Основания и фундаменты

1.2 Краткая характеристика проектируемого здания

Здание промышленное с размерами в плане 36 * 72 м. Высота до низа стропильной конструкции 12 м. Производственный корпус с мостовыми кранами грузоподъемностью 120 тон. Сетка колон 6 * 18 м. Выбираем два расчетных фундамента по осям «А» и «В» ( крайний и средний ряд ).

2 Сбор нагрузок на фундаменты.

2.1 Фундамент крайнего ряда.

Горизонтальная нагрузка от крана 0,005 1440 =72 кН

Момент на фундаменте М= 10 1440 = 0,72 МНм

2.2 Фундамент среднего ряда

Горизонтальная нагрузка от крана 0,05 2880 = 144 кН

Момент на фундаменте М= 10 1,44 = 1,44 Мпа

3 Инженерно-геологические условия площадки строительства.

3.1 Определение физико-механических характеристик грунтов площадки строительства.

1 СЛОЙ - Песок крупнозернистый

а) Коэффициент пористости

е = (z_s - z_d ) / z_d = (2660 - 1606 ) / 1606 = 0.66

z_d = z / ( 1 + w ) = 1950 / ( 1 + 0.214 ) = 1606

Песок крупнозернистый средней плотности

б) Степень влажности

S_r = w z_s / ( e z_w ) = 0.214 2660 / ( 0.66 1000 ) = 0.86

в) Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды

g_sw = ( g_s - g_w ) / (1 + e ) = (2660 - 1000 ) / ( 1 + 0.66 ) =1000

Песок крупнозернистый средней плотности,влажный j = 38 С - нет E₀ = 30

2 СЛОЙ - Песок крупнозернистый

а) Коэффициент пористости

е = (z_s - z_d ) / z_d = (2680 - 1522 ) / 1522 = 0.76

z_d = z / ( 1 + w ) = 1800 / ( 1 + 0.183 ) = 1522

Песок крупнозернистый в рыхлом состоянии

б) Степень влажности

S_r = w z_s / ( e z_w ) = 0.183 2680 / ( 0.76 1000 ) = 0.65

в) Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды

g_sw = ( g_s - g_w ) / (1 + e ) = (2680 - 1000 ) / ( 1 + 0.76 ) = 954,5

Песок крупнозернистый в рыхлом состоянии,влажный j - нет С - нет E₀ - нет

3 СЛОЙ - Песок среднезернистый

а) Коэффициент пористости

е = (z_s - z_d ) / z_d = (2670 - 1590 ) / 1590 = 0.68

z_d = z / ( 1 + w ) = 1860 / ( 1 + 0.17 ) = 1590

Песок среднезернистый средней плотности

б) Степень влажности

S_r = w z_s / ( e z_w ) = 0.17 2670 / ( 0.68 1000 ) = 0.67

в) Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды

g_sw = ( g_s - g_w ) / (1 + e ) = (2670 - 1000 ) / ( 1 + 0.68 ) = 994

Песок среднезернистый средней плотности ,влажный j = 38 С - нет E₀ = 25

4 СЛОЙ - Суглинок

а) Число пластичности

J_p = W_l - W_p = 0.219 - 0.100 = 0.119

б) Показатель консистенции

J_l = ( W - W_p ) / ( W_l - W_p ) = ( 0.193 -0.100 ) / ( 0.219 - 0.100 ) = 0.78

Суглинок текуче-пластичный

в) Коэффициент пористости

е = (z_s - z_d ) / z_d = (2700 - 1685 ) / 1685 = 0.6

z_d = z / ( 1 + w ) = 2010 / ( 1 + 0.193 ) = 1685

Суглинок текуче-пластичный

j = 19 С = 25 E₀ = 17

5 СЛОЙ - Суглинок

а) Число пластичности

J_p = W_l - W_p = 0.299 - 0.172 = 0.127

б) Показатель консистенции

J_l = ( W - W_p ) / ( W_l - W_p ) = ( 0.15593 -0.172 ) / ( 0.299 - 0.172 ) = - 0,13

Суглинок твердый

в) Коэффициент пористости

е = (z_s - z_d ) / z_d = (2730 - 1610 ) / 1610 = 0.7

z_d = z / ( 1 + w ) = 1860 / ( 1 + 0.155 ) = 1610

Суглинок твердый

j = 23 С = 25 E₀ = 14

Сводная таблица физико-механических свойств грунта

3.2 Определение отметки планировки земли

Данные о напластовании грунтов по осям «А» и «Б»

Отметку планировки земли DL назначаем исходя из минимума земляных работ на площадке.

DL = ( H_{скв 1} + Н_{скв 2} ) / 2 = ( 134,2 + 134,6 ) / 2 = 134,4 м.

Относительно уровня чистого пола DL = -0,1 м., тогда абсолютная отметка пола составит 134,5 м.

По данным наплоставания грунтов строим инженерно-геологический разрез по оси скважин 1 и 2.

3.3 Выводы

В целом площадка пригодна для возведения здания . Рельеф площадки ровный с небольшим уклоном в сторону скважины 1. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов ( уклон кровли грунта не превышает 2 % ). Подземные воды расположены на достаточной глубине.

В качестве несущего слоя для фундамента на естественном основании может быть принят 1 слой - песок крупнозернистый. 2 слой песка по своему состоянию ( е = 0,76 ) песок рыхлый ( е > 0,7 ). Нормы проектирования не допускают использования в качестве естественного основания песчанных грунтов в рыхлом состоянии без их предварительного уплотнения.

В качестве альтернативного варианта может быть рассмотрен свайный фундамент с заглублением свай в 5 слой - суглинок твердый. 2 слой - не может быть использован, потому что песок находится в рыхлом состоянии. 3 слой - не рационально использовать, так как он рыхлее 1 слоя. 4 слой - Суглинок - находится в текуче-пластичном состоянии ( 0.75 < J_l =0.78 < 1 ). 5 слой -Суглинок ( J_l < 0 ) находится в твердом состоянии и может выступать в качестве несущего слоя.

4 Проектирование фундамента на естественном основании

4.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента.

Согласно СНиП 2.02.01-83 (п.2.29а) глубина заложения фундамента на крупных песках не зависит от глубины промерзания. Глубину заложения фундамента принимаем из конструктивных соображений.

4.2 Определение размеров подошвы фундамента.

Расчетное сопротивление грунта в основании

R = (g_c1 g_c2 / k) ( M_g K_z b g₁₁ + M_g d₁ g₁₁^{`</sup> + ( M<sub>g</sub> - 1 ) d<sub>b</sub> g<sub>11</sub><sup>`} + M_c c₁₁ )

g_c1 = 1.4 g_c2 = 1 К = 1,1

при j = 38 М_g = 2,11 М_g = 9.44 M_c = 10.8

K_z = 1 b = 2.5

g₁₁ = 1000 g₁₁^` = 1000 c₁₁ = 0

d₁ = 2 м d_b = 0

R = ( 1.4 1 / 1.1 ) ( 2.11 1 2.5 1000 + 9.44 2 1000 + 0 + 0 ) = 1.27 ( 5275 + 18880 ) = 307 кПа

задаемся L/b = 1.5

а) Крайний ряд

A_ф = N / ( R - g d ) = 2.34 / ( 0.307 - 0.02 2 ) = 8.76 м²

Увеличиваем на 20 % получаем А_ф = 10,5 м²

Принимаем размеры фундамента 2,5 на 4,0 м (А_ф = 10 м² )

Конструирование фундамента

при R^бетона = 0,19 Мпа

и при марке М 100

a = 31 tg a = 0.61

h = ( b - b₀ ) / 2 tg a =

= (4.0 - 1.2 ) / 2 0.61 = 2.4 м

Необходимо принять в качестве несущего слоя 2 слой - песок крупнозернистый, но так как он находится в рыхлом состоянии ( е = 0,76 ) необходимо выполнить мероприятия по его уплотнению.

( е^max = 0.65 ) j = 38 E = 30 C - нет

пересчитываем расчетное сопротивление

R = ( 1.4 1 / 1.1 ) ( 2.11 1 2.5 1000 + 9.44 2,4 1000 + 0 + 0 ) = 1.27 ( 5275 + 22656) = 354,72 кПа

A_ф = N / ( R - g d ) = 2.34 / ( 0.354 - 0.02 2 ) = 7,5 м²

Увеличиваем на 20 % получаем А_ф = 9 м²

Оставляем размеры фундамента 2,5 на 4,0 м (А_ф = 10 м² )

V_ф = 0,7 1,2 0,4 + 0,5 ( 1,6 1,1 + 2,4 1,5 + 3,2 1,9 + 4 2,5) = 11,06 м³

V_гр = 2,5 4 2,4 - 11,06 = 12,94 м³

G_ф = 11,06 2400 = 0,265 МН

G_гр = 12,94 1900 = 0,246 МН

Р ^{max ( min )} = ( N + G_ф + G_гр ) / А ± М / W = ( 2.34 + 0.265 + 0.246 ) / 10 ± 0.72 / 6.67 = 0.40 ( 0.18 ) Мпа

W = b L² / 6 =2.5 4² / 6 = 6.67 м³

Р ^max £ 1,2 R

0.4 Мпа £ 0,42 Мпа

Р_ср = 0,29 £ R = 0.354

б) Средний ряд

A_ф = N / ( R - g d ) = 3,98 / ( 0.307 - 0.02 2 ) = 14,9 м²

Увеличиваем на 20 % получаем А_ф = 17,9 м²

Принимаем размеры фундамента 3,5 на 5,0 м (А_ф = 17,5 м² )

Конструирование фундамента

пересчитываем расчетное сопротивление

R = ( 1.4 1 / 1.1 ) ( 2.11 1 3.5 1000 + 9.44 2,4 1000 + 0 + 0 ) = 1.27 ( 7385 + 22656) = 380 кПа

A_ф = N / ( R - g d ) = 3,98 / ( 0.38 - 0.02 2 ) = 11,64 м²

Увеличиваем на 20 % получаем А_ф = 14 м²

Оставляем размеры фундамента 3,5 на 5,0 м (А_ф = 17,5 м² )

V_ф = 0,7 1,2 0,4 + 0,5 ( 2 1,3 + 3 1,9 + 4 2,5 +5 3,5 ) = 18,236 м³

V_гр = 3,5 5 2,4 - 18,236 = 23,764 м³

G_ф = 18,236 2400 = 0,437 МН

G_гр = 23,764 1900 = 0,452 МН

Р ^{max ( min )} = ( N + G_ф + G_гр ) / А ± М / W = ( 3,98 + 0.437 + 0.452 ) / 17,5 ± 1,92 / 14,6 = 0.41 ( 0.15 ) МПа

W = b L² / 6 = 3.5 5² / 6 = 14,6 м³

Р ^max £ 1,2 R

0,41 МПа £ 0,46 МПа

Р_ср = 0,28 £ R = 0.38

4.3 Расчет осадки фундамента по методу послойного

суммирования осадок.

Вся толща грунтов ниже подошвы фундамента разбивается на отдельные слои толщиной 0,2 b_f

Для подошвы каждого слоя определяется :

- дополнительное напряжение от нагрузки на фундамент

s_{zp i} = a_i + P₀ Р₀ = Р - s_{zg 0}

- природное напряжение от собственного веса грунта

s_{zg i} = s_{zg i -1} +H_i g_i

Если s_{zp i} < 0,2 s_{zg i} то нижняя граница сжимаемой толщи грунтов основания принимается расположенной на уровне подошвы i - го слоя. В противном случае принимается i = i + 1 и продолжается поиск границы сжимаемой толщи грунтов.

Расчет осадки фундаментов производим в табличной форме, как сумму осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи грунтов основания.

а) Крайний ряд ( ось «А» , скв.1 )

0,2 b_f = 0,2 2,5 = 0,5 м

s_{zp i} = a_i + P₀ Р₀ = Р - s_{zg 0} = 290 - 45,6 = 244,4

s_{zg 0} = g d = 1900 2.4 = 45.6

s_{zg i} = s_{zg i -1} +H_i g_i

Осадка фундамента S = 0.8 21,8 = 17,44 мм. < 80 мм.

Граница сжимаемой толщи грунта на отм.126,00 м.

(мощность сжимаемой толщи грунтов 6 м. ).

При наличии в сжимаемой толще грунта меньшей прочности, чем вышележащие слои, необходимо проверить условие

s_zp + s_zg £ R_z

z = 5 м s_zp + s_zg = 35,44 + 140,6 = 176,04

R = ( 1.4 1 / 1.1 ) ( 0,47 1 8,25 2010 + 2,89 2,4 1860 + 0 + 5,48 25 ) = 1.27 ( 7794 + 12900 + 137 ) = 264 кПа

b_z = A_z + a² - a = 80.4 + 0.75² - 075 = 8.25

A_z = N / s_zp = 2.85 / 35.44 = 80.4

a = ( L - b ) / 2 = ( 4 - 2.5) / 2 = 0.75

s_zp + s_zg = 176.04 кПа £ R_z = 264 кПа

Условие выполнилось

б) Средний ряд ( ось «Б» , скв.2 )

0,2 b_f = 0,2 3,5 = 0,7 м

s_{zp i} = a_i + P₀ Р₀ = Р - s_{zg 0} = 280 - 45,6 = 234,4

s_{zg 0} = g d = 1900 2.4 = 45.6

s_{zg i} = s_{zg i -1} +H_i g_i

Осадка фундамента S = 0.8 28.19 = 22.55 мм. < 80 мм.

Граница сжимаемой толщи грунта на отм.125,00 м.

(мощность сжимаемой толщи грунтов 7 м. ).

D S = 2.55 - 1.75 = 0.8 cм = 0,008 м

L = 18 м

D S / L = 0.008 / 18 = 0.00044 < 0.002

5 Проектирование свайного фундамента из забивных призматических свай (вариант 2)

В качестве несущего слоя выбираем 5 слой - Суглинок твердый. В этом случае минимальная длина свай равна 12 м. ( так как сваи должны быть заглублены в несущем слое не менее чем на 1 метр ). Принимаем сваи размером сечения 400 * 400 мм. Глубину заделки свай в ростверке принимаем 0,1 м. ( шарнирное сопряжение свай с ростверком ).

5.1 Расчет на прочность

а) Крайний ряд (скв. 1 )

Несущая способность сваи

F_d = g_c ( g_cr R A + U S g_cf f_i h_i )

g_c = 1 g_cr = 1 g_cf = 1

R = 10740 кПа А = 0,16 м² U = 1.6 м

F_d = 1 ( 1 10740 0,16 + 1,6 ( 1 38,5 1,4 + 46,8 1,2 + 53 1,2 + 56,3 2 + 59,5 0,5 + + 9 2 + 9 1,7 +66,4 1,9 ) = 2,48 МН

Определяем число свай

n = g_r N / F_d = 1.4 2.34 / 2.48 = 1.32

Принимаем 2 сваи

Определяем нагрузку на 1 сваю

V_р = 0,4 ( 0,7 1,2 + 0,7 2,3 ) = 0,98 м³

V_гр = 0,8 0,7 2,3 - 0,98 = 0,31 м ³

G_р = 0,98 2400 = 23 кН

G_гр = 0,31 1900 = 0,6 кН

N_d = 2.34 + 0.023 + 0,006 = 2,37 МН

N = N_d /n ± M_x y / S y_i² ± M_y x / S x_i² =

= 2.37 / 2 ± 0.72 0.8 / 0.8² + 0.8² = 1.64 (0.74 )

y = 0

N = 1.64 МН £ F_d / g_r = 2.48 / 1.4 = 1.77 МН

б) Средний ряд (скв. 2 )

Несущая способность сваи

F_d = g_c ( g_cr R A + U S g_cf f_i h_i )

g_c = 1 g_cr = 1 g_cf = 1

R = 10740 кПа А = 0,16 м² U = 1.6 м

F_d = 1 ( 1 10740 0,16 + 1,6 ( 36,75 0,9 + 46,2 2 + 51,5 0,6 + 56,6 2 + 58,6 1,8 + + 9 2 + 9,1 1,5 + 68,1 1,1 ) = 2,49 МН

Определяем число свай

n = g_r N / F_d = 1.4 3,98 / 2.49 = 2,49

Принимаем 3 сваи

Определяем нагрузку на 1 сваю

V_р = 0,4 ( 0,7 1,2 + 2,3 2,3 ) = 2,45 м³

V_гр = 0,8 2,3 2,3 - 2,45 = 1,78 м ³

G_р = 2,45 2400 = 59 кН

G_гр = 1,78 1900 = 34 кН

N_d = 3,98 + 0.059 + 0,034 = 4,1 МН

N = N_d /n ± M_x y / S y_i² ± M_y x / S x_i² =

= 4,1 / 3 ± 1,99 0.8 / 0.8² + 0.8² ± 0,72 0.8 / 0.8² + 0.8² + 0.8² = 2,87 ( -0,13 )

N = 2,87 МН > F_d / g_r = 2.49 / 1.4 = 1.78 МН

Необходимо увеличить количество свай до 4

N = N_d /n ± M_x y / S y_i² ± M_y x / S x_i² =

= 4,1 / 4 ± 1,99 0.8 / 4 0.8² ± 0,72 0.8 / 4 0.8² = 1,88 ( -0,19 )

N = 1,88 МН > F_d / g_r = 2.49 / 1.4 = 1.78 МН

Необходимо увеличить расстояние между сваями

N = N_d /n ± M_x y / S y_i² ± M_y x / S x_i² =

= 4,1 / 4 ± 1,99 1 / 4 1² ± 0,72 1 / 4 1² = 1,71 ( 0,35 )

N = 1,71 МН £ F_d / g_r = 2.49 / 1.4 = 1.78 МН

5.2 Расчет свайного фундамента по деформациям

j _11,mt = S j _11,i h_i / S h_i

а) Крайний ряд ( скв. 1 )

j _11,mt = S j _11,i h_i / S h_i = ( 38 1.4+ 0 + 38 2.5 + 19 3.7 + 23 1.9 ) / ( 2.2 + 2.4 + 2.5+ + 3.7 + 1.9 ) = 22

L = h tg ( j _11,mt / 4 ) = 11.9 tg 5.5 = 11.9 0.096 = 1.14

b = 2 a + 2 0.4 + 1.2 = 4.28 м

б) Средний ряд ( скв. 2 )

j _11,mt = S j _11,i h_i / S h_i = ( 38 0,9+ 0 + 38 3,8 + 19 3.5 + 23 1.1 ) / ( 2.2 + 2.4 + 2.5+ + 3.7 + 1.9 ) = 22,7

L = h tg ( j _11,mt / 4 ) = 11.9 tg 5.7 = 11.9 0.0998 = 1.19

b = 2 a + 2 0.4 + 1.6 = 4.78 м

Определение осадки

а) Крайний ряд ( ось «А» , скв. 1 )

V_усл.ф = 4,28 2,98 12,7 = 161,98 м³

G_усл.ф = 161,98 20 кН/м³ = 3240 кН

N = 1640 2 = 3280 кН

Р_ср = ( G + N ) / A = ( 3240 + 3280 ) / 4.28 2.98 = 511.4 кПа

Расчетное сопротивление грунта в основании

R = (g_c1 g_c2 / k) ( M_g K_z b g₁₁ + M_g d₁ g₁₁^{`</sup> + ( M<sub>g</sub> - 1 ) d<sub>b</sub> g<sub>11</sub><sup>`} + M_c c₁₁ )

g_c1 = 1.4 g_c2 = 1 К = 1,1

при j = 23 М_g = 0,69 М_g = 3,65 M_c = 6,24

K_z = 1 b = 2.98

g₁₁ = 1860 g₁₁^` = 2010 c₁₁ = 25

d₁ = 12,7 м d_b = 0

R = ( 1.4 1 / 1.1 ) ( 0,69 1 2,98 1860 + 3,65 12,7 2010 + 0 + 6,24 25 ) = 1.27 ( 3825 + 93174 + 156 ) = 1233,9 кПа

Р_ср = 511,4 кПа < R = 1233.9 кПа

0,2 b_f = 0,2 4,28 = 0,8 м

Р₀ = Р - s_{zg 0} = 511,4 - 241,3 = 270,1

s_{zg 0} = g d = 1900 12.7 = 241,3

s_{zg i} = s_{zg i -1} +H_i g_i

s_{zp i} = a_i + P₀

Осадка фундамента S = 0.8 84,22 = 67,38 мм. < 80 мм.

Граница сжимаемой толщи грунта на отм.113,00 м.

(мощность сжимаемой толщи грунтов 8 м. ).

б) Средний ряд ( ось «Б», скв. 2 )

V_усл.ф = 4,78 4,78 12,7 = 290,17 м³

G_усл.ф = 290,17 20 кН/м³ = 5804 кН

N = 1710 4 = 6840 кН

Р_ср = ( G + N ) / A = ( 5804 + 6840 ) / 4.78 4,78 = 553,39 кПа

Расчетное сопротивление грунта в основании

R = (g_c1 g_c2 / k) ( M_g K_z b g₁₁ + M_g d₁ g₁₁^{`</sup> + ( M<sub>g</sub> - 1 ) d<sub>b</sub> g<sub>11</sub><sup>`} + M_c c₁₁ )

g_c1 = 1.4 g_c2 = 1 К = 1,1

при j = 23 М_g = 0,69 М_g = 3,65 M_c = 6,24

K_z = 1 b = 4,78

g₁₁ = 1860 g₁₁^` = 2010 c₁₁ = 25

d₁ = 12,7 м d_b = 0

R = ( 1.4 1 / 1.1 ) ( 0,69 1 4,78 1860 + 3,65 12,7 2010 + 0 + 6,24 25 ) = = 1.27 ( 6134,65 + 93174 + 156 ) = 1263,2 кПа

Р_ср = 553,39 кПа < R = 1263,2 кПа

0,2 b_f = 0,2 4,78 = 0,9 м

Р₀ = Р - s_{zg 0} = 553,39 - 241,3 = 312,09

s_{zg 0} = g d = 1900 12.7 = 241,3

s_{zg i} = s_{zg i -1} +H_i g_i

s_{zp i} = a_i P₀

Осадка фундамента S = 0.8 72,41 = 57,93 мм. < 80 мм.

Граница сжимаемой толщи грунта на отм.115,40 м.

(мощность сжимаемой толщи грунтов 6,3 м. ).

D S = 67,38 - 57,93 = 0.95 cм = 0,0095 м

L = 18 м

D S / L = 0.0095 / 18 = 0.00052 < 0.002

Экономическое сравнение вариантов

ВЫВОД : Экономически целесообразнее применить в данных условиях свайный фундамент.

Список литературы

1 СНиП 2.02.01-83 « Основания зданий и сооружений »

2 СНиП 2.02.03-85 « Свайный фундамент »

3 СНиП 2.02.02-83 « Нагрузки и воздействия »

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

Ижевский Государственный Технический Университет

Кафедра «Геотехника и строительные материалы»

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине

«Основания и Фундаменты»

Выполнил : Павлов К.В. группа 8-10-2

Проверил: Турчин В.В

ИЖЕВСК 1998