Проектирование оснований и фундаментов

 

 

 

Министерство образования и науки Российской федерации

Марийский государственный технический  университет

 

 

 

 

               Кафедра СКиО

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка к курсовому проекту 

«Проектирование оснований и фундаментов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Выполнил: ст. гр. ПГС-42

Сапаров С. М.

 Проверил: доцент кафедры СКиО

Рязанов В.С.

 

 

 

 

 

 

 

Йошкар-Ола, 2012

 

 

Содержание

 

1. Исходные данные 3

2. Анализ инженерно-геологических условий 4

2.1 Определение наименования грунта по его расчётным характеристикам. 5

2.2 Анализ инженерно-геологических условий (таблица) 7

3. Сбор нагрузок 8

3.1 Узел 1 8

3.2 Узел 2 11

3.3 Узел 3 12

3.4 Узел 4 14

3.5 Сводная таблица нагрузок 15

4. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании 16

4.1 Определение глубины заложения фундамента 16

4.2 Определение размеров подошвы фундамента 17

4.3 Расчёт конечной осадки фундамента 19

5. Проектирование фундамента на песчаной подушке 21

5.1 Определение размеров подошвы фундамента 21

5.2 Определение размеров песчаной подушки 22

5.3 Расчет осадки фундамента на песчаной подушке 23

6. Проектирование свайного фундамента 25

6.1 Определение числа свай 25

6.2 Проверка прочности грунта 27

6.3 Расчет осадки фундамента методом эквивалентного слоя. 28

7. Технико-экономическое обоснование выбора основного варианта 29

8. Расчёт узлов на свайном фундаменте. 30

8.1 Узел 1 30

8.2 Узел 3 32

8.3 Узел 4 33

9. Список литературы 35

 

 

 

1. Исходные данные

Шифр: 34325225

Схема №3 «Клуб».Вариант 4

 

Район строительства г. Баранул

Размеры (м)

РАЗМЕРЫ, М								КОЛ-ВО ЭТАЖЕЙ
l1	l2	l3	l4	l5	h 1	h2	h3	6
15	37	6	30	18	18	12	3,2

 

 

Нагрузки, постоянные и (временные)

Нормативные нагрузки, кПа
постоянные
g1	g2	g3	g4
5,4	7	1,8	4,4
временные
g1	g2	g3	g4
(по СНиП)	7	(по СНиП)	1,4

 

 

Примечания:

1. Стены из кирпичных блоков. (γкирп. Блоков=18 кН/м³)
2. Колонны ж/б.(500×500)
3. Город Барнаул относится к IV снеговому району – s_b=2,4 кПа ; к III ветровому району – W_o=0,38 кПа.

2. Анализ инженерно-геологических условий

 

Характеристики  грунта взяты по заданию согласно шифру.

Расчётные характеристики считаются по формулам:

1) Удельный  вес сухого грунта:

2) Коэффициент  пористости:

3) Пористость:

4) Степень  влажности:

  = 10 ;

5) Коэффициент  относительной сжимаемости:

       -в МПа;

6) Удельный  вес грунта с учётом взвешивающего  действия воды:

Взвешивающее  действие воды учитывается для водопроницаемых  грунтов с коэффициентом фильтрации К_ф>10^-6 см/сек (это пески и супеси), лежащих ниже уровня грунтовых вод.

7) Число пластичности:

8) Показатель  текучести:

Уровень грунтовых вод находится на глубине 2,1 м от поверхности, для расчета принят на глубине 7,7м от поверхности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Определение наименования грунта по его расчётным характеристикам.

 

Слой № 1:

Насыпной слой: γ =15 кН/м³.

Удельный  вес сухого грунта: γ_d=γ/(1+W)=15/(1+0,38)=10,87кН/м³.

Коэффициент пористости: e=(γ_s - γ_d)/γ_d=(26,6-10,87)/10,87=1,45.

Пористость: n = e /(1+ e)=1,45/(1+1,45)=0,59.

 

Слой № 2:

Удельный  вес сухого грунта: γ_d=γ/(1+W)=18,6/(1+0,28)=14,53 кН/м³.

Коэффициент пористости: e=(γ_s - γ_d)/γ_d=(27,0-14,53)/14,53=0,86.

Пористость: n = e /(1+ e)=0,86/(1+0,86)=0,46.

Степень влажности:=(0.28*27.0)/(0,86*10)=0.88 ; [насыщенный водой]

Коэффициент относительной сжимаемости: m_v=0,5/3=0,67 МПа^-1;

 =0,67* (1+0,86)=0.31 (сильносжимаемый)

Число пластичности: I_p=W_L-W_p=0,30-0,20=0,10.(суглинок)

Показатель  текучести: I_L=(W-W_p)/I_p=(0,28-0,2)/0,1=0,8.(текучепластичный)

Суглинок, текучепластичный, сильносжимаемый, насыщенный водой.

 

Слой № 3:

Удельный  вес сухого грунта: γ_d=γ/(1+W)=19,0/(1+0,15)=16,52 кН/м³.

Коэффициент пористости: e=(γ_s - γ_d)/γ_d=(26,6-15, 91)/15,91=0,67.

Пористость: n = e /(1+ e)=0,67/(1+0,67)=0,40.

Степень влажности:=(0.15*26,6)/(0,67*10)=0,60 ; [влажный]

Коэффициент относительной сжимаемости: m_v=0,8/25,0=0,032 МПа^-1; =0.032*(1+0,67)=0.05(среднесжимаемый)

Удельный вес  грунта с учётом взвешивающего действия воды:

=(26,6-10)*(1-0,4)=9,96кН/

Число пластичности: I_p= 0.(песок)

Песок , средней крупности, средней плотности, влажный.

 

Слой № 4:

Удельный  вес сухого грунта: γ_d=γ/(1+W)=19,3/(1+0,26)=15,32 кН/м³.

Коэффициент пористости: e=(γ_s - γ_d)/γ_d=(26,9-15,12)/15,12=0,78.

Пористость: n = e /(1+ e)=0,78/(1+0,78)=0,44.

Степень влажности:=(0.29*26,9)/(0,78*10)=1,00 ; [насыщенный водой]

Коэффициент относительной сжимаемости: m_v=0,5/7,5=0,067 МПа^-1; =0.067(1+0,78)=0.12 (сильносжимаемый)

Число пластичности: I_p=W_L-W_p=0,33-0,21=0,12.(суглинок)

Показатель  текучести: I_L=(W-W_p)/I_p=(0,29-0,21)/0,12=0,67.( мягкопластичный)

Суглинок  , мягкопластичный, сильносжимаемый, насыщенная водой.

 

Слой № 5:

Удельный  вес сухого грунта: γ_d=γ/(1+W)=20,2/(1+0,24)=16,29 кН/м³.

Коэффициент пористости: e=(γ_s - γ_d)/γ_d=(26,6-16,29)/16,29=0,63.

Пористость: n = e /(1+ e)=0,63/(1+0,63)=0,39.

Степень влажности:=(0.24*26,6)/(0,63*10)=1,01 ;

Коэффициент относительной сжимаемости: m_v=0,8/30,0=0,027МПа^-1; =0.027(1+0,63)=0.044 (слабосжимаемый)

Число пластичности:   - (песок)

Песок средней крупности , слабосжимаемый, водопроницаемый.

 

 

№ слоя грунта	Наименование грунта	Толщина слоя в м	По I группе п.с.			По II группе п.с.			Удельный вес частиц γs, кН/м3	Модуль деформации Ео, МПа	Влажность W	На границе текучести WL	На границе раскатывания WР	Удельный вес сухого грунта γd, кН/м3	Коэффициент пористости е	Пористость n	Коэффициент водонасыщения Sr	Коэффициент относительной сжимаемости  mν, Мпа-1	Удельный вес грунта с учётом взвешивающего  действия воды γsb, кН/м3	Число пластичности, Ip	Показатель текучести, IL
			Удельный вес γ1, кН/м3	Угол внутреннего трения, φ1о	Удельное сцепление С1, кПа	Удельный вес γ2, кН/м3	Угол внутреннего трения, φ2о	Удельное сцепление С2, кПа
			Характеристики грунта											Расчётные характеристики грунта.
1	Насыпной слой, супесь со строительным мусором	0,3	14,0			15,0
2	Суглинок, текучепластичный, сильносжимаемый, насыщенный водой	1,2	16,2	5	18,0	18,6	7	18,0	27,0	3,0	0,28	0,30	0,20	14,53	0,86	0,46	0,88	0,31	-	0,1	0,8
3	Песок, средней крупности, средней  плотности, влажный	4,2	16,9	24	-	18,3	26	1,0	26,6	25,0	0,15	-	-	15,91	0,67	0,40	0,60	0,05	9,96	-	-
4	Суглинок, мягкопластичный, сильносжимаемый, насыщенный водой	6,5	17,8	15	16,0	19,5	17	18,0	26,9	7,5	0,29	0,35	0,21	15,12	0,78	0,44	1,00	0,12	-	0,12	0,67
5	Песок средней крупности, слабосжимаемый, водопроницаемый	2,0	18,5	31	-	20,2	35	2,0	26,6	30,0	0,24	-	-	16,29	0,63	0,39	1,01	0,04	-	-	-

 2.2 Анализ инженерно-геологических условий (таблица)

 2.2 Анализ инженерно-геологических условий (таблица)

 

 

3. Сбор нагрузок

3.1 Узел 1

Подсчет нагрузки
1. Постоянные нагрузки
1) Вес покрытия:	9,26		1,1	10,18
2) Вес чердачного перекрытия:	16,5		1,1	18,15
3) Вес перекрытия:	157,5		1,1	173,25
4) Вес стены:	165,24		1,1	181,76
Итого постоянные нагрузки	348,5			383,34
2. Временные нагрузки
5) На перекрытия (полезные) а) по 2 г.п.с.(длит. действ.) б) по 1 г.п.с.(кратковрем. действ.)	6,75			173,25
6) На чердачное перекрытие: а) по 2 г.п.с.(длит. действ.) б) по 1 г.п.с.(кратковрем. действ.)	0			6,83
7) Снеговая нагрузка на покрытие а) по 2 г.п.с.(длит. действ.) б) по 1 г.п.с.(кратковрем. действ.)	6,17			8,64
Итого временные нагрузки: а) по 2 г.п.с. б) по 1 г.п.с.	12,274			169,848
Итого полная вертикальная нагрузка:	361,42			572,07
Горизонтальная нагрузка: 1) Ветровая нагрузка:  ;    ;      ;  ;  ; ; ;    ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;	54,93	1,4		76,9
Итого полная горизонтальная нагрузка:	54,93			76,9

 

Город Барнаул относится ко 4 снеговому району – q_с=2,4 кПа ; к 3 ветровому району – W_o=0,38 кПа.

 

 

 

 

 

3.2 Узел 2

Подсчет нагрузки
1. Постоянные нагрузки
1) Вес покрытия:		89,404			1,1	98,34
2) Вес чердачного перекрытия:		198			1,1	217,8
3) Вес колонны:		132,5			1,1	145,75
4) Вес перекрытия:		1890			1,1	2079
Итого постоянные нагрузки		2309,904				2540,89
2. Временные нагрузки
5) На перекрытия (полезные) а) по 2 г.п.с.(длит. действ.) б) по 1 г.п.с.(кратковрем. действ.)		81				2079
6) На чердачное перекрытие: а) по 2 г.п.с.(длит. действ.) б) по 1 г.п.с.(кратковрем. действ.)		0				81,9
7) Снеговая нагрузка на покрытие а) по 2 г.п.с.(длит. действ.) б) по 1 г.п.с.(кратковрем. действ.)		59,6				83,44
Итого временные нагрузки: а) по 2 г.п.с. б) по 1 г.п.с.		140,6				2244,34
Итого полная вертикальная нагрузка:		2450,504				4785,23

 

3.3 Узел 3

Подсчет нагрузки
1. Постоянные нагрузки
1) Вес покрытия:	8,94		1,1	9,834
2) Вес чердачного перекрытия:	19,8		1,1	21,78
3) Вес перекрытия:	189		1,1	207,9
4) Вес стены:	165,24		1,1	181,764
Итого постоянные нагрузки	382,98			421,278
2. Временные нагрузки
5) На перекрытия (полезные) а) по 2 г.п.с.(длит. действ.) б) по 1 г.п.с.(кратковрем. действ.)	8,1					207,9
6) На чердачное перекрытие: а) по 2 г.п.с.(длит. действ.) б) по 1 г.п.с.(кратковрем. действ.)	0					8,19
7) Снеговая нагрузка на покрытие а) по 2 г.п.с.(длит. действ.) б) по 1 г.п.с.(кратковрем. действ.)	5,96					8,34
Итого временные нагрузки: а) по 2 г.п.с. б) по 1 г.п.с.	14,06			224,43
Итого полная вертикальная нагрузка:	397,04				645,71

 

 

3.4 Узел 4

Подсчет нагрузки
1. Постоянные нагрузки
1) Вес покрытия:	53,514	1,1		58,865
2) Вес стены:	110,16	1,1		121,176
Итого постоянные нагрузки	153,674			180,041
2. Временные нагрузки
3) Снеговая нагрузка на покрытие а) по 2 г.п.с.(длит. действ.) с условием снегового мешка: б) по 1 г.п.с.(кратковрем. действ.)	48,76		68,26
Итого временные нагрузки: а) по 2 г.п.с. б) по 1 г.п.с.	48,76		68,26
Итого полная вертикальная нагрузка:	212,434			248,301
Горизонтальная нагрузка: 1) Ветровая нагрузка:  ;     ;  ;     ; ;	11,247	1,4	15,745
Итого полная горизонтальная нагрузка:	11,247		15,745

 

 

 

 

3.6 Сводная таблица нагрузок

Узел	По II предельному состоянию		По I предельному состоянию
1	361,42	54,93	572,07	76,902
2	2450,504	-	4785,23	-
3	397,04	-	645,71	-
4	212,434	11,247	248,301	15,745

 

Для расчета выбираем самый  нагруженный узел – узел №2. Полная нагрузка на обрез фундамента кН, кН.

 

4. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании

За отметку  принимаем уровень чистого пола здания и отметку верхнего слоя грунта естественного залегания.

Расчетная схема:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1 Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения  фундамента должна быть больше глубины промерзания грунтов , для исключения пучения.

Место строительства  город Барнаул. Сумма среднемесячных отрицательных температур:.

Для здания с подвалом:  

 – для крупных и средних песков;

Для здания без подвала: 

 – табл.1 [1], при t=

Глубину заложения принимаем равной h=4,1 м, от нулевой отметки, включая подвал и высоту трех ступеней фундамента () . 

4.2 Определение размеров подошвы фундамента

Фундамент нагружен центрально, следовательно , . Для песка средней крупности по таблице 4 СНиП 2.02.01-83*:

                            _{(при φ=26°)}

По табл. 3 [1] принимаем – для песка, – при .

 – характеристики получены  по данным испытания грунтов.

 – ширина фундамента менее  10 метров.

Площадь подошвы фундамента

Давление, передаваемое на основание под фундаментом:

Расчётное сопротивление  грунта под подошвой фундамента:

При глубине заложения  подошвы фундамента 3,0 м получаем:

– удельный вес грунта над подошвой фундамента.

_{- удельный вес  грунта для рабочего  слоя}

_{- величина сцепления  рабочего слоя}

 – приведенная глубина заложения фундамента при наличии подвала, тогда:

- расстояние от поверхности  грунта до пола подвала (3.2 м – больше 2,0 м)

 

Определяем  ширину подошвы фундамента графическим  методом.

 

Составим таблицу: 

Значение b, м	σmax, кН/м	R, кН/м
1	2470,304	424,897
2	632,426	455,026
3	292,078	485,155

 

Построим графики функций зависимости  σ_max и R от ширины подошвы b.

 

 

При  b=1м -

     

При b=2м -

      

При  b=3м -

      

 

 

 

 

 

b = 2,35м; A = 5,5225 м².

s_max = 463,531 кПа < R = 465,571кПа.

Сконструируем фундамент, уточним вес фундамента и грунта на уступах.

b₀= b_к+2 *0,075+2*0,25= 0.5+0,15+0.15= 0,8  м

Δb=(b-b₀)/2 = (2,35- 0,8)/2 = 0.775м

Δb/0,3 = 0,775/0,3 = 2,58 → 2 ступени

 

Подбираем3 ступени высотой h₁ = 0,3 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Снова проверяем выполнение условия:

Находим объем фундамента:

Находим объем грунта:

_{Итоговое  уравнение:}

 

Условие выполняется c запасом в 0,52%, следовательно, при данных параметрах подошвы фундамента расчётное сопротивление грунта будет больше напряжений, возникающих от внешних нагрузок под подошвой фундамента.

4.3Расчёт конечной осадки фундамента мелкого заложения

Расчет  будем вести по СНиП 2.02.01-83*  «Основания зданий и сооружений».

Определение осадки методом послойного суммирования

Расчёт выполняется по формуле :   S<S_пред

1. на расчётной схеме строим эпюру бытового давления  

2. строим эпюру   

3. строим эпюру

№ точки	z, м	x=2z/b	a	szp, кН/м2
1	0	0	1	392,5
2	0,2b	0,4	0,960	376,8
3	0,4b	0,8	0,800	314
4	0,6b	1,2	0,606	237,9
5	0,8b	1,6	0,449	176,2
6	1b	2	0,336	131,9
7	1,2b	2,4	0,257	100,9
8	1,4b	2,8	0,201	78,9
9	1,6b	3,2	0,160	62,8
10	1,8b	3,6	0,131	51,4
11	2b	4,0	0,108	42,4
12	2,2b	4,4	0,091	35,7
13	2,4b	4,8	0,077	30,2
14	2,6b	5,2	0,067	26,3
15	2,8b	5,6	0,058	22,8

 

 

4)  Нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ) на отметке -8,800, ее толщина равна 4,7 м.

      5)  Найдем осадку S = ∑ S_i в пределах сжатой толщи Н_сж

,

По табл. 1 прил. 4 СНиП 2.02.01 – 83     Su =8 см .Su =8 см > S=4,52 см    → Осадка фундамента не превышает нормативного значения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Проектирование фундамента на песчаной подушке

5.1 Определение размеров подошвы фундамента

Материал подушки  –песок средней крупности:

Принимаем глубину заложения фундамента равной 4,1 м от нулевой отметки.

Для песка средней крупности:

Определяем  ширину подошвы фундамента графическим  методом.

Фундамент нагружен центрально, следовательно , .

Давление, передаваемое на основание под фундаментом:

Расчётное сопротивление  грунта под подошвой фундамента:

 – характеристики приняты  из таблиц.

 – ширина фундамента менее  10 метров.

– удельный вес грунта под подошвой фундамента.

– удельный вес грунта в пределах глубины заложения фундамента.

 – приведенная глубина заложения фундамента при наличии подвала, тогда:

- расстояние от поверхности  грунта до пола подвала 

Воспользуемся методом подбора:

при

- условие выполняется.

Определим ширину подошвы фундамента графическим  методом.

 

При  b=1м -

     

При b=2м -

      

При  b=1,95м -

      

 

 

 

 

 

_{Принимаем b=2м, то}

_{Следовательно, принимаем b=a=2 м.}

Сконструируем фундамент, уточним вес фундамента и грунта на уступах.

b₀= b_к+2 *0,15= 0.5+0,3= 0.8  м

Δb=(b-b₀)/2 = (2- 0.8)/2 = 0.6м

Δb/0,3 = 0,6/0,3 = 2 → 2 ступени

b₁= b-Δb = 2-0,6= 1,4  м

 

Подбираем 3 ступени высотой h₁ = 0,3 м.

Снова проверяем выполнение условия:

Находим объем фундамента:

Находим объем грунта:

Условие выполняется, следовательно, при данных параметрах подошвы фундамента расчётное сопротивление  грунта будет больше напряжений, возникающих  от внешних нагрузок под подошвой фундамента.

5.2 Определение размеров песчаной подушки

Определяем  высоту песчаной подушки:

Напряжения  под подошвой фундамента:

 

Принимаем h_п.п. = 1 м, тогда напряжения под подошвой песчаной подушки:

 

_{Площадь условного фундамента:}

, где

 

Определяем  расчётное сопротивление песка для условного фундамента шириной

b_усл = 2,53 м и глубиной заложения h = 5,1 м:

, где

γ_C1 – коэффициент условий работы грунтов, – для песка средней крупности;