Расчет грунта, основания и фундамента

Содержание

Введение........................................................................................................... Анализ проектируемого здания. Сбор нагрузок на фундаменты............ Оценка результатов инженерно-геологических, инженерно-геодезических и инженерно-гидрометеорологических изысканий на строительной площадке....................................................      Выбор типа основания и возможных конструкций фундаментов.......... Расчет фундаментов мелкого заложения.................................................. Определение глубины заложения фундамента................................... Определение расчетного сопротивления грунта................................. Конструирование фундамента.............................................................. Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования...... Расчет свайных фундаментов из забивных железобетонных свай......... Выбор глубины заложения ростверка.................................................. Выбор глубины погружения свай, их длины и сечения..................... Определение несущей способности сваи по грунту........................... Определение количества свай и размещение их в плане................... Проверка расчетной нагрузки, передаваемой на сваю, и уточнение количества свай ..................................................................................... Определение осадки свайного куста из висячих свай........................ Список использованных источников.............................................................

3 4     8 11 12 12 13 14 19 29 30 30 32 32   34 35 44

 

 

 

 

 

 

Целью выполнения курсового проекта является приобретение теоретических и практических навыков проектирования фундаментов и знакомство с действующими строительными нормами и правилами, для дальнейшего использования этих знаний при разработке и строительстве реальных объектов.

Нашей задачей является в соответствии с заданием подобрать, спроектировать и рассчитать наиболее подходящий фундамент  для указанного варианта каркасного промышленного здания, определить материал для этого фундамента и  его размеры.

Последовательность проектирования оснований и фундаментов:

1)Анализ проектируемого здания. Сбор нагрузок, действующих на фундаменты.

2)Оценка результатов инженерно-геологических изысканий, 

3)Выбор типов основания  и возможных конструкций фундаментов   в зависимости от конструктивной  схемы здания, действующих нагрузок  и грунтовых условий.

4) Расчеты оснований  по предельным состояниям и  конструирование принятых вариантов фундаментов.

5) Технико-экономический  анализ рассмотренных вариантов  и принятие оптимального проектного решения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ варианта	Место строительства	Грунтовые условия
		I	II	III	УГВ
16	Амурск	23	26	27	-

1.1 Исходные данные   

 

 

   

 

Уровень пола I этажа 0.00 на отметке 24.00

          

 

 

 

                                                                  Разрез I-I

 

26,00

25,00

24,00

23,00

22,00

21,00

20,00

19,00

18,00

17,00

16,00

                             

                  

В литологическом отношении площадка сложена 3-мя слоями грунта:

1. слой - глина
2. слой - глина
3. слой –глина

Грунтовые воды отсутствуют.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Рисунок – План здания

Номер варианта	Длина пролета, м			Высотные отметки здания, м					Нагрузка в пролете, кПа
	L1	L2	L3	L4	H1	H2	H3	H4	I	II	III	IV
16	30.0	30.0	30.0	18.0	12.6	14.4	16.2	21.6	12	15	12	N=45

Примечания. 1. Стены выполнены  из панелей толщиной мм. 2. Температура внутри производственного корпуса , в бытовых помещениях . 3. Нагрузка на колонны открытой эстакады (пролет L₄) дана в виде сосредоточенной силы N, в тоннах.

 

 

 

 

 

 

                Анализ проектируемого здания.

• Объект – одноэтажное промышленное здание;
• Размеры в плане 108 ×180 м.
• Шаг колонн: 6 м.
• Конструктивная схема здания – здание каркасное с железобетонным каркасом.
• Способы передачи нагрузок на основание: от колонн на железобетонные отдельные фундаменты, а от них на грунтовые основания.
• Фундаменты внецентренно нагружены, т.к. на них от колонн передается, кроме вертикальных нагрузок, моментные и горизонтальные.
• Стены здания выполнены из панелей толщиной мм.
• Температура внутри помещения принята .

Сбор нагрузок, действующих на фундаменты.

Вертикальная сосредоточенная  нагрузка N^H, передающаяся от колонны на фундамент, подсчитывается как произведение заданной единичной нагрузки соответствующего пролета на грузовую площадь покрытия (или перекрытия), приходящуюся на рассматриваемую колонну.

 Вертикальная сосредоточенная  нагрузка от колонны считается  приложенной в центре поперечного  сечения колонны. Кроме вертикальной  нагрузки от колонн, на которые  опираются элементы покрытия или перекрытий, на фундаменты передаются моменты M^H и горизонтальные силы Q^H, действующие в плоскости поперечника здания.

         Горизонтальные силы (Q^H) считаются приложенными в уровне обреза фундаментов. Направление действия моментов и горизонтальных

сил в плоскости поперечника  здания может быть принято для  внутренних колонн любым, для наружных колонн вовнутрь помещения.

Нагрузки от собственного веса стен подсчитываются как произведение веса одного квадратного метра вертикальной поверхности стены на грузовую площадь, приходящуюся на фундамент.

Вес стеновых панелей  принимается равным 3 кПа (кН/м²) их вертикальной поверхности. В подсчете нагрузок от стен должны быть учтены коэффициенты уменьшения их веса за счет оконных и дверных проемов. Они принимаются для наружных стен цехов промышленных зданий К = 0.5; для бытовых помещений К = 0.6.

Таким образом, учитывая вышесказанное, можем подсчитать нормативные  и расчетные нагрузки.

Нормативные нагрузки приведены  в таблице 

    Таблица 1.1– Нагрузки от колонн

№ Фундамента (оси)	Номер колонны	Грузовая площадь, м2	Единичная нагрузка кН/м2	Продольная сила сжатия NН, кН	Момент МН, кН*м	Горизонтальная сила QН, кН
1	2	3	4	5	6	7
1	8	27	-	450	36	4,5
3	Е-7	90	12	1080	54	6,48
3	Ж-7	54	-	450	36	4,5

 

           Таблица 1.2 - Нагрузки от стен

№ фундамента (оси)	Номер колонны	Грузовая площадь, м2	Единичная нагрузка, кН/м2	Коэффициент ослабления нагрузки	Нагрузка от стен, , кН
1	2	3	4	5	6
3	Е-7	97,2	3	0,5	145,8
	Ж-7	97,2	3	0,5	145,8

 

 

 

 

        Для определения физико-механических свойств грунтов на строительной площадке было выполнено 5 скважин с глубиной выработки – Скв.1 – 7,5м, Скв.2 – 8,6м, Скв.3 – 9м, Скв.4- 8,8м, Скв.5 – 6,8м. Расстояния между скважинами: Скв.1 - Скв.2  - 45,0м; Скв.2 - Скв.3 – 45,0м; Скв.4 - Скв.2  - 45,0м; Скв.2 - Скв.5 – 45,0м

Таблица 1.3 -  Физико-механические характеристики грунтов

 

Номер грунта	Наименование грунта	Удельный вес частиц грунта, γS ,кН/м3	Удельный  вес грунта γ, кН/м3	Влажность, ω, %	Коэффициент пористости, e, доли единицы	Влажность на границе  раскатывания,ωP, %	Влажность на границе  текучести, ωL, %	Коэффициент фильтрации, kф , см/с	Угол внутреннего трения , φ0	Сцепление, С, кПА	Модуль деформации Е ,мПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
І	глина	27,6	19,5	30,0	0,84	26	45,0	3,1*10-8	16	14,0	13,0
ІІ	глина	27,8	17,8	29,0	0,98	29	53,0	2,2*10-8	15	52,0	22,0
ІІІ	глина	27,6	18,3	26,0	0,80	25	47,0	2,4*10-8	20	45,0	17

 

        По результатам анализа инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки выбираем I несущий слой – глина.

По коэффициент водонасыщения  грунта , д.е., определяется как степень заполнения пор водой по формуле

=   0,3* доли ед.;

                      0,29* доли ед.;

                        0,26* доли ед.;

 

 

 

 

где - удельный вес воды, принимаемый т/м³.

         По числу пластичности  , %, определяют по формуле

45-26=19;

53-29=24;

47-25=22>17% глина песчаная или  пылеватая.

       По показателю текучести характеризует консистенцию грунта в его природном залегании и определяется по формуле                       

                                                         

;

  (0 J 0,25)-глина полутвердая

                                                 ;  для 1 слоя = ;

                    для 2слоя =

=14,73;

                  для 3слоя =

 

;    для1слоя = ;

                       для 2 слоя =

;

 

                   для 3 слоя =

 

 

          

          Вывод: I слой, ІІ слой, ІІІ слой

Глина, число пластичности J_P = 19>17 глина легкая песчанистая или пылеватая, по показателю текучести J_L = 0,21 0,25- глина полутвердая; так как S_r = 0,98 >0,8 грунт насыщенный водой, по относительности просадочности грунт - просадочный , также при J_P = 19  J_SS = 6,28 <19 ; J_SS>0,3, относят к набухающим грунтам.

 

 

 

 

 

 

 

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

В качестве основания  принимаем  I слой грунта - глина. В курсовом проекте рассчитывается 2 вида фундамента.

Первый вид фундамента мелкого заложения отдельно стоящий  стаканного типа под сборную железобетонную колонну монолитный железобетонный.

Второй вид – свайный  куб состоящий из низкого монолитного  железобетонного ростверка и  куста сборных железобетонных свай призматического сечения висячих  забивных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В качестве основания  принимаем  I слой грунта - глина. В курсовом проекте рассчитывается 2 вида фундамента.

Первый вид фундамента мелкого заложения отдельно стоящий  стаканного типа под сборную железобетонную колонну монолитный железобетонный.

Второй вид – свайный куб состоящий из низкого монолитного железобетонного ростверка и куста сборных железобетонных свай призматического сечения висячих забивных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В качестве основания  принимаем  I слой грунта - глина. В курсовом проекте рассчитывается 2 вида фундамента.

Первый вид фундамента мелкого заложения отдельно стоящий  стаканного типа под сборную железобетонную колонну монолитный железобетонный.

Второй вид – свайный  куб состоящий из низкого монолитного  железобетонного ростверка и  куста сборных железобетонных свай призматического сечения висячих забивных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1Определение глубины заложения фундамента

Определим нормативную  глубину промерзания грунта, м:

,

где  - нормативная глубина сезонного промерзания, м;

- величина, принимаемая равной  для глины, 0,23м;

- коэффициент, численно равный  сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе.

.

.

Определим расчетную глубину заложения  фундамента, м:

,

Для колонны по оси З-1

где - 0,6 коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения,не учитываем  

м

           Выбираем ГЗФ исходя из конструктивных  соображений. В проекте конструктивными  соображениями будем считать  величину заглубления колонны  стакан и минимальный размер  под колонны части фундамента  из расчета ее на продавливание колонны.

м

С учетом инженерно-геологических, гидрогеологических условий возможности морозного пучения и конструктивных требований назначаем глубину заложения фундамента 1,95 м

Перед отрытием котлована  делаем водопонижение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

 

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   

4.2 Определение расчетного сопротивления грунта основания и площади подошвы фундаментов

 

Определение в первом приближении  расчетное сопротивление грунта R, приняв меньший размер площади подошвы фундамента b равным 1.0 м или ширине обреза фундамента.

Величина расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента определяется по формуле, кПа:

         где = 1,3, =1,0 – коэффициенты условий работы, кН/м³;

k = 1 – если прочностные характеристики грунта (φ и с) определены непосредственными испытаниями;

      –  коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м , k _z =1;

b = 1,0 – ширина подошвы фундамента, м;

 – удельный вес грунта, залегающего под подошвой фундамента, кН/м³;

 – удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента, кН/м³;

С_II = 14,0 - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d_b =0 - глубина подвала, м;

= 1,95 м.

 

 

  

 

 

 

 

                                

    

 Тогда: кПа

                                              Р = кН/м

         Условие удовлетворяется: Р =263,6кПа < R=301,5 кПа, недонапряжение составило :          %

В данном проекте примем двухветвевую колонну размером 1000 x 400.

                     Рисунок  - Конструкция подколонника

                ΣN_II = 450 кН;

               

 

 

                  Определим:             ;

                                                 м³

кН

;

;

.

.

     Для фундамента Ж-Е-7: ;

,

  где  h₁ = 4,7 - толщина первого слоя, м;

h₂ = 2,8 - толщина второго слоя, м;

h₃ = 0,5 - толщина третьего слоя, м;

  ,

М_γ = 0,41, М_q = 2,65, М_с =5,23 – коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения φ_II;

Принимаем глубину заложения 1,95м.

 кПа;

 

 

 

Сумма вертикальных нагрузок в уровне обреза фундамента, кН:

,

 кН

         Площадь подошвы фундамента, м²:

. ,

где = (20 ¸ 23) – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м³;

= (1,1 ¸ 1,2) – поправка на действие момента и поперечных сил.

                                      м.

Для фундаментов с прямоугольной подошвой значение k =1,2…1,4.

Ширина подошвы    b=    ,

                                   b= м  м

Исходя из конструктивных соображений и требований стандартизации и унификации принимаем: = 2,7 м,  =  3,9м.

Рисунок 4.4- Конструкция  колонны 7

Уточняем расчетное  сопротивление грунта основания  в соответствии с принятыми размерами  подошвы фундамента, кПа:

 кПа.

                                              Р = кН/м

              Условие удовлетворяется: Р =151,5  кПа < R=212,6 кПа,

Определяем максимальное Р_max, среднее Р_ср и минимальное P_min давления под подошвой фундамента от фактических нагрузок с учетом веса фундамента и грунта на его уступах и сравнить эти давления с расчетным сопротивлением грунта.

            Полученные результаты должны удовлетворять следующим ограничительным условиям:

для фундаментов, находящихся под  действием моментов относительно   двух   осей   инерции   давления   ограничиваются   условиями:

P_max<1,2 · R;  P_min >0;

для колонны  Е-7

ΣN_{0I I} = N_II + N_IIст;

ΣN_II = 1080+145,8=1225,8 кН;

               

Определим:             ;

 м^{3  ;} м^3;

кН;

;

;

                                     .

                                      

                         

                                       .

Для колонны Ж-7

ΣN_{0I I} = N_II + N_IIст;

ΣN_II = 450+145,8=595,8 кН;

               

Определим:             ;

 м³  

 

кН

;

                                       ;

                                     .

                                      

                                       .

 

          4.4Расчет осадки фундамента

При наличии слабого  подстилающего слоя необходимо обеспечить проверку условия:

,

где – дополнительное вертикальное напряжение на глубине z от подошвы фундамента, кПа;

– напряжение на глубине z от собственного веса грунта, кПа;

R_z - расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, кПа.

Определим напряжение от собственного веса грунта на кровле слабого слоя                            ,

                              кН/м

Рисунок - Расчетная схема проверки слабого подстилающего слоя грунта

 Определим дополнительные вертикальные напряжения на кровле каждого слоя                         

                                               

где α =0,182 - коэффициент рассеивания напряжений в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон и относительной глубины.

             

               кПа,

где - напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы проектируемого фундамента

кН/м

  

Определим расчетное  сопротивление на кровле слабого слоя грунта по формуле

где - М_γ = 0,46, М_q = 2,87, М_с =5,46 коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения слабого грунта.

           Ширину подошвы условного фундамента b_z определим по формуле:

где l и b - соответственно длина и ширина подошвы проектируемого фундамента.

           

Условие проверки 98 кН/м² + 39,8 кН/м² < 460,9 кН/м²          соблюдается.

Размеры подошвы фундамента определены правильно.

Осадка фундамента определяется по формуле:

,

где β – безразмерный коэффициент равный 0,8;

σ_zpi – среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта, равное среднему арифметическому между напряжениями на кровле и подошве элементарного слоя грунта, кПа;

h_i – толщина i-го слоя грунта, м;

Е_oi – модуль общей деформации i-го слоя грунта, кПа;

 n – число элементарных слоев грунта.

Определим напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы  фундамента кН/м².