Проектирование фундамента для крытого рынка
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
основания и фундаменты
на тему:
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА
ДЛЯ КРЫТОГО РЫНКА
Выполнил:
студент гр. ПГС-02-1
Новикова Е.В.
Проверил:
Пономарев А.Б.
Пермь 2006г
СОДЕРЖАНИЕ
1 Исходные
данные
2 Анализ инженерно-геологических условий площадки
3 Вариантное проектирование фундамента
3.1 Определение расчетной
нагрузки на фундамент
3.2 ФМЗ
3.3 Свайные фундаменты
4 Детальный расчет выбранного фундамента
4.1 Расчет фундаментов по деформациям
4.1.1 Расчет конечных осадок
фундамента
4.1.2 Расчет фундаментов по слабому подстилающему слою
4.2 Расчет фундаментов на прочность
4.2.1 Расчет ростверка на
местное смятие
4.2.2 Расчет ростверка на продавливание колонной
4.2.3
Расчет арматуры плиты ростверка
4.2.4 Подбор оборудования для погружения свай
Список используемых источников
2 АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНО-
Оценку инженерно-геологических условий строительной площадки следует начинать с построения геолого-литологического разреза, см. лист 1. По данным колонок скважин строится геолого-литологический профиль, на котором отмечаем напластование, толщину и абсолютные отметки отдельных слоев грунта, уровень подземных вод. Расстояния между выработками берутся непосредственно с плана, а толщина пластов грунта – с литологических колонок.
Для каждого слоя грунта (инженерно-геологического элемента) по заданным основным показателям определяют ряд расчетных характеристик их физического состояния.
1. ИГЭ №1 – мелкий песок
Удельный вес
γ = ρ*g, где
ρ – плотность грунта (т/м3),
g – ускорение свободного падения (Н/м3).
γ = 1,92*9,81 = 18,835 кН/м3
Удельный вес частиц грунта
γs = ρs*g, где
ρs – плотность частицы грунта (т/м3).
γs = 2,67*9,81 = 26,193 кН/м3
Удельный вес сухого грунта
γd = γ/(1 + ω), где
ω – влажность грунта.
γd = 18,835/(1+0,2) = 15,696 кН/м3
Коэффициент пористости
е = (γs - γd)/ γd
е = (26,193 -15,696)/15,696 = 0,669 → мелкий песок средней плотности
Пористость грунта
n = е/(1 + е)
n = 0,669/(1 + 0,669) = 0,401
Коэффициент водонасыщения (степень влажности)
Sp = ωρs/eρw, где
ρw – плотность воды (т/м3).
Sp = 0,2*2,67/0,669*1 = 0,798 → песок средней степени влажности
Условное расчетное сопротивление грунта
По табл.2 прил. 3 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» в зависимости от коэффициентов пористости и водонасыщения определяем расчетное сопротивление песчаного грунта. Ro = 200 кПа
2. ИГЭ №2 – суглинок озерно-аллювиальный
Удельный вес
γ = 1,84*9,81 = 18,05 кН/м3
Удельный вес частиц грунта
γs = 2,65*9,81 = 25,997 кН/м3
Удельный вес сухого грунта
γd = γ/(1 + W)
γd = 18,05/(1 + 0,31) = 13,779 кН/м3
Коэффициент пористости
е = (γs - γd)/ γd
е = (25,997 – 13,779)/13,779 = 0,887
Пористость грунта
n = е/(1 + е)
n = 0,887/(1 + 0,887) = 0,47
Число пластичности
Jp = Wl – Wp, где
Wl – предел текучести,
Wр – предел раскатывания.
Jp = 0,25 – 0,17 = 0,08
Показатель текучести
Jl = (W – Wp) /(Wl – Wp)
Jl = (0,31 – 0,17)/(0,25 – 0,17) = 1,75 → текучая консистенция грунта
Условное расчетное сопротивление грунта
По табл.3 прил. 3 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» в зависимости от коэффициента пористости и показателя текучести определяем расчетное сопротивление глинистого грунта. Ro = 130 кПа
Вывод: ИГЭ №1 – мелкий песок средней плотности и средней степени водонасыщенности с расчетным сопротивлением Ro = 200 кПа. ИГЭ №2 – суглинок озерно-аллювиальный, текучей консистенции с расчетным сопротивлением Ro = 130 кПа.
В качестве несущего слоя для ФМЗ и свайных фундаментов предлагается рассмотреть ИГЭ №1 – мелкий песок.
Уровень грунтовых вод зафиксирован на отметке 0,4 – 0,5м от поверхности земли.
3 ВАРИАНТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ
3.1 Определение расчетной нагрузки на фундамент
,
,
, где
(для второй группы предельных состояний),
,
,
,
3.2 Фундаменты мелкого заложения
Запроектируем фундамент мелкого заложения стаканного типа под угол наружной стены крытого рынка торговой площадью 1500м2 на пересечении ряда Ж с осью 1. Подвал в здании отсутствует.
1. Выбор глубины заложения
При выборе глубины заложения фундамента необходимо учитывать нормативную глубину сезонного промерзания грунта.
Расчетная глубина заложения фундамента определяется по формуле:
df = kn dfn, где
dfn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта.
dfn = do , где
Мт – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП;
do – величина, принимаемая равной для мелких песков – 0,28 [1].
dfn = 0,28 = 1,0134м,
kn – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, kn= 0,5 (табл.1 /1/)
df = 0,5*1,0134 = 0,5067м
Исходя из конструктивных соображений принимаем df = 0,9м.
2. Определение размеров фундамента
Ориентировочную ширину подошвы фундамента определим из условия
P £ R, где
-действующее давление;
-расчетное сопротивление;
Определение ориентировочной ширины подошвы фундамента:
, где
NII = 418 кН – нагрузка на обрез фундамента;
d = 0.9м – глубина заложения фундамента;
Ro = 200 кПа – условное расчетное сопротивление грунта (песок мелкий);
γmt = 20кН/м3 – средний удельный вес фундамента и грунта на его обрезах;
;
Определяем ширину фундамента по формуле:
;
.
По каталогу индустриальных конструкций и изделий для строительства в Пермской области (часть I) подбираем фундамент 1Ф18.8-2 (Серия 1.020.1-7 выпуск 1-1, ).
рис.1
3. Вычисление уточненного расчетного сопротивления грунта основания
Расчет производится по п. 2.41 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»:
R = gc1gc2/k(MgkzbgII + Mgd1g`II + MccII), где
gc1 = 1,3; gc2 = 1,3 (табл. 3 /1/);
k = 1 - для случая, когда прочностные характеристики определяются непосредственными испытаниями;
- определяются по таблице 4 СНиП 2.02.01-83;
Мg = 1,105, при угле внутреннего трения ;
Мg = 5,42, при угле внутреннего трения ;
Mc = 7,81, при угле внутреннего трения ;
kz = 1 при b < 10м, коэффициент, зависящий от ширины фундамента;
gII = 18.835 кH/м3 – удельный вес грунта, расположенного ниже подошвы фундамента;
g`II = 18,835 кН/м3 – то же в пределах глубины заложения d;
cII = 4кПa – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента,
d1 = d = 0,9м – глубина заложения фундамента. ;
Составим уточненную расчетную схему фундамента (нагрузки с обреза необходимо перенести на подошву фундамента):
N = NII + Gф + Nгр, где
Gф = 3,5 т = 34,3 кН – собственный вес фундамента,
Nгр = Ауст γII’hуст - вес грунт;
Ауст = 2,2796 м2;
Nгр = 2,2796*18,835*0,6 = 25,76 кН;
N = 418 + 34,3 + 25,76 = 478,06 кН;
F = FII = 40 кН;
M = MII + FIIhf, где
hf – высота фундамента = 0,75м,
М = 126 + 40*0,75 = 156 кН м,
е = М/N – эксцентриситет действующих нагрузок,
е = 156/478,06 = 0,326м,
Определим среднее давление по ширине подошвы фундамента:
P = N/А;
P = 478,06 /3,24 = 147,549 кПа < R = 271,38 кПа→ условие выполнено
4. Проверка максимального и минимального краевых давлений по подошве фундамента
Рmax ≤ 1.2R
Pmin ≥ 0;
,
, оба условия не выполнены, следовательно, необходимо увеличить ширину подошвы фундамента. Принимаем по каталогу 1Ф21.8-1 (см рис.2)
;
Gф = 4,5 т = 45 кН;
Ауст = 3,4496м2;
Nгр = 3,4496*18,835*0,6 = 38,984 кН;
N = 418 + 45 + 38,984 = 501,984 кН;
F = FII = 40 кН;
М = 126 + 40*0,75 = 156 кН м;
е = 156/501,984 = 0,3108 м;
P = 501,984/4,41 = 113,83 кПа < R = 281,93 кПа → условие выполнено.
;
, оба условия выполнены.
3.3. Свайные фундаменты
Для заданных грунтовых условий запроектируем свайный фундамент из сборных железобетонных свай марки С50.35-1, длиной L = 5м, размером поперечного сечения 0,35 х 0,35 м и длиной острия l = 0,3 м. Высоту ростверка принимаем конструктивно равной 0.5м, считаем опирание сваи в ростверке свободным (шарнирным). По условию взаимодействия с грунтом сваи являются висячими. Сваи погружают с помощью забивки дизель-молотом.
Найдем несущую способность одиночной висячей сваи, ориентируясь на расчетную схему и имея в виду, что глубина заложения сваи в ростверк не должна быть менее 5 см.
1.Определение несущей способности сваи
Fd = γc(γcrRA+U∑γcffihi), где
γc = 1 – коэффициент условия работы сваи в грунте,
γcr; γcf = 1 – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта (табл. 3 /2/),
R = 2295 кIIa – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи при глубине погружения 5.95м для мелкого песка средней плотности (табл.14 прил.1 /4/)
А = 0,35*0,35 = 0,1225 м2 – площадь поперечного сечения свай,
U = 0,35*4 = 1,4 м – наружный периметр поперечного сечения свай,
hi – мощность i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м (см. расчетную схему к определению несущей способности сваи),
h1 = 2 м; h2 = 2 м; h3 = 1.15 м;
fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа (табл. 2, /2/),
f1 =28.6 кПа; f2 = 37.4 кПа; f3 = 40.75 кПа;
Fd = 1*(1*2295*0,1225 + 1,4*(28.6*2 + 37.4*2 + 40.75*1.15) = 531.545 кН.
2. Определение расчетной нагрузки на сваю
, где
- коэффициент надежности (п. 3.10. СНиП 2.02.03-85* «Свайные фундаменты»),
;
3.Определение требуемого количества свай в фундаменте
,
- коэффициент надежности,
Исходя из конструктивных особенностей, принимаем сваи из серии 1.011.1-10 выпуск 1 С50.35-1 в количестве n = 4шт.
Окончательно примем число свай в фундаменте равным 4 и разместим их по углам ростверка
4.Конструирование ростверка с учетом требуемого количества свай
м, м (см. рис. 4)
5.Проверка фактического давления, действующего на максимально нагруженные сваи в составе фундамента
, где
;
- вес ростверка,
1,1 – коэффициент надежности по нагрузке (т.1 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»),
Nгр = 3.0625*18,835*0,25*1,15 = 16,583 кН - вес грунта,
1.15 - коэффициент надежности по нагрузке (т.1 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»),
→ условие выполнено.
6.Определение расчетной нагрузки на сваю с учетом изгибающего момента
рис. 5
;
,
кН м;
кН;
м - высота ростверка,
кН м;
м, м:
,
кН < 379.675 кН
кН > 0 → условия выполнены.
7.Технико-экономическое сравнение вариантов
№ n/n |
Виды работ |
Ед. изм |
Стоим., руб |
ФМЗ |
Свайный фундамент | ||
Объем |
Стоим., руб |
Объем |
Стоим., руб | ||||
1. |
Разработка грунта |
м3 |
3.03 |
12.448 |
37.717 |
8.4084 |
25.477 |
2. |
Откачка воды |
м3 |
40 |
8.1235 |
324.94 |
4.7584 |
190.336 |
3. |
Сборный железобетон |
м3 |
33.50 |
1.8 |
60.3 |
- |
- |
4. |
Монолитный железобетон |
м3 |
24.0 |
- |
- |
0.919 |
22.05 |
5. |
Устройство подбетонки |
м3 |
16.5 |
0.441 |
7.2765 |
- |
- |
6. |
Сваи |
м3 |
63 |
- |
- |
2.45 |
154.35 |
Итого |
430.234 |
392.183 | |||||
Вывод: сравнивая стоимость устройства фундаментов – мелкого заложения и свайного – очевидно, что свайный фундамент экономически более целесообразен, чем фундамент мелкого заложения.
4 ДЕТАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ВЫБРАННОГО ФУНДАМЕНТА
4.1 Расчет фундаментов по деформациям
4.1.1 Расчет конечных осадок фундаментов
В настоящее время свайный фундамент при расчете его осадок рассматривается как условный массивный фундамент на естественном основании.
Определим осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта:
,где
- расчетные значения углов
внутреннего трения для
;
;
- глубина погружения сваи в грунт, считая от подошвы ростверка, м;
м.
Определим размеры подошвы условного фундамента по следующей формуле:
, где
м - расстояние между осями свай по поперечным и продольным осям,
- количество рядов по ширине и длине фундамента,
м- сторона сечения сваи.
м.
Определим среднее давление по подошве условного фундамента:
,
кН - расчетная нагрузка от веса здания на уровне
верхнего обреза фундамента,
кН - вес свай в объеме условного фундамента,
кН - вес ростверка,
кН - вес грунта в объеме условного фундамента,
м2 - площадь подошвы условного фундамента.
кПа
Определяем уточненное расчетное сопротивление грунта основания по п. 2.41 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»:
R = gc1gc2/k (MgkzbgII + Mgd1g`II + MccII), где
gc1 = 1,4; gc2 = 1,2 (табл. 3 /1/),
k = 1 - для случая, когда прочностные характеристики определяются непосредственными испытаниями,
Мg = 1,105; Мg = 5,42; Mc = 7,81 (табл. 4 /1/),
kz = 1 при b < 10м,
gII = 18.835 кH/м3 – удельный вес грунта, расположенного ниже подошвы фундамента,
g`II = 18,835 кН/м3 – то же в пределах глубины заложения d,
cII = 4кПa – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента,
d1 = d = 5,65м – глубина заложения фундамента.
R = ;
РII = 175,117 кПа < R = 1117,075 кПа → условие выполнено.
Для определения осадки фундамента воспользуемся методом послойного суммирования (прил.2 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»).
Определим осадку основания по формуле:
, где
β – безразмерный коэффициент, равный 0,8.
Зададимся мощностью слоя грунта hi: hi ≤ 0.4by, где
by = 2,734 м - ширина условного фундамента,
hi ≤ 0.4*2,734 = 1,094 → примем hi = 1,0 м.
Определим дополнительное давление под подошвой фундамента по формуле:
Po = pII – σzg,o, где
σZGО - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента σZGО = 5,65*18,835 = 106,418 кПа;
Po = 175,117 – 106,418 = 68,699 кIIa – дополнительное давление под подошвой фундамента.
Определяем дополнительное давление от действующих нагрузок на глубине z определим по формуле:
σzpi = αРo ; ;
Напряжение от собственного грунта на глубине z определим по формуле:
σzg = σzg,o + (см. табл. 2),
Расчет производим до тех пор, пока не будет выполняться условие:
σzpi ≤ 0,2σzgi (Е=26МПа>5МПа – ИГЭ-1 – мелкий песок).
N n/n |
hi |
Zi |
σzgi |
ε = 2z/b |
α |
σzpi |
Ei |
Si |
1 |
1 |
0 |
106.418 |
0.000 |
1.000 |
68.699 |
26 |
|
1 |
125.253 |
0.732 |
0.840 |
57.703 |
1.940 | |||
2 |
1 |
1 |
125.253 |
0.732 |
0.840 |
57.703 |
1 |
|
2 |
137.025 |
1.463 |
0.503 |
34.398 |
36.840 | |||
3 |
1 |
2 |
137.025 |
1.463 |
0.503 |
34.398 |
1 |
|
3 |
148.797 |
2.195 |
0.298 |
20.345 |
21.897 | |||
∑= |
60.677 |
На третьем шаге расчет осадки остановлен, т.к.
σzpi3 ≤ 0,2σzgi3 = 20,345 кПа ≤ 0,2*148.797 = 29.759 кПа
S = 6,068 см < Su = 12 см → условие выполнено.
Su = 12 см - максимальная допустимая осадка для производственного одноэтажного здания с полным стальным каркасом (прил.4 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»).
4.1.2 Расчет фундаментов по слабому подстилающему слою
Модуль деформации подстилающего слоя Е2 = 1.0 МПа < модуля деформации Е1 = 26 МПа, значит необходимо выполнить расчет.
Необходимо, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т. е.
σzp + σzg≤ Rz, где
σzp; σzg – вертикальное напряжение в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта,
Rz – расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине кровли слабого слоя, определяем как для условного фундамента шириной bz и глубиной заложения dz.
σzg = γdz
σzg = 18,835*6.65 = 125.253 кIIa – природное давление на кровлю подстилающего слоя
σzg,о = 18,835*5,65 = 106,418 кIIa – вертикальное напряжение в грунте на уровне глубины заложения фундамента,
Po = pII – σzg,o
Po = 175,117 – 106,418 = 68,699 кIIa– дополнительное давление под подошвой фундамента,
σzp = αРo, где
α – коэффициент, определяемый по (1, прил. 2, табл. 1) при m = 2z/b
2z/b = 2*1/1,75 = 1,143 и n = l/b = 1→ α = 0,840;
σzp = 0,840*68,699 = 57,703кIIa,
Полное давление на кровлю подстилающего слоя:
σzp + σzg = 57,703 + 125,253 = 182,95 кIIa
Определим площадь подошвы условного фундамента:
Az = N0II/σzp , где
N – вертикальная нагрузка на основание от фундамента;
Определим расчетное сопротивление грунта подстилающего слоя
R = 1*1/1*(0,98*1*2,734*11,772 + 4,93*6,65*18,835) = 649,04 кПа
σzp + σzg = 182,95 кIIa ≤ R = 649,04 кIIa → условие выполнено.
4.2 Расчет фундаментов на прочность
4.2.1 Расчет ростверка на местное смятие
При расчете ростверка на местное смятие необходимо выполнение условия:
N1 ≤ 1.5RbAк, где
N1 – расчетная нормативная сила, передаваемая колонной в уровне обреза ростверка,
N1 = 501,6 кН;
Rb = 14,5 МПа для В25;
Aк = ак*bк = 0,4*0,4 = 0,16 м2
N1 = 501,6 < 1.5RbAк = 1,5*14,5*103*0,16 = 3480 кН→ условие выполнено.
4.2.2 Расчет ростверка на продавливание колонной
Проверка условия:
N ≤ [α1(bк + c2) + α2(aк + c1)]h1Rbt, где
N – расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания
N = 2*Npi, где
Npi – сумма усилий с одной стороны наиболее нагруженной части ростверка,
Npi = 217,783 кН
N = 2*217,783*4 = 1742,264 кН
с1 = 0,15м Расстояния от плоскости колонны до плоскости, прохо-
c2 = 0,15м дящей через ближайшую параллельную ей грань сваи;
h1 – рабочая высота ростверка = 0,45м;
Rbt = 1,05 МПа для В25
α1 = 1,6(1 – k1/3)(k1 + 1/ k1)
α2 = 1,6(1 – k2/3)(k2 + 1/ k2)
k1 = k2 = ci/h1 = 0.15/0.45 = 0,333
α1 = α2 = 1,6(1 – 0,333/3)(0,333 + 1/0,333) = 4,745
1742,264 кН < (4,745(0,4 + 0,15) + 4,745(0,4 + 0,15)*0,45*1,05*103 = 2466,214 кН
→ условие выполнено.
4.2.3 Расчет арматуры плиты ростверка
Определим момент
М = 2Nmax*c, где
с = (х – d/2);
с = 0,525 – 0,35/2 = 0,35 м;
М = 2*217,783*0,35 = 152,448 кН м
В качестве рабочих стержней примем арматуру класса А-III с расчетным сопротивлением Rs = 355 МПа
Определим am
am = M/(Rbgb1l hо2), где
Rb = 17 МПа – призменная прочность бетона класса В25 ;
gb1 = 0,9 – коэффициент условий работы бетона;
h0 – рабочая высота сечения;
l = 1м – длина приведенного сечения.
am = 152,448*103/(17*106*0,9*1*0,45
Определим требуемую площадь арматуры Аs на 1 м длины фундамента
Аs = M/(Rsζ hо), где
ξ = 0,975 – коэффициент, принимаемый в зависимости от am,
Аs = 152,448*103/(355*106*0,975*0,
Примем 9 стержней Ø12 А- III с шагом - 100 мм (Asф = 10,18 см2). В продольном направлении арматуру принимаем такую же.
4.2.4 Подбор оборудования для погружения свай
Подбор оборудования производится по СНиП 3.02.01 – 87*
Определим минимальную необходимую энергию молота для погружения свай
Eh = 0,045N, где
N = Fd/γk = 379,675 кH – расчетная нагрузка на сваю;
