Основания и фундаменты 4

Федеральное агентство по образованию РФ

Тольяттинский Государственный Университет

Кафедра «Городское строительство и хозяйство»

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине:

« Основания и Фундаменты»

Студент: Гайнеев А.Ф.

Группа: ГСХ-401

Преподаватель: Булгаков В. И.

Тольятти, 2010 г.

Исходные данные:

Вариант 3 (10-30-15/3)

Примечание: 1)Район строительства – г.Тольятти

2) Высота подвала – 2,8 м

3) Толщина наружной стены – 510 мм

4) Толщина внутренней стены – 380 мм

5) Колонна 400x400 мм

Содержание

Введение 4

1. Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки

и сбор нагрузок 5

1.1 Определение наименования грунтов основания 5

1.2 Определение расчетного сопротивления грунтов основания 7

1.3 Определение угла внутреннего трения, удельного сцепления

и модуля общих деформаций 7

1.4 Построение инженерно-геологического разреза 8

1.5 Оценка типа основания и выбор возможных решений

фундаментов 8

1.6 Сбор нагрузок 9

2. Сравнение вариантов фундаментов 13

2.1 Расчет ленточного фундамента мелкого заложения 13

2.1.1 Определение глубины заложения фундамента 13

2.1.2 Определение размеров фундамента 14

2.1.3 Определение осадки фундамента 16

2.2 Расчет ленточного свайного фундамента 17

2.2.1 Определение глубины заложения ростверка и длины сваи 17

2.2.2 Определение несущей способности сваи 18

2.2.3 Определение количества свай в фундаменте и их размещение 19

2.2.4 Определение осадки свайного фундамента 21

2.3 Выбор типа фундамента 22

3. Расчет столбчатого фундамента мелкого заложения 22

3.1 Определение глубины заложения фундамента 22

3.2 Определение размеров фундамента 24

3.3 Определение осадки фундамента 26

Список литературы 29

Введение

В данном курсовом проекте необходимо запроектировать фундаменты здания с размерами в плане 30х16 м.

В процессе проектирования фундаментов рассмотрены два варианта, один из которых предполагает использование фундаментов мелкого заложения, а второй – свайных фундаментов.

Указанные варианты сравниваются по расходу материалов. Выбирается наиболее экономичный вариант.

1. Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки

и сбор нагрузок

Для анализа используются характеристики данного здания и инженерно-геологические свойства грунтов, по ним определяются производственные показатели.

Целью анализа инженерно-геологических условий площадки строительства являются: выбор несущего слоя естественного основания или тип искусственного основания по физико-механическим характеристикам грунтов, определяемым расчетным путем или нормативным документам.

Таблица 1. Исходные данные

1.1 Определение наименования грунтов основания

Наименование песчаного грунта определяется в зависимости от коэффициента пористости, который находится по формуле:

, где

w– влажность грунта в естественном состоянии;

γ – удельный вес грунта;

γ_s – удельный вес частиц скелета грунта.

Степень водонасыщения грунта определяется по формуле:

, где

γ_w – удельный вес воды.

Для пылевато-глинистых грунтов определяется число пластичности по формуле:

, где

w_L – влажность на границе текучести,

w_p – влажность на границе раскатывания.

и показатель текучести по формуле:

, где

w– влажность грунта в естественном состоянии.

Определение вида песчаного грунта

Песок мелкий (76% >75%, d> 0,1 мм)

(0,65<0,7 – песок средней плотности),

(малой степени водонасыщения),

Вывод: первый слой – песок мелкий, средней плотности, малой степени водонасыщения.

Определение вида пылевато-глинистого грунта

(I_p> 0,17 –глина),

(0,25<≤ 0,5 – тугопластичная),

Вывод: второй слой – глина тугопластичная, тяжёлая.

Определение вида песчаного грунта

Третий слой – песок крупный, рыхлый, малой степени водонасыщения. Данный слой нельзя использовать в качестве естественного основания.

1.2 Определение расчетного сопротивления грунтов основания

Определяем расчетное сопротивление грунтов по прил. 3 [1], для первого и второго слоёв R₀=300 кПа и R₀=255,6 кПа соответственно.

1.3 Определение угла внутреннего трения, удельного сцепления и модуля общих деформаций

Определяем нормативные значения удельного сцепления, угла внутреннего трения и модуль деформации по прил. 1 [1], для первого и второго слоёв.

Первый слой:

Угол внутреннего трения φ=32˚

Удельное сцепление с_n=2 кПа

Модуль деформации Е=28 кПа

Второй слой:

Угол внутреннего трения φ=16,4˚

Удельное сцепление с_n=45,8 кПа

Модуль деформации Е=16,2 кПа

Сводим полученные значения в таблицу 2.

Таблица 2. Характеристика грунтов

1.4 Построение инженерно-геологического разреза

Рис. 1 Инженерно-геологический разрез

1.5 Оценка типа основания и выбор возможных решений фундаментов

Первый слой – песок мелкий, средней плотности, мощность слоя 4,65 м. Слой надежный.

Второй слой – глина тугопластичная, мощность слоя 4,5 м. Слой надежный.

Третий слой – рыхлый песок, относится к заведомо слабым грунтам. Поэтому его не следует использовать в качестве основания.

Проанализировав геологическое строение грунтов, приходим к выводу, что основание относится к Iтипу. В качестве возможных решений фундаментов могут быть рассмотрены:

-фундамент мелкого заложения;

-свайный фундамент.

Подошва фундамента мелкого заложения может быть расположена в мелком песке (первый слой). Свая заглубляется в глину (второй слой).

1.6 Сбор нагрузок

Собираем нагрузки на 1 м2 площади междуэтажного перекрытия и покрытия. На рисунке 2 представлены грузовые площади колонны и стены.

Рис. 2 Грузовые площади колонны и стены

Определение нагрузок на 1 м2 покрытия:

Таблица 3

Определение нагрузок на междуэтажное перекрытие:

Таблица 4

Определение нормативной и расчётной нагрузки на фундамент под колонну:

1.

Определение нормативной и расчётной нагрузки на фундамент под стену:

2. , где

- нормативная нагрузка, действующая на колонну (стену) (кН);

- расчетная нагрузка, действующая на колонну (стену) (кН);

- грузовая площадь колонны (м2);

- количество этажей;

- нормативная нагрузка, действующая на покрытие (кН/ м2);

- нормативная нагрузка, действующая на междуэтажное перекрытие (кН/ м2);

- расчетная нагрузка, действующая на покрытие (кН/ м2);

- расчетная нагрузка, действующая на междуэтажное перекрытие (кН/ м2);

- грузовая площадь стены (м2);

- толщина наружной стены, (м);

- высота этажа (м).

Расчёт нагрузок на фундамент под колонну:

1.

Расчёт нагрузок на фундамент под стену:

2.

2. Сравнение вариантов фундаментов

2.1 Расчет ленточного фундамента мелкого заложения

2.1.1 Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента определяется с учетом:

– глубины сезонного промерзания грунтов;

– существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

– назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;

– инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований);

– глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций.

1. Нормативная глубина сезонного промерзания грунта d_fn:

, где

M_t– 48,4 – коэффициент, учитывающий тип грунта основания [7].

м

2.Расчетная глубина сезонного промерзания грунта:

, где

d_fn – нормативная глубина промерзания грунта;

k_n – коэффициент, учитывающий тепловой режим здания, определяется по табл.1 [1], k_n=0,4.

м

3. По табл.2 [1] уточняем, зависит или не зависит глубина заложения фундамента d от расчётной глубиныпромерзания d_f . В данном случае глубина заложения фундамента d от расчётной глубины промерзания d_fне зависит (т.к.

d_w> d_f+ 2 = 10 > 0,78 + 2=2,78).

4. Принимаем глубину заложения фундамента d по конструктивным особенностям ленточных фундаментов мелкого заложения, так как данный фактор является определяющим. Принимаем d= d_подв – d_{отм.пл.пов.} +t_пола + d_{подушки} =

= 2,8 – 1,2 + 0,2 + 0,3 = 2,1 м.

2.1.2 Определение размеров фундамента

1. Определяем предполагаемую ширину подошвы фундамента:

, где

N – нагрузка, передаваемая на 1 п. м. длины ленточного фундамента,

R₀ – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по таблицам 2 и 3 прил.3 [1].

2. Уточняем значение R⁽¹⁾ первого приближения расчетным путем по формуле:

, где

γ_с1, γ_с2 – коэффициенты условия работы принимаются по табл. 3[1], зависящие от вида и состояния грунта несущего слоя и размера здания, γ_с1=1,3, γ_с2=1,3;

k– коэффициент, принимаемый в зависимости от методов определения характеристик грунта, если характеристики определены по таблице, то k=1,1;

M_γ, M_q, M_c – коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения согласно табл. 4[1], M_γ=1,34, M_q=6,34, M_c=8,55;

k_z – коэффициент, принимаем равным 1, приb<10 м;

b⁽⁰⁾ – ширина подошвы фундамента;

d – глубина заложения фундамента от уровня планировки;

с_II– удельное сцепление грунта несущего слоя;

d_b– глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, принимаем равным 1,6 м;

γ_II– удельный вес грунта несущего слоя;

– средний удельный вес грунта для слоев, расположенных под подошвой до поверхности. Если слоев несколько, то определяется по формуле:

3. Определение размеров подошвы первого приближения:

4. Проверяем выполнение условия:

5. , кратная 200 мм.

6. Определяем среднее давление под фундаментом по формуле:

.

7. Пересчитываем с :

8. Проверяем условие:

Определение размеров фундамента под стену:

1. (м)

2.

3. (м)

4. , условие не выполняется.

(м)

условие выполняется

(м) (м)

6. (кПа)

7.

8.

(кПа)

Вывод: условие выполняется.

Окончательно принимаем b= 0,6 м.

2.1.3 Определение осадки фундамента

Осадка фундамента находится по формуле:

, где

- модуль деформации несущего слоя грунта основания;

- дополнительное давление i-го слоя грунта.

Природное давление i-го слоя грунта находится по формуле:

.

Осадка фундамента не должна превышать предельно допустимой осадки:

, где

- предельно допустимая осадка здания, определяемая по [1], =10 см

Расчет осадок ленточного фундамента мелкого заложения производится под стену. Расчеты сводятся в таблицу 10.

Таблица 10. Расчет осадок ленточного фундамента мелкого заложения под

стену

м – условие выполнено.

2.2 Расчет ленточного свайного фундамента

В данной курсовой работе разработан набивной свайный фундамент.

2.2.1 Определение глубины заложения ростверка и длины сваи

Набивная виброштампованная свая длиной L=4 м, диаметром 800 мм, устраиваемая в пробитых скважинах путем заполнения скважин жесткой бетонной смесью, уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным нижним концом и закрепленным на ней вибропогружателем;

Рис. 3Определение глубины заложения ростверка и длины сваи

2.2.2 Определение несущей способности сваи

Несущая способность сваи определяется по формуле:

, где

γ_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаем γ_с=1;

γ_сR, γ_сf,i – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи, принимаемые по табл. 5[2], γ_сR=1, γ_сf=0,9;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое для набивных свай согласно табл. 1[2], R=1968 кПа;

А – площадь поперечного сечения сваи, А=0,5 м²;

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, u=2,512 м;

f_i – расчетное сопротивление i-того слоя грунта основания на боковой поверхности, принимается по табл. 2[2] в зависимости от средней глубины расположения слоя грунта l_i, вида и состояния грунта i-того слоя;

h_i– мощность i-го слоя.

Таблица 7

(кПа)

2.2.3 Определение количества свай в фундаменте и их размещение

1. Количество свай определяется по формуле:

, где

F_d – несущая способность сваи (расчетная);

γ_k – коэффициент надежности, принимаемый равным γ_k=1,4, если несущая способность определялась расчетным путем.

2. Средний угол внутреннего трения:

, где

- угол внутреннего трения первого слоя;

- угол внутреннего трения несущего слоя.

3. Условная ширина подошвы фундамента:

, где

- количество свай;

- расстояние между осями свай, выбираемое от трех до шести толщин сваи;

- длина сваи.

4. Условное сопротивление грунта основания:

, где

, - коэффициенты условий работы грунта, принимаются по табл. 3[1], зависящие от вида и состояния грунта несущего слоя и размера здания, γ_с1=1,2, γ_с2=1,1;

- удельное сцепление несущего слоя грунта.

5. Среднее давление под фундаментом:

, где

- нормативная нагрузка на фундамент под стену.

6. Проверяем условие:

Если условие выполняется, то расчет выполнен верно.

1. сваи

2.

3. (м)

4. (кПа)

5. (кПа)

6. (кПа) – условие выполнено.

2.2.4 Определение осадки ленточного свайного фундамента

Осадка фундамента находится по формуле:

, где

- мощность элементарного слоя, которая находится по формуле:

- модуль деформации несущего слоя грунта основания;

- дополнительное давление i-го слоя грунта.

Природное давление грунта на уровне подошвы находится по формуле:

, где

- расстояние от поверхности земли до нижнего конца сваи.

Осадка фундамента не должна превышать предельно допустимой осадки:

, где

- предельно допустимая осадка здания, определяемая по [1], =10 см

Расчет осадки свайного ленточного фундамента производится под стену. Расчеты сводятся в таблицу 8.

Таблица 8. Расчет осадки ленточного свайного фундамента под стену

м – условие выполнено.

2.3 Выбор типа фундамента

Сравниваем расход материалов по вариантам. Результаты представлены в таблице 9.

Таблица 9. Срвнение расхода материалов на 1 п.м. фундамента

Выполнив сравнение вариантов, выбираем наиболее экономичный вариант – фундамент мелкого заложения.

3. Расчет столбчатого фундамента мелкого заложения

В данной курсовой работе под колонну запроектирован фундамент мелкого заложения – столбчатый.

3.1 Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента зависит от:

1. Глубины сезонного промерзания грунтов;

2. Существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

3. Назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;

4. Инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований);

5. Глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций.

Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условия недопущения морозного пучения грунтов основания должна назначаться:

– для внутренних фундаментов – независимо от расчётной глубины промерзания грунтов.

Исходя из анализа инженерно-геологических условий принимаем глубину заложения фундаментов d=1,1 м.

Рис. 4 Определение глубины заложения столбчатого фундамента мелкого

Заложения

3.2 Определение размеров фундамента

1. Определяем площадь подошвы фундамента по формуле:

, где

N – нагрузка, передаваемая на 1 п. м. длины столбчатого фундамента,

R₀ – расчетное сопротивление грунта основания, определенное в п. 1.2.

1`. Определяем предполагаемую ширину подошвы фундамента:

, где

=1, т.к. подошва фундамента квадратной формы.

2. Уточняем значение R⁽¹⁾ первого приближения расчетным путем по формуле:

, где

γ_с1, γ_с2 – коэффициенты условия работы принимаются по [1, табл. 3], зависящие от вида и состояния грунта несущего слоя и размера здания, γ_с1=1,25, γ_с2=1,172;

k– коэффициент, принимаемый в зависимости от методов определения характеристик грунта, если характеристики определены по таблице, то k=1,1;

M_γ, M_q, M_c – коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения согласно [1, табл. 4], M_γ=0,048, M_q=1,208, M_c=3,45;

k_z – коэффициент, принимаем равным 1, приb<10 м;

b⁽⁰⁾ – ширина подошвы фундамента, определенная в пункт 2.1.2 2;

d – глубина заложения фундамента от уровня планировки;

с_II– удельное сцепление грунта несущего слоя;

d_b– глубина подвала – расстояние от уровня планировки до подошвы фундамента;

γ_II– удельный вес грунта несущего слоя;

– средний удельный вес грунта для слоев, расположенных под подошвой до поверхности. Если слоев несколько, то определяется по формуле:

3. Уточняем b⁽¹⁾:

4. Проверяем выполнение условия:

5. , кратно 200 мм.

5`. Определяем фактическую длину подошвы фундамента:

6. Определяем среднее давление под фундаментом по формуле:

.

7. Пересчитываем с :

8. Проверяем условие:

Если условие выполняется, то первый этап расчета завершен.

1) Определение размеров фундамента под колонну:

1. (м2).

1`. (м)

2.

3. (м)

4. – условие выполняется

Принимаем b = 2,4 м

5. (м) (м)

5` (м)

6. (кПа)

7. (кПа)

8.

(кПа)

Вывод: условие выполняется.

Рис.5 Определение размеров стобчатого фундамента мелкого заложения

3.3 Определение осадки фундамента

Расчет деформации основания следует выполнять, применяя расчетную модель (схему основания) в виде:

1. Линейно-деформированного полупространства, с условным ограничением глубины сжимаемой толщи ;

2. В виде линейно-деформированного слоя:

а) Если ширина фундамента м и модуль деформации грунтов основания МПа;

б) Если в пределах сжимаемой толщи основания , определенной как линейно-деформируемое полупространство, залегает слой грунта с модулем деформации МПа и толщина удовлетворяет условию:

Модель основания – 1.

Осадка фундамента находится по формуле:

, где

- мощность элементарного слоя, которая находится по формуле:

;

- модуль деформации несущего слоя грунта основания;

- дополнительное давление i-го слоя грунта.

Природное давление i-го слоя грунта находится по формуле:

.

Осадка фундамента не должна превышать предельно допустимой осадки:

, где

- предельно допустимая осадка здания, определяемая по [1], =10 см

Расчет осадок столбчатого фундамента мелкого заложения производится под колонну. Расчеты сводятся в таблицы 5.

Таблица 5. Расчет осадок столбчатого фундамента мелкого заложения под колонну

м – условие выполнено.

Список литературы

1. СНиП 2.02.03-83*. Основания зданий и сооружений. – М. : ФГУП ЦПП, 2006. – 48 с.

2. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. – М. : ФГУП ЦПП, 2006. – 48 с.

3. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. – М. : ФГУП ЦПП, 2004. – 130 с.

4. Ухов С.В. Механика грунтов, основания и фундаменты. М. : Высшая школа, 2007. – 561 с.

5. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. М. : Стройиздат, 1981. – 319 с.

6. Булгаков В. И. Основания и Фундаменты. Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины. Т. : ТГУ, 2009, 34 с.

7. СниП 23-01-99. Строительная климатология и геофизика. – Введ. 2000-

-01-01. – М.: ГУП ЦПП, 2001. – 75 с.