МПС   РОССИИ

Государственное   образовательное   учреждение

высшего   профессионального   образования 

Ростовский   государственный   университет  путей   сообщения

Министерства   путей   сообщения   Российской   Федерации

(РГУПС)

________________________________________________________________

Курсовой  проект по дисциплине 

«Основания  и фундаменты» на тему: проектирование фундаментов стаканного типа под  промышленные здания 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Выполнил:         

    Проверил(а):           Моргун Л.В. 
 
 

Ростов-на-Дону

2010 

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение

1. Дополнительные  сведения к заданию на проектирование………………..4

2. Анализ  инженерно-геологических условий  площадки строительства

 и  физико-механических свойств грунтов  …………………………………….6

3. Выбор  глубины заложения фундамента……………………………………8

4. Расчет  размеров подошвы фундамента…………………………………….10

5. Расчет  осадок подошвы фундамента……………………………………….19

6. Расчет  прочности конструктивных элементов  фундамента.....................22

6.1. Конструирование  фундамента…………………………………………….22

6.2. Расчет  фундамента на продавливание  колонной дна стакана………….25

6.3. Определение  сечения арматуры в плитной  части фундамента…………27

6.4. Определение  диаметра арматуры………………………………………...28

Заключение

Список  использованной литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

     Фундамент является важнейшей частью любого сооружения, так как через него передаются все напряжения на грунты и основания, которые в свою очередь обладают дисперсностью и пористостью. В связи с этим при проектировании  необходимо пользоваться регламентациями строительных норм и правил. 

     Фундаменты  стаканного типа предназначены для  установки колонн одноэтажных зданий. Сечение колонн - от 300×300 до 700×500мм.

     Для изготовления фундаментов применяется  бетон не менее марки по прочности  на сжатие М 200, по морозостойкости не менее марки F 50, водонепроницаемость не нормируется.

     В данной работе посчитан фундамент стаканного типа под 2-х ригельную колонну.

      1 Дополнительные сведения к заданию  на проектирование

     Необходимо  запроектировать фундаменты для двухпролетного одноэтажного промышленного здания II класса ответственности, в котором технологическое оборудование и заглубленные помещения не оказывают влияния на расположение фундаментов. Среднесуточная температура воздуха в помещениях, примыкающих к наружным фундаментам, в зимний период составляет +10⁰С. Нагрузки на полы цеха вблизи колонн крайнего ряда отсутствуют. Режим работы кранов 7, круглосуточный. 

     Проектируемое промышленное здание должно иметь железобетонный каркас. Поэтому по прил.4 СНиП 2.02.01-83* предельная осадка такого здания S_u = 8 см, предельный крен не нормируется. 

      ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

      Номера  слоев:

      1. Отметка поверхности земли –  142,6

      2.Отметка  подошвы слоя – 141,6

      1. Песок(средний) – 134.4

      2. Суглинок – 131.0

      3. Глина – до 6

      Удельный  вес твердых частиц грунта (кН/м3):

      1. Песок(средний) – 26,6

      2. Суглинок – 26,8

      3. Глина – 27,6

      Удельный  вес грунта (кН/м3):

      1. Почва – 12,4

      2. Песок(средний) – 19,6

      3. Суглинок – 20,0

      4. Глина – 19,8

Природная влажность (%):

      1. Песок(средний) – 0,24

      2. Суглинок – 0,20

      3. Глина – 0.23

Граница текучести:

      1. Суглинок – 0,31

      2. Глина – 0,41

Граница раскатывания :

      1. Суглинок – 0,18

      2. Глина – 0,20

Удельное  сцепление (кПа):

      1. Песок(средний) – 1

      2. Суглинок – 32

      3. Глина – 51 

Угол  внутреннего трения :

1. 1.Песок(средний) – 34
2. 2. Суглинок – 25
3. 3. Глина – 19

Модуль  деформации (МПа):

1. 1.Песок(средний) – 30
2. 2. Суглинок – 25
3. 3. Глина – 26

2.  Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства и физико-механических свойств грунтов 
 

Таблица 2.1 - Расчет физико-механических свойств наслоений грунта

           Расчеты проведены с использованием  таблиц: 2.2;2.3;2.4;2.5;2.6;2.7

методического указания по дисциплине «Основания и  фундаменты»

Примечания:    γ_w – удельный вес воды, кН/м³;

  γ – удельный вес сухого грунта в состоянии естественной пористости.

     Для расчета физико-механических свойств  наслоений грунтов пользуются справочными  данными из СНиП 2.02.01-83*, приведенными в таблицах 2.2-2.6.   Для всех грунтов рассчитывают: 
 

     Удельный  вес скелета грунта в состоянии  естественной влажности   

γ_d = γ(1+W),  (2.1) 

где γ – удельный вес грунта в сухом состоянии;

       W – естественная влажность. 
 
 

     Удельный  вес грунта во взвешенном состоянии 

где – удельный вес твердых частиц грунта;

       – удельный вес воды, равный 10 кН/м³;

        е – коэффициент пористости.

      Коэффициент пористости:    

е = (γ_s /γ)-1   (2.3)

Только  для песка вычисляют степень  влажности

      Только  для глинистых грунтов рассчитывают:

      Число пластичности 

где – влажность на границе текучести;

       – влажность на границе раскатывания.

Показатель  текучести 

      На  основе рассчитанных значений по таблицам 2.6 и 2.7 методического пособия определяют величину условного сопротивления  сжатию (R₀) каждого пласта грунта.  

     3.Выбор  глубины заложения фундамента 

       Одним из важнейших факторов, предопределяющих заглубление подошвы фундамента, является глубина сезонного промерзания грунта. Для районов, где глубина промерзания на незастроенной территории не превышает 2,5 м, ее нормативное значение (d_fn) определяют по формуле:              

где M_t – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП 2.01.01 «Строительная климатология и геофизика»;

       d₀ -  эмпирический коэффициент, величина которого зависит от вида грунта. Для суглинков и глин d₀ = 0,23 м; супесей, песков мелких и пылеватых d₀ = 0,28 м; песков гравелистых, крупных и средней крупности d₀ = 0,30 м; крупнообломочных грунтов d₀ = 0,34 м.

=2,141 м 

              Вывод: Отметка подошвы фундамента располагается в слое песка. Показатели будут более экономичнее в нем.

              Вывод: Обрез фундамента на  отметке 142,3 м (не менее 0,15 м  от поверхности.

      Существует  понятие расчетного значения глубины сезонного промерзания грунта (d_f), которое определяют по формуле: 

d_f = К_h•d_fn = 1,07 м                        (3.2) 

                   где    К_h – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха внутри помещений, примыкающих к наружным фундаментам, учитывающий наличие подвала или технического подполья, а также состав полов (табл.1). Принимается по СНиП 2.02.01 «Строительная климатология и геофизика». 

      В случаях, когда глубина заложения  фундаментов не зависит от расчетной глубины промерзания d_f, соответствующие грунты, указанные в настоящей таблице, должны залегать до глубины не менее нормативной глубины промерзания d_fn. 

d_c ≥ l_c   (3.3) 

      Для двухветвевых колонн:

если  l_c < 1,2 м,    то            

d_c > l_c[1 – 0,8(l_c - 0,9)]  (3.4) 

      Высота  фундамента (h_f) из условия надежной заделки колонны в стакан должна быть не менее:  

                     h_f ≥ d_c + h_g + 0,05                                      (3.5) 

где   h_g – расстояние от дна стакана до подошвы фундамента, принимаемое не менее 0,2 м;

         0,05 – расстояние между торцом  колонны и дном стакана, назначаемое для  обеспечения рихтовки колонны при монтаже, м. 

d_c > 0,812 м

h_f> 1,75=>1,8 м 

      Высота  фундамента, вычисленная по условию (4.6), округляется до ближайшего большего размера, кратного 0,3 м. В промышленных зданиях минимальная высота фундамента стаканного типа не может быть менее 1,5 м. 

      Вывод: Проанализировав все условия определения (d) – принимаем его равным 1,9 м. 

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА

Данные  по колонне:

10кк108

l=11,85 м

l₁=4,1 м

в=0,4 м

h=0,6 м

h₁=0,7 м

N=2б 

     В первом приближении площадь подошвы  фундамента (А) определяют по конструктивным соображениям и вычисляют по формуле: 

                    А = N_П:(R₀ – γ_mtd)                     (4.1) 

где N_П - сумма всех вертикальных нагрузок в обрезе фундамента для расчетов по П группе предельных состояний, кН;

R_o - табличное значение условного сопротивления грунта сжатию, кПа;

  γ_mt – среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимаемое в инженерных расчетах    равным 20 кН/м³;   

d -  глубина заложения фундамента, м. 

N_П = N_Пmax + G₁ + Gk  (4.2) 

где     G₁ - вес стены, кН;

          Gk – вес колонны, кН;

        N_Пmax  - вертикальная нагрузка (по заданию), кН; 

G1 = h₁ × b₀ × γ_m × k_пр × k_н × n ;         (4.3) 

Где:  h₁- высота стены, м; С учетом глубины заделки в стакан 1,5м, принимаем высоту стены равную 10,350 м;

      b₀ – ширина стены, 0,4м;

     γ_m – удельный вес материала стены,(для керамзитобетона 13 кН/м³ );

     k_пр – коэффициент прочности, равный 0,7;

     k_н – коэффициент надежности, равный 0,95;

     n – шаг колонн, 6м 

G1 = 10,35*0,25*13*0,7*0,95*6=134,2 кН 

G_k = (( h × b × l₁) + (h₁ × b×( l – l₁ )) × γ_жб; кН     (4.4) 

Где:  γ_жб – удельный вес железобетона, 24 кН/м³;

      h – ширина колонны, м;

      h₁ – ширина колонны в первом сечении, м;

      b – толщина колонны, м;

      l – высота колонны, м;

      l₁ – высота колонны до ригеля, м; 

G_k =(0,6*0,4*4,1+0,7*0.4*7,75)*24=75,7 кН

N₁₁=907+134,1=1041,2 кН

А = 1041,2 / (150-20*1,9)=9,3 м² 

Задаемся  соотношением сторон подошвы фундамента стаканного типа: 

b = 0,75 × l = 3,52

l = √A / 0,75 = 2,64 

    В соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83^* о том что каждая сторона подошвы фундамента должна быть кратной 300мм. Следовательно, b = 3,6 ; l =2,7

     Первой  проверкой найденных размеров подошвы является  установление формы эпюры давлений в подошве фундамента (контактных давлений) и сравнение ее с допустимой.

     Форма эпюры контактных давлений обусловлена значениями эксцентриситетов, и проверка сводится к выполнению условия:

ξ_i ≤ ξ_u             (i =1,2,….n)            (4.5)

где   ξ_i - расчетное значение относительных эксцентриситетов для каждого   i - го сочетания нагрузок при расчетах по П гр. предельных состояний;

n - число сочетаний нагрузок при расчетах по П группе предельных состояний;

        ξ_u - предельный эксцентриситет, принимающий следующие значения [3]:

ξ_u =1/10 - для фундаментов под колонны производственных

зданий  с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 т и выше и открытых крановых эстакад с гранами грузоподъемностью более 15 т, для высоких сооружений (трубы, здания башенного типа и т.п.),   а также во всех случаях, когда расчетное сопротивление грунтов основания R < 150 кПа;

ξ_u =1/6 - для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад;

ξ_u = 1/4 - для бескрановых зданий, а также производственных зданий с подвесным крановым оборудованием.

     Относительный эксцентриситет   вертикальной нагрузки в подошве фундамента для каждого сочетания определяется по формуле 

ξ_i = e_i/a, (4.6) 

где     a - сторона подошвы фундамента (a = l или b), вдоль которой действуют моменты, м;

           e_i - эксцентриситет вертикальной нагрузки, приложенной к подошве фундамента,  определяемый по формуле: 

e_i = (Σ N_Пi) / (Σ M_Пi)                 (i =1,2…n)         (4.7) 

Здесь    Σ N_Пi - сумма всех вертикальных сил, приложенных к подошве фундамента;

                 Σ M_Пi   - сумма всех моментов, относительно выбранных координатных осей в подошве фундамента.

Для первого сочетания: 

             Σ N _П1 = N_П1 +G₁+G_f + G_k                                             (4.8)

где   G_f - ориентировочный вес фундамента, грунта на его уступах и 
подготовки под полы, определяемый по формуле:

                         G_f = b• l • (d +0,15)• γ_mt•γ_n                           (4.9)    

где   γ_n - коэффициент надежности по назначению;  

         G_f   = 432 кН

        Σ N _П1 = 1548 кН

        Σ M _П1 = M _П1+ Q _П1•h_f + N _П1•O + G₁ (b₀+ l_c) •0,5      (4.10) 

где   b₀ – толщина стены, м;

       l_c - длина стены, равная 1 м;

          Σ M _П1 = -41,7 кН*м 

      Эксцентриситет  приложения равнодействующей вертикальной нагрузки в подошве фундамента в первом сочетании:

     e₁ = (Σ M _П1)/(Σ N _П1)                (4.11) 

e₁ = 0,034

     ξ₁ = (e₁)/ l                                         (4.12)

ξ₁ = 0,012

Для второго  сочетания: 

     Σ N _П2 = N _П2 +G₁+G_f           (4.13) 

Σ N _П2 = 716 кН                  

Σ M _П2 = M _П2 + Q _П2•h_f + N _П2•O + G₁ (b₀+ l_с) •0,5       (4.14) 

Σ M _П2 = 175,3 кН*м 

     e₂ = (Σ M _П2)/(Σ N _П2)                  (4.15) 

e₂ = 0,312

      ξ₂ = (e₂)/ l                                                   (4.16)

ξ₂ = 0,121 

     Вывод: В обоих сочетаниях ξ₂  и ξ₁ меньше ξ_и, поэтому на данном этапе проектирования размеры подошвы фундамента не изменяем и смещение центра тяжести подошвы относительно оси колонны не производим ( Рис. 1 «О1» методического указания по проектированию оснований и фундаментов)

     Далее необходимо определить среднее давление под подошвой фундамента, которое не должно превышать величину расчетного сопротивления грунта.

     В соответствии со СНиП 2.02.01-83* среднее  давление под подошвой фундамента  (Р) не должно превышать расчетное сопротивление грунта (R),  краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента (P_max)  не должно превышать   1,2 R и в угловой точке (P^с_max) не должно превышать 1,5 R .