Проектирование фундаментов трехэтажного торгового центра

Федеральное Агентство Образования  и Науки Российской Федерации 

Кубанский Государственный  Технологический  Университет 
 

Факультет Строительства и  Управления Недвижимостью 
 

Кафедра Строительных Конструкций  и Гидротехнических Сооружений 
 
 
 
 
 
 

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА 

по дисциплине «Основания и фундаменты» 

на тему: «Проектирование фундаментов 3-х этажного торгового комплекса в г. Краснодаре» 
 
 
 
 

                                       Выполнил: студент группы 02-С-151

                                       Моисеенков  Антон Русланович 

                                       Допущен к защите________________                        

                                       Руководитель: Дизенко

                                       Светлана  Ивановна 

                                       Защищен________________________ 

                                       Оценка__________________________ 

                                       Члены комиссии_________________ 
 
 
 

Краснодар 2006

      Расчетно-графическая  работа на тему: «Проектирование фундаментов 3-х этажного торгового комплекса в г. Краснодаре» раскрывает содержание основных методик расчета оснований фундаментов зданий, принятых в нормативных документах. Уменьшение стоимости и обеспечение необходимой надежности сооружений зависят от правильной оценки грунтового основания, рационально запроектированных и качественно возведенных фундаментов.

        Данная работа состоит из следующих частей: реферата, содержания, введения, задания на выполнение работы, пяти разделов, заключения и списка литературы.

      В задании к работе приведены: инженерно-геологические условия, проект здания, его краткое конструктивное описание.

      Во  введении излагаются цели и задачи данной работы.

      Первый раздел посвящен анализу инженерно-геологических условий строительной площадки и выбору несущего слоя для фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов.

      Во  втором разделе представлен расчет нагрузок на фундамент.

      В третьем и четвертом разделах проектируется фундамент мелкого заложения (фундамент стаканного типа под колонну на оси 1-Г).

      В пятом разделе проектируется свайный фундамент.

      В заключение работы сформулированы выводы о наилучшем фундаменте для данного здания и геологического разреза.

      В расчетно-графической  работе содержится 30 страниц, 4 таблицы, 6 рисунков, 3 листа графической части формата А4. 
 
 

Содержание

Введение

      В инженерных сооружениях, промышленных и гражданских зданиях широко используются железобетонные фундаменты. Они бывают 3-х типов: отдельные под каждой колонной, ленточные под рядами колонн в одном или 2-х направлениях, а также под несущими стенами, сплошные – под всем сооружением. Фундаменты чаще всего возводят на естественном основании или в ряде случаев выполняют на сваях.  В последнем случае фундамент представляет собой группу свай, соединенную поверху распределенной железобетонной плитой – ростверком.

      Стоимость фундамента составляет 4-6% от общей стоимости здания. Тщательной проработкой конструкции фундаментов можно достичь ощутимого экономического эффекта. По способу изготовления железобетонные фундаменты бывают сборные и монолитные.

      От качества проектирования и возведения фундаментов зависит дальнейшее существование здания в целом. Отсутствие гидроизоляционных работ может привести к разрушению всего здания.

       
 
 
  1. Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки

      Для оценки прочности и сжимаемости  грунтов необходимо установить полное наименование грунтов, представленных в геологическом разрезе, знать их напластование, мощность, наличие и глубину залегания подземных вод. Для этого необходимо рассчитать ряд вспомогательных характеристик грунта.

      Для глинистых грунтов определяем следующие показатели:

      а) коэффициент пористости:

       , где

- удельный вес твердых частиц  грунта, кН/м³;

- удельный вес грунта, кН/м³;

- природная влажность грунта.

      б) степень влажности грунта:

       , где

- влажность грунта;

- удельный вес воды, 10 кН/м³;

      в) показатель текучести:

       , где

- влажность на границе раскатывания;

- влажность на границе текучести;

      г) число пластичности:

       .

      Для песчаных грунтов определяем коэффициент пористости , степень влажности .

      Первый  слой – чернозем. Мощность слоя – 0,4 м. Данный слой в расчетах не участвует, т.к. является плодородным, его срезают и вывозят, в обратной засыпке слой не участвует.

      Суглинок (мощность 3,1 м) – 2-й слой:

       ;

       ;

       ;

       .

      Уточняем  наименование глинистого грунта:

      -по  числу пластичности – суглинок;

      -по  показателю текучести – мягкопластичный суглинок.

      Основные  характеристики для мягкопластичного суглинка: R₀=0,197 МПа, С_n=0,021 МПа, φ_n=18 град,  Е=12 МПа.

      Песок (мощность 3,6 м) – 3-й слой:

       ;

       .

      Определяем  тип песка по гранулометрическому  составу в зависимости от процентного содержания частиц по крупности – песок мелкий (масса частиц крупнее 0,1 мм составляет 83,2%).

      Определяем  плотность сложения песка –  плотный.

      Определяем  влажность песка – влажный.

      Основные  характеристики для мелкого плотного влажного песка: R₀=0,3 МПа, С_n=0,006 МПа,  φ_n=38 град и Е=48 МПа.

      Песок (мощность 2,4 м) – 4-й слой:

       ;

       .

      Определяем  тип песка по гранулометрическому  составу в зависимости от процентного содержания частиц по крупности – песок средней крупности (масса частиц крупнее 0,25 мм составляет 57%).

      Определяем  плотность сложения песка – средней плотности.

      Определяем  влажность песка – насыщенный водой.

      Основные  характеристики для песка средней  крупности средней плотности, насыщенного водой: R₀=0,4 МПа, С_n=0,001 МПа,  φ_n=35 град и Е=30 МПа.

      Глина (мощность 5,0 м) – 5-й слой:

       ;

       ;

       ;

       .

      Уточняем  наименование глинистого грунта:

      -по  числу пластичности – глина;

      -по  показателю текучести – тугопластичная глина.

      Основные  характеристики для тугопластичной глины: R₀=0,261 МПа, С_n=0,042 МПа, φ_n=16 град,  Е=15 МПа.

      Результаты  расчета грунта сведем в таблицу:

   Характеристики  грунтов

                           Таблица №1.    

      Инженерно-геологический  разрез приведен ниже на рис.1.

      Судя  по геологическому профилю, площадка имеет  спокойный рельеф. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов. У.П.В. находится на отметке  -4.650.

      3-й  и 4-й слои относится к малосжимаемым  грунтам, другие к грунтам средней  сжимаемости. Фундамент мелкого заложения опирается на 3-ой слой – песок мелкий плотный влажный с расчетным сопротивлением 0,3 МПа. Свайный фундамент – на 4-ый слой, песок средней крупности средней плотности насыщенный водой с расчетным сопротивлением 0,4 МПа.

   Рис. 1 Инженерно-геологический разрез

2. Сбор нагрузок на фундамент

     Для сбора нагрузок определяют грузовую площадь и подсчитывают полезную нагрузку и собственную массу конструкции на грузовую площадь. Расчеты приведены ниже в таблице №2. 

3. Проектирование фундаментов на естественном основании

     3.1. Выбор глубины заложения подошвы фундамента

     На  выбор глубины заложения фундаментов  оказывают влияние следующие  факторы:

     - глубина заложения фундамента должна быть не менее 0,5 м;

     - подошва фундамента должна располагаться ниже расчетной глубины промерзания грунтов. Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

      - нормативная глубина промерзания,  для Краснодарского края равна  0,8 м.

      - коэффициент, учитывающий влияние  теплового режима сооружения, для отапливаемых помещений с подвалом при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам 5⁰С равен 0,7. 

     - конструктивные особенности проектируемого сооружения;

     - глубина заложения фундаментов  примыкающих сооружений;

     - инженерно-геологические условия  площадки.

     Глубина заложения фундамента 3,95 м, планировочная отметка -0,450 м. Это соответствует нормам. Имеется в наличии подвал, планировочная отметка:  -3,200 м.

     3.2. Подбор размеров  подошвы фундамента

     Вычислим предварительную площадь фундамента по формуле:

       ,

     где - сумма нагрузок на фундамент для расчетов по II ГПС,

     R₀=300кПа – расчетное сопротивление грунта несущего слоя;

      - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах;

     d=1,7 м – глубина заложения фундамента. 

     Для квадратного фундамента A= b², => b=3,17 м.

     Принимаем монолитный фундамент по серии 1.412-1/77

     Размеры подколонника: luc=1200 мм, buc=1200 мм, h=800 мм.

      Подошва фундамента: l=1800 мм, b=1800 мм.

      Схема проектируемого фундамента представлена на рис. 2.

Сбор  нагрузок на фундамент  под колонну на оси 1-Г, грузовая площадь А₁=9х4,2=37,8 м²

     Таблица №2.

Рис. 2. Фундамент мелкого заложения. 

       ;

      Основание фундамента – песок мелкий плотный влажный. Основные характеристики: 16,66 кН/м³; R₀=0,300 МПа; С_n=0,006 МПа; φ_n=38 град; Е=48 МПа.

     Основным  критерием при подборе размеров подошвы фундамента является выполнение условия: .

       - среднее давление на подошве фундамента;

       - расчетное сопротивление грунта. 

       ;

       - внешняя расчетная нагрузка  на фундамент для расчетов  по II ГПС;

      Нагрузка  от веса фундамента:

      Нагрузка от веса фундаментной балки:

      Нагрузка  от веса колонны:

       Нагрузка  от веса монолитной ж/б стены:

      Нагрузка  от веса грунта и пола подвала над уступами фундамента:

      Временная нагрузка:

      Принятая площадь фундамента: .

       .

       , где:

        и  - коэффициенты условий работы.

      k – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1.

       - коэффициенты, принимаемые по  таблице 5.3 [1] при

       =2,11; =9,44; =10,8.

      k_z – коэффициент, принимаемый равным 1.

      b=1,8 м – ширина подошвы фундамента.

       - осредненное расчетное значение  удельного веса грунтов, залегающих  ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды). - для глубины до 0,5b м от подошвы фундамента, где вес грунта ниже уровня подводных вод определяется по формуле:

       ,

      где е – коэффициент пористости.

        - тоже, залегающих выше подошвы:

       .

       =6кПа -  расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

       – приведенная глубина заложения  фундаментов от пола подвала.

здесь  - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала;

       - толщина конструкции пола подвала;

       - расчетное значение удельного  веса конструкции пола подвала.

d_B= 2,75 м – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала.

.

- среднее давление на подошве  фундамента.

- условие выполнено. Недогруз составляет 14,47%.

     3.3. Расчет оснований фундаментов по максимальным напряжениям.

      Схема проектируемого фундамента представлена на рис. 2.

      Краевые давления по подошве фундамента вычисляют  по формуле:

       , где

       - суммарная вертикальная расчетная  нагрузка в уровне подошвы  фундамента;

       - момент от расчетных нагрузок  в уровне подошвы фундамента;

       - момент сопротивления площади  подошвы фундамента, м³.

       ;

       , где

       - момент от перекрытия;

       - момент от стены подвала  и стены первого этажа;

       - момент от грунта над левой  частью фундамента;

       - момент от временной нагрузки.

       ; ;

; ; ;

       ;

       ;

      Расчетное сопротивление грунта:

       - условие выполнено.

       .

4. Определение конечной осадки фундамента мелкого заложения

4.1. Определение конечной осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования

      Осадка  основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:

      S=

       - безразмерный коэффициент,  равный 0,8

       - среднее значение дополнительных  вертикальных нормальных напряжений  в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней z_i-1 и нижней границах z_i слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

      h_{i ,}E_i – соответственно толщина и модуль деформации i–го слоя грунта;

        n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания. 

      Для вертикали, проходящей через середину подошвы фундамента, определяют напряжения от собственного веса грунта и дополнительные напряжения .

      Вертикальные  напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине  от подошвы фундамента, определяются по формуле:

       = ; где

       - удельный вес грунта, расположенного  выше подошвы фундамента;

      d_n – глубина заложения фундамента;

       ,h_i – соответственно удельный вес и толщина i –го слоя грунта.

      Дополнительные  вертикальные напряжения на глубине  от подошвы фундамента, действующие по оси, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле:

       = , где

       - коэффициент затухания дополнительных  давлений по глубине.

      Р₀= Р- - дополнительное вертикальное давление на основание в уровне подошвы фундамента;

      Р- среднее давление под подошвой фундамента;

       - напряжение от собственного  веса грунта на уровне подошвы  фундамента.

      Нижняя  граница сжимаемой толщи основания  принимается на глубине, где выполняется условие:

        =0,2

      Ширина  подошвы фундамента  b= 1,8 м.

       Среднее давление под подошвой фундамента Р=812,16 кПа.

      Разбиваем толщу грунта ниже подошвы фундамента на элементарные слои высотой

      h_i= 0,4b= 0,4·1,8= 0,72 м.

      Определяем  напряжения и

      В уровне подошвы фундамента  (точка 0):

       =19,4·3,5+16,66·0,5=76,23 кПа

      В точке 1: =76,23+16,66·0,2=76,23+3,33 = 79,56 кПа;

      Ниже  УПВ в песках учитываем взвешивающее действие воды:

       , тогда

      в точке 2: = 79,56+7,49·0,52= 83,45 кПа;

      Для остальных точек значения приведены в таблице №3.

      Дополнительные (уплотняющие) давления вычисляем по формуле:

      P₀=812,16-76,23=735,93кПа.

      В точке 0: z = 0; = = =0; =1;

       =1·735,93кПа=735,93 кПа.

      В точке 1: z = 0,2 м, = =0,2; =0,98;

       =0,98·735,93 = 721,21кПа.

      В точке 2: z = 0,72 м., = =0,8; =0,800;

       =0,800·735,93 =588,74 кПа.

      Для остальных точек значения приведены в таблице №3.

      Таблица №3.