	0,0056
	13	0,4	2,13	5,15	0,15	33,375	108,95	21,79	8,58	33,14784	2	0,0053
	14	0,05	2,13	5,2	0,15	32,921	149,557	29,911	8,67	31,7856	2	0,0006
3	15	0,4	2,13	5,6	0,14	30,65	190,909	38,182	9,33	15,3252	6,8	0,0007
												0,0456	4,57 см



5. Расчет свайного фундамента под несущую стену понесущей способности

Задача - необходимо произвести расчет свайного фундамента под несущую стену по первой группе предельных состояний.

Дано:

1. Архитектурно-планировочное и конструктивное решение здания (см. рис. 1, 2); подвал здания, эксплуатируемый отапливаемый; расчетное сечение 1.

2. Инженерно-геологические условия - см. табл. 2.

3. Схема с предварительно назначенными размерами фундамента (см. рис. 5). Определение несущей способности одиночной сваи по грунту. Согласно предварительно выбранным размерам (см. рис. 5) принята свая длиной 7,0 м. Сечение сваи примем 30Ч30 см. Таким образом, предварительная марка сваи С 70.30. Поскольку свая опирается на глинистые грунты с I_L> 0,1, то она работает как висячая > расчет несущей способности производим по формуле (24):

Для выполнения расчета составляем расчетную схему (рис.11):



Рисунок 11 - Расчетная схема со сваей С70.30

Околосвайный грунт разбиваем на слои толщиной не более 2,0м с учетом границ ИГЭ и уровня грунтовых вод. Всего выделено пять слоев толщиной h_1-5. Вычисляем расстояния от отметки DL до середины слоев z_1-5.

Коэффициент условий работы сваи в грунте принимаем гc= 1.

Площадь опирания на грунт сваиА= 0,3*0,3 = 0,09 м².

Наружный периметр поперечного сечения сваи u = 0,3*4 = 1,2 м.

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи принимаем по [10]табл.7.2 для I_L= 0,24 и z_t= 8,75 м R = 4192 кПа.

Расчетное сопротивление каждого слоя грунта основания на боковой поверхности сваи принимаем по [10] табл.7.3 в зависимости от значений z_1-5. Поскольку 1-й и 2-й слои представлены песком плотным, то расчетное сопротивление увеличиваем на 30 % относительно табличных значений.

Исходя из того, что в основании свайного фундамента расположен слой торфа, необходимо учесть силы негативного трения, возникающие за счет его осадки. Силы негативного трения учитываем на участке ствола сваи выше подошвы слоя торфа, т.е. для слоев 1 и 2.

На указанном участке ствола расчетное сопротивление по боковой поверхности f принимается равным табличному по [10] табл. 7.3 значению со знаком минус, для самого торфа f = -5 кПа, таким образом,

Коэффициенты условий работы грунта принимаем по [10]табл. 7.4 для способа погружения свай ударным методом г_cR= г_cf= 1,0.

Выполняем расчет:

RA+u

5.1 Определение расчетной нагрузки на сваю

Предельно допустимая нагрузка на сваю определяется по формуле (25):

г₀ = 1,15 при кустовом расположении свай;

г_n= 1,15 для сооружений II уровня ответственности согласно [11];

5.2 гk= 1,4, поскольку несущая способность сваи определена расчетом.Определение требуемого количества свай в составе фундамента

Для фундамента стен при рядовом расположении свай требуемый шаг свай определяют по формуле (26):



Предварительно вес ростверка и грунта на его обрезах принимаем по формуле (27):

Глубина заложения низа ростверка d_r= 2,25 м.

Условный диаметр сваи

г_mt= 20 кН/м3.

Вес свай С70.30 по [8, табл.1]- 1,6 т, с коэффициентом надежности по нагрузке G_p= 1,6*1,1 = 1,76 т = 17,6 кН.

Вычисляем шаг свай:

Поскольку полученный шаг свай менее 3d = 0,9 м, необходимо проектировать двухрядное расположение свай, что приведет к увеличению ростверка. Для того чтобы достичь однорядного расположения свай, увеличим длину сваи на 3 м, принимаем сваю С100.30.

Повторим расчет по формулам (24), (25) и (26).

Выполняем расчет несущей способности одиночной сваи по грунту.

Добавляем 6-й слой и 7-й: h₆ = 2 м, h₇ = 1,0 м , z₆ = 9,75 м, z₇ =10,25 м

Расчетная схема приведена на рис.12. гc= 1; А = 0,09 м²; u =1,2 м.

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи принимаем по табл. 7.2 для I_L= 0,24 и z_t= 9,75 м R = 4470 кПа;

f₁ = -42,4 кПа, f₂ = -49,5 кПа, f₃ = -5,0 кПа, f₄ = -5,0 кПа, f₅ = 54,8 кПа, f₆ = 56,4 кПа, F₇ = 57,8 кПа

г_cR= г_cf= 1,0.



Рисунок 12 - Расчетная схема со сваей С100.30

г₀ = 1,15; г_n= 1; г_k= 1,4.

Определяем требуемое количество свай в составе фундамента:

Вес сваи С100.30 по [8, табл.1]- 1,83 т, с коэффициентом надежности по нагрузке Gp=2,28*1,1 = 2,508 т = 25,08 кН.

Вычисляем шаг свай:



Полученный шаг свай не менее 3d = 0,9 м, что позволяет применить однорядное расположение свай.

5.3 Конструирование ростверка

Конструируем ростверк для участка стены по оси Б в осях 1-4. Ширина ростверка составит 0,51 м. Сваи располагаем на пересечении с осями 1 и 4 по центру стен. Сваи по оси Б располагаем с шагом 1,3м, что не более расчетного 0,95 м. Схема расположения свай приведена на рис.13.

Рисунок 13 - Схема расположения свай

Проверка расчетной нагрузки, действующей на сваи в составе фундамента

Проверку расчетной нагрузки выполняем по формуле (28):

Уточняем вес ростверка и грунта на его уступах (на 1 п.м) с учетом коэффициента по надежности 1,1: высота ростверка 0,51 м, ширина ростверка 0,64 м, G_R = 0,51*0,64*2,0*1,1 = 0,72 т = 7,2 кН; ширина уступов 0,1 м, высота грунта на уступе 0,15 м, толщина полов 0,1 м,

Gg = (0,1*0,15*20,2 + 0,1*0,1*20)*1,1 = 0,6 кН.

Выполняем проверку:

Условие выполняется.

Запас составляет (443,7-452,4)/452,4*100%= 1,9 %, что не превышает 15 %. Расчет окончен.

5.4 Расчет свайного фундамента стены здания по деформациям

Задача - необходимо произвести расчет свайного фундамента под несущую стену по второй группе предельных состояний.

Для каждого инженерно-геологического элемента определяем следующие характеристики: коэффициент Пуассона , модуль сдвига G.

Рисунок 14 - Схема к расчету свайного фундамента по деформациям (при низком ростверке)



Коэффициент Пуассона принимаем по [3]табл. 2:

;

Модуль сдвига находим по формуле (29):

Инженерно-геологические элементы в основании свайного фундамента заменяем двумя слоями:

I - околосвайный грунт высотой h = 9,5 м;

II - слой грунта под нижним концом сваи толщиной h/2 = 4,75 м.

Для каждого из слоев определяем значения G и как средневзвешенные значения входящих в их состав инженерно-геологических элементов:

Производим проверку возможности применения данной методики. Проверяем условия (30) и (31):

т.е условие выполняется
т.е условие выполняется

Диаметр поперечного сечения сваи:

=2

Вычисляем коэффициенты k_н1и k_н:

Определяем модуль упругости бетона сваи. Начальный модуль упругости принимаем [3]табл. 3, для бетона класса В20 E_b= 27 500 МПа.

в зависимости от среднемесячной относительной влажностивоздуха в июле ш > 75 % [3]табл. 4для климатического района IБ).

Вычисляем модуль упругости бетона свай по формуле (32):

=9167МПаНаходим относительную жесткость ствола сваи по формуле 33:

Определяем параметр, учитывающий увеличение осадки за счет сжатия ствола по формуле 34:



Вычисляем коэффициенты:

Производим расчет нагрузки, действующей на сваю. Для ленты расчет производим для средней сваи. Нагрузку на сваю определяем по формуле:

Определяем осадку сваи № 4 как одиночной сваи:

Определяем расстояние, на котором необходимо учесть влияние соседних свай,

Вычисляем коэффициенты для свай 1-3 и 5-6 (a_i- расстояние до расчетной сваи):

Определяем дополнительную осадку расчетной сваи от попадающих в зону влияния свай (№ 1-3,5-6):

Полная осадка расчетной сваи № 4:

Сравниваем полученную осадку с предельно допустимой. Предельное значение осадки, согласно [4] прил. 4, s_u= 12 см.

Проверяем условие: s =3,1 см <s_u = 12 см > осадки не превышают предельных.

5.5 Выбор оборудования для погружения свай

Определим минимальную энергию удара, необходимую для погружения свай, по формуле (N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН):

По техническим характеристикам по [12] табл. 1 принимаем трубчатый дизель-молот СП-5 с массой ударной части 1,8 т (G = 18 кН), массой молота m1 =3,1 т, высотой падения ударной части Н =1,2 м.

Расчетное значение энергии удара E_dдля данного типа молота вычисляем по формуле:

Для железобетонных свай при трубчатом дизель-молоте по [12] табл. 3 принимаем K = 0,6 т/кДж.

Вес сваи С100.30 составляет1,83 т. Вес наголовника примем 0,2 т, вес подбабкаm₃ = 0,2 т.

Проверим условие:

Условие выполняется. Следовательно, принятый дизель-молот СП-5 обеспечивает погружение свай С100.30.

5.6 Определение проектного отказа сваи

Проектный отказ необходим для контроля несущей способности свай в процессе производства работ. Формула для определения проектного отказа имеет вид:

Коэффициент з = 1500 кН/м, принимаемый [12] табл. 4.

Площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи, А = 0,3*0,3 = 0,09 м².

Расчетная энергия удара молота E_d= кДж; F_d= 511,05кН; m₁ = 3,1 т; m₂ = 1,83 + 0,2 = 2,03 т; m₃ = 0,2 т; е₂ = 0,2.



Заключение

В ходе выполнения данной работы были получены знания основных понятий и определений по данной дисциплине «Основания и фундаменты сооружений»; был приобретен опыт расчета и проектирования различных фундаментов, таких как: свайные и ленточные, применяемые для жилого здания, а также произошло овладение технической терминологии.

На основе полученных знаний; появилось конкретное представление об области применения той или иной специальной литературы, различной направленности своды правил и строительных норм и правил.

В данной работе были получены навыки для расчета фундаментов разной сложности. Был рассчитан ленточный фундамент под стену. Было определено среднее давление под подошвой фундамента, оно составило .

Также была произведена проверка краевых напряжений и проверка прочности подстилающего слоя .

Определено расчетное сопротивление грунта на глубине z от подошвы фундамента.и осадка=3,1 см

Для свайного фундамента определена несущая способность одиночной сваи по грунту . Определена расчетная нагрузка на сваю N =452,4кН.Был сконструирован ростверк с . Произведенрасчет свайного фундамента стены здания по деформациям и определен модуль упругости бетона сваи.Также для свайного фундамента осадка составила s =3,1 см.Таким образом, свайный фундамент дает меньшую осадку.



Список использованных источников

1. Основания и фундаменты / А.Б. Пономарев, А.В. Захаров, Д.Г. Золотозубов, С.В. Калошина : учеб.-метод. пособие - Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. - 318 с.

2. Рачковская Е.И. Типы комплексов растительного покрова сухой степи Западного Казахстана и их классификация // Тр. Ботан. Ин-та АН СССР. Сер 3. Геоботаника.1963. Вып.15.

3. ГОСТ 25-100-2011 Грунты. Классификация (с Поправками).

4. СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений.

5. СНиП 23-01-99* Строительная климатология (с Изменением N 1)

6. ГОСТ 13579-78 Блоки бетонные для стен подвалов. Технические условия (с Изменением N 1)

7. ГОСТ 19804.2-79 Сваи забивные железобетонные цельные сплошного квадратного сечения с поперечным армированием ствола с напрягаемой арматурой. Конструкция и размеры (с Изменением N)

8. ГОСТ 13580-85 Плиты железобетонные ленточных фундаментов. Технические условия (с Поправкой).

9. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений

10. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 (с Опечаткой, с Изменениями N 1, 2, 3)

11. ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения.

12. ГОСТ Р 52151-2003 Молоты сваебойные дизельные трубчатые. Наголовники. Общие технические условия (с Поправкой).

Размещено на Allbest.ru