Проектирование фундамента жилого дома на 40 квартир

ГОУВПО

ДВГУПС

 

 

 

 

 

 

Кафедра «Изыскания»

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ФУНДАМЕНТА ЖИЛОГО ДОМА

НА 40 КВАРТИР

 

 

 

 

 

 

                                                                    Выполнил: Премет Ж.Е.

                                                                                        группа 432

Проверил: Михайлин Р.Г.

 

 

 

 

 

 

 

Хабаровск

2009

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

В соответствии с заданием необходимо запроектировать фундаменты для  жилого дома в 2-х вариантах:

1) фундаменты мелкого заложения на естественном основании;

2) свайные фундаменты.

Схема здания приведена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 – Жилой дом на 40 квартир

Нагрузки, действующие в уровне обреза фундамента, по расчетным 

данным сечения приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Нормативные нагрузки на обрезах фундамента

Вариант схемы здания

Номер фундамента

Нагрузки

N11, кH

M11, кH

Fn11, кH

Жилой дом (вариант №13)

2

3

330

260

-

3

-

-


 

Вариант геологического разреза и  исходные данные физико-механические характеристики грунтов строительной площадки приведены соответственно в таблицах 1.2 и 1.3-1.4.

Таблица 1.2 – Вариант геологического разреза

Номер геологического разреза

Номер грунтов

Отметка подошвы слоя

 

Отметка У.Г.В.

4

 4

0,4

30

5,4

20

11,4

44

-5,400


 

По данным таблицы 1.2 строится геологический  разрез рисунок 1.2.

 

 

 

Номер грунта

Наименование грунта

Удельный вес γ , кН/м3

Удельные вес частиц грунта γ s, кН/м3

Влажность W, доли единиц

Влажность на границе текучести WL,%

Влажность на границе раскатывания, Wр, %

Удельное сцепление С, кПа

Угол внутреннего трения, φ, град

Модуль общей деформации Е, кПа

4

Растительный грунт

14,9

-

-

-

-

-

    

30

Глинистый грунт

20,0

27,2

0,13

17

13

42

24

35000

20

Песок

18,1

26,7

0,13

-

-

1

35

330

44

Глинистый грунт

18,0

27,1

0,26

55

24

41

17

16000




Рисунок 1.2 – Геологический разрез

Таблица 1.3 – Нормативные характеристики грунтов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строительная площадка находится  в Де Кастри и характеризуется  следующими данными:

-нормативная глубина промерзания грунтов 1,96м;

-уровень подземных вод (У.П.В.)  - 5,4

 

Таблица 1.4 – Гранулометрический состав песчаных грунтов

 

№ грунта (по табл. 1.2)

Размер частиц, мм

>10

10-5

5-2

2-1

1-0.5

0.5-0.25

0.25-0.1

<0.1

20

-

1

12

11

14

15

30

17


 

Примечание: содержание отдельных  фракций дано в процентах

 

Определяем наименование песчаных грунтов по гранулометрическому  составу:

№20– песок мелкий

2. АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ  УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ

На основании известных исходных данных физических характеристик грунта определяем недостающие вычисляемые характеристики, а по ним определяем наименование грунтов и их несущую способность (расчетное сопротивление). Все результаты вычислений сводятся в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Сводная таблица физико-механических свойств грунтов

Показатель

Обозначение, ед.изм.

Номер геологического слоя

Формулы для расчета

4-й

30-й

20-й

44-й

Удельный вес твердых частиц

γs, кН/м3

-

27,2

26,7

27,1

Из задания

Удельный вес грунта

γ, кН/м3

14,9

20,0

18,1

18,0

Из задания

Влажность

W, д.е.

-

0,13

0,13

0,26

Из задания

Удельный вес скелета грунта

γd, кН/м3

14,9

17,69

16,02

14,29

Коэффициент пористости

е

-

0,54

0,66

0,89

Удельный вес грунта во взвешенном состоянии

γsb, кН/м3

-

11,17

10,06

9,05

Коэффициент водонасыщения

Sr

-

0,66

0,53

0,79

Граница текучести

WL, %

-

17

-

55

Из задания

Граница раскатывания

WP,%

-

13

-

24

Из задания

Число пластичности

IP, %

-

4

-

31

Показатель текучести

IL

-

-1

-

0,94

Модуль общей деформации

Е, кПа

-

35000

33000

16000

Из задания

Угол внутреннего трения грунта

φ, град

-

24

35

17

Из задания

Удельное сцепление

с, кПа

-

42

1

41

Из задания

Наименование песчаных грунтов  по е и Sr

    

-

Песок мелкий средней плотности

Водонасыщение среднее

-

прил.4, табл.2, 3

Наименование глинистых грунтов по Ip и IL

  

-

Супесь твердая

-

Глина

твердая

 прил.4, табл.4, 5

Расчетное сопротивление грунтов

Ro, кПа

-

300

500

300

табл. 2.2, 2.3


 

По данным таблицы 2.1 строим геологическую  колонку и эпюру расчетных  давлений (рис.2.1)

 

Рисунок 2.1 – Геологическая колонка  и эпюра R0

Вывод: площадка пригодна для строительства  сооружения. Все слои основания являются несущими.

Проектирование фундаментов осуществляется по двум группам предельных напряжений: по несущей способности; по деформациям.

В расчетах используются расчетные  характеристики грунта, которые определяются по формуле:

,      (2.1)

где Хn  - нормативное значение данной характеристики грунта;

– коэффициент надежности по грунту (см. табл. 2.2)

Все расчеты сведены в таблицу 2.3.

Таблица 2.2 – Коэффициенты надежности по грунту

 

Характеристики грунта

γg при расчетах

По несущей способности

По деформациям


Удельное сцепление С

Угол внутреннего трения φ

Удельный вес грунта γ

Модуль общей деформации Е

1.3

1.1

1.1

1.0

1.1

1.05

1.05

1.0




 

 

 

 

 

Таблица 2.3 – расчетные характеристики грунтов

№ слоя

Наименование грунта

Норм

1,3

1,1

Норм

1,1

1,05

Норм

1,1

1,05

1,0

сн

сI

сII

φн

φI

φII

γн

γI

γII

ЕII

1

Насыпной грунт

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2

Супесь твёрдая

38

29,23

34,55

20

18,18

19,05

20

18,18

19,05

30000

3

1

0,77

0,91

40

36,36

38,10

18,2

16,55

17,33

40000

4

Глина твердая

25

19,23

22,73

21

19,09

20,00

19,1

17,36

18,19

19000


 

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО  ЗАЛОЖЕНИЯ НА  ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ


3.1. Определение глубины заложения  подошвы фундамента

Глубину заложения определяем по трём факторам:

1) по конструктивным особенностям

2) по инженерно геологическим характеристикам

3) по глубине сезонного промерзания грунта (для наружных стен)

необходимо произвести расчет для  трёх сечений данных в задании:

сечение 2 – внутренняя стена с  подвалом

сечение 3 – наружная стена без подвала

 

РАСЧЕТ:

сечение 2: фундамент ленточный, внутренняя стена с подвалом

1) = 2,2+0,5-1,0=1,7 м.

2) = 0,5 м;

 

сечение 3 : фундамент ленточный, наружная стена, без подвала

1) = 0,5 м.

2) = 0,5 м;

3) = 2,35×0,6=1,41 м;

 

Вывод:  для всех сечений принимаем глубину заложения 1,7 м.

3.2 Определение размеров подошвы фундамента

Форма и размеры фундамента в  плоскости обреза определяются размерами  толщины стены. Площадь подошвы  в первом приближении определяется по формуле:

,       (3.1)

где – расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента, кН (см задание);  – расчетное сопротивление грунта основания, кПа (по табл. 2.2) =254,05 кПа; – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м3, принимаемый равным 20 кН/м3, а при наличии подвала 16 кН/м3; – глубина заложения фундамента от планировочной отметки, = 1,7 м.

Сечение 2:  2,38; назначаем b=2,4 м.

Сечение 3:  1,45; назначаем b=1,6 м

3.3. Определение сопротивления грунта

По полученной в п.3.2 величине b и глубине заложения d, определяем расчетное сопротивление грунта R, кПа по формуле

,   (3.2)

где , - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.3.3 [1] =1,25, =1,1;

- коэффициент, принимаемый  =1, т.к. прочностные характеристики грунта и определены непосредственными испытаниями;

, , - коэффициенты, принимаемые по табл.3.4[1] в зависимости от =19,05 град: =0,47, =2,89, =5,48;

- коэффициент, принимаемый  =1, т.к. <10м;

- осредненное расчетное значение  удельного веса грунтов, залегающих  ниже подошвы фундамента;

- то же, залегающих выше подошвы; 

- расчетное значение удельного  сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (по табл.2.3), = 34,55 кПа;

- глубина заложения фундаментов  бесподвальных сооружений от  уровня планировки или приведенная  глубина заложения наружных или  внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

,     (3.3)

где - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, =0,5 м; - толщина пола конструкции подвала, назначаемая 0,1 м; - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, приминаем 24 кН/м3;

= 0,53 м; 

- глубина подвала – расстояние  от уровня планировки до уровня пола подвала,

=1,7 – 0,53 = 1,17 м;

 

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы в  пределах глубины  , определяется по формуле

,      (3.4)

где - мощность i-го слоя грунта; - удельный вес i-го слоя грунта.

= 19,6 кН/м3.

Сечение 2:

390,10 кПа

Сечение 3

412,00 кПа

3.4. Уточнение размеров фундамента и расчетного сопротивления грунта

Уточняем размеры подошвы фундамента по формуле (3.1), подставляя вместо вычисленное :

Сечение 2:  1,42 м; назначаем b=1,6 м;

Сечение 3:  0,85 м; назначаем b=1,0м.

 

Полученные размеры подошвы  отличаются от ранее принятых, поэтому  необходимо уточнить значения расчетного сопротивления грунта основания  при вновь принятых размерах подошвы  фундамента

 

Сечение 2:

390,10 кПа

Сечение 3

412,00 кПа

3.5. Конструирование фундамента

Конструируем ленточный фундамент  из сборного железобетона.

 

Сечение 2: фундамент под внутреннюю стену (толщина 380 мм) с подвалом состоит  из железобетонной подушки марки ФЛ 16.12 и 3-х блоков марки ФБС 24.3.6;

 

Сечение 3: фундамент под наружную стену (толщина 510 мм) без подвала  состоит из железобетонной подушки  марки ФЛ 10.12 и 3-х блоков марки  ФБС 24.4.6;

 

Схемы сечений 2 и 3 приведены на рис. 3.1 – 3.2.

Рисунок 3.1 – Схема фундамента в  сечении 2

Рисунок 3.2 – Схема фундамента в  сечении 3

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ЛЕНТОЧНЫХ  И КУСТОВЫХ ФУНДАМЕНТОВ

4.1. Определение расчетных нагрузок

Расчет свайных фундаментов  и их оснований производят по предельным состояниям двух групп:

1) по первой группе – по  прочности конструкций свай, свайных  ростверков; по несущей способности  грунта основания свайных фундаментов  и свай; по устойчивости оснований  свайных фундаментов в целом  при горизонтальных нагрузках  или основаниях, ограниченных нисходящими откосами;

2) по второй группе – по  осадкам оснований свайных фундаментов  от вертикальных нагрузок; по  перемещениям свай от действия  вертикальных, горизонтальных нагрузок  и моментов; по образованию или  раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций.

При выполнении расчетов по первой группе предельных состояний принимают  расчетные нагрузки, которые вычисляют  по формулам:

;
,

где NI , MI –соответственно расчетные значения нагрузки и момента, действующих на сваи; - коэффициент надежности по нагрузке ( ); Nn , Mn – соответственно нормативные значения нагрузки и момента.

 

Варианты схем зданий и их назначение

Номер фундамента

Нагрузки

NII

х

MII

х

FhII

х

Жилой дом на 40 квартир.

 

2

3

 

330

260

 

396

312

 

-

-

 

-

-

 

-

-

 

-

-


 

4.2. Назначение размеров ростверка  и глубины его заложения

Расчет свайного варианта фундаментов начинается с составления расчетной схемы, где изображается геологический разрез с основными характеристиками грунтов. В дальнейшем по указанному разрезу выбирается опорный слой для свай и длина свай.

При проектировании свайного фундамента под его минимальные размеры в плане определяются количеством свай в кусте. Принимаем минимальные размеры ростверка в плане 1,5х1,5 м. Размеры ростверков по высоте принимаются кратными 15 см. Отметка обреза принимается на 15-20 см ниже планировочной отметки или отметки пола помещения.

Глубина заложения подошвы ростверка  зависит от факторов, указанных для  фундаментов мелкого заложения, но в первую очередь от конструктивных особенностей здания и сооружения и  от пучиноопасности верхнего слоя грунта, в котором будет располагаться ростверк.

4.3. Выбор типа свай и их  предварительных размеров

Выбор типа свай зависит от инженерно-геологических  условий стройплощадки, величины и  характера нагрузок, действующих  на фундаменты, наличия в строительных организациях необходимого сваебойного оборудования, стеснённости условий строительства.

Сваи по характеру работы разделяют  на сваи-стойки и висячие (сваи трения). Свая-стойка работает как сжатая стойка. Она передает нагрузку только нижним концом на крупнообломочные, скальные или малосжимаемые пылевато-глинистые грунты. Когда под нижним концом сваи залегают сжимаемые грунты, нагрузка передается  на грунты основания и боковой поверхностью, и свая является висячей или сваей трения. Такие сваи более экономичны  при малом поперечном сечении и большой длине. Выбор типа свай производят на основании данных инженерно-геологических изысканий.

В проекте используем сваи С 6 30 –  сваи квадратного поперечного сечения  диаметром 30 см и длиной 6м.

4.4. Определение несущей способности  свай по грунту

Допускаемая нагрузка на сваю определяется из условия ее несущей способности по грунту и материалу. При определении числа свай на фундамент используется меньшее значение допускаемой нагрузки на сваю.

Свайные фундаменты и отдельные  сваи по несущей способности грунтов основания (несущая способность свай по грунту) рассчитываются по формуле:

,

где N – полная расчетная вертикальная нагрузка на сваю, которая складывается из расчетных нагрузок: N01 – приложенной в уровне обреза фундамента; NP1 – веса ростверка; Nбл – вес блоков.

 

Рассчитаем несущую способность  сваи для фундамента сечение 2:

 

Рисунок 4.1 – Расчетная схема свайного фундамента 2

В проекте N находится по формуле:

+Nбл

кН

кН

=396+6,566+22,982=425.548кН

Несущая способность висячих свай определяется как сумма сопротивлений  грунтов оснований под нижними концами свай и по их боковой поверхности по формуле:

,

где , , - наружный периметр поперечного сечения сваи.

Таблица 4.2. – Определение 

Характеристика грунта

zi, м

hi, м

fi

Суглинок полутвердый

  IL=0.083

1,15

0,5

32,9

16,45

Песок пылеватый, средней плотности, маловлажный

2,4

2

22,6

45,2

4,4

2

27,4

54,8

6

1,2

31

37,2

 

∑=153,65


 

Расчетное сопротивление под нижним концом сваи R:

R=

 

Рассчитаем несущую способность  сваи для фундамента сечение 3:

Рисунок 4.2 – Расчетная схема свайного фундамента 3

В проекте N находится по формуле:

+Nбл

кН

кН

=216+8,813+22,032=246,85кН

 

Несущая способность висячих свай определяется как сумма сопротивлений грунтов оснований под нижними концами свай и по их боковой поверхности по формуле:

,

где , , - наружный периметр поперечного сечения сваи.

Таблица 4.3 – Определение

Характеристика грунта

zi, м

hi, м

fi

1,15

0,5

32,9

16,45

Песок пылеватый, средней плотности, маловлажный

2,4

2

22,6

45,2

4,4

2

27,4

54,8

6

1,2

31

37,2

 

∑=153,65


 

Расчетное сопротивление под нижним концом сваи R:

R=

4.5. Определение несущей способности  сваи по материалу

Несущая способность сваи по материалу  на сжатие для железобетонных свай определяется по формуле:

где Fm – несущая способность сваи по материалу, кПа; - коэффициент условий работы сваи =1 (при размере поперечного сечения сваи более 200 мм); - коэффициент, учитывающий условия загружения, гибкость и другое (для свай, полностью находящихся в грунте, =1); Rb – расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии (призменная прочность), кПа;           А – площадь поперечного сечения сваи, м2; Rst – расчетное сопротивление арматуры сжатию, кПа; AS – площадь всех продольных стержней арматуры.

Rb=8500

RАРМ=280000 кПа

SАРМ=

Sb=0,09м2

4.6. Определение количества свай в ростверке

Требуемое количество свай определяется по формуле:

,

где N1 – полная расчетная нагрузка, передаваемая на сваи, приведенная к подошве плиты ростверка, кН; Fd – несущая способность сваи по грунту; - коэффициент надежности ( =1,4); - коэффициент, учитывающий работу свай при наличии момента внешних сил в уровне подошвы ростверка и принимаемый равным 1,1 – 1,2.

 

для сечения №2


 

 

Расстояние между осями свай:             

       

             

Шаг составляет 1 метр , что является оптимальным решением.

           

            для сечения №3

 


 

Расстояние между осями свай:             

Шаг составляет 1,2 метра,  что является оптимальным решением.

4.7. Конструирование свайных фундаментов

Свайные фундаменты в зависимости  от размещения свай в плане следует  проектировать в виде:

а) одиночных свай – под отдельно стоящие опоры;

б) свайных лент – под стены  зданий и сооружений при передаче на фундамент распределенных по длине  нагрузок с расположением свай в  два ряда и более;

в) свайных кустов – под колонны  с расположением свай в плане  на участке квадратной, прямоугольной и других форм;

г) сплошного свайного поля – под  тяжелые сооружения со сваями, равномерно расположенными под всем сооружением  и объединенными сплошным ростверком, подошва котого опирается на грунт.

4.8. Определение фактической нагрузки на сваи

Расчет заключается в определении фактических нагрузок, действующих на сваи свайного фундамента, и сравнении их с расчетной нагрузкой, допускаемой на сваю (по грунту). Для центрально нагруженного свайного фундамента проверяется условие

Для внецентренно нагруженного свайного фундамента:

,

где NI, MxI, MyI - соответственно расчетная вертикальная нагрузка, моменты относительно центральных осей X и Y плана свайного фундамента в плоскости подошвы ростверка; X и Y – расстояния от центральных осей до наиболее удаленной свай, для которой вычисляется фактическая нагрузка; XI и YI – расстояния от центральных осей до оси каждой оси сваи фундамента.

Необходимо соблюдать условие:

Если  , необходимо увеличить число свай или их длину с целью повышения несущей способности свай по грунту.

Не следует допускать недоиспользование  несущей способности свай более  чем на 15 %, перегрузку свай от постоянных и длительных нагрузок более чем  на 5 %.

При NФ < 0 следует рассчитать сваи на выдергивающую нагрузку (при этом необходимо, чтобы NФMIN < Nb).

Расчет свайного фундамента № 2

 

                  

Условие выполняется 

Расчет свайного фундамента №  3

 

                  

Условие выполняется 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

 

М.В.Берлинов Б.А.Ягупов. Примеры расчета оснований и фундаментов. М., Стройиздат, 1986 г.

ГОСТ 25108-95 Грунты. Классификация, 1997 г.

СНиП 2.02.02-83 Основания зданий и сооружений. М.,Стройиздат,1984 г.

НИИОСП им. Герсеванова Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений, 1981 г.

Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика. М., СтройИздат, 1985 г.

СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты 1987г.

 

 






Проектирование фундамента жилого дома на 40 квартир