Проектирование фундамента под колонну промышленного здания

Содержание.

Исходные данные для курсового проекта…………………………………………….2 

Проектирование  столбчатого фундамента  неглубокого заложения

1.Определение  недостающих характеристик  грунта и анализ  грунтовых условий……………………………………………………………………………………….3

2. Выбор глубины заложения фундамента…………………………………………...5

3. Определение предварительных  размеров фундамента  и расчетного сопротивления……………………………………………………………………………...5

4. Приведение нагрузок  к подошве фундамента…………………………………….6

5. Определение давлений  на грунт и уточнение размеров фундамента……….7

6. Расчет осадки…………………………………………………………………………..8

7.Проверка  слабого подстилающего  слоя (ила)……………………………………10

8. Конструирование  и расчет фундамента………………………………………...11

9. Сравнение фундамента  с типовым……………………………………………….13

10. Подсчет объемов работ и стоимости………………………………………….14 

Проектирование  свайного фундамента 

1.Выбор глубины  заложения ростверка и длины сваи…………………………...15

2. Определение несущей способности сваи…………………………………………16

3. Определение количества свай в фундаменте……………………………………17

4. Приведение нагрузок  к подошве ростверка ……………………………………..17

5. Проверка свай по несущей способности………………………………………….18

6. Проверка свай на горизонтальную нагрузку……………………………………..19

7. Конструирование ростверка………………………………………………………..20

8. Подбор сваебойного оборудования и расчет отказа………………………….22

9. Подсчет объемов работ и стоимости…………………………………………...23

Библиографический список……………………………………………………………..25   

Исходные  данные для курсового  проекта.

I. Стадия проектирования:   рабочий проект

II. Район строительства:  г. Красноярск

III. Комбинация нагрузок по I-му предельному состоянию:

IY. Колонну наружного ряда А принять одно ветвевую сечением 400´400 мм.

Y. Размер а (от оси колонны до оси стены) принять 0,52 м.

YI. Грунтовые условия:

YII. Подземные воды принять на отметке 4,6 м.

ПРИМЕЧЕНИЯ: 1. Влажность грунта указана до горизонта подземных вод, ниже влажность принять равной полной влагоемкости (S_r = 1,0).

                                2. Плотность частиц грунтов - r_S, принять равной: песка – 2,66; супеси – 2,68; суглинка – 2,71 т/м³

Проектирование  столбчатого фундамента  неглубокого заложения. 

     1.Определение  недостающих характеристик  грунта и анализ  грунтовых условий. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.1. Инженерно-геологическая колонка. 

Характеристики  грунта, (см. табл.1.)

Анализ  грунтовых условий:

1. наличие слабого подстилающего слоя – ила.

2. наличие и уровень  подземных вод  на отметке 4.75 м.

3. наличие пучинестого слоя – суглинка,  с У_L ³ 0

Таблица 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

r_d ;     W – влажность; W_L  – влажность на границе текучести;

e ;    W_p  – влажность на границе раскатывания;

S_r ;    r  – плотность грунта;r_s – плотность твердых частиц грунта;

У_L ;   r_d   – плотность сухого грунта; e – коэффициент пористости;

W ;   S_r  – степень водонасыщения; У_L  – показатель текучести;

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

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

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

     2. Выбор глубины  заложения фундамента.

Исходя, из конструктивных требований глубину заложения фундамента должна быть не меньше – 1,25 м. С поверхности залегает песок маловлажный мелкий, из-за наличия грунтовых вод.

Глубина промерзания песка: d_f = 0,7×3,1= 2,2 м.

Глубина промерзания суглинка: d_f = 0,7×2,5 = 1,75 м.

Глубина залегания грунтовых  вод: d_w = 4,6-2,2 = 2,4 м. Исходя из 3-х условий глубина промерзания меньше глубины залегания грунтовых вод, следовательно, грунт не является пучинистым. И поэтому, принимаем глубину заложения фундамента – 1,5 м. 

     3. Определение предварительных  размеров фундамента  и расчетного сопротивления.

P_cp ≤ R;

P_cp ;

P_cp 190,07 кПа;

P_cp – среднее давление на грунт.

190,07 кПа ≤ 270 кПа  – условие выполняется.

N_II 926,09 кН;

N_II – вертикальная нагрузка на обрезе фундамента;

N_{k mas} – максимальная нагрузка на колонну;

N_{k ст}  – нагрузка на стену.

A 5,4 м²;

где A – площадь подошвы фундамента; g_cp = 20 кН/м³ – усредненный удельный вес фундамента и грунта на его обрезах; d = 1,5 м – глубина заложения фундамента; R₀ = 200 кПа – условно принятое расчетное сопротивление в первом приближении.

В первом   приближении   принимаем    размеры    подошвы    фундамента

b = 2,1 м и = 2,7 м; / b = 1,29 < 1,65 с A = 5,67 м²

R ;

где g_с1 =1,3 и g_с2 = 1 – коэффициенты условия работы, принятые по табл.3.; K = 1,1 – коэффициент, учитывающий надежность; M_g = 1,34, M_g = 6,34, M_c= 8,55 – коэффициенты  зависящие от j, принятые по табл.4.[1];

K_z = 1,0 – коэффициент, принимаемый при ширине фундамента b< 10 м;

с = 2 кПа – расчетное значения удельного сцепления грунта под подошвой фундамента; g ^/ = g =17,2 кН/м³ –  удельный вес грунта выше подошвы фундамента и под подошвой фундамента.

R 270 кПа.

Поскольку R ³  R₀; 270 кПа ³ 200 кПа, уточним размеры подошвы фундамента:

A 3,86 м²;

Принимаем размеры подошвы фундамента b = 2,1 м, = 2,4 м с A = 5,04 м² 

     4. Приведение нагрузок  к подошве фундамента.

I. Комбинация:

N ^/ 1077,29 кН;

M ^/   - 87,65 кН×м;

Q ^/ - 3,48 кН.

N_ф = b× × d× g_cp = 2,1×2,4×1,5×20 =151,2 кН;

II. Комбинация:

N ^/ 877,29 кН;

M ^/ - 100,26 кН×м;

Q ^/ - 6,09 кН.

N ^/ – вертикальная нагрузка на основание от фундамента;

M ^/– нагрузка приведенная к подошве фундамента;

Q ^/ – нагрузка приведенная к подошве фундамента;

N_ф – нагрузка от веса фундамента;

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

     5. Определение давлений  на грунт и уточнение  размеров фундамента.

P_cp ≤ R;                   P_cp ;

P_mas ≤ 1,2×R;           P_mas ;

P_min ³ 0;                 P_min ;  W =

I. Комбинация: b = 2,1 м, = 2,4 м с A = 5,04 м²

P_cp 213,83 кПа;

P_mas 170,35 кПа;

P_min 257,31 кПа;

W = 2,016 м³

II. Комбинация: b = 2,1 м, = 2,4 м с A = 5,04 м²

P_cp 174,14 кПа;

P_mas 124,41 кПа;

P_min 223,87 кПа;

W = 2,016 м³

I. Комбинация:                               II. Комбинация:

213,83 кПа ≤ 270 кПа.                   174,14 кПа ≤ 270 кПа.

170,35 кПа ≤ 324 кПа.                   124,41 кПа ≤ 324 кПа.

257,31 кПа ³ 0                               223,87 кПа ³ 0

Условия выполняются, окончательно принимаем размеры подошвы фундамента b = 2,1 м, = 2,4 м с A = 5,04 м² 

     6. Расчет осадки, (см. табл.2.)

Метод послойного суммирования:

s_zg.o=g_i×d;

s_zg.i =s_zg.o+Sg_i×h_i;

g_i  и  h_i – соответственно удельный вес и мощность для каждого слоя.

Дополнительное  давление под подошвой фундамента:

p₀= p_cp - s_zg.o;

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

Напряжения s_zр  на границах слоев:

s_zр.i=a_i× p₀;

s_zg.i× 0,1 ³ s_zр.i;

Для 9-ого слоя: 155,1×0,1³ 10,1 – условие выполняется, следовательно, это условная граница сжимаемой толщи ВС.

Таблица 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Осадка  каждого слоя:

S_i ;

E_i – модуль деформации i-ого слоя;

b  – коэффициент, принимаемый равным 0,8.

s_zp.cp.i

Суммарная осадка:

SS_i ≤ S_и;

где S_и = 15 см – предельная осадка фундамента для промышленного одноэтажного здания; SS_i = 0,92 см – ожидаемая осадка фундамента.

0,92 см ≤ 15 см –  условие выполняется. 

     7.Проверка  слабого подстилающего  слоя (ила).

s_zp + s_zg ≤ R_z;

s_zp + s_zg  – вертикальные напряжения на кровле слабого слоя;

R_z – расчетное сопротивление слабого слоя;

R_z ;

где g_с1 =1,2 и g_с2 = 1 – коэффициенты условия работы, принятые по табл.3.; K_z = 1,0  – коэффициент, учитывающий  надежность;  M_g = 0,32,  M_g = 2,3,

M_c= 4,84 – коэффициенты  зависящие от j, принятые по табл.4[1];

K_z = 1,0 – коэффициент, принимаемый при ширине фундамента b< 10 м;

с = 14 кПа – расчетное  значения удельного  сцепления грунта под подошвой фундамента; g =18 кН/м³ –  удельный вес под подошвой фундамента; g ^/ =19,9 кН/м³ –  удельный вес грунта выше подошвы фундамента; d + z – глубина заложения; z – глубина залегания слоя от подошвы фундамента; b_z – ширина условного фундамента.

b_z 11 м.

a 0,15 м.

A_z 123,8 м²

N ^/– вертикальная нагрузка на основание от фундамента;

g ^/ 19,9 кН/м³

R _z 585,7 кПа.

s_zp + s_zg = 155,1 + 8,7 = 163,8 кПа.

163,8 кПа ≤ 585,7 кПа – условие выполняется. 
 

      8. Конструирование  и расчет фундамента. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2. Схемы с обозначением размеров фундамента.

Параметры фундамента b = 2,1 м, = 2,4 м с A = 5,04 м²; колонна одноветвевая сечением 400´ 400 мм с отметкой нижнего торца –   1,0 м.

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

h = 300 мм.                                                                        h = 300 мм.

c = 450 мм, 300 мм.                                                           c = 300 мм. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.3. Схемы с назначенными размерами фундамента.

Низкий  фундамент:

h_сf  - d_p< 0,5×( );

h_сf =1,5- 0,6- 0,15 = 0,75 м – высота стакана.

d_p = 1 + 0,05 - 0,15= 0,90 м – глубина стакана.

= 0,9 м –  ширина стакана.

= 0,4 м –  ширина сечения  колонны.

0,75- 0,9< 0,5×(0,9 - 0,4) Þ -0,15 м < 0,25 м – условие выполняется, фундамент низкий.

Сила  продавливания:

N_c ≤ ;

N_c = a× N_k;

a ;    причем    a ³ 0,85.

Принимаем бетон класса В-15 с расчетным сопротивлением R_bt =720 кПа.

A_c =2×(b_c+ )×d_c =2×(0,4 + 0,4)×0,85 = 1,36 м;

d_c = 0,85 м – высота колонны;

b_c= 0,4 м – длина сечения колонны;

= 0,4 м – ширина сечения колонны.

b_m = b_c + h_ор= 0,4 + 0,55 = 0,95 м ;

h_ор = 0,3 + 0,3 - 0,05= 0,55 м – высота ступеней,  с учетом зазора.

A₀ = 0,5×b×( - -2× h_ор) + 0,25×( b - b_c-2× h_ор)²_;

A₀ = 0,5×2,1 ×(2,4 - 0,4 - 2×0,55) + 0,25×( 2,1- 0,4 - 2×0,55)² =1,035 м.

a 0,59

Принимаем a = 0,85.

N_c = 0,85× 950 = 807,5 кН.

1831,9 кН.

807,5 кН ≤  1831,9 кН  – условие выполняется.  

     9. Сравнение фундамента  с типовым.

  I. Комбинация:                       II. Комбинация: