Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектирование фундамента под колонну одноэтажного промышленного здания

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-строительный факультет

Автомобильные дороги и городское строительство

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Проектирование фундамента под колонну одноэтажного промышленного здания

тема проекта

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине «Основания и фундаменты»

Руководитель ________ О.А. Иванова

подпись, дата подпись, дата инициалы, фамилия

Студент СБ 11-12 411100431 ________ А.В. Микова

номер группы номер зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия

Красноярск 2015

Содержание

1 Исходные данные для курсового проекта …………………………………………….

2Проектирование столбчатого фундамента неглубокого заложения

2.1 Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства……

2.2 Определение глубины заложения фундамента……………………………

2.3 Определение предварительных размеров фундамента и расчетного сопротивления…………………………………………………………

2.4 Приведение нагрузок к подошве фундамента……………………………

2.5 Проверка условий по давлениям…………………………………………….

2.6 Определение средней осадки методом послойного суммирования ………

2.6.1 Проверка слабого подстилающего слоя………………………………….

2.7 Конструирование столбчатого фундамента………………………………

2.7.1 Проверка на продавление колонны (подколонником)………………

2.7.2 Расчёт арматуры плитной части фундамента………………………..

2.8 Расчёт стоимости и трудоёмкости возведения столбчатого фундамента………………………………………………………………………….

3 Проектирование свайного фундамента

3.1 Выбор высоты ростверка и длины сваи……………………………………

3.2 Определение несущей способности сваи…………………………………

3.3 Определение количества свай в ростверке……………………………

3.4 Приведение нагрузок к подошве ростверка ……………………………

3.5 Определение нагрузок на каждую сваю…………………………………

3.6 Расчёт на продавливание ростверка колонной………………………..

3.6.1 Конструирование ростверка………………………………………….

3.7 Выбор свайного оборудования ………………………………………….

3.8 Определение объёмов и стоимости работ ………………………………

4 Технико-экономическое сравнение вариантов……………………………….

Заключение………………………………………………………………………..

Список использованных источников…………………………………………

2 Проектирование столбчатого фундамента неглубокого заложения.

2.1 Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

Инженерно-геологическая колонка:

Характеристики грунта (см. табл.1.)

Анализ грунтовых условий:

Грунт не пучинистый
Подземные воды на отм. 5.4 м.
На глубине -13,55 залегает слабый

грунт в виде ила.

Таблица 1- Определение инженерно-геологических условий

№	Полное наименование грунта	h, м	Плотность, т/м3			Удельный вес, кН/м3		Влажность			e	Sr	Ip	IL	Механические характеристики			R0, кПа
№	Полное наименование грунта	h, м						W	WP	WL	e			IL	, град	C, кПа	E, мПа	R0, кПа
1	Насыпной грунт(суглинок)	2,4	1,73	-	-	17,3	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2	Песок средней крупности средней плотности влажный	3,0	1,98	1,71	2,66	19,8	-	0,16	-	-	0,56	0,76	-	-	38	2	40	400
3	Песок средней крупности средней плотности водонасыщенный	3,4	2,07	1,71	2,66	20,7	10,6	0,21	-	-	0,56	1	-	-	38	2	40	400
4	Глинистый грунт,суглинок тугопластичный	4,6	2,13	1,79	2,71	21,3	-	0,19	0,13	0,25	0,51	1	0,12	0,5	36	23,4	27,8	-
5	Ил насыщенный водой	1,1	1,8	-	-	18	-	-	-	-	-	-	-	-	13	15	5	-
6	Песок мелкий средней плотности водонасыщенный	2,5	1,89	1,52	2,66	18,9	10,2	0,24	-	-	0,63	1	-	-	32	2	28	300

rd ; W – влажность; WL – влажность на границе текучести;

e ; Wp – влажность на границе раскатывания;

Sr ; r – плотность грунта;rs – плотность твердых частиц грунта;

УL ; rd – плотность сухого грунта; e – коэффициент пористости;

W ; Sr – степень водонасыщения; УL – показатель текучести;

r ; с – удельное сцепление; E – модуль деформации;

gsb ; j – угол внутреннего трения; g – удельный вес грунта;

g ; gsb – удельный вес грунта, ниже уровня подземных вод.

2.2 Определение глубины заложения фундамента

Исходя из конструктивных требований, отметка подошвы фундамента должна быть не выше - (1,0 + 0,05 + 0,25) = -1,3 м.

Глубина промерзания насыпного грунта: df = 0,7×3,0= 2,1 м. Грунты пески средней крупности, непучинистые, т.к. выполняется условие:

- =5,4-2,1=3,3›2м.

Исходя из грунтовых условий и учитывая конструктивные требования, опираем подошву фундамента на пески.

принимаем глубину заложения фундамента – 2,7 м.

2.3 Определение предварительных размеров фундамента и расчетного сопротивления

A = 6,34 м2;

где A – площадь подошвы фундамента; gcp = 20 кН/м3 – усредненный удельный вес фундамента и грунта на его обрезах; d = 2,7 м – глубина заложения фундамента; R0 =400 кПа – условно принятое расчетное сопротивление в первом приближении.

В первом приближении принимаем размеры подошвы фундамента

b = 2,4 м и = 2,7 м;

R ;

где gс1 =1,4 и gс2 = 1,4 – коэффициенты условия работы, принятые по табл.3. ; K = 1,1 – коэффициент, учитывающий надежность; Mg = 2,11; Mg = 9,4; Mc= 10,8 – коэффициенты зависящие от j, принятые по табл.4. ; Kz = 1,0 –

коэффициент, принимаемый при ширине фундамента b< 10 м; с = 2 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта под подошвой фундамента; =17кН/м3, / =17,57 кН/м3– удельный вес грунта выше подошвы фундамента и под подошвой фундамента.

R = = 1112,8 кПа.

Поскольку R ³ R0; а 1112,8 кПа > 400 кПа, более чем на 15%, то учитывая, что в процессе строительства возможно ухудшение свойств грунтов основания из-за разрыхления, замачивания, промораживания и др., в практике проектирования значение R ограничивают, принимая его не более 400 кПа для песков средней крупности, крупных и гравелистых, поэтому мы берем R = 400 кПа .

Принимаем окончательно размеры подошвы фундамента b = 2,4 м, l = 2,7 м ,А=6,48 м2

2.4 Приведение нагрузок к подошве фундамента

I. Комбинация:

N / кН;

Nф = b× × d× gcp = 2,7∙ 2,4∙ 2,7∙ 20 = 349,92 кН;

M /

Q /

II. Комбинация:

N / кН;

Nф = b× × d× gcp = 2,7∙ 2,4∙ 2,7∙ 20 = 349,92 кН;

M /

Q /

N / – вертикальная нагрузка на основание от фундамента;

M /– нагрузка приведенная к подошве фундамента;

Nф – нагрузка от веса фундамента;

b, – размеры подошвы фундамента; d – глубина заложения фундамента.

2.5 Проверка условий по давлениям

Pcp ≤ R; Pcp ;

Pmas ≤ 1,2×R; Pmas ;

Pmin ³ 0; Pmin ; W = = =2,92

I. Комбинация:

Pcp 392,16 < 400 кПа;

Pmах 392,16 + 232,61 = 623,77 < 400∙1,2 = 480 кПа;

Pmin 160,55>0 кПа;

Условие не выполняется, поэтому увеличиваем l ,принимаем l=3,6 м , b = 2,4м

А = 8,64 м2

В этом случае:

Комбинация:

W = = = 5,184

Pcp 294,12 < 400 кПа;

Pmax 425,16 < 400∙1,2 = 480 кПа;

Pmin .

Комбинация:

W = = = 5,184

Pcp 263,92 < 400 кПа;

Pmax 414,97 < 400∙1,2 = 480 кПа;

Pmin .

Условия выполняются, окончательно принимаем размеры подошвы фундамента b = 2,4 м, = 3,6 м, A 8,64 м2

2.6 Определение средней осадки методом послойного суммирования (см. табл.2 )

Метод послойного суммирования:

szg.o=gi×d;

szg.i =szg.o+Sgi×hi;

gi и hi – соответственно удельный вес и мощность для каждого слоя.

Дополнительное давление под подошвой фундамента:

p0= pcp - szg.o;

где pcp – большее из двух комбинаций среднее давление от фундамента.

Напряжения szр на границах слоев:

szр.i=ai× p0;

szg.i× 0,1 ³ szр.i;

Для 8-ого слоя: 32,7 ≤ 0,2∙174,3=34,86

– условие выполняется, следовательно, это условная граница сжимаемой толщи ВСТ.

Осадка каждого слоя:

Si ;

Ei – модуль деформации i-ого слоя;

b – коэффициент, принимаемый равным 0,8.

szp.cp.i

Суммарная осадка:

SSi ≤ Sи;

где Sи = 15 см – предельная осадка фундамента для промышленного одноэтажного здания; SSi =1,86 см – ожидаемая осадка фундамента.

1,86 см ≤ 15 см – условие выполняется.

Проверка слабого подстилающего слоя

Производим проверку слабого подстилающего слоя (ила) в основании столбчатого фундамента по условию:

szр + szg R

szр + szg = 196,9 + 37,6= 234,5 кПа.

R , где gс1 =1,1 и gс2 = 1 – коэффициенты условия работы, принятые по табл.3.[1]; K = 1,0 – коэффициент, учитывающий надежность; Mg = 1,81, Mg = 8,24, Mc = 9,97 – коэффициенты зависящие от j, принятые по табл.4.[1]; b = ,

a=( l – b)/2=(3,6-2,4)/2=0,6 м.; d = 8,8 м. - глубина заложения условного фундамента, принимаем равной глубине залегания кровли ила; =szg/∑ h .

b = .

=196,9/8,8 = 22,4 кН/м .

R = = 2391,2 кПа.

Проверка слабого подстилающего слоя удовлетворяется:

234,5 < 2391,2 кПа

2.7 Конструирование столбчатого фундамента

Параметры фундамента b = 2,4 м, = 3,6 м с A = 8,64 м2; колонна одноветвевая сечением 400´ 400 мм

Принимаем сечение подколонника:

bef × lef = 900×900 мм;

Размеры стакана по низу принимаем:

bg = 400 + 50∙2 = 500;

lg = 400 + 50∙2 = 500;

поверху, соответственно, 550 мм и 550 мм.

Назначение размеров ступеней высоты(h) и вылета (c):

( l - lef ) / 2 = (3,6-0,9) = 1,35 м, принимаем 2 ступени высотой 600мм с вылетами 600 и 750 мм.

( b - bef )/ 2 = (2,4-0,9) = 0,75 м, принимаем 1 ступень высотой 600 мм с вылетом 750 мм.

2.7.1 Проверка на продавление колонны (подколонником)

Высокий фундамент:

hсf - dp< 0,5×( );

1,5 – 0,9 < 0,5(0,9-0,4).

dp = 0,9 м – глубина стакана.

=0,9 м – ширина стакана.

Сила продавливания:

F = A0 ∙ Pmax = 0,32∙425,16 = 136,05 кН

Pmax = 425,16;

A0=0,5b(l-lcf -2hop)+0,25(b-bcf -2hop) 2 = 0,5∙2,4(3,6-0,9-2∙1,15) +0,25(2,4-0,9-2∙1,15) = 0,32 м2

hор = h - hef – 0,05 = 2,7-1,5 - 0,05 = 1,15;

Принимаем бетон класса В12,5 с расчетным сопротивлением Rbt =660 кПа.

bm = bm+ hор =0,9+1,15 = 2,05

136,05 ≤ 2,05×1,15× 660

136,05 кН ≤ 1555,95 кН

Условие выполняется.

2.7.2 Расчёт арматуры плитной части фундамента

Сечения	Вылет сi ,м			M, кН∙м	αm		h0i	As , м2
1-1	0,6	126	1,45	182,7	0,022	0,989	0,55	9,2
2-2	1,35	637,86	1,38	880,25	0,037	0,981	1,15	21,4
3-3	1,6	896	1,36	1218,56	0,026	0,987	2,65	12,8
1-1	0,75	295,32	1	295,32	0,054	0,972	0,55	15,2
2-2	1,0	525	1	525	0,011	0,995	2,65	5,5

Таблица 3 – Расчет арматуры плитной части.

Конструируем сетку С-1 следующим образом. Шаг арматуры в обоих направлениях принимаем 200 мм, т.е сетка С-1 имеет в направлении l 12 стержней , в направлении b – 18 стержней. Диаметр арматуры в направлении l принимаем по сортаменту – 16 мм (для 12 ø16А-III-A= 24,12 см2 , что больше 21,4 см2 ) , в направлении b – 12 мм ( для 18 ø12А-III-A= 18,1 см2 , что больше 15,2 см2 ).

Длины стержней принимаем, соответственно 3550 мм и 2350 мм.

Подколонник армируем двумя сетками С-2, принимая рабочую( продольную) арматура конструктивно ø12А-III с шагом 200 мм, поперечную ø6А-I с шагом 600, причём предусматриваем на участке от дна стакана до подошвы. Длина рабочих стержней 2650 мм, количество в сетке 5 . Длина поперечной арматуры – 850 мм, количество стержней в сетке – 3.

Стенки стакана армируем сетками С-3, диаметр арматуры принимаем ø8А-I, длину всех стержней 850 мм. Сетки С-3 устанавливают следующим образом: защитный слой у верхней сетки 50 мм, расстояние между верхней и второй стенкой 50 мм, расстояние между следующими стенками, соответственно, 100, 100, 200 и 200 мм.

Таблица 4 – Спецификация элементов и изделий.

Позиция

Обозначение

Наименование

Кол-во

Масса, кг

ГОСТ 23279-84

То же

С-1

С-2

С-3

104,8

14,7

2,7

Детали:

ГОСТ 5784-82

То же

Фундамент монолитный

Матриалы

Ø16А-III l=3550

Ø12А-III l=2350

ø12А-III l=2650

ø6A-I l=850

ø8А-I l=850

ФМ-3

Бетон В12,5

м3

67,23

37,56

28,24

1,13

16,12

6,6

Таблица 5 – Ведомость расхода стали.

Марка элемента	Расход арматуры, кг, класса						Всего, кг	Общий расход, кг
	A-I			А-III
	ø6	ø8	ø	ø12	ø12	ø16
С-1 С-2 С-3	- 0,58 -	- - 2,7	- - -	37,56 - -	- 14,12 -	67,23 - -	104,8 14,7 2,7	104,8 29,4 16,2
Итого:150,4

2.8 Расчёт стоимости и трудоёмкости возведения столбчатого фундамента

При определении объемов и стоимости фундаментов неглубокого заложения учитываются следующие виды работ и материалы:

– Механическая разработка грунта;

– Ручная доработка грунта;

– Обратная засыпка;

– Устройство подбетонки;

– Устройство монолитного фундамента;

– Стоимость арматуры.

Выемка грунта под фундаменты промышленных зданий производится в виде траншеи, ширина которой понизу назначается на 2м шире большей стороны столбчатого фундамента (по 1м с каждой стороны), а поверху – исходя из крутизны откосов, принимаемых по таблице.

Длину траншеи на 1 фундамент принимают равной шагу колонн здания – 12м.

Механическую разработку грунта при глубине траншеи менее 2м ведут бульдозером. Разработка грунта механизмами ведутся с недобором его на 10см (на высоту подбетонки). Под подбетонку грунт выбирают вручную.

По трудности разработки грунту делится на группы:

к 1й группе относят песчаные грунты, а также глинистые грунты туго- и мягкопластичной консистенции;
ко 2й относят пески с включением щебня или гальки более 10% и глинистые грунты твердой и полутвердой консистенции;
к 3й группе относят глинистые грунты с содержанием щебня более 10%.

Объем подбетонки определяют исходя из того, что ее размеры в плане на 200мм больше размеров подошвы фундамента.

Объем фундамента вычисляют по его геометрическим размерам. Вес арматуры определяют по спецификации и выборке арматуры.

Таблица 6 – Расчет стоимости и трудоемкости возведения столбчатого фундамента

Номер расценок	Наименование работ и затрат	Единицы измерения	Объем	Стоимость, руб.			Трудоемкость, чел×ч
Номер расценок	Наименование работ и затрат	Единицы измерения	Объем	Ед. изм-я	Всего	Ед. изм-я		Всего
1-168	Разработка грунта экскаватором	1000м 3	0,225	91,2	20,52	8,33		1,87
1-935	Ручная разработка грунта	м 3	1,9	0,69	1,31	0,25		0,48
6-1	Устройство подготовки	м 3	1,9	29,37	55,81	1,37		2,6
6-7	Устройство монолитного фундамента	м 3	5,66	38,53	218,08	4,1		23,21
6-7	Стоимость арматуры	Т	0,151	240	36,24	-		-
1-255	Обратная засыпка грунта бульдозером	1000м 3	0,249	14,9	3,72	-		-

Итого: 335,7 28,16

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

3.1 Выбор высоты ростверка и длины свай

Проектирование кустового свайного фундамента начинается с выбора глубины заложения ростверка и длины свай. Для этого, прежде всего выполняется инженерно-геологический разрез.

Рисунок – Инженерно-геологический разрез и отметки ростверка у свай

Глубину заложения ростверка dp выбираем минимальной из конструктивных требований:

dp = -1,0 - 0,05 -0,25 = - 1,3 м,

где 1,0 м – отметка низа колонны;

0,05 м – зазор;

0,25 м – минимальная толщина дна стакана.

Округляем до величины, чтобы высота ростверка была кратной 300 мм. Тогда dp = - 1,35 м.

Верх ростверка проектируем на отметке -0,150 м. В качестве несущего слоя выберем песок средней крупности, т.к. этот грунт имеет самое большое сопротивление по сравнению с другими грунтами.

Поэтому принимаем сваи длиной 7 м (С70.30). Отметка нижнего конца

сваи составит -8.05 м. Отметку головы сваи примем на 0,3 м выше подошвы ростверка -1,35 м. Сопряжение ростверка и сваи принимаем свободным.

3.2. Определение несущей способности сваи

Данные для расчета несущей способности сваи приведены в таблице

Таблица – Данные для расчета несущей способности сваи

Так как свая висячая, то несущая способность определяем по формуле:

где γc = 1 – коэффициент условий работы сваи в грунте;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А – площадь поперечного сечения сваи, м2;

γcR = 1 – коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи;

u – периметр поперечного сечения сваи, м;

γcf = 1 – коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи;

fi – расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи в пределах i-го слоя грунта, кПа;

hi – толщина i-го слоя грунта, м.

Fd = 1∙ ( 1∙ 3790 ∙ 0,09 +1,2 ∙1 ∙ 307) = 709,5 кН

Допускаемая нагрузка на сваю согласно расчету составит:

где γк = 1,4 – коэффициент надежности.

Данное значение нагрузки входит в промежуток значения допускаемой нагрузки на сваю для песков средней крупности 400-600 кН, поэтому для дальнейших расчётов берем значение нагрузки 506,8 кН.

3.3 Определение числа свай в ростверке

Количество свай в кусте определяют, приравнивая расчетную нагрузку на сваю от здания к принятой допускаемой нагрузке на сваю:

где – сумма вертикальных нагрузок на обрезе ростверка в комбинации с , кН;

– нагрузка, приходящаяся на одну сваю от ростверка, кН;

0,9 – площадь ростверка, приходящаяся на одну сваю, м2;

– глубина заложения ростверка, м;

– усредненный удельный вес ростверка и грунта на его обрезах, принимаемый 20 кН/м3.

Принимаем 6 свай.

Расстояние между осями свай 1200 мм. Размеры ростверка в плане составят, учитывая свесы его за наружные грани свай 150 мм, 1800х3000 мм.

Рисунок – Схема расположения свай

3.4 Приведение нагрузок к подошве ростверка

Свайный куст рассчитывается от нагрузок, действующих по подошве ростверка. Поэтому все нагрузки приводятся к центру ростверка (продольной оси колонны) в уровне подошвы.

Приведение нагрузок к подошве ростверка осуществляется следующим образом:

N / = Nmax + Ncm+ Np ;

M / = Mk + Qk×(dp -0,15М) - Ncmˑα;

Q / = Qk ,

где N / ,M /,Q / - нагрузки приведенные к подошве ростверка;

Nр – нагрузка от ростверка:

Nр = 1,1×b р × lр × d р × gср ,

где 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке;

bp, lр – размеры ростверка в плане, м;

gср– усредненный удельный вес ростверка и грунта на его обрезах, принимаемый 20 кН/м3.

Нагрузка от ростверка Nр составит:

Nр =1,1ˑ1,8ˑ3ˑ1,35ˑ20 = 160,4 кН.

Для I комбинации:

N / = 2400 + 120 + 160,4 = 2680,4 кН;

M / = 603 + 86ˑ(1,35 - 0,15) - 120ˑ0,45 = 652,2 кНˑм;

Q / = 86 кН.

Для II комбинации:

N / = 2100 + 120 + 160,4 = 2380,4 кН;

M / = 752 + 75ˑ(1,35 – 0,15) - 120ˑ0,45 = 788 кНˑм;

Q / = 75кН.

3.5 Определение нагрузок на каждую сваю

Рисунок – План свайного куста

Проектирование фундамента под колонну одноэтажного промышленного здания