Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИДНЕПРОВСКАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Кафедра Основания и фундаменты

Курсовой проект

«Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения и

свайных фундаментов».

Выполнил студент 808 группы

Проверил ассистент

Днепропетровск

2007

При определении усилий в конструкции фундамента (подошвы фундамента) в заданном сечении, за расчетную схему принимается консольная балка с жесткой заделкой в заданном сечении - оставшейся части фундамента, на которую действует нагрузка.

Подбор рабочей арматуры производим по двум сторонам:

Сечение 1-1

кПа

кНм

см2

Площадь сечения одного стержня:

см2

Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1,313 см2 , тогда As = 5х1,313 = 6,565 см2 .

Сечение 2-2

кПа

кНм

см2

Площадь сечения одного стержня:см2

Из сортамента выбираем арматуру диаметром 9 мм с As1 = 0,636 см2 , тогда As = 5х0,636 = 3,18 см2

Сечение 3-3

кПа

кНм

см2

Площадь сечения одного стержня:см2

Из сортамента выбираем арматуру Вр-1 диаметром 4 мм с As1 = 0,126 см2 , тогда As = 5х0,126 = 0,63 см2

Принимаем сетку С1 из арматуру А-400 диаметром 12 мм. По стороне l и b ее количество составит шт.

6. Расчет осадки методом послойного суммирования

1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 587,3 кПа

2. Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.

кПа

3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.

кПа

4. Разбиваем основание фундамента на элементарные слои м

4. Вычисляем и строим эпюру естественного давления

5. Вычисляем и строим эпюру , где

- коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.

6. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:

7. Считаем суммарную осадку по всем слоям:

Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 3

Таблица 3

Проверяем выполнение условия S < Su . В нашем случае 7,14 см < 8 см, где Su =8см - предельное значение осадки. Условие выполнилось.

Эпюра распределения напряжений zp , zg

II. Фундаменты мелкого заложения на искусственном основании в виде грунтовой подушки

1. Выбор глубины заложения фундамента

1.1. Глубина заложения фундамента зависит от:

- климатического района строительства (глубины промерзания грунта);

- технологических особенностей проектируемого здания (наличия подвалов, технологических каналов, расположенных в подземной части здания, технологических отстойников, водящих боровов, подводящих трубопроводов и др.);

- конструктивных особенностей проектируемого здания или сооружения;

- фактора инженерно-геологических условий.

Учитывая то, что данная расчётно-графическая работа - учебная, принимаем глубину заложения фундамента из предыдущем расчёте, т.е.

Под подошвой фундамента находится песок мелкозернистый, поэтому в учебных целях принимаем подушку из суглинка (гs = 26,3 кН/м3 , г = 20 кН/м3, W = 15 %) со следующими физико-механическими свойствами:

- определяем коэф. пористости

Принимаем гd = 16,52 кН/м3 ;

- определяем показатель текучести

Вывод: Исходя из анализа инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей здания, принимаем глубину заложения фундамента d = 3,0 м. Грунтовую подушку выполняем из суглинка с характеристиками: C = 34 кПа, E = 24,5 МПа, ц = 24,5?.

2. Расчет площади подошвы с проверкой контактных напряжений

2.1. Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчетному сопротивлению R кр. при ширине фундамента b = 1м:

(1)

где - коэффициенты условий работы оснований () и сооружений () принимаются по табл.3 СНиП 2.02.01-83;

К - коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта ( и С) определены непосредственными испытаниями, К = 1,1, если и С приняты по табл.1-3 прил.1 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений";

- коэффициенты, принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83

kz - коэффициент влияния площади фундамента. Для фундаментов шириной

b < 10м, кz = 1

b > 10м, кz = Z0/ b+0,2 (Z0 = 8,0 м)

b - ширина фундамента (принятая нами b = 1м)

- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента;

- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента,

кН/м3

- удельные весы грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (см. рис.)

CII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;

d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных (помещений) зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (если нет подвала, то d1 = d):

hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

hcf - толщина пола подвала, м.

- удельный вес конструкции пола подвала.

dв - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола.

Определяется площадь фундамента в первом приближениям по формуле:

По определенной площади фундамента вычисляются размеры фундамента в плане:

где б- соотношение сторон фундамента ( = l/b = 1) или сторон сечения колонны или сооружения

По вычисленным размерам фундамента в плане устанавливается со-противление грунта основания по формуле (1):

I. 1) При b = 1 м, R = 324,37 кПа

2) A = м2

3) м

4)

II. 1) При b = 4,5 м, R = 390,24 кПа

2) A = м2

3) м

III. 1) При b = 4,0 м, R = 380,83 кПа

2) A = м2

3) м

Проверка целесообразности дальнейшего подбора:

Прекращаем подбор.

Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 0,1м для, т.е. принимаем b = 4,1 м, а l = 4,1 м, соответственно м2 ; R = 380,83 кПа.

2.2. Проверяем контактные напряжения.

1. ;

2. Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию:

кПа

кПа

N, Mx, My - усилия, передаваемые на фундамент от сооружения (по заданию или расчету рамы)

Wx, Wy - момент сопротивления подошвы фундамента

м3

3. Конструирование фундамента

3.1. Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:

bпк= bк + 0,6 = 1,0 м

lпк= lк + 0,6 = 1,0 м

Для выбранного типа фундаментов определяется высота конструкции фундамента или его плитной части по формуле:

,

м

где

l, b - размеры подошвы фундамента в плане;

- размеры сечения колоны (по заданию).

- расчётное сопротивление бетона на растяжение, кПа;

- среднее давление подошвы фундамента, кПа.

Реальная высота (с учётом защитного слоя) вычисляется по формуле:

Принимаем оптимальную высоту, равную 900 мм (кратную 150 мм)

При данной высоте конструктивно целесообразно установить 3 ступени по-300 мм.

4. Расчет на продавливание

Проверяем условие жесткости конструкции фундамента по условию:

- фундамент гибкий.

Продавливание происходит по поверхности усеченной пирамиды, верхним основанием которой является нижнее сечение основание подколонника или колонны, а грани расположены под углом 45

где: Aтр - площадь поверхности грани пирамиды продавливания;

Aпр - площадь продавливания - площадь подошвы фундамента за пределами пирамиды продавливания.

кПа - расчетное сопротивление бетона на растяжение.

м2

м2

где м

кН

кн.

- условие выполняется.

5. Армирование конструкций фундамента

При определении усилий в конструкции фундамента (подошвы фундамента) в заданном сечении, за расчетную схему принимается консольная балка с жесткой заделкой в заданном сечении - оставшейся части фундамента, на которую действует нагрузка.

Подбор рабочей арматуры производим по двум сторонам:

Сечение 1-1

кПа

кНм

см2

Площадь сечения одного стержня:

см2

Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1,313 см2 , тогда As = 5х1,313 =6,565 см2

Сечение 2-2

кПа

кНм

см2

Площадь сечения одного стержня:см2

Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1,313 см2 , тогда As = 5х1,313 = 6,565 см2

Сечение 3-3

кПа

кНм

см2

Площадь сечения одного стержня:см2

Из сортамента выбираем арматуру диаметром 3 мм с As1 = 0,07 см2 , тогда As = 5х0,07 = 0,35 см2

Принимаем сетку С2 из арматуру А-400 диаметром 12 мм. По стороне l и b ее количество составит шт.

6. Выбор размеров подушки

6.1. Определение высоты подушки.

Исходя из условия, что , принимаем в расчёт м. Т.к. размеры подушки должны быть кратны 10 см, то принимаем hпод = 2,5 м.

6.2. Определение размеров подушки в плане.

Используем формулы:

;

, где

б - угол естественного откоса. Для суглинка (окружающего грунта) он равен 40.

В - угол распределения напряжений. Для песка (материал подушки) он равен 30?.

м. Для кратности принимаем

= 9,1 м;

м. Для кратности принимаем = 15,1 м,

м.

м.

Итак, окончательно приняли следующие размеры грунтовой подушки:

- на уровне низа м;

- на уровне верха м.

7. Расчет осадки методом послойного суммирования

7.1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 381,23 кПа

7.2. Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.

кПа

7.3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.

кПа

7.4. Разбиваем основание фундамента на элементарные слои м

7.5. Вычисляем и строим эпюру естественного давления

7.6. Вычисляем и строим эпюру , где

- коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.

7.7. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:

7.8. Считаем суммарную осадку по всем слоям:

Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 4.

Таблица 4

Проверяем выполнение условия S < Su . В нашем случае 4,90 см < 8 см, где Su =8см - предельное значение осадки. Условие выполнилось.

Эпюра распределения напряжений zp , zg

III Расчёт свайных фундаментов

1. Выбор глубины заложения ростверка

1.1. Определение глубины заложения ростверка зависит от нескольких факторов:

- Глубины промерзания грунта. Из предыдущих расчётов мы уже определили эту величину

м;

- Наличие конструктивных особенностей. В нашем случае подвальных помещений нет, поэтому

;

- Глубина заложения ростверка. Исходя из условия, что

мм,

где

dр - глубина заложения ростверка, м;

hст - глубина стакана в фундаменте. Для наших фундаментов под ЖБК-колонны hст = 0.

Учитывая все перечисленные условия, принимаем глубину заложения ростверка dр = 1,5 м, исходя из кратности ростверка по высоте 15 см.

Принимаем шарнирное соединение ростверка и сваи. Голова сваи заходит в тело ростверка на 5 - 10 см. принимаем для расчёта 10 см.

Тогда отметка головы сваи будет равна -1,4 м.

2. Выбор несущего слоя

Считаем, что несущим слоем будет глина четвертичная, поэтому, заглубляем сваю в слой глины на 3,6 м (для применения стандартной длины сваи). При этом длина сваи равна hсв = 13 м.

Под нижним концом сваи находится сжимаемый грунт (Е < 50 МПа). Дальнейший расчёт ведём как для висячей сваи. Принимаем железобетонную забивную сваю квадратного сечения. Для выбранной нами длины можно принять сечение 40 х 40 см.

3. Определение несущей способности сваи

,

где n - количество слоёв с одинаковыми силами трения по длине сваи;

гс - коэффициент условий работы ( гс = 1);

гсr и гсf - коэффициенты условий работы под подошвой сваи и по боковой поверхности, зависят от условий изготовления или погружения сваи. (гсr =1 и гсf = 1);

А - площадь сечения сваи;

R - расчётное сопротивление под подошвой сваи, зависит от длины сваи и грунта. (R = 6900 кПа);

U - периметр сечения сваи;

l - расстояние от середины слоя до поверхности земли;

f - расчётное сопротивление по боковой поверхности сваи, зависит от l (принимается из СниПа).

Таблица 5

кН

4. Определение расчетной нагрузки на сваю

Определяем по формуле:

кН.

гк - коэффициент запаса. Для расчёта он равен 1,4, если для полевых испытаний, то равен 1,25.

Определим необходимое количество свай в фундаменте по формуле:

шт.,

где N - заданная нагрузка на фундамент.

5. Конструирование ростверка

Определяем фактическую нагрузку на сваю:

где y - расстояние от главной оси до оси самой нагруженной сваи

yi - расстояние до оси каждой сваи

кН

P > Nф; 843,50 > 768 - условие выполняется.

Расчёт на продавливание. Расчет не производим, так как конструкция ростверка жёсткая.

7. Расчет деформаций свайных фундаментов

м;

м;

м2 ;

м;

м3 ;

кН;

Выполняем проверку давления под нижним концом сваи:

,

где

; кz = 1.

кПа.

кПа.

413,99 кПа. < 2375,52 кПа. - условие выполняется.

8. Расчет осадки линейно деформированного пространства

8.1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 479,7 кПа

8.2. Вычисляем и строим эпюру естественного давления

8.3. Рассчитываем дополнительную вертикальную нагрузку

8.4. Высота рассчитываемых слоёв hi = 0,2 ' b = 0,2 ' 4,09 = 0,82 м

8.5. Вычисляем и строим эпюру , где

б - коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.

8.6. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:

В нашем случае 60.305 кПа > 49,977 кПа, условие выполняется.

8.7. Считаем суммарную осадку по всем слоям:

8.8. Проверяем выполнение условия S < Su . В нашем случае 3,37 см < 12 см, где Su = 12 см - предельное значение осадки

Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 6.

Таблица 6

Эпюра распределения напряжений zp , zg

IV. Технико-экономическое сравнение вариантов

Таблица 7

Считаю, что самый рациональный фундамент будет фундамент мелкого заложения на естественном основании т.к. объем земляных работ и объем бетона меньше чем у других вариантов. Для дальнейшего расчета принимаем фундаменты мелкого заложения на естественном основании.

V. Расчет фундамента мелкого заложения на естественном основании по ряду Г

1. Выбор глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента зависит от:

- климатического района строительства (глубины промерзания грунта);

- технологических особенностей проектируемого здания (наличия подвалов, технологических каналов, расположенных в подземной части здания, технологических отстойников, водящих боровов, подводящих трубопроводов и др.);

- конструктивных особенностей проектируемого здания или сооружения;

- фактора инженерно-геологических условий.

1.1. С учетом глубины промерзания глубина заложения фундамента назначается по расчетной схеме глубины сезонного промерзания грунта df, которая устанавливается следующим образом:

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

м,

где Mt - безразмерный коэф., численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика" (для Днепропетровска Mt = -13,3).

d0 - величина в метрах, принимаемая равной:

· для суглинков и глин - 0,23

· для супесей, песков мелких и пылеватых - 0,25

· для песков средней круп-ности, крупных и гравелистых - 0,30

· для крупнообломочных грунтов - 0,34

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется: (м)

где kh - коэф., учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый 0,8.

Глубина заложения фундаментов по первому фактору (глубине промерзания):

м

1.2. С учетом технологических особенностей проектируемого здания глубина заложения фундамента должна назначаться на 0,5 м ниже отметки технологических подвалов, т.е:

где dn - отметка пола подвала или пола технологического пространства проектируемого объекта.

Подвал в данном здании нет.

1.3. С учетом конструктивных особенностей здания глубину заложения фундамента рекомендуется назначать в зависимости от действующих нагрузок и принимать при

1000 < < 2000 кH d = 1,5 м

2000 < < 3000 кН d = 2,0 м

3000 < < 5000 кН d = 2,5 м

> 5000 кН d = 3,0 м

1.4. При анализе инженерно-геологических условий учитывают следующие факторы:

· фундамент должен быть заглублён в несущий слой грунта минимум на 0,5 м;

· фундамент должен прорезать верхние слои слабого грунта;

· под подошвой фундамента нельзя оставлять тонкий слой несущего грунта.

Вывод: Исходя из анализа инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей здания, принимаем глубину заложения фундамента

м

При этом несущим слоем является песок мелкозернистый с характеристиками: C = 2 кПа, E = 28 МПа, ц = 32?, =19,3 кН/м3.

2. Расчет площади подошвы с проверкой контактных напряжений

Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчетному сопротивлению R кр. при ширине фундамента b = 1м:

(1)

где - коэффициенты условий работы оснований () и соору-жений () принимаются по табл.3 СНиП 2.02.01-83;

К - коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта ( и С) определены непосредственными ис-пытаниями, К = 1,1, если и С приняты по табл.1-3 прил.1 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений";

- коэффициенты, принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83

kz - коэффициент влияния площади фундамента. Для фундаментов шириной

b < 10м, кz = 1

b > 10м, кz = Z0/ b+0,2 (Z0 = 8,0 м)

b - ширина фундамента (принятая нами b = 1м)

- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента;

- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента,

кН/м3

- удельные весы грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (см. рис.)

CII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;

d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных (помещений) зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (если нет подвала, то d1 = d):

hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

hcf - толщина пола подвала, м.

- удельный вес конструкции пола подвала.

dв - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола.

Определяется площадь фундамента в первом приближениям по формуле:

По определенной площади фундамента вычисляются размеры фундамента в плане:

где б- соотношение сторон фундамента (б = l/b) или сторон сечения колонны или сооружения. По вычисленным размерам фундамента в плане устанавливается сопротивление грунта основания по формуле (1):

I. 1) При b = 1 м, R = 273,14 кПа

2) A = м2

3) м

4)

II. 1) При b = 4,05 м, R = 352,14 кПа

2) A = м2

3) м

III. 1) При b = 3,46 м, R = 336,85 кПа

2) A = м2

3) м

Прекращаем подбор.

Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 0,1м для гражданских зданий, т.е. принимаем b = 3,6 м, а l = 3,6 м, соответственно A = м2 R = 336,85 кПа.

3. Проверяем контактные напряжения

3.1. ;

3.2. Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию:

кПа

кПа

N, Mx, My - усилия, передаваемые на фундамент от сооружения (по заданию или расчету рамы)

Wx, Wy - момент сопротивления подошвы фундамента

м3

4. Конструирование фундамента

По заданию вид колонны - железобетонная, размерами 0,4 х 0,4 м.

4.1. Тип фундамента назначают из условия жесткости

мм

мм

Фундамент принимаем с подколонником.

4.2. Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:

bпк= bк+0,6=0,4+0,6=1 м

lпк=lк+0,6 = 0,4+0,6 =1 м

Для выбранного типа фундаментов определяется высота конструкции фундамента или его плитной части по формуле:

,

м

где

l, b - размеры подошвы фундамента в плане;

- размеры сечения колоны (по заданию).

- расчётное сопротивление бетона на растяжение, кПа;

- среднее давление подошвы фундамента, кПа.

Реальная высота (с учётом защитного слоя) вычисляется по формуле:

Принимаем оптимальную высоту, равную 900 мм (кратную 150 мм)

При данной высоте конструктивно целесообразно установить 3 ступени по - 300 мм.

5. Расчет фундамента на продавливание

Проверяем условие жесткости конструкции фундамента по условию:

- фундамент гибкий.

Продавливание происходит по поверхности усеченной пирамиды, верхним основанием которой является нижнее сечение основание подколонника или колонны, а грани расположены под углом 45

где: Aтр - площадь поверхности грани пирамиды продавливания;

Aпр - площадь продавливания - площадь подошвы фундамента за пределами пирамиды продавливания.

кПа - расчетное сопротивление бетона на растяжение.

м2

м2

где м

кН

кн.

- условие выполняется.

6. Армирование конструкции фундамента (расчёт на изгиб)

При определении усилий в конструкции фундамента (подошвы фундамента) в заданном сечении, за расчетную схему принимается консольная балка с жесткой заделкой в заданном сечении - оставшейся части фундамента, на которую действует нагрузка.

Подбор рабочей арматуры производим по двум сторонам:

Сечение 1-1

кПа

кНм

см2

Площадь сечения одного стержня:

см2

Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1,313 см2 , тогда As = 5х1,313 = 6,565 см2 .

Сечение 2-2

кПа

кНм

см2

Площадь сечения одного стержня:см2

Из сортамента выбираем арматуру диаметром 8 мм с As1 = 0,503 см2 , тогда As = 5х0,503 = 4,024 см2

Сечение 3-3

кПа

кНм

см2

Площадь сечения одного стержня:см2

Из сортамента выбираем арматуру диаметром 6 мм с As1 = 0,283 см2 , тогда As = 5х0,283 = 1,415 см2

Принимаем сетку из арматуру А-400 диаметром 12 мм. По стороне l и b ее количество составит шт.

7. Расчет осадки методом послойного суммирования

7.1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 336,85 кПа

7.2. Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.

кПа

7.3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.

кПа

7.4. Разбиваем основание фундамента на элементарные слои м

Вычисляем и строим эпюру естественного давления

7.5. Вычисляем и строим эпюру , где

- коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.

7.6. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:

7.7. Считаем суммарную осадку по всем слоям:

Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 8

Таблица 8

Проверяем выполнение условия S < Su . В нашем случае 3,70 см < 8 см, где Su =8см - предельное значение осадки. Условие выполнилось.

Эпюра распределения напряжений zp , zg