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 Исходные данные(вариант 1/25)Длина здания 48 мШирина здания 27 мКоличество пролётов 3Ширина пролётов ---АБ 9 мБВ 6 мВГ 12 мКоличество этажей 5Высота этажа 3,6 мШаг колонн по рядам ---А 6 мБ 12 мВ 12 мГ 6 мВид колонн (материал) ЖБКСечение колонн (база) 0,4 х 0,4 мНагрузка на фундаменты 10 кН/м3Ряд А N 2500 кНMx 290 кН/м3Mу 120 кН/м3Ряд Б:N 4500 кНMx 350 кН/м3Mу 160 кН/м3Ряд В:N 5400 кНMx 420 кН/м3Mу 90 кН/м3Ряд Г:N 3500 кНMx 470 кН/м3Mу 45 кН/м3Планировочная отметка - 0,15 мОтметка пола подвала ---Район строительства г.ДнепропетровскЗдание (тип) неотапливаемоеФизико-механические свойства грунтовТаблица 1|
Наименование грунта | Мощность слоя, м | с, кН/м3 | сs, кН/м3 | W, | Wl, | Wp, | ц , ? | c, кг/см2 | м | Кф, см/сек | Р, кг/см2 | S, м | | Чернозем | 0.8 - 0.9 | 1,66 | - | 0,14 | - | - | - | - | - | - | - | - | | Песок мелкозернистый | 6,0 - 5.6 | 1,93 | 2,65 | 0,2 | - | - | - | - | 0,27 | - | - | - | | Супесь пылеватая | 4,5-3,8 | 1,5 | 2,66 | 0,21 | 0,2 | 0,2 | 17 | 7,0 | 0,3 | | 0,1 | 0,62 | | | | | | | | | | | | | 0,2 | 1,22 | | | | | | | | | | | | | 0,3 | 1,83 | | | | | | | | | | | | | 0,4 | 2,8 | | Глина четвертичная | неогрн. | 1,98 | 2,74 | 0,23 | 0,4 | 0,2 | - | - | 0.43 | - | - | - | | Ур.Гор.Вод. 2,0 м | | | | | | | | | | | | | | | Анализ инженерно-геологических условий площадкиГеологический разрезПо основным физическим характеристикам и классификационным показателям грунтов площадки определяются физико-механические характеристики грунтов площадки, обеспечивающие возможность определения расчетного сопротивления и деформации оснований, а именно: 1) песчаного грунта:- коэффициент пористости е где - плотность минеральных частиц W - природная влажность - природная плотность- степень влажности грунта2) супеси пылеватой- коэффициент пористости е 3) глина четвертичная- коэффициент пористости е - число пластичности грунта по значениям влажностей на пределе текучести и раскатыванияIp = Wl - Wp = 0,4 - 0,2 = 0,2- показатель текучести грунтаПо вычисленным физико-механическим характеристикам и классификационным показателям грунта по табл.1 прил.1 СНиП 2.02.01-83 определяются прочностные и деформационные характеристики грунта С, , Е,Все вычисленные и определенные физико-механические характеристики грунтов заносятся в сводную таблицу физико-механических характеристик грунтов площадки.Таблица 2|
| , кН/м3 | s, кН/м3 | C, кПа | | E, Мпа | | Чернозем | 16,6 | - | - | - | - | | Песок мелкозернистый | 19,3 | 26,5 | 2 | 32 | 28 | | Супесь пылеватая | 15 | 26,6 | 7 | 17 | 9,52 | | Глина четвертичная | 19,8 | 27,4 | 61 | 19,5 | 22,5 | | | I. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании1. Выбор глубины заложения фундаментаГлубина 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 - 0,34Расчетная 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): м1.2. 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. Подвала 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 м2000 < < 3000 кН d = 2,0 м3000 < < 5000 кН d = 2,5 м > 5000 кН d = 3,0 м (при N = 5400 кН)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 фундаментаПри 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 напряженийПредварительно 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 характе-ристики 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 = 1b > 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 без подвальных зданий (помещений) 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) 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 = 514,27 кПа2) A = м23) м4) II. 1) При b = 3,45 м, R = 596,6 кПа2) A = м23) м III. 1) При b = 3,17 м, R = 587,26 кПа2) A = м23) м Прекращаем подбор.Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 0,1м для гражданских зданий, т.е. принимаем b = 3,2 м, а l = 3,2 м, соответственно A = м2 R = 587,26 кПа.2.1 Проверяем контактные напряжения.1. ; 2. Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию: кПа кПаN, Mx, My - усилия, передаваемые на фундамент от сооружения (по заданию или расчету рамы)Wx, Wy - момент сопротивления подошвы фундамента м33. Конструирование фундаментаПо заданию вид колонны - железобетонная, размерами 0,4 х 0,4 м.3.1. Тип фундамента назначают из условия жесткостимммм Фундамент принимаем с подколонником.3.2. 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 мДля выбранного типа фундаментов определяется высота конструкции фундамента или его плитной части по формуле:,мгде 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 фундамента на продавливаниеПроверяем 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 м2где м кН кн. - условие выполняется.5. Армирование конструкций 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 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 |
№ эл. | Z, м | о | б | у zg0, кПа | 0.2 у zg0, кПа | у zpi, кПа | у zpiср, кПа | Е, кПа | S, м | | 0 | 0 | 0 | 1.000 | 55,60 | 11,12 | 531,70 | | | | | 1 | 0,64 | 0,6 | 0.972 | 67,95 | 13,59 | 515,75 | 523,72 | | 0,009 | | 2 | 1,28 | 1,2 | 0.848 | 80,30 | 16,06 | 450,88 | 483,32 | | 0,00884 | | 3 | 1,92 | 1,8 | 0.682 | 92,654 | 18,53 | 362,62 | 406,75 | | 0,0074 | | 4 | 2,56 | 2,4 | 0.532 | 105,00 | 21,00 | 282,86 | 322,74 | | 0,0059 | | 5 | 3,2 | 3,0 | 0.414 | 117,36 | 23,47 | 220,12 | 251,49 | | 0,00459 | | 6 | 3,84 | 3,6 | 0.325 | 128,33 | 25,66 | 172,80 | 196,46 | | 0,00359 | | 7 | 4,48 | 4,2 | 0.260 | 137,93 | 27,59 | 138,24 | 155,52 | | 0,00836 | | 8 | 5,12 | 4,8 | 0.210 | 147,53 | 29,51 | 111,66 | 124,95 | | 0,00672 | | 9 | 5,76 | 5,4 | 0.173 | 157,13 | 31,43 | 91,98 | 101,82 | | 0,00547 | | 10 | 6,4 | 6,0 | 0.145 | 166,73 | 33,35 | 77,09 | 84,54 | | 0,0045 | | 11 | 7,04 | 6,6 | 0.123 | 176,33 | 35,27 | 65,39 | 71,24 | | 0,0038 | | 12 | 7,68 | 7,2 | 0.105 | 189,00 | 37,8 | 55,82 | 60,60 | | 0,00138 | | 13 | 8,32 | 7,8 | 0.091 | 201,67 | 40,33 | 48,38 | 52,10 | | 0,0012 | | 14 | 8,96 | 8,0 | 0,077 | 214,04 | 42,80 | 40,94 | 44,66 | | 0,0010 | | У= 0,0717 | | |
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 |
№ эл. | Z, м | о | б | у zg0, кПа | 0.2 у zg0, кПа | у zpi, кПа | у zpiср, кПа | Е, кПа | S, м | | 0 | 0 | 0 | 1,000 | 55,60 | 11,12 | 325,63 | | | | | 1 | 0,82 | 0,4 | 0,972 | 72,00 | 14,40 | 316,51 | 321,07 | | 0,0086 | | 2 | 1,64 | 0,8 | 0,848 | 88,40 | 17,68 | 276,13 | 296,32 | | 0,00793 | | 3 | 2,46 | 1,2 | 0,682 | 104,80 | 20,96 | 222,08 | 249,11 | | 0,00667 | | 4 | 3,28 | 1,6 | 0,532 | 120,63 | 24,12 | 173,24 | 197,66 | | 0,00463 | | 5 | 4,1 | 2,0 | 0,414 | 136,45 | 27,29 | 134,81 | 154,03 | | 0,0036 | | 6 | 4,92 | 2,4 | 0,325 | 152,28 | 30,45 | 105,83 | 120,32 | | 0,0028 | | 7 | 5,74 | 2,8 | 0,260 | 168,10 | 33,62 | 84,66 | 95,25 | | 0,00223 | | 8 | 6,56 | 3,2 | 0,210 | 183,93 | 36,79 | 68,38 | 76,52 | | 0,0018 | | 9 | 7,38 | 3,6 | 0,173 | 196,23 | 39,25 | 56,33 | 62,36 | | 0,0043 | | 10 | 8,2 | 4,0 | 0,145 | 208,53 | 41,71 | 47,22 | 51,78 | | 0,0036 | | 11 | 9,02 | 4,4 | 0,123 | 220,83 | 44,16 | 40,05 | 43,64 | | 0,003 | | У= 0,049 | | |
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 |
hi , м | li , м | fi , кПа | hi * fi , кН/м | | 1,5 | 2,25 | 31,25 | 46,88 | | 1,5 | 3,75 | 37,25 | 55,88 | | 1,5 | 5,25 | 40,5 | 60,75 | | 1,5 | 6,75 | 31,75 | 47,63 | | 1,5 | 8,25 | 33,25 | 49,88 | | 1,5 | 9,75 | 33,875 | 50,81 | | 1,5 | 11,25 | 66,75 | 100,13 | | 1 | 12,5 | 68,5 | 68,5 | | | | | | | 480,50 | | |
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 |
№ эл. | Z, м | о | б | у zg0, кПа | 0.2 у zg0, кПа | у zpi, кПа | у zpiср, кПа | Е, кПа | S, м | | 0 | 0 | 0 | 1,000 | 259,58 | 51,92 | 154,41 | | 22,5х103 | | | 1 | 0,80 | 0,4 | 0,972 | 275,42 | 55,08 | 150,08 | 152,25 | 22,5х103 | 0,00433 | | 2 | 1,60 | 0,8 | 0,848 | 291,26 | 58,25 | 130,94 | 140,51 | 22,5х103 | 0,00399 | | 3 | 2,40 | 1,2 | 0,682 | 307,10 | 61,42 | 105,31 | 118,13 | 22,5х103 | 0,00336 | | 4 | 3,20 | 1,6 | 0,532 | 322,94 | 64,59 | 82,15 | 93,73 | 22,5х103 | 0,00266 | | 5 | 4,00 | 2,0 | 0,414 | 338,78 | 67,75 | 63,93 | 73,04 | 22,5х103 | 0,0020 | | 6 | 4,80 | 2,4 | 0,325 | 354,62 | 70,92 | 50,18 | 57,05 | 22,5х103 | 0,00162 | | 0,0153 | | |
Эпюра распределения напряжений zp , zg |
| Фундамент на естественном основании | Фундамент на искусственном основании | Свайный фундамент | | Объем земли м3 | 2747,52 | 14808,81 | 3432,36 | | Объем бетона м3 | 165,63 | 295,66 | 662,48 | | Объем обратной засыпки | 2581,89 | 113,63 | 2770,88 | | Количество арматуры, кг | 792,12 | 1502,256 | 284,6 | | Доп. работы | устройство гидроизоляции и дренажа | уплотнение грунтовой подушки | забивка и доставка свай | | Осадка, мм | 66 | 49 | 15 | | |
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 |
№ эл. | Z, м | о | б | у zg0, кПа | 0.2 у zg0, кПа | у zpi, кПа | у zpiср, кПа | Е, кПа | S, м | | 0 | 0 | 0 | 1.000 | 36,31 | 7,26 | 300,54 | | | | | 1 | 0,72 | 0,6 | 0.972 | 50,20 | 10,04 | 291,52 | 296,03 | | 0,0061 | | 2 | 1,44 | 1,2 | 0.848 | 64,10 | 12,82 | 254,86 | 273,19 | | 0,0056 | | 3 | 2,16 | 1,8 | 0.682 | 77,99 | 15,60 | 204,97 | 229,92 | | 0,00473 | | 4 | 2,88 | 2,4 | 0.532 | 91,89 | 18,37 | 159,89 | 182,43 | | 0,00375 | | 5 | 3,6 | 3,0 | 0.414 | 105,79 | 21,16 | 124,42 | 142,16 | | 0,00292 | | 6 | 4,32 | 3,6 | 0.325 | 119,68 | 23,94 | 97,67 | 111,05 | | 0,00228 | | 7 | 5,04 | 4,2 | 0.260 | 133,58 | 26,72 | 78,14 | 87,91 | | 0,0018 | | 8 | 5,76 | 4,8 | 0.210 | 147,48 | 29,50 | 63,11 | 70,63 | | 0,00145 | | 9 | 6,84 | 5,4 | 0.173 | 161,37 | 32,27 | 51,99 | 57,55 | | 0,00118 | | 10 | 7,2 | 6,0 | 0.145 | 172,17 | 34,43 | 43,58 | 47,79 | | 0,00289 | | 11 | 7,92 | 6,6 | 0.123 | 182,97 | 36,60 | 36,96 | 40,27 | | 0,00244 | | 12 | 8,64 | 7,2 | 0.105 | 193,77 | 38,75 | 31,55 | 34,26 | | 0,0020 | | | | | | | | | | | | | У= 0,0371 | | |
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
|
|
|