Расчет двух видов фундаментов
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Исходные данные для проектирования
Цель работы – по заданным
нагрузкам на ленточный фундамент
и грунтовым условиям определить
параметры фундамента мелкого заложения,
представить чертежи
Напластования грунтов и характеристики:
Слой 1.
Плотность грунта в естественном состоянии = 1,83 т/м .
Плотность минеральной части грунта = 2,73 т/м .
Влажность грунта W = 0,17.
Предел раскатывания = 0,06.
Предел текучести = 0,36.
Коэффициент фильтрации = 5,6 м/сут.
Модуль общей деформации Е = 4,01 МПа.
Удельное сцепление с = 0,018 МПа.
= 13 град.
Слой 2.
Плотность грунта в естественном состоянии = 1,87 т/м .
Плотность минеральной части грунта = 2,75 т/м .
Влажность грунта W = 0,21.
Предел раскатывания = 0,05.
Предел текучести = 0,50.
Коэффициент фильтрации = 9,3 м/сут.
Модуль общей деформации Е = 4,42 МПа.
Удельное сцепление с = 0,028 МПа.
= 18 град.
Слой 3.
Плотность грунта в естественном состоянии = 1,80 т/м .
Плотность минеральной части грунта = 2,77 т/м .
Влажность грунта W = 0,26.
Предел раскатывания = 0,16.
Предел текучести = 0,26.
Коэффициент фильтрации = 0,47 м/сут.
Модуль общей деформации Е = 11,7 МПа.
Удельное сцепление с = 0,005 МПа.
= 15 град.
2. Оценка инженерно-
Слой 1
= 1,83/(1+0,17)=1,56
=(2,73 – 1,56)/1,56 = 0,75
= 0,17*2,73/(0,75*1) = 0,62
= 0,31 - 0,06 = 0,25
= (0,17 – 0,06)/0,25 = 0,44
= 0,31*2,73 = 1,94
= (1,94 – 0,75)/(1+0,75) = 0,68
Слой 2.
= 1,87/(1+0,21)=1,55
=(2,75 – 1,55)/1,55 = 0,77
= 0,21*2,75/(0,77*1) = 0,75
= 0,50 - 0,05 = 0,45
= (0,21– 0,05)/0,45 = 0,36
= 0,50*2,75 = 1,38
= (1,38 – 0,77)/(1+0,77) = 0,34
Слой 3.
= 1,80/(1+0,26)=1,43
=(2,77 – 1,43)/1,43 = 0,94
= 0,26*2,77/(0,94*1) = 0,77
= 0,26 - 0,16 = 0,10
= (0,26– 0,16)/0,10 = 1,0
= 0,26*2,77 = 0,72
= (1,38 – 0,94)/(1+0,94) = 0,23
3. Сбор нагрузок
Поскольку в дальнейшем предполагается выполнить расчет оснований фундаментов мелкого заложения по деформациям, то производится сбор нагрузок в оснорных сочетаниях.
В этом случае необходимо учесть все постоянные, все временные длительные и кратковременные нагрузки.
В расчетах оснований по деформациям ветровая и снеговая нагрузки относятся к длительным временным.
Для отдельно стоящих фундаментов нагрузка собирается с соответствующей грузовой, а для ленточных фундаментов нагрузка приводится к 1 погонному метру его длины.
Результаты сбора сводятся в таблицу
- для фундамента А:
Наименование нагрузки |
Расч. КН/м |
Норм. | |
1 Перекрытие: |
|||
1.1 Постоянная |
124,8 |
1,1 |
137,28 |
1.2 Временная |
97,5 |
1,2 |
117 |
2 Покрытие |
|||
2.1 Постоянная |
20,8 |
1,1 |
22,88 |
2.2 Временная (снеговая) |
11,7 |
1,4 |
16,38 |
3 Вес стены |
103,2 |
1,1 |
113,52 |
407,06 |
- для фундамента Б:
Наименование нагрузки |
Расч. КН/м |
Норм. | |
1 Перекрытие: |
|||
1.1 Постоянная |
62,4 |
1,1 |
68,64 |
1.2 Временная |
48,7 |
1,2 |
58,5 |
2 Покрытие |
|||
2.1 Постоянная |
|||
2.2 Временная (снеговая) |
|||
3 Вес стены |
|||
= 2 0,4 = 0,8 м.
где - расчетная глубина сезонного промерзания грунта;
- нормальная глубина
- коэффициент, учитывающий
Глубина заложения подземных вод = 4,5 м.
Глубину заложения фундамента принимаем 3,1 м.
4. Расчет основания фундамента на естественном основании по деформациям
4.1. Подбор подошвы фундамента
Для прямоугольного фундамента (под стену) примем размеры подошвы: = 1 м, = 2,4 м.
Рассчитываем напряжения, действующие на основание под подошвой фундамента по формулам:
,
где N – нагрузка от надземных конструкций здания, кН;
G – вес фундамента и грунта на его обрезок, кН;
М – момент относительно центра тяжести площади подошвы фундамента, кН м.
,
где А – площадь подошвы, м ;
- глубина заложения, м;
- осредненный удельный вес массива бетона и грунта. = 20 кН/м .
= 1 2,4 2 20 = 96 кН.
= м .
= 148,3 кН/м .
= 148,3 + = 218,3 кН/м .
= 148,3 - = 78,3 кН/м .
Определим расчетное сопротивление грунта под подошвой по формуле:
,
где , ;
и - расчетные удельные веса грунта, залегающего соответственно выше и ниже подошвы фундамента, кН/м ;
- глубина заложения фундамента, м.
, и - значение коэффициентов расчетного сопротивления принимаются по таблице;
- удельное сцепление грунта.
= 1,2(0,72 1 2,4 18 + 3,87 2 17,5 + 6,45 43) = 532,68 кН/м .
Площадь подошвы фундамента удовлетворяет условиям:
, , .
148,3< 532,68 = ; 218,3 1,2 532,68 = 639,2. 78,3 > 0
4.2. Определение осадки подошвы фундамента
Находим плотность грунтов 1,2 и 3 слоя во взвешенном состоянии.
,
где = 10 кН/м .
= (27,0 – 10) = 9,19 кН/м .
= (26,6 – 10) = 9,54 кН/м .
= (26,5 – 10) = 10,00 кН/м .
Слои грунтов ниже подошвы фундамента разбиваем на элементарные слои
= 0,4*2,4 = 0,96 м.
принимаем 0,5 м.
Вычисляем бытовые давления:
в уровне подошвы фундамента:
= 2 17,5 = 35 кН/м .
в уровне ГГВ:
= 35 + 0,5 17,5 = 43,75 кН/м .
Аналогично вычисляем давления на границах слоев грунтов
Дополнительное давление вычисляется по формуле:
Строим эпюру расчетных сопротивлений. Для построения эпюры проводим расчеты осадки фундамента (таблица 1).
Осадка слоя вычисляется по формуле:
Таблица 1
Расчет осадки фундамента
Глубина от поверхности Н, м |
Глубина от подошвы, Z, м |
Коэффициент |
Коэффициент |
Дополнительное давление, кПа |
Удельный вес, кН/м |
Бытовое давление, кПа |
Модуль деформации E, кПа |
Среднее давление в слое, кПа |
Толщина элементарного слоя |
Осадка элементарного слоя |
1 слой | ||||||||||
2 |
0 |
0 |
1 |
113,5 |
17,5 |
35 |
31000 |
- |
0,5 |
0,001465 |
2,5 |
0,5 |
0,42 |
0,920 |
96,18 |
17,5 |
43,75 |
31000 |
32,3 |
0,5 |
0,001241 |
3 |
1,0 |
0,83 |
0,850 |
81,43 |
17,5 |
52,5 |
31000 |
21,3 |
0,5 |
0,001051 |
3,5 |
1,5 |
1,25 |
0,670 |
61,10 |
17,5 |
57,1 |
31000 |
13,4 |
0,5 |
0,000788 |
4,0 |
2,0 |
1,67 |
0,525 |
45,03 |
17,5 |
61,7 |
31000 |
8,7 |
0,5 |
0,000581 |
4,5 |
2,5 |
2,08 |
0,408 |
32,80 |
17,5 |
66,3 |
31000 |
3,9 |
0,5 |
0,000423 |
5 |
3,0 |
2,5 |
0,310 |
23,19 |
9,19 |
71,07 |
31000 |
1,54 |
0,5 |
0,000299 |
5,5 |
3,5 |
2,92 |
0,250 |
18,35 |
9,19 |
75,84 |
31000 |
0,19 |
0,5 |
0,000237 |
6,0 |
4,0 |
3,33 |
0,202 |
13,67 |
9,19 |
80,61 |
31000 |
-0,34 |
0,5 |
0,000176 |
6,5 |
4,5 |
3,75 |
0,161 |
10,13 |
9,19 |
85,38 |
31000 |
-0,78 |
0,5 |
0,000131 |
2 слой | ||||||||||
7,0 |
5,0 |
4,17 |
0,135 |
7,56 |
9,54 |
90,15 |
30000 |
-1,56 |
0,5 |
9,75Е-0,5 |
7,5 |
5,5 |
4,58 |
0,115 |
6,112 |
9,54 |
95,15 |
30000 |
-2,1 |
0,5 |
7,89E-05 |
8,0 |
6 |
5,00 |
0,099 |
4,77 |
9,54 |
100,15 |
30000 |
-2,2 |
0,5 |
6,15E-05 |
8,5 |
6,5 |
5,42 |
0,086 |
3,72 |
9,54 |
105,15 |
30000 |
-2,3 |
0,5 |
0,000048 |
9,0 |
7 |
5,83 |
0,075 |
2,86 |
9,54 |
110,15 |
30000 |
-2,5 |
0,5 |
3,69E-05 |
9,5 |
7,5 |
6,25 |
0,065 |
2,15 |
9,54 |
115,15 |
30000 |
-2,6 |
0,5 |
2,77E-05 |
10 |
8 |
6,67 |
0,058 |
1,64 |
9,54 |
120,15 |
30000 |
-2,65 |
0,5 |
2,12E-05 |
10,5 |
8,5 |
7,08 |
0,051 |
1,18 |
9,54 |
125,15 |
30000 |
-2,4 |
0,5 |
1,52E-05 |
3 слой | ||||||||||
11,0 |
9 |
7,5 |
0,046 |
0,84 |
10,00 |
130,15 |
50000 |
-2,3 |
0,5 |
1,08E-05 |
11,5 |
9,5 |
7,9 |
0,041 |
0,53 |
10,00 |
135,15 |
50000 |
-2,32 |
0,5 |
6,84E-06 |
Итого суммарная осадка |
0,006797 | |||||||||
Определим нижнюю границу сжимаемой толщи по условию: = 0,2 135,15 = 27,03 кПа.
= 0,067 м = 6,7 см < = 8 см.
Эпюра расчетных сопротивлений представлена на рисунке 1.
4.3. Определение крена фундамента
Крен фундамента под стену, вызванный моментом сил М, определяется по формуле:
где - коэффициент Пуассона = 0,33.
= 0,45.
Е – модуль деформации слоя.
= 0,0002.
5. Проектирование свайного фундамента
Исходя из конструкций сооружения (железобетонный каркас) назначаем тип ростверка под стену. Толщину ростверка назначаем 400 мм. Отметку подошвы ростверка назначаем 2,2 метра.
Предварительно выбираем забивную сваю сплошного квадратного сечения с поперечным формированием ствола марки СН9-30:
- арматура: напрягаемая стержневая;
- класс бетона: В 12,5;
- размеры сваи: = 9 м; А = 30*30 см = 0,09 м.
5.1. Несущая способность сваи
- коэффициент условий работы сваи, принимаемый, = 1;
- коэффициент надежности по грунту, принимаемый = 1,4;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по таблице R = 3700 кПа;
А – площадь поперечного сечения, А = 0,09 м
U – наружный периметр сваи
- расчетное сопротивление -го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, определяемое по таблице
- толщина -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м;
= 1
= 1*(1*0,09*3700 + 1,2(2*8 + 2*40 + 1*42)) = 499 кН.
5.2. Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю
= кН.
- коэффициент надежности по грунту, принимаемый = 1,4;
5.3. Количество свай в фундаменте
= (260+803,6) 1,2 = 1276,32.
= 4,1 1,4 7 20 = 803,6 кН.
= 28 1,2 = 33,6 кН м
= 4,3.
= = 327,4 кН
= = 310,79 кН.
Условие и =1276,32 выполняется.
6. Расчетное сопротивление
грунта на уровне подошвы
= 12,5 кН/м
1,2 (1,55*1,45*1*9,19 + 7,22*7*12,5) = 782,88.кПа
Напряжение под подошвой условного фундамента рассчитывается по формуле:
кПа
Так как условие Р = 177,17<R=782,88 выполняется, то выбранный фундамент оставляем.
Строим эпюру расчетных сопротивлений на отметке 11,5 м.
6.1. Расчет осадки фундамента
Слои грунтов ниже подошвы фундамента разбиваем на элементарные слои:
м.
принимаем = 0,5 м.
Бытовые давления рассчитываем по формуле:
.
Дополнительные давления рассчитываем по формуле:
.
Результаты расчета сводим в таблицу 2.
Таблица 2
Расчет осадки свайного фундамента
Глубина от поверхности Н, м |
Глубина от подошвы, Z, м |
Коэффициент |
Коэффициент |
Дополнительное давление,
кПа |
Удельный вес, кН/м |
Бытовое давление, кПа |
Модуль деформации E, кПа |
Среднее давление в слое, кПа |
Толщина элементарного слоя |
Осадка элементарного слоя |
7 |
0 |
0 |
1 |
89,34 |
9,54 |
87,83 |
30000 |
- |
- |
|
7,5 |
0,5 |
0,69 |
0,890 |
75,0626 |
9,54 |
92,83 |
30000 |
78,32 |
0,5 |
0,000627 |
8 |
1 |
1,38 |
0,690 |
54,7446 |
9,54 |
97,83 |
30000 |
57,8 |
0,5 |
0,000462 |
8,5 |
1,5 |
2,07 |
0,408 |
30,33072 |
9,54 |
102,83 |
30000 |
32,6 |
0,5 |
0,000261 |
9 |
2 |
2,76 |
0,273 |
18,92982 |
9,54 |
107,83 |
30000 |
19,6 |
0,5 |
0,000157 |
9,5 |
2,5 |
3,45 |
0,194 |
12,48196 |
9,54 |
112,83 |
30000 |
14,5 |
0,5 |
0,000116 |
10 |
3 |
4,14 |
0,143 |
8,48562 |
9,54 |
117,83 |
30000 |
10,8 |
0,5 |
8,64E-05 |
10,5 |
3,5 |
4,83 |
0,102 |
5,54268 |
9,54 |
122,83 |
30000 |
7,8 |
0,5 |
6,24E-05 |
11 |
4 |
5,52 |
0,080 |
3,9472 |
10,0 |
127,83 |
50000 |
5,7 |
0,5 |
4,56E-05 |
11,5 |
4,5 |
6,2 |
0,060 |
2,6604 |
10,0 |
132,83 |
50000 |
3,6 |
0,5 |
2,88E-05 |
Итого суммарная осадка |
0,01846 | |||||||||
Нижняя граница сжимаемой толщи из условия
2,66 < 0,2*132,83
будет находиться на отметке 11,5 м.
Осадка должна удовлетворять условию
1,18 см<8 см.
Оставляем выбранный фундамент.
Вывод
Так как несущая способность на естественном основании достаточна, то устройство свайного фундамента нерационально по причине большого количества расходных материалов.
