Расчет оснований и фундаментов склада
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Факультет: Архитектурно-строительный Специальность: 270102 Кафедра: Автомобильные дороги и технология строительного производства Пояснительная записка К курсовому проекту «Расчет оснований и фундаментов склада» Выполнил: ст. гр. БПГ-06Кудаяров Р. Р. Проверил:Урманшина Н. Э. Уфа-2009 РЕФЕРАТ Курсовой проект 23 с., 5 рис., 3 табл., 4 источника, 2 приложения. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ; ФИЗИКО МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ; РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОСНОВАНИЯ; ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ; СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ; ДЕФОРМАЦИЯ ОСНОВАНИЯ; ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ. Объектом курсового проекта является расчет оснований и фундаментов здания ремонтного цеха. В результате работы над проектом устанавливаются физико-механические характеристики грунтов и дано их наименование, определено расчетное сопротивление основания, выполнены расчеты фундаментов мелкого заложения и свайных. На основе технико-экономического сравнения вариантов фундаментов в качестве наиболее рационального принят свайный фундамент. Задание на курсовое проектирование «РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ» ФИО студента: Кудаяров Ренат Римович ВАРИАНТ: 2.1.10 ЗДАНИЕ: склад МЕСТО СТРОИТЕЛЬСТВА: г.Вологда НОМЕР ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА: 10 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛОЕВ ГРУНТА слой 3: г=18,1 кН/м3, гS=26,9 кН/м3, щ=0,39, kф=2,2?10-8 см/с, ц=14 град, Е=7 МПа; слой 10: г=20,5 кН/м3, гS=26,6 кН/м3, щ=0,18, щP=0,15, щL=0,21, kф=2,7?10-5 см/с, c=10 кПа, ц=20 град, Е=18 МПа; слой 5: г=19,0 кН/м3, гS=26,6 кН/м3, щ=0,30, щP=0,27, щL=0,41, kф=4,3?10-7 см/с, c=28 кПа, ц=18 град, Е=12 МПа. Отметка поверхности природного рельефа 12 м УПВ = -2 м ВАРИАНТ НАГРУЖЕНИЯ |
Фундамент 1: Фундамент 2: Фундамент 3: Фундамент 4: | N = 2,06 мН; N = 3,56 мН; N = 2,86 мН; N = 0,68 мН; | M = -0,02 мН*м; M = ±0,18 мН*м; M = 0,28 мН*м; M = 0,06 мН*м; | Q = -0,04 мН. Q = -0,03 мН. Q = 0,05 мН. Q = ? мН. | | |
ЗАДАНИЕ ПОЛУЧЕНО 28 сентября 2009 г. Преподаватель_______________ Урманшина Н.Э. 1 Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства Для правильной оценки пригодности грунтов как основание сооружения необходимо определить их физико-механические свойства и дать полное наименование. Таблица 1. Сводная ведомость физико-механических свойств грунтов |
Физико-механические характеристики | Формула расчета | Слои грунта | | | | 3 | 10 | 5 | | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | | Мощность слоя h, м | ? | 3 | 2 | не вскрыт | | Удельный вес грунта при естественной влажности г, кН/м3 | ? | 18,0 | 20,5 | 19 | | Удельный вес твердых частиц гs, кН/м3 | ? | 26,9 | 26,6 | 26,6 | | Естественная влажность щ | ? | 0,39 | 0,18 | 0,30 | | Удельный вес сухого грунта гd, кН/м3 | | 13,021 | 17,37 | 14,61 | | Коэффицент пористости e | | 1,065 | 0,531 | 0,82 | | Удельный вес грунта с учетом взвешивающего веса воды гsb, кН/м3 | | 8,18 | 10,84 | 9,12 | | Степень влжности грунта Sr | | 0,985 | 0,901 | 0,973 | | Влажность на границе текучести щL | ? | 0,46 | 0,21 | 0,41 | | Влажность на границе пластичности щP | ? | 0,27 | 0,15 | 0,27 | | Число пластичности IP | | 0,19 | 0,06 | 0,14 | | Показатель текучести IL | | 0,63 | 0,5 | 0,21 | | Коэффициент фильтрации ka, см/с | ? | 2,2•10-4 | 2,5•10-7 | 3,0•10-8 | | Удельное сцепление с, кПа | ? | 14 | 10 | 28 | | Угол внутреннего трения ц, град | ? | 14 | 20 | 18 | | Модуль деформации E, МПа | ? | 7 | 18 | 12 | | Условное расчетное сопротивление R0, кПа | ? | 255,8 | 292,5 | 230 | | |
2 Заключение по данным геологического разреза площадки строительства Слой 3 (верхний) - глина (0,17<Ip=0,19, по табл. Б.11,[1]) Мощность слоя составляет 3м. По показателю текучести глина находится в мягкопластичном состоянии (0,50<IL=0,63<0,75, по табл. Б.14,[1]). Модуль деформации составляет Е=7МПа. Условное расчетное сопротивление R0=255,8 кПа. Слой 10 (средний)- супесь (0,01<Ip=0,06<0,7, по табл. Б.11,[1]).Мощность слоя составляет 2м. По показателю текучести супесь находится в пластичном состоянии (0<IL=0,5<1, по табл. Б.14,[1]). Модуль деформации составляет Е=18 МПа. Условное расчетное сопротивление R0= 292,25 кПа. Слой 5 (нижний) - суглинок (0,07<Ip=0,14<0,27, по табл. Б.11,[1]). Слой не вскрыт. По показателю текучести суглинок находится в полутвердом состоянии (IL=0,21 по табл. Б.14,[1]). Модуль деформации составляет Е=12 МПа. Условное расчетное сопротивление R0=230 кПа Заключение по данным геологического разреза: природный рельеф площадки строительства спокойный с горизонтальным залеганием грунтов. Слои 3, 5 могут служить основанием для фундаментов. Уровень подземных вод составляет - 2м. Рис. 1 план участка 3 Анализ конструктивных особенностей здания и характеристика нагрузок Здание склада размером 24x36 с железобетонным каркасом, подвальное. Высота в осях А-В равна 18,0 м (3 этажа). На здание действуют знакопеременные моментные нагрузки и поперечные силы. В качестве возможных вариантов фундаментов принимаем фундамент мелкого заложения и свайный фундамент на забивных призматических сваях. 4 Определение глубины заложения фундамента Глубина заложения подошвы фундамента под наружные стены и колонны из учета климатического фактора определяется из условия: d?df, где df - глубина промерзания; df=kn•dfn, где dfn - нормативная величина промерзания грунтов kn - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения Для данного места строительства (г.Вологда) и вида теплового режима внутренних помещений находим: dfn = 2,2 м, kn = 0,5; df = 0,5•2,2=1,1 м. При выборе глубины заложения фундаментов рекомендуется: - заглублять подошвы фундаментов в несущий слой на 10 - 15 см; - избегать наличия под подошвой фундаментов слоя грунта малой толщины, если его строительные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя; - закладывать фундаменты выше уровня подземных вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ. Учитывая, что глубина промерзания 1,5 м и уровень подземных вод dw=2 м, отметка уровеня пола 0,0 м.; а также все выше сказанное, принимаем предварительную глубину заложения подошвы фундамента d = 3,3 м. 5 Расчет фундаментов мелкого заложения Расчет фундаментов мелкого заложения ведем по II-й группе предельных состояний (по деформациям). Данный расчет для фундаментов является основным и достаточным. S?[S], где S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом; [S] - предельное значение совместной деформации (нормативное) основания и сооружения. Фундамент столбчатый №1 Определяем предварительные размеры подошвы фундамента мелкого заложения: где N = 2,06 Мн - вертикальная сила, действующая на фундамент; гср - усредненное значение удельного веса фундамента и грунта на его уступах; d = 3,3 м - глубина заложения фундамента от планировочной отметки; R0 = 292,5 кН - расчетное сопротивление грунта. Расчетное сопротивление грунта основания R определяется по формуле: где гс1 и гс2 - коэффициенты условий работы; k - коэффициент, принимаемый равным 1 так, как прочностные характеристики грунта (ц и с) определены непосредственными испытаниями; Mг, Mq, Mc - коэффициенты; kz - коэффициент, принимаемый при b?10 м равным 1; b - ширина подошвы фундамента, м; гII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3; г'II - то же, залегающих выше подошвы, кН/м3; сII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегабщего непосредственно под подошвой фундамента, кПа; d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки, м. Уточняем размеры подошвы фундамента: Проверяем принятые размеры подошвы фундамента: Следовательно, принимаем d = 3 м; b = 2,5 м; l = 3,0 м. Фундамент столбчатый №2 Определяем предварительные размеры подошвы фундамента мелкого заложения: Расчетное сопротивления грунта основания: Уточняем размеры подошвы фундамента: Проверяем принятые размеры подошвы фундамента: Следовательно, принимаем d = 3 м; b = 3,3 м; l = 4 м. Фундамент столбчатый №3 Определяем предварительные размеры подошвы фундамента мелкого заложения: Расчетное сопротивления грунта основания: Уточняем размеры подошвы фундамента: Проверяем принятые размеры подошвы фундамента: Следовательно, принимаем d = 3 м; b = 3 м; l = 3,6 м. Фундамент столбчатый №4 Назначаем глубину заложения подошвы фундамента на отметке -3,3. Определяем предварительные размеры подошвы фундамента мелкого заложения: Расчетное сопротивления грунта основания: Уточняем размеры подошвы фундамента: Проверяем принятые размеры подошвы фундамента: Следовательно, принимаем d = 3 м; b = 2,5 м. 6 Расчет осадок ФМЗ №3 Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства (п.2.40) определяется методом послойного суммирования по формуле: где в - безразмерный коэффициент, равный 0,8; уzpi - значение дополнительного вертикального нормального напряжения на глубине zi от подошвы фундамента, кПа; hi - толщина i-го слоя, м; Ei - модуль деформации i-го слоя, кПа; n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания. Дополнительные вертикальные напряжения в грунте вычисляются по формуле: уzpi = бi• уzp0, где б - коэффициент, принимаемый по табл.1 приложения 2 в зависимости от соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной о = 2z/b; уzp0 - вертикальное напряжение в грунте на уровне подошвы фундамента. Дополнительно вертикальное напряжение в грунте в уровне подошвы фундамента определяют по формуле: уzp0 = p - уzg0, где p - среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок, кПа; уzg0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента. уzg0=?гihi, уzg0 = 18,1•3+20,5•0,3 =60,45 кПа; уzp0 = 324,8 - 60,45 = 261,11 кПа. Расчет ведется до тех пор, пока не выполнится условие уzp?0,2уzg. hi?0,4b; hi=0,4•3=1,2; отсюда hi?1,2 м. Таблица 2. Определение деформации основания фундамента |
zi, м | hi, м | гi, кН/м3 | о | б | уzpi, кПа | уzgi, кПа | 0,2уzgi, кПа | Ei, кПа | Si, см | | 0 | 0 | 20,5 | 0,00 | 1 | 99,96 | 224,845 | 44,969 | 18000 | 0 | | 1,2 | 1,2 | 20,5 | 0,80 | 0,824 | 82,36292 | 249,445 | 49,889 | 18000 | 0,439269 | | 1,7 | 0,5 | 19 | 1,13 | 0,6755 | 67,5196 | 258,945 | 51,789 | 12000 | 0,225065 | | 2,9 | 1,2 | 19 | 1,93 | 0,395213 | 39,50347 | 281,745 | 56,349 | 12000 | 0,316028 | | 4,1 | 1,2 | 19 | 2,73 | 0,241088 | 24,0979 | 304,545 | 60,909 | 12000 | 0,192783 | | 5,3 | 1,2 | 19 | 3,53 | 0,157775 | 15,7704 | 327,345 | 65,469 | 12000 | 0,126163 | | 6,5 | 1,2 | 19 | 4,33 | 0,110413 | 11,03628 | 350,145 | 70,029 | 12000 | 0,08829 | | | | | | | | | | | ?=1,299308 | | |
7 Расчет свайных фундаментов Для устройства свайных фундаментов применяются забивные призматические сваи квадратного сечения размером 300x300 мм. Расчет заключается в подборе длины сваи, а также определении числа свай в кусте: где N - нагрузка от вышележащей конструкции, кН; Fdg - расчетная несущая способность сваи, кН. где Fd - расчетная несущая способность сваи по грунту, кН; гk = 1,4 - коэффициент надежности по несущей способности сваи. Несущая способность сваи рассчитывается по грунту: где гc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1; R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по табл.1 СНиП 2.02.03-85, кПа; A - площадь опирания сваи на грунт, м2; u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м; fi - расчетно сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл.2, кПа; hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; гcR, гcf - коэффициенты условий работы грунта, соответственно, под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл.3 СНиП 2.02.03-85. Фундамент свайный №1 Выбираем сваю l=9 м. Несущая способность данной сваи по грунту: Fd = 1•(1•5277•0,09+1,2•1•545,78) = 1129,875 кПа; Число свай в кусте: Тогда принимаем число свай в кусте равным 4. Фундамент свайный №2 Выбираем сваю l=9 м. Несущая способность данной сваи по грунту: Fd = 1•(1•5277•0,09+1,2•1•545,78) = 1129,875 кПа; Число свай в кусте: Тогда принимаем число свай в кусте равным 5. Фундамент свайный №3 Выбираем сваю l=9 м. Несущая способность данной сваи по грунту: Fd = 1•(1•5277•0,09+1,2•1•545,78) = 1129,875 кПа; Число свай в кусте: Тогда принимаем число свай в кусте равным 4. Фундамент свайный №4 Выбираем сваю l=9 м. Несущая способность сваи по грунту: Fd = 1•(1•5277•0,09+1,2•1•545,78) = 1129,875 кПа; Число свай в кусте: Принимаем 1 ряд свай. 8 Определение размеров ростверков Для фундаментов №1 ширина ростверка составляет: bp=1,3 м. При этом высота ростверка равна 3 м. Для фундаментов №2 ширина ростверка составляет: bp=2,2 м. При этом высота ростверка равна 3 м. Для фундаментов №3 ширина ростверка составляет: bp=1,3 м. Высота ростверка составляет 3 м. Для фундамента №4 ширина ростверка составляет: bp=0,4 м. Высота ростверка составляет 0,6 м. 9 Расчет осадок свайного фундамента №2 Осадка свайного фундамента определяется как осадка условного фундамента на естественном основании: -- вычисляется ширина условного фундамента BУСГМ; -- определение веса свайно-грунтового массива , где гср =20 кН/ м2. -- находится среднее фактическое давление под подошвой условного фундамента ; -- определяется расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента по формуле: где гс1, гс2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.3; k = 1 - коэффициент, учитывающий метод определения прочностных характеристик грунта; Mг, Mq, Mc - коэффициенты; kz = 1,0 - коэффициент для подошвы b ? 10,0 м; BУСГМ - ширина подошвы фундамента, м; гII - удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м3; сII - удельное сцепление грунта, залегающего непосредственно под подошвой, кПа; dУСГМ - глубина заложения подошвы фундамента бесподвальных зданий от уровня планировки. -- проверяется условие P ? R; -- рассчитывается осадка условного фундамента, проверяется условие S?[Su], строятся эпюры. Расчет производим для наиболее загруженного фундамента - ФГЗ №2. Ширина подошвы условного фундамента: BУСГМ = 6d + d + 2•(h•tg(цср / 4)) = 6•0,3 + 0,3 +0,05•2+ 2•(9,95•(tg(18,34/4)) = 2,52 м. Вес свайно-грунтового массива: . Среднее фактическое давление под подошвой условного фундамента: Расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента: Условие Pср = кПа ? R = кПа. Осадку определяем методом послойного суммирования по формуле: Расчет введем в табличной форме. уzg0 = 1,7•20,5+11,250•19=248,62 кПа; уzp0 = - 248,62 = 578,02 кПа. Расчет ведется до тех пор, пока не выполнится условие уzp?0,2уzg. Таблица 3. Определение деформации основания фундамента |
zi, м | hi, м | гi, кН/м3 | о | б | уzpi, кПа | уzgi, кПа | 0,2уzgi, кПа | Ei, кПа | Si, см | | 0 | 0 | 19 | 0,00 | 1 | 578,02 | 248,62 | 44,736 | 12000 | 0 | | 1 | 1 | 19 | 0,79 | 0,804 | 484,7798 | 242,68 | 48,536 | 12000 | 3,231866 | | 2 | 1 | 19 | 1,59 | 0,4529 | 273,0806 | 261,68 | 52,336 | 12000 | 1,820537 | | 3 | 1 | 19 | 2,38 | 0,26 | 156,7696 | 280,68 | 56,136 | 12000 | 1,045131 | | 4 | 1 | 19 | 3,17 | 0,163 | 98,28248 | 299,68 | 59,936 | 12000 | 0,655217 | | 5 | 1 | 19 | 3,97 | 0,109 | 65,72264 | 318,68 | 63,736 | 12000 | 0,438151 | | 6 | 1 | 19 | 4,76 | 0,078 | 47,03088 | 337,68 | 67,536 | 12000 | 0,313539 | | | | | | | | | | | ?=7,190901 | | |
В соответствие со СниП 2.02.01-83*, для здания с полным железобетонным каркасом, максимальная осадка см. - условие выполняется. 10 Определение объема котлована Объем котлована определяется по формуле: где HK - глубина разработки котлована, м; a и b - длина и ширина котлована понизу, м; с и d - длина ширина котлована по верху, м. Объем котлована будем считать для фундаментов ФМ-1 и ФС-1. Определение объема котлована для фундамента ФМ-1 Размеры котлована: b = 3+3+0,6=6,6 м; d = 6,6+ 2•2•3,3=19,8 м; a=36+2,5+0,6=39,1 м; с=39,1+2•2•3,3=52,3 м. Объем котлована: =2038,608 м3. Определние объема котлована для фундамента ФС-1 Размеры котлована: b = 1,3+1,3+0,6=3,2 м; d = 3,2+ 2•2•3,3=16,4 м; a=36+1,3+0,6=37,9 м; с=37,9+2•2•3,3=51,1 м. Объем котлована: =1487,046 м3. 11 Состав работ при устройстве фундаментов 1. Земляные работы - срезка растительного слоя бульдозером; - разработка грунта в выемке экскаватором; - погрузка грунта в транспортные средства или за бровку котлована экскаватором; - транспортирование грунта самосвалом; - выгрузка грунта в отвал; - зачистка дна траншей вручную; - обратная засыпка бульдозером; - уплотнение засыпанного грунта вибротрамбовками. 2. Устройсво фундаментов 2.1 Для свайного фундамента: Погружение ж/б свай до 12 м в грунты группы 2 - установка арматурных каркасов; - устройство опалубки; - подача и укладку бетонной смеси; - уход за уложенным бетоном; - разборка опалубки; - устройство обмазочной и оклеечной гидроизоляции фундамента. 2.2 Для фундамента мелкого заложения: - установка арматурных каркасов; - устройство опалубки; - подача и укладку бетонной смеси; - уход за уложенным бетоном; - разборка опалубки; - устройство обмазочной и оклеечной гидроизоляции фундамента. 12 Технико-экономические показатели Таблица 4. Показатели стоимости затрат и материалов на устройство фундаментов |
Обоснование | Наименвание | Ед. изм. | Сметная стоимость | Вариант фундаментов | | | | | | ФМЗ | Свайный фундамент | | | | | | Объем | Стоимость | Объем | Стоимость | | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | | ТЕР1-01-013-14 | Разработка грунта | 1000м3 | 4848,24 | 2,038 | 9880,7 | 1,487 | 4062,82 | | СЦП3-3-5-1 | Перевозка грунта | т | 7,95 | 3714 | 29526,3 | 1508,4 | 11991,7 | | ТЕР1-01-033-2 | Засыпка котлована | 1000м3 | 822,87 | 1,98 | 1629,28 | 0,809 | 665,78 | | ТЕР1-02-005-1 | Уплотнение грунта | 100м3 | 392,38 | 19,8 | 7769,1 | 8,09 | 3174,35 | | ТЕР5-01-002-6 | Погружение 10м сваи | 1м3 сваи | 537,36 | - | - | 28,8 | 16512,7 | | ТЕР8-01-002-1 | Устройство основания под фундаменты песчанного | 1м3 основания | 211,95 | 12,903 | 2734,79 | - | - | | ТЕР8-01-003-7 | Гидроизоляция горизонтальная оклеенная в 2 слоя | 100м2 изолируемой | 5009,02 | 2,31 | 11570,8 | 0,998 | 4999 | | ТЕР6-01-001-7 | Устройство железобетонных фундаментов под колонны | 100м3 | 58830,16 | 0,5534 | 32556,61 | - | - | | СЦМ-401-0048 | Бетон тяжелый, крупность заполнителя 40мм, класс В15 | м3 | 494,87 | 55,34 | 27386,1 | - | - | | СЦМ-441-2000-1000 | Ростверк из бетона класса В15 с расходом стали 100кг/м3 | м3 | 2497,40 | - | - | 28,39 | 70901 | | СЦМ-441-3001-1104 | Сваи забивные С 10.30 | шт. | 1544,10 | - | - | 32 | 49411,2 | | У=123053,28 | | У=161718,6 | | |
Вывод: из результатов технико-экономического сравнения наиболее выгодным является устройство фундамента мелкого заложения. Библиографический список 1. ГОСТ 25100-95 “Грунты. Классификация”. М.: Госстрой, 1995. 2. СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений”. М.: Госстрой, 1983. 3. СНиП 2.02.03-85 “Свайные фундаменты”. М.: Госстрой, 1985. 4. СНиП 23-01-99 “Строительная климатология”. М.: Госстрой, 2000.
|
|
|