Расчет фундамента. 3

ФГОУ  ВПО Омский государственный аграрный университет 
 

Кафедра: М и ТС

Факультет: ВХС

Специальность: 280301 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине механика грунтов,

основания и фундаменты 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент гр. 311

              Антипин А.М.

Проверил: ЛевшуновВ.М.                   
 
 
 
 
 

Омск-2009

Содержание  
 

     ЗАДАНИЕ 

      Запроектируем жесткий фундамент водонапорной башни при следующих исходных данных:

1. Ствол водонапорной башни (кирпичный), толщина стенок ствола 0,38 м.
2. Резервуар водонапорной башни железобетонной (толщина стенок и днища 0,15 м).
3. Центр климатического района – Барнаул.
4. Инженерно-геологические условия площадки строительства характеризуются следующими показателями физических, физико-химических и физико-механических свойств, данные приведены в табл.1.

      Таблица 1

  1 ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ  ОЦЕНКА  ОСНОВАНИЯ 

      Инженерно-геологическую  оценку  основания  выполним  для получения показателей физико-химических  и  физико-механических  свойств грунтов. 

           Первый пласт – песок крупный. 

1 Устанавливаем  плотность сложения песчаных  грунтов по  коэффициенту  пористости:

                                                                                       (1.1)

      где:    g_s – плотность твёрдых минеральных частиц (см.  табл.  8 методические                         указания),  тс/м³

      g₀ – плотность грунта,  тс/м³;

      W₀ – весовая влажность,  доли  единицы. 

                       ,(доли единиц). 

      Песок средней плотности сложения. 

2  Устанавливаем  водонасыщение  песчаных  грунтов   по  степени  влажности: 

                 (1.2)

      где:  g_w – плотность воды,  тс/м³. 

             ,(доли единиц). 

      Пески влажный. 
 
 
 

                Второй пласт – глинистый. 

1 Устанавливаем   вид  глинистого грунта по  числу пластичности: 

                                                                                               (1.3)                 (1.3)

где:   W_L – весовая влажность грунта  на  границе текучести,  доли  единицы;

W_P – весовая влажность грунта  на  границе пластичности  (раскатывания),  доли  единицы. 

        Следовательно - супесь.

2. Устанавливаем  консистенцию глинистых грунтов по показателю текучести:

                                                                                 (1.4)                   (1.4) 

Следовательно, супесь пластичная. 

      Третий  пласт – песок средней крупности. 

          1 Устанавливаем плотность сложения  песчаных грунтов по  коэффициенту  пористости:

               (1.5)

      где:    g_s – плотность твёрдых минеральных частиц   (см.  табл.  8 методические указания),  тс/м³;

            g₀ – плотность грунта,  тс/м³;

            W₀ – весовая влажность,  доли  единицы. 

       ,(доли единиц).

      Песок рыхлый. 

      2  Устанавливаем водонасыщение   песчаных  грунтов  по  степени   влажности: 

      где:  g_w – плотность воды,  тс/м³. 

             ,(доли единиц). 

      Пески насыщены водой. 

Четвёртый пласт – глинистый. 

          1 Устанавливим  вид  глинистого  грунта по числу пластичности:

            Воспользуемся формулой 1.3

            Следовательно, суглинок. 

2. Устанавливаем  консистенцию глинистых грунтов  по показателю текучести:

             Воспользуемся формулой 1.4 

          Следовательно, суглинок  тугопластичный. 
 
 

     2  НОРМАТИВНЫЕ  И  РАСЧЁТНЫЕ  НАГРУЗКИ 

2.1 Нормативные  нагрузки

      Нормативные  нагрузки  от  внешнего  воздействия  определяются  в зависимости от проектных размеров водонапорной башни (см. Рисунок 1). Проектные размеры водонапорной башни приведены в таблице 2.

      За  внешние  воздействия  принимаются:

            Весовая  масса  ствола  F_с^н,  резервуара  F_р^н,  воды  в резервуаре  F_w^н  и прочих  элементов конструкции F_э^н   (крыша,  утеплитель,  оборудование).

      Примечание.

1. При  подсчёте  объёма  воды  в  резервуаре  наполнение  резервуара  принять  равным  90%  его  ёмкости.
2. Весовая  масса  прочих  элементов  принимается  равной  30¸40%  весовой массы ствола  и резервуара.

Рисунок 1 Схема водонапорной башни

      d _c – диаметр ствола,  м;   d _р – диаметр резервуара,  м.

      h _с – высота  ствола,  м;  h _р – высота  резервуара,  м; 

      h _к – высота  крыши,  м. 

     Таблица 2. 

          2.1.1 Расчет весовой массы ствола водонапорной башни

         Для определения весовой массы  ствола водонапорной башни необходимо  рассчитать средний диаметр ствола, площадь ствола, объем ствола.

          Установим средний диаметр ствола  водонапорной башни, для этого  воспользуемся следующей формулой:

                                                                                            (2.1)

          где:   d_c – диаметр ствола, м;

                    t_c – толщина стенок ствола, м.

          м

          Установим площадь ствола водонапорной  башни, для этого воспользуемся  следующей формулой:

                                                                                            (2.2)                                                                                                                  

             м².                            

           Установим объем ствола водонапорной  башни, для этого воспользуемся  следующей формулой:

                                                                                                (2.3)

             где: h_C – высота ствола водонапорной башни, м.

             V = 9.09 ∙ 25 = 227.25 м³.

             Весовую массу ствола найдем  по следующей формуле:

             F_C^H = γ·V                                                                                        (2.4)

             где: γ – плотность материала (кирпич), тс/м³.

             F_C^H = 1.8 · 227.25 = 409 тс. 

           2.1.2  Расчет весовой массы резервуара водонапорной башни

          Для определения весовой массы  резервуара водонапорной башни необходимо рассчитать средний диаметр, объем, площадь резервуара водонапорной башни.

          Установим средний диаметр резервуара  водонапорной башни, для этого  используем следующую формулу:        

                                                                                        (2.5)

        м

         Установим площадь поперечного сечения резервуара водонапорной башни, для этого используем следующую формулу:

                                                                                            (2.6)

         где: А_С – площадь стенок резервуара, м²;

                 А_дна – площадь дна резервуара, м².

       Для определения площади поперечного сечения стенок резервуара воспользуемся формулой:

                                                                                          (2.7)                                                          

          м².

         Для определения площади поперечного сечения дна резервуара воспользуемся формулой:

                   (2.8)

         где: d_P – диаметр резервуара, м;

                t_p – толщина стенки резервуара, м.

         м².

          Установим объем материала резервуара водонапорной башни, для этого воспользуемся следующей формулой:

                                                                                               (2.9)

           где: V_c – объем стенок резервуара, м³;

                   V_дна – Объем дна резервуара, м³.

           Для определения объема стенок  резервуара воспользуемся следующей  формулой:

              где: h_p – высота резервуара ,м.

           м³.

           Для определения объема дна  резервуара используем следующую  формулу:

                                                                                           (2.10)  

           м³.

           м³

           Весовую массу резервуара водонапорной  башни найдем по следующей  формуле: 

           F_р^н = ( V_дна+ V_C )· γ_p                                                                                                                        (2.11)

           где:  γ_p – плотность материала (2,5тс/м³)

           F_р^н = ( 11.08 + 18.52 ) · 2.5  = 74 тс. 

     2.1.3 Расчет нагрузки воды в резервуаре

           При  подсчёте  объёма  воды  в  резервуаре  наполнение  резервуара  принять  равным  90%  его  ёмкости.

           Найдем полный объем резервуара, для этого воспользуемся следующей  формулой: 

                                                                                       (2.12)

              м³.

           Берем 90% от емкости резервуара

            Нагрузку воды в резервуаре  найдем по следующей формуле:   

            F_W^H = X · γ_В                                                                                                                                             (2.13)

            F_W^H = 256 · 1 = 256 тс.

           2.1.4 Расчет нагрузки прочих элементов конструкции

           Весовая масса прочих  элементов принимается равной  30¸40%  весовой массы ствола  и резервуара.

           Нагрузку прочих элементов найдем  по следующей формуле: 

           F_э^н = (F_C^H + F_р^н)·40/100                                                                      (2.14)

           F_э^н = (409 + 74) · 40/100 = 193 тс.

          2.1.5 Расчет снеговой нагрузки

          Для нахождения снеговой нагрузки воспользуемся следующей формулой:

                                                                                            (2.15)

где:    Р_сн^н – нормативная снеговая  нагрузка  (см.  табл.  24 методические указания),  тс/м²;

      А_к – площадь горизонтальной  проекции  крыши,  м².

          Так как климатический центр Барнаул, то:

           Р_сн^н = 0,15 тс/м².

           Для нахождения горизонтальной  проекции  крыши воспользуемся  следующей формулой:

                    А_к = 3.14 ·d_к ²  /4                                                                           (2.16)

            где:  h _к – высота  крыши,  м;

                    d_к – диаметр крыши, м.

          А_к = 95 м²

          F _сн^н = 9.5 тс.

2.1.6 Расчет ветровой нагрузки

Для нахождения ветровой нагрузки воспользуемся  следующей формулой

                                                                                            (2.17)

где:    Р_в^н – нормативный напор ветра,  тс/м²;

      А_в – площадь вертикальной  проекции  ветровой  зоны  водонапорной  башни,  м².

      Нормативный  напор  ветра  определяется  в  зависимости  от  скоростного  напора  ветра:

                                                                                         (2.18)

      где:    Р_в^с – скоростной  напор  ветра  (см.  табл. 25 методические указания),  тс/м²;

            К_С – коэффициент аэродинамичности.

      Коэффициент  аэродинамичности  для  ствола  резервуара  водонапорной  башни  определяется  в  зависимости  от  числа  Рейнольдса  (см.  табл.  27 методические указания):

                                                                                                 (2.18)

      где:    V – среднегодовая скорость  ветра  (см.  табл.  26 методические указания),  м/с;

            d – диаметр ствола  (резервуара),  м;

            υ – кинематическая  вязкость  воздуха  (υ = 0,145_*10^-4  м²/с)

      Коэффициент  аэродинамичности  для  крыши  определяется  линейной  интерполяцией  в  зависимости  от  угла  ската.  При  α = 0⁰  К_С = 0,  при α = 30⁰  К_С = 0,2;  где α – угол  ската крыши.

               R_e=18.2*10⁵ для ствола, R_e=22.7*10⁵для резервуара

             Определим  коэффициент  аэродинамичности  К_С:

           tgα = h_кр / d_кр ∙ 0.5

           tg0.18 = 10⁰

           Согласно таблицы  27 методические указания 

           К_{С(ствол)} = 0.6,

        К_{С(резервуар)} =0.6,       

           К_{С(крыши)} = 0.07. 

           Определим скоростной напор ветра  Р_в^с: 

           Согласно таблицы 25 методические указания  

       Р_в^с₁₀ = 0.045 тс/м²;  

       Р_в^с₂₀ = 0.056 тс/м²;      

       Р_в^с₄₀ = 0.07 тс/м². 

           Р_в^н₁₀ = 0.045·0.6 = 0.027 тс/м².

           Р_в^н₂₀ = 0.056·0.6 = 0.03 тс/м².

           Р_в^н₄₀ = 0.07·0.6 = 0.042 тс/м².

        Р_в^н₄₀ = 0.07∙0.6 = 0.042 тс/м².

           Р_в^н₄₀ = 0.07∙0.07 = 0.005 тс/м². 

           F_в^н ₁ = Р_в^н ₁ · А_{в 1} = 0.027·80 = 2.16 тс.

           F_в^н ₂ = Р_в^н ₂ · А_{в 2} = 0.03·80 = 2.4 тс.

           F_в^н ₃ = Р_в^н ₃ · А_{в 3} = 0.042·40 = 1.68 тс.

           F_в^н ₄ = Р_в^н ₄ · А_{в 4} = 0.042·40 = 1.68 тс.

           F_в^н ₅ = Р_в^н ₅ · А_{в 5} = 0.005∙5.5 = 0.03 тс.

           По данным ветровой нагрузки  построим эпюру ветровой нагрузки:

                    Рисунок 2 – Эпюра ветровой нагрузки водонапорной башни.

           2.2 Расчётные  нагрузки

            Расчетные нагрузки определяются  в  зависимости  от коэффициентов  перегрузки (коэффициентов надёжности) к нормативным нагрузкам  (см.  табл.  23 методические указания).

             Для определения расчетной нагрузоки используем следующюю формулу:

               N^H = F_C^H + F_р^н + F_э^н + F_W^H                                                         (2.19)

              N^H = 409+74+256+193 = 932 тс

2.3 Нормативный  изгибающий  момент  в  расчётном  сечении

      Для определения нормативно изгибающего  момента используем формулу:

                                                                                    (2.20)          

            где:   F^H – нормативная ветровая  нагрузка  по  высотным  зонам водонапорной  башни,  тс.

     h – расстояние  от  точки  приложения  ветровой  нагрузки по высотным зонам водонапорной башни до  расчётного  сечения,  м.

                 По рисунку 2 определим расстояние  от  точки приложения  ветровой  нагрузки по высотным зонам водонапорной башни до  расчётного  сечения,  м: