Механика грунтов, основания и фундаменты

Федеральное агентство  по образованию 

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

 

“Сибирский государственный  индустриальный университет”

 

Кафедра инженерных конструкций

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

по курсу

«Механика грунтов, основания и фундаменты»

 

 

 

 

 

 

 Выполнил:                    ст.гр. ЗСП-11у 

                                   Шумская Д.М.

      Проверил:                       Платонова С.В.  

 

 

 

 

 

 Новокузнецк 2014г.

 

 

Содержание курсового  проекта.

 

  1. Общая часть
  2. Исходные данные………………………………………………………..
  3. Определение физико-механических характеристик грунтов, заключение……………………………………………………………….
  4. Определение сочетаний нагрузок………………………………………
  5. Расчёт фундамента на естественном основании
  6. определение глубины заложения подошвы фундамента………………
  7. Определение размеров подошвы фундамента…………………………
  8. Вычисление осадки методом послойного элементарного суммирования, эквивалентного слоя……………………………………
  9. Расчёт затухания осадки фундамента во времени……………………..
  10. Конструирование фундамента…………………………………………
  11. Расчёт фундамента по прочности………………………………………
  12. Проверка первой ступени по поперечной силе…………………….
  13. Расчёт на изгиб, армирование стакана………………………………
  14. Расчёт свайного фундамента
  15. Определение глубины заложения подошвы плиты ростверка…...........
  16. Выбор длины, сечения сваи с учётом грунтовых условий…………….
  17. Определение несущей способности свай по грунту и по прочности материалов ствола………………………………………………………..
  18. Конструирование ростверка, проверка достаточности принятых свай………………………………………………………………………..
  19. Расчёт ростверка по прочности…………………………………………
  20. Расчёт на продавливание колонной……………………………………………………………….
  21. Расчёт на продавливание угловой сваей……………………………..
  22. Расчёт прочности наклонных сечений плиты ростверка по поперечной силе……………………………………………………….
  23. Расчёт на изгиб…………………………………………………………
  24. Расчёт по деформациям…………………………………………………
  25. Определение сопротивления грунта в плоскости нижних концов свай……………………………………………………………………
  26. Расчёт осадки свайного фундамента………………………………..
  27. Расчёт на действие горизонтальной нагрузки………………………
  28. Производство работ по устройству фундамента……………………………..
  29. Графическая часть

 

 

 

 

 

 

 

  1. общая часть

 

    1. исходные данные

Исходные данные приведены в табл.1.1.1.

                                                                                                                              Таблица 1.1.1

№ гр.

пл-ть ρ, г/см3

пл-ть частиц грунта ρs,г/см3

удел.вес, кН/м3

удел.вес частиц, кН/м3

влаж-ность W, %

влажность на границе раскатывания WР, %

влажность на границе текучести WL, %

коэф-т сжимаемости mo, см2/Н

коэф-т фильтрации k, см/сек

1

1,98

2,66

19,8

26,6

20,1

0

0

0,002

2,8÷10-3

2

2,1

2,68

21

26,8

19

20

32

0,009

3,3÷10-6

3

1,82

2,78

18,8

27,8

22

0

0

0,0007

3÷10-3

№ гр.

Гранулометрический состав грунта

>5

5,0-2,0

2,0-1,0

1,0-0,5

0,5-0,25

0,25-0,1

0,1-0,05

0,05-0,01

0,01-0,005

0,005-0,001

<0,001

1

0

0

1

3

20

46

20

7

2

1

0

2

0

0

0

1

2

2

20

22

20

19

14

3

0

0

2

4

10

40

23

8

10

1,5

16


 

Нормативные нагрузки на отметке  – 0,150 м на крайнюю колонну:

Постоянные:

.

Кратковременные:

Снеговая:                     ;

От мостового крана:  ;

Ветровая:                            ;

Температурная:                  .

Один пролёт 30 м, шаг колонн 12 м.

Сечение колонны показано на рис.1.1.1. 

 

 

 

 

 


800*500 мм
Рис 1.1.1. Сечение колонны.
Место строительства г. Омск.

 

    1. Определение прочностных и деформативных характеристик грунтов

 

Грунт № 1.  Песок крупный

; ; ;

;  . 

 

 

Грунт № 2.  Супеси.

; ; ; ;

.

Грунт № 3.  Суглинки.

; ;; ;

.

                                                                                                  

                                                                                                                            Таблица 1.2.1

Наименование показателей

Слой грунтов

I

II

III

грунт

Песок пылеватый

Суглинок мягко-пластичный

Песок пылеватый

удельный вес, кН/м3

19,8

19,3

22

коэффициент пористости е

0,612

0,8031

0,1696

показатель текучести JL

―

0,7

  

удельное сцепление сn, кПа

5

18

2

угол внутреннего трения φn,˚

30

17

26

расчётное сопротивление Rо, кПа

100

-

-

модуль деформации Е, МПа

23

10

11

мощность слоя, м

7

5

―


 

 

    1. Составление сочетаний нагрузок и выбор их для расчета

 

Основные сочетания  для расчёта фундаментов по II гр. пр. сост. приведены в табл.1.3.1.

                                                                                                                            Таблица 1.3.1

Основные сочетания  для расчёта фундаментов по II гр. пр. сост., (кН, кН·м)

Усилия

Сочетания нагрузок

пост. + снег

пост. +

+ крановая

пост. + ветер

пост. + снег +

+ 0,9·(крановая +

+ ветер)

N

3344

4069

3344

3344

4069

4069

M

-28

107

-216

28

-262,7

74,7

Q

23,6

-87,8

-87,8

65,3

-91,06

76,06


Расчетные нагрузки для  основных сочетаний для расчета  фундаментов по I гр. пр. сост. приведены в табл.1.3.2.

                                                                                                                                           Таблица 1.3.2

Расчетные нагрузки для  основных сочетаний для расчета  ф-ов по I гр. пр. сост., (кН, кН·м)

Усилия

пост. нагрузка

Кратковременные нагрузки

снег

крановая

ветер

температур. воздействия

N

3480,4

252

870

─

─

─

─

M

-118,8

112

162

263,2

  -  263,2

131,25

-131,25

Q

10,56

19,6

-133,7

31,08

-31,08

15,75

-15,75

Коэф. надежн. по нагрузке

1,1

1,4

1,2

1,4

1,4

1,05

1,05


Основные сочетания для расчёта  фундаментов по I гр. пр. сост. приведены в табл.1.3.3.

                                                                                                                                     

                                                                                                                                          Таблица 1.3.3

Основные сочетания для расчёта фундаментов по I гр. пр. сост., (кН, кН·м)

Усилия

Сочетания нагрузок

пост. + +снег

пост. +

+ крановая

пост. + ветер

пост. + t o

пост. +

+ 0,9·(снег +кран.+ +ветер + t o)

N

3732,4

4350,4

3732,4

3732,4

3732,4

3732,4

4489,8

4489,8

M

-6,8

43,2

144,

-382

12,45

-250,1

-482,8

-227,2

Q

30,16

-123,14

41,64

-20,5

26,31

-5,19

-49,9

-134,27


 

 

  1. Расчет фундамента на естественном основании

 

2.1.  Определение глубины заложения подошвы фундамента

 

Так как пески пылеватые относятся  к пученистым грунтам, то глубину заложения подошвы фундамента определяем, исходя из расчетной глубины сезонного промерзания грунта.

Определяем нормативную  глубину сезонного промерзания  грунта, которую находим по максимальной глубине промерзания в течение 10 лет на площадке свободной от снега.

,

где do – принимается по [1, п.2.26],=0,28

Мt – сумма среднемесячных отрицательных температур зимних месяцев для данного района (г. Куйбышев), определяем по [2 (СниП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика)]

.

Расчетная глубина сезонного промерзания  грунта определяется по формуле

,

где kh = 1 – коэффициент теплового режима здания, определяемый по [1, табл.1]. Для                               пучинистых грунтов

Определим глубину заложения подошвы  с учетом конструктивных требований.

Конструктивная высота фундамента должна быть не менее

,

где hЗ – глубина заделки колонны в фундамент, м; 0,05 м – толщина подливки бетона в стакане; 0,2 м – минимальная толщина дна стакана, допускаемая по конструктивным требованиям.

Глубину заделки одноветвевых колонн определяем из условия

,

где – расстояние между наружными гранями ветвей колонны. 

Высоту hф округляем в большую сторону до величины, кратной 300 мм, .

Глубина заложения подошвы с  учетом конструктивных требований:

,

где 0,15 м – расстояние от отметки верха фундамента до отметки чистого пола, требуемое для условий выполнения работ нулевого цикла.

Глубина заложения подошвы фундамента с учетом конструктивных требований оказалась больше расчетной глубины промерзания грунта . Для дальнейших расчетов принимаем большее значение .

 

    1. Определение размеров подошвы фундамента при одновременном действии момента, нормальных и поперечных сил

 

Расчет производим по II гр. пр. сост.: .

Ориентировочно площадь подошвы  фундамента

.

Среднее давление P не должно превышать величины расчетного сопротивления грунта основания R:

,

где g – сплошная равномерно распределенная вертикальная пригрузка на пол, принимается по заданию технологов или 20 кН/м2; R – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое в соответствии с [1, п.п. 2.41 – 2.49].

.

,

где γс1, γс2 – коэффициенты условия работы, , ;

;

;

.(до УГВ)

.

Максимальное краевое давление Рmax при любых сочетаниях нагрузок может быть повышено до при выполнении условий [1, п. 2.47], а минимальное Рmin должно быть больше нуля:

.

Последнее требование объясняется  тем, что треугольная эпюра давлений для зданий с мостовыми кранами  не рекомендуется, так как продольные и поперечные тормозные силы могут вызвать поворот фундаментов вокруг точки с ординатой Рmax [4].

Краевые давления под подошвой фундамента Рmax, Рmin находят в предположении линейного распределения давления по грунту в направлении действия момента по формуле

,

где hф – высота фундамента; Wy – момент сопротивления подошвы фундамента относительно оси y.

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверяем, чтобы средняя величина давления по подошве была меньше расчетного сопротивления, и удовлетворялось  условие для краевых ординат давлений:

а)  ,

б)  ;

в)  .

Для окончательного принятия размеров фундамента определяем абсолютную осадку методом послойного элементарного суммирования.

 

 

 

 

 

2.3.  Расчет осадок  фундаментов методом послойного

 элементарного суммирования

 

Схема для расчета абсолютной осадки фундамента приведена на рис.2.3.1.



Рис. 2.3.1.  Схема для расчета абсолютной осадки фундамента

.

 

 

 

Таблица 2.3.1

 

Напряжения в горизонтальных сечениях в грунте ниже подошвы фундамента

Наименование грунта

, кН/м3

,

м

КПа

, КПа

, КПа

, МПа

, мм

Песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой

19

1,75

33,25

6,65

1

178,25

 

171,03

147,325

111,5

82,355

58,38

36,455

25,135

11

14,9

 

11,3

 

9,7

 

4,8

 

8

 

5

 

2,7

19

1,2

56,05

11,21

0,919

163,81

11

19

1,05

76

15,2

0,734

130,84

11

9

1,2

86,8

17,36

0,517

92,16

11

9

0,8

94

18,8

0,407

72,55

11

Глина мягкопластичная

9,3

1,8

110,74

22,15

0,248

44,21

10,5

9,3

1,8

127,48

25,5

0,161

28,7

10,5

9,3

1,4

140,5

28,1

0,121

21,57

10,5


 

 

Значение конечной осадки фундамента не превышает допустимого  значения.

 

 

 

 

 

 

 

    1. Расчет затухания осадки фундамента во времени

 

Найдём высоту эквивалентной эпюры  уплотняющих давлений:

,

где - коэффициент эквивалентного слоя, принимаемый равным 1,262 при μ=0,3.

Вычерчиваем эпюру уплотняющих  давлений (рис. 2.4.1) и выписываем из задания значения коэффициентов пористости, сжимаемости и фильтрации для глинистого слоя.

 


Определяем коэффициент относительной сжимаемости глинистого слоя:

,

где mо– коэффициент сжимаемости слоя.

 

Найдём коэффициент консолидации глинистого слоя:

.

 

Вычислим затухание осадки во времени  в табличной форме (табл. 2.4.1).

 

                                                                                                                   Таблица 2.4.1

Затухание осадки во времени

U (2)

N

0,05

0,20

0,40

0,70

0,98

0,002

0,02

0,13

0,69

3,49

 

0,57 г

5,7 г

37,19 г

197,38 г

998,33 г

0,282

1,128

2,256

3,948

5,527


 

Строим график затухания осадки во времени (рис. 2.4.2) с помощью таблицы, составленной выше.

 

рис. 2.4.2.   график затухания осадки во времени

 

 

    1. Конструирование фундамента

 

Общая высота фундамента .

Размеры подколонника в плоскости  действия изгибающего момента:

,

где  hн – расстояние между наружными гранями двухветвевой колонны, м;

0,075 – минимальный зазор между  стенкой стакана и колонной, м;

dс – минимальная толщина стенки стакана в плоскости изгибающего момента; .

Размеры подколонника из плоскости  изгибающего момента:

,

где bк – меньший размер сечения колонны, м;

0,15 – минимальная толщина стенки  стакана из плоскости изгибающего момента, м.

 

 

Вынос плитной части  фундамента относительно граней подколонника:

а) в плоскости изгибающего  момента

;

б) из плоскости изгибающего  момента

.

Вынос с1 первой ступени в плоскости изгибающего момента

,

,

.

Для бетона класса В15 , принимаем .

 

Рис. 2.5.1. Размеры ступеней двухступенчатого фундамента

 

 

    1. Расчёт фундамента по прочности

2.6.1.  Расчёт фундамента на  продавливание

 

Расчётные усилия:

Устанавливаем схему  образования пирамиды продавливания  с помощью соотношений:  и ,  где ; ; ; ; ; .

;   .

Так как данные условия выполняются, то пирамида продавливания образуется от дна стакана.

Схема определения продавливающей силы показана на рис. 2.6.1.

Рис. 2.6.1.  Схема определения продавливающей силы

 

; 
, 
,
;

Расчёт на продавливание при  образовании пирамиды от дна стакана  производим:

 

– в плоскости действия изгибающего  момента из условия:

,

где  N – расчетная продавливающая сила;

P  – максимальное давление под подошвой фундамента;

Ао – площадь прямоугольника ABCDEG;

 – коэффициент, принимаемый  равным для тяжелых и ячеистых  бетонов 1;

bср – размер меньшей стороны дна стакана;

Rbt – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению при , ;

– рабочая высота дна стакана, принимаемая от дна стакана до плоскости расположения растянутой арматуры, .

;

тогда , условие не выполняется, увеличиваем высоту фундамента до 1,8 м, тогда .

;  
.

;

,
;

 

тогда , условие не выполняется, увеличиваем высоту фундамента до 2,1 м, тогда .

;  
.

;

,
;

тогда , условие выполняется.

 

– из плоскости действия изгибающего  момента из условия:

,

;

тогда , условие выполняется.

 

 

 

2.6.2. Проверка первой ступени по поперечной силе

 

а)  в плоскости действия момента:

,  
;
, 
,

где – коэффициент, принимаемый равным 0,6 для тяжелого бетона.

.

 – условие не выполняется,  увеличиваем высоту фундамента до 2,4 м, тогда ,

;

.

 – условие выполняется;

 

б) из плоскости изгибающего момента:

.

,

 – условие выполняется.

 

 

      1. Расчёт фундамента на изгиб

 

Вычерчиваем размеры  фундамента с соответствующими эпюрами  реактивного давления грунта в плоскости и из плоскости изгибающего момента. Величины Рmax , Pmin и P принимаем из расчета по I гр. п.с.

Выбираем расчетные  сечения и определяем, рассматривая подобие треугольников, величины давлений грунта в этих сечениях (рис. 2.6.2).

; ; (см. рис.2.6.3).

,

;

;

Рис. 2.6.2.  Схема к определению расчетных сечений фундамента

 

.

 

 

Рис. 2.6.3. Схемы для расчета арматуры в сечениях I-I, II – II и III – III



 

 

 

Определим значения изгибающих моментов и площади сечения арматуры в  расчетных сечениях:

а)  в плоскости действия изгибающего момента:

где – условная ширина подошвы фундамента.

Определим площадь арматуры (арматура класса А-III).

;

;

;

Принимаем 5Ø 14 А-III с (шаг 200).

б)  из плоскости действия изгибающего момента:

;

;

.

Принимаем 4Ø 14 А-III с (шаг 250).

 

      1. Расчёт подколонника и его стаканной части

Механика грунтов, основания и фундаменты 📙 Курсовая → 🆔 130489

Механика грунтов, основания и фундаменты 📙 Курсовая → 🆔 130489

Механика грунтов, основания и фундаменты