Основания и фундаменты

1. Анализ инженерно-геологических условий, свойств грунтов, оценка расчетного сопротивления грунтов

1.1 Наименование грунтов

1.2 Заключение по данным инженерно-геологического разреза

1.3 Анализ объемно-планировочных и конструктивных решений здания

1.4 Выбор возможных вариантов фундаментов

2. Расчет фундаментов мелкого заложения

2.1 Определение глубина заложения и глубины обреза фундаментов

2.2 Расчет оснований фундаментов мелкого заложения по второй группе предельных состояний

2.3 Абсолютная осадка ФМЗ

3. Расчет свайных фундаментов

3.1 Назначение сечения и длины свай, определение необходимого числа свай и размеров ростверка

3.2 Расчет осадки свайного фундамента Заключение Список использованной литературы

1. Анализ инженерно-геологических условий, свойств грунтов, оценка расчетного сопротивления грунтов Таблица 1 — Сводная ведомость физико-механических свойств грунтов.

1.1 Наименование грунтов Слой№ 16: песок крупный рыхлый насыщенный водой, толщина слоя 2,5 м. Удельный вес г=18,8 кН/м3, угол внутреннего трения =26°, модуль деформации Е=4 МПа; условное расчетное сопротивление не нормируется[1, прил.3, табл.2].

Крупный — размер зерен d>0.5 мм составляет 60% [2, табл.Б.10];

Насыщен водой — S_г =0.914 > 0.8 [2, табл. Б17];

Рыхлый — e=0.818 > 0.7 [2,табл. Б.18];

Слой № 13: песок средней крупности средней степени водонасыщения, толщина слоя 3 м. Удельный вес г=19,2 кН/м3, угол внутреннего трения =34°, модуль деформации Е=36МПа; условное расчетное сопротивление R₀=400кПа [1, приложение 3, таблица 2];

Средней крупности — размер зерен d>0.25 мм составляет 80% [2, табл.Б.10];

Средней степени водонасыщения — S_г =0.724 > 0.5 [2, табл. Б17];

Средней плотности — e=0.577 > 0.55 [2,табл. Б.18];

Слой № 31 :суглинок полутвёрдый, слой не вскрыт. Удельный вес г=18,9 кН/м³, угол внутреннего трения =28°, угол внутреннего трения с=39 кПа, модуль деформации Е=28 МПа; условное расчетное сопротивление R₀= 290,088 кПа [1, прил.3, табл.3].

Суглинок I_p = 0.16 < 0.17 [2, табл Б.11];

Полутвёрдое состояние — I_L = 0.0625 < 0.25 [2, табл Б.14];

1.2 Заключение по данным инженерно-геологического разреза Площадка строительства располагается в городе Актюбинск. Природный рельеф площадки строительства имеет спокойный характер с ярко выраженным косым напластованием. Мощность верхнего слоя варьируется от 1−7 метров. Отметка поверхности природного рельефа 115,5 м. Уровень подземных вод на отметке 111,0 м.

Нормативная глубина промерзания для г. Актюбинск составляет 1,8 м. Слои № 31 и № 13 обладают достаточной несущей способностью и могут рассматриваться как основания для фундаментов.

Рисунок 1- План расположения здания на участке строительства

1.3 Анализ объемно-планировочных и конструктивных решений зданий Здание химического корпуса прямоугольного очертания в плане 36×24 м. Здание 2-х секционное.

1 секция: в осях А-Б, каркас железобетонный, сетка колонн 6×18 м, 3-х этажное высотой 13,5 м, колонны железобетонные размером 300×300 и 450×450 мм, толщина ограждающих конструкций 300 мм, кровля плоская.

2 секция: в осях Б-В, каркас железобетонный, сетка колонн 6×6 м, 6-ти этажное высотой 27 м, колонны железобетонные 450×450 и 300×300 мм, толщина ограждающих конструкций 300 мм, кровля плоская.

Подвал в здании отсутствует. В осях В-Г на расстоянии 6-ти м располагается труба, высотой 40 м, диаметром 5 м, железобетонная. Так как каркас здания железобетонный, принимаем отдельно-стоящие фундаменты со стаканами под колонны.

1.4 Выбор возможных вариантов фундаментов В качестве возможных вариантов фундаментов принимаем

1) Фундаменты мелкого заложения на естественном основании;

2) Свайные фундаменты;

2. Расчет фундаментов мелкого заложения

2.1 Определение глубины заложения и глубины обреза фундаментов Глубину заложения фундамента из условий промерзания грунтов определяем с учетом сезонного промерзания грунтов, согласно формулам СНиП 2.02.02−83^* :

d_fn=1,8м — нормативная глубина промерзания грунта по карте для г. Актюбинск.

— коэффициент теплового режима здания по табл. СНиП, (при t=15) =0,5

Глубину заложения фундамента от положения уровня подземных вод.

уровень подземных вод 3,5 м.

т. е. не зависит от

Из конструктивных особенностей здания Принимаем глубину заложения фундамента 3,15 м Рисунок 2 — Расчетная схема определения глубины заложения отметки обреза фундамента

2.2 Расчет оснований фундаментов мелкого заложения по второй группе предельных состояний Фундамент 1

Исходные данные: d₁=3,15 м; =1901 кН, =10, сечение колонны 300×300 мм.

Определяем предварительную величину площади подошвы фундамента:

где Nвертикальная сила на обрезе фундамента,

— усредненное значение удельного веса материалов фундамента и грунта на его уступах, равное 20 кН/м3.

Задаемся соотношением сторон для квадратного фундамента:

=> b=2,38 м

=1,0*2,38=2,38 м Подбираем унифицированные размеры подошвы фундаменты: фундамент типа ФА8−4, h=3000 мм, lb=2,7 м 2,4 м По табл. 5.4 найдем,. Коэффициент k=1.

По табл. 5.5. при ц=23 найдем, ,

Разница между 400 кПа и 817,93 кПа > 15%, во втором приближении получаем:

b=1,59 м; =1,0* b =1,59 м Подбираем унифицированные размеры подошвы фундаменты: фундамент типа ФА2−4, h=3000 мм, lb=1,8 м 1.8 м Разница между 817,93 кПа и 798,781 кПа <15%

Проверяем следующие условия:

.

Условие не выполняется.

Увеличиваем ширину подошвы фундамента.

.

где

Все условия выполняются. Размеры фундамента 2,4×2,1 м.

Фундамент 2

Исходные данные: d₁=3,15 м; =3745 кН, =-9, сечение колонны 450×450 мм. Определяем предварительную величину площади подошвы фундамента:

где Nвертикальная сила на обрезе фундамента,

— усредненное значение удельного веса материалов фундамента и грунта на его уступах, равное 20 кН/м3.

Задаемся соотношением сторон для квадратного фундамента:

=> b=3,33 м

=1,0*3,33=2,38 м Подбираем унифицированные размеры подошвы фундаменты: фундамент типа ФВ13−4, h=3000 мм, lb=4,2 м х3,6 м По табл. 5.4 найдем,. Коэффициент k=1.

По табл. 5.5. при ц=23 найдем, ,

Разница между 400 кПа и 922,08 кПа > 15%, во втором приближении получаем:

b=1,59 м; =1,0* b =2,09 м Подбираем унифицированные размеры подошвы фундаменты: фундамент типа ФА6−4, h=3000 мм, lb=2,4 м 2,1 м Разница между 870,53 кПа и 922,08 кПа <15%

Проверяем следующие условия:

.

Условие не выполняется.

Увеличиваем ширину подошвы фундамента.

.

где

Все условия выполняются. Размеры фундамента 2,7×2,4 м.

Фундамент 3

Исходные данные: d₁=3,15 м; =2869 кН, =23, сечение колонны 300×300 мм.

Определяем предварительную величину площади подошвы фундамента:

где Nвертикальная сила на обрезе фундамента,

— усредненное значение удельного веса материалов фундамента и грунта на его уступах, равное 20 кН/м3.

Задаемся соотношением сторон для квадратного фундамента:

=> b=2,92 м

=1,0*2,92=2,92 м Подбираем унифицированные размеры подошвы фундаменты: фундамент типа ФА11−4, h=3000 мм, lb=3,6 м х3,0 м По табл. 5.4 найдем,. Коэффициент k=1.

По табл. 5.5. при ц=23 найдем, ,

Разница между 400 кПа и 901,458 кПа > 15%, во втором приближении получаем:

b=1,85 м; =1,0* b =1,85 м Подбираем унифицированные размеры подошвы фундаменты: фундамент типа ФА6−4, h=3000 мм, lb=2,4 м 2,1 м Разница между 870,53 кПа и 901,458 кПа <15%

Проверяем следующие условия:

.

где

Все условия выполняются. Размеры фундамента 2,4×2,1 м

2.3 Абсолютная осадка фундаментов мелкого заложения Расчет по деформациям производим для фундамента № 1.

Осадку определяем методом послойного суммирования по формуле (прил.2 [2]):

где в — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

_zpi — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

h_i и Е_i — соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

n — число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z определяем по формуле (2), прил. 2, [2]:

Значения коэффициента б определяем по табл.1, прил. 2, [2], при

.

Дополнительное вертикальное давление на основание:

p_ср — среднее давление под подошвой фундамента;

_{zg, 0} — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

=3,15×18.8=59,22 кПа,

.

Размеры подошвы фундамента составляют: 2.1Ч2.4 м.

Из условия h_i?0,4Чb принимаем толщину слоев h_i?0.4×2.1=0.84 м.

По формуле определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта. Нижнюю границу сжимаемой толщи находим из условия .

Рисунок 3 — Осадка ФМЗ

S=3,40 472 см.

В соответствие с прил. 4 [2], для каркасного железобетонного здания максимальная осадка — условие выполняется, следовательно, размеры фундамента считаем окончательными.

3. Расчет свайного фундамента

3.1 Назначение сечения и длины свай, определение необходимого числа свай и размеров ростверка Формула определения несущей способности для висячих свай [3]:

Fd= c*(c_R R*A +u* _cf*fi*hi)

где: _c — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый _c = 1,

R _ расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа

A — площадь опирания на грунт сваи, м²,

u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа (тс/м²), принимаемое по табл.2 СНиП;

h_i — толщина 1-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; не должна превышать 2 м

_cR ,_cf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл. 3 СНиП, в данных условиях равны 1,0.

Высота ростверка 1,4 м.

Сваи длиной 5 метров, с размерами сечения 0,3×0,3 м.

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи R=7756,25 кПа.

грунт здание фундамент осадка Расчетная нагрузка допускаемая на сваю:

Рисунок 4- К расчету свай Фундамент 1.

Исходные данные: N= 1901кН, М=10 кН*м Количество свай :

Проверка фундамента на опрокидывание:

N=

N=

480,81<731,87

Условие выполняется Рисунок 5 — Схема свайного фундамента № 1

Фундамент 2.

Исходные данные: N= 3745кН, М=-9 кН*м Количество свай :

Проверка фундамента на опрокидывание:

N=

N=

621,667<731,87

Условие выполняется Рисунок 6 — Схема свайного фундамента № 2

Фундамент 3.

Исходные данные: N= 2869кН, М=23*м Количество свай :

Проверка фундамента на опрокидывание:

N=

N=

730,023<731,87

Условие выполняется Рисунок 7 — Схема свайного фундамента № 3

3.2 Расчет осадки свайного фундамента Расчет осадки для фундамента № 1.

Исходные данные: N= 1901 кН Угол внутреннего трения грунта ц_ср =

б= ц_ср /4=7,53⁰ .

Осадку определяю методом послойного суммирования по формуле Действие грунтовых вод не учитывается.

Порядок расчета осадки свайного фундамента методом послойного суммирования.

1. Ширина условного фундамента В_УСГМ =d+2l*tgб=1,622 м.

2. Определение массы свайно-грунтового массива

G_УГСМ ==1,622² *6,3*20=331,4808

3. Определение среднего фактического давления под подошвой условного фундамента Р=

1. Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой условного фундамента

R==

=1.4*1.3/1(1,55*1*1,622*10,478+7,22*6,5*13,813)=1227,75 кПа.

5. Проверка условия Р=848,53

h<0.4 B_УСГМ =0,4*1,622=0,64 м Максимальная осадка — условие выполняется, следовательно, размеры фундамента считаем окончательными Рисунок 8 — Осадка свайного фундамента Заключение Курсовой проект выполнен в соответствии с существующими государственными стандартами и нормами проектирования.

В курсовой работе были произведены расчеты фундамента мелкого заложения (ФМЗ) и свайного фундамента.

В результате курсовой работе по заданным характеристикам грунтов и их несущей способности были обоснованы два варианта фундаментов для химического корпуса, расположенной в г. Актюбинск: мелкого заложения (ФМЗ) и свайные; произведены расчёты фундаментов по второй группе предельных состояний на примере фундамента № 1.

При выполнении курсового проекта были определены:

1. расчётная глубина промерзания грунта df= - 0,95 м;

2. размеры подошвы ФМЗ № 1 b=2,1 м, l=2,4 м, глубина заложения d = - 3,15 м, осадка фундамента S=3,41 см;

3. в свайном фундаменте № 1 4 сваи С 5.30, глубина заложения ростверка d = - 1,5 м, осадка фундамента S=4,92 см;

1. СНиП 2.02.01−83* «Основания зданий и сооружений» .

2. ГОСТ 25 100–95 «Грунты. Классификация.»

3. СНиП 2.02.03−85 «Свайные фундаменты» .

4. Методические указания «Задания на курсовой проект и общие методические указания по выполнению», Гареева Н. Б., УГНТУ, 2012 г.

Приложение