Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий 3

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра оснований и фундаментов

Курсовая работа на тему:

«Проектирование оснований и фундаментов

гражданских зданий».

Преподаватель Скворцов С.Я.

Студент гр. №127 Репьёва О.М.

Нижний Новгород – 2009 г.

Содержание.

Задание

Содержание

Введение

1. Обработка результатов исследований физико-механических свойств грунтов.

1.1 ИГЭ №1.

1.2. ИГЭ №2.

1.3. ИГЭ №3.

1.4. Свободная ведомость физико-механических свойств грунтов.

2. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

2.1. Определение расчетной глубины промерзания грунта.

2.2. Инженерно-геологический разрез, приведенный для строительства.

2.3. Краткая оценка инженерно-геологических условий площадки

строительства.

2.4. Выбор глубины заложения фундаментов.

3. Нагрузки, действующие на фундамент.

Выбор расчетных сечений и определение грузовых площадей.

Постоянные нагрузки, действующие на 1 м грузовой площади.

Нормативные нагрузки от собственного веса стен.

Расчетные нагрузки от собственного веса стен.

Временные нагрузки.

Снеговая нагрузка.

Нагрузки на перекрытия.

3.6. Нагрузки, действующие в расчетных сечениях.

4. Варианты конструктивного решения основания и фундаментов.

Определение ширины подошвы ленточного фундамента.

Конструирование ленточного фундамента и сборных ж/б элементов.

Проверка напряжений под подошвой фундамента.

5. Определение осадки грунтового основания методом послойного суммирования.

6. Фундаменты на забивных призматических сваях.

Выбор конструкции и длины сваи.

Нагрузка, допускаемая на сваю.

7. Технико-экономическое сравнение вариантов.

Литература.

Введение.

В соответствии с заданием необходимо запроектировать административное здание в городе Архангельск. Здание восьмиэтажное. Наружные стены выполнены из глиняного кирпича толщиной 680 мм, внутренние стены – из силикатного кирпича толщиной 380 мм. Кровля здания плоская. Подвальное помещение расположено на отметке -2500 мм.

На участке строительства пробурено три скважины, каждая из которых прошла два слоя и заглубилась в третий. Длина скважины 15 м. Первый слой грунта испытан в полевых условиях методом штампа, второй и третий – в лаборатории.

1. Обработка результатов исследования физико-механических свойств грунтов.

1.1. Инженерно-геологический элемент №1 (ИГЭ №1).

1) Определяем тип песчаного грунта по гранулометрическому составу:

Песок средней крупности, так как содержание частиц более

(табл. 2.1 [6]).

2) Коэффициент пористости:

Пески рыхлого сложения, так как (табл. 2.3 [6]).

3) Степень влажности:

Песок маловлажный, так как (табл. 2.2 [6]).

4) Плотность сухого грунта:

5) Полная влагоемкость:

6) Расчетное сопротивление грунта для назначения предварительных размеров

фундамента не нормируется.

7) Модуль деформации грунта:

где – безразмерный коэффициент, учитывающий форму штампа,

– диаметр штампа,

– коэффициент Пуассона (для песков),

где – приращение давления на штамп между двумя точками, взятыми на осредненном прямолинейном участке .

– давление от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента;

- давление, соответствующее конечной точке прямолинейного участка грунта.

где – осадка штампа, соответствующая давлению ,

– осадка штампа, соответствующая давлению .

Рис.1 График испытаний первого слоя грунта штампом.

1.2. Инженерно-геологический элемент №2 (ИГЭ №2).

Требуется вычислить необходимые физические характеристики грунта в дополнении к определенным в геотехнической лаборатории. Определить тип грунта и его расчетное сопротивление. Тип грунта определяем по числу пластичности

(табл. 2.4 [6]).

1) Число пластичности:

где – влажность на границе текучести,

– влажность на границе раскатывания.

– грунт суглинок, так как (табл. 2.4 [6]).

2) Показатель текучести:

где – природная влажность грунта в процентах.

– суглинок твердый, так как (по табл. 2.5 [6]).

3) Плотность сухого грунта:

где – плотность грунта природного сложения.

.

4) Коэффициент пористости:

где – плотность частиц грунта.

.

5) Степень влажности:

где – плотность воды.

6) Полная влагоёмкость:

.

7) Расчетное сопротивление грунта для назначения предварительных размеров подошвы фундамента по табл. 3.1 [6].

Компрессионные испытания:

– коэффициент сжимаемости грунта:

– компрессионный модуль деформации:

где – безразмерный коэффициент.

– приведенный модуль деформации:

где – корректирующий коэффициент. Для суглинков .

.

Рис.2. График компрессионного испытания ИГЭ №2.

1.3. Инженерно-геологический элемент №3 (ИГЭ №3).

Требуется вычислить необходимые физические характеристики грунта в дополнении к определенным в геотехнической лаборатории. Определить тип грунта и его расчетное сопротивление.

1) Число пластичности:

где – влажность на границе текучести,

– влажность на границе раскатывания.

– грунт глина, так как по табл.2.4 [6].

2) Показатель текучести:

где – природная влажность грунта в процентах.

– глина полутвердая, так как по табл. 2.5 [6]

3) Плотность сухого грунта:

где – плотность грунта природного сложения.

.

4) Коэффициент пористости:

где – плотность частиц грунта.

.

5) Степень влажности:

где – плотность воды.

6) Полная влагоёмкость:

.

7) Расчетное сопротивление грунта для назначения предварительных размеров подошвы фундамента по табл. 3.1 [6].

Компрессионные испытания:

– коэффициент сжимаемости грунта:

– компрессионный модуль деформации:

где – безразмерный коэффициент.

– приведенный модуль деформации:

где – корректирующий коэффициент. Для глин .

.

Рис.3. График компрессионного испытания ИГЭ №3.

1.4. Свободная ведомость физико-механических свойств грунтов.

2. Оценка инженерно-геологических условий

участка застройки.

2.1. Определение расчетной глубины промерзания грунта.

1) Нормативная глубина промерзания:

где (для песков).

– безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений отрицательных среднемесячных температур за зиму.

2) Расчетная глубина промерзания:

где – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружений при температуре подвала равной 5⁰С.

C учетом глубины промерзания грунта определяют глубину заложения фундамента.

2.3. Краткая оценка инженерно – геологических условий площадки строительства.

Участок строительства расположен в городе Архангельск, рельеф участка относительно ровный с определенным уклоном, на участке строительства выполнена планировка. Разрез участка представлен следующими инженерно – геологическими элементами:

ИГЭ №1.

Песок средней крупности, толща 1,7 м, который может быть использован в качестве естественного основания для фундамента здания.

Ro - не нормируется

ИГЭ №2.

Суглинок твёрдый, толща 6,3 м, который может быть использован в качестве естественного основания для фундамента здания.

ИГЭ №3.

Глина полутвердая.

2.4. Выбор глубины заложения фундамента.

При выборе глубины заложения фундамента следует учитывать:

1) расчетная глубина промерзания грунта должна быть меньше глубины заложения;

2) конструктивные особенности здания (наличие подвала или технического подполья), отметка подошвы фундамента должна быть не менее, чем на 0,5 м. ниже отметки пола подвала;

3) инженерно-геологические условия участка строительства, фундамент здания должен упираться на один и тот же грунт;

4) гидрогеологические условия площадки (вскрыты или не вскрыты грунтовые воды).

3. Нагрузки, действующие на фундамент.

Расчет оснований и фундаментов производится по двум группам предельных состояний.

По 1- ой группе предельных состояний:

Определяем несущую способность свайного фундамента, проверяем прочность конструкции фундамента и устойчивость основания. Расчет производится по расчетным усилиям с коэффициентом надежности>1.

По 2- ой группе предельных состояний:

Определяем размер подошвы ленточного фундамента и осадки основания. Расчет ведется по расчетным усилиям с коэффициентом надежности=1.

3.1. Выбор расчетных сечений и определение грузовых площадей.

Сечение 1 – 1: Наружная несущая стена:

Сечение 2 – 2: Наружная самонесущая стена:

Сечение 3 – 3: Внутренняя несущая стена:

Сечение 4 – 4: Наружная несущая стена:

Сечение 5 – 5 :Внутренняя несущая стена:

Сечение 6 – 6: Наружная стена, несущая элементы лестницы:

Сечение 7 – 7: Внутренняя стена, несущая элементы лестницы:

3.2. Постоянные нагрузки, действующие на 1 м² грузовой площади.

где – коэффициент надежности по нагрузке (табл.1 [5]).

3.3. Нормативные нагрузки от собственного веса кирпичных стен.

1. Наружные стены без проемов.

2. Внутренние стены без проемов.

3. Стены наружные с проемами.

Стена по оси А.

, где - суммарная площадь окон по стене на этаже.

, где 0,7 – вес 1м² оконного остекления.

Стена по оси Г.

, где - суммарная площадь окон по стене на этаже.

, где 0,7 – вес 1м² оконного остекления.

Стены по осям 1 и 6 одинаковы, поэтому рассматриваем одну из них:

, где - суммарная площадь окон по стене на этаже.

, где 0,7 – вес 1м² оконного остекления.

3.4. Расчетные нагрузки от собственного веса стен.

3.5. Временные нагрузки.

Нагрузки на перекрытие и снеговая нагрузки согласно СНиП 2.01.85 «Нагрузки и воздействия» могут относиться к длительным и кратковременным. При расчете по

I-ой группе предельных состояний – учитываются как кратковременные, а по II-ой группе предельных состояний – как длительные.

Для определения длительных нагрузок берем пониженное нормативное значение, для определения кратковременных – полное нормативное значение.

Длительные нагрузки берем с коэффициентом сочетания , кратковременные с коэффициентом сочетания

3.5.1. Снеговая нагрузка.

а) для расчета по II-ой группе предельных состояний:

где – расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли для IV-го снегового района;

– коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Нормативная нагрузка от снега на 1 м² покрытия здания:

Пониженное расчетное значение снеговой нагрузки:

Расчетное значение длительной снеговой нагрузки:

где – коэффициент надежности по нагрузке по II-ой группе предельных состояний;

– коэффициент сочетания в основном сочетании для длительных нагрузок.

б) для расчета фундаментов по I-ой группе предельных состояний:

Расчетное значение кратковременной снеговой нагрузки:

– коэффициент сочетания в основном сочетании для длительных нагрузок.

3.5.2. Нагрузки на перекрытия.

а) для расчетов оснований по II-ой группе предельных состояний:

Пониженное значение нормативной нагрузки:

- междуэтажные перекрытия административного здания

- коридоры, лестницы, фойе

Расчетная длительная нагрузка.

где – коэффициент надежности по нагрузке по II-ой группе предельных состояний;

– коэффициент сочетания в основном сочетании для длительных нагрузок.

- междуэтажные перекрытия административного здания

- коридоры, лестницы, фойе

б) для расчетов оснований по I-ой группе предельных состояний:

Полное значение нормативной нагрузки:

- междуэтажные перекрытия административного здания

- коридоры, лестницы, фойе

Расчетное значение длительной нагрузки:

где – коэффициент надежности по нагрузке по I-ой группе предельных состояний;

– коэффициент сочетания в основном сочетании для длительных нагрузок;

– коэффициент сочетания, определяемый по формуле:

где – коэффициент сочетания, принимаемый для ленточных фундаментов;

– количество перекрытий, на которые действуют данная нагрузка.

- Для административных помещений

- для лестниц

3.6. Нагрузки, действующие в расчетных сечениях.

* сечение 3-3:

междуэтажные перекрытия

по II гр. пред. сост. 4,1∙(3,150 + 1,560)∙8 = 154,49 кН;

по I гр. пред. сост. 4,6∙(3,150 + 1,560)∙8 = 173,33 кН;

перегородки

по II гр. пред. сост. 0,3∙3,150∙8 = 7,56 кН;

по I гр. пред. сост. 0,36∙3,150∙8 = 9,07 кН;

снег

по II гр. пред. сост. (3,150 + 1,560)∙0,798 = 3,75 кН;

по I гр. пред. сост. (3,150 + 1,560)∙2,16 = 10,17 кН;

служебные помещения

по II гр. пред. сост. 3,150∙0,665∙8 = 16,76 кН;

по I гр. пред. сост. 3,150∙1,322∙8 = 33,31 кН;

лестницы и коридоры

по II гр. пред. сост. 1,560∙0,95∙8 = 11,86 кН;

по I гр. пред. сост. 1,560∙1,983∙8 = 24,75 кН

4. Варианты конструктивного решения основания и фундаментов.

Для сравнения принимаем следующие варианты фундаментов:

1) сборный ленточный на естественном основании;

2) свайный фундамент.

Для сравнения выбираем сечение с максимальной нагрузкой и .

4.1. Определение ширины подошвы ленточного фундамента.

Рис. 4.1. Расчетная схема к определению ширины подошвы фундамента.

Ширину подошвы фундамента определяем по формуле: (м) (4.1), где

- расчетная нагрузка по 2 предельному состоянию, действующая на обрезе фундамента.

- среднее значение веса грунта и материала на его уступах.

- глубина заложения фундаментов.

- расчетное сопротивление грунта, расположенное под подошвой фундамента.

(кПа) (4.2), где

- коэффициент условия работы, принимаемый по табл. 3 СНиП «Основания зданий и сооружений».

- коэффициент, учитывающий способ определения характеристик прочности; – т.к. прочностные характеристики () определяются испытанием

M_γ , M_g , M_с– коэффициенты, принимаемые по табл.4 СНиПа 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» в зависимости от угла внутреннего трения; угол внутреннего трения ИГЭ №1 22º, тогда M_γ = 0,61; M_g = 3,44; M_с= 6,04;

- коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента ().

– удельный вес грунта под подошвой фундамента;

– удельный вес грунта выше подошвы фундамента.

– приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала до подошвы;

(м) (4.3), где

- толщина слоя грунта выше подошвы фундамент со стороны пола подвала.

- толщина конструкций пола подвала.

- расчетное значение удельного веса конструкций пола подвала.

- удельное сцепление грунта.

– глубина подвала.

Решая совместно уравнения 4.1 и 4.2 получаем:

(4.4), где (4.4),

Находим ширину подошвы фундамента в сечении.

Сечение 1-1.

Сечение 2-2.

Сечение 3-3.

Сечение 4-4.

Сечение 5-5.

Сечение 6-6.

Сечение 7-7.

4.1.1. Конструирование ленточного фундамента и сборных ж/б элементов.

Определив ширину фундамента, выбираем стандартную фундаментную плиту по ГОСТ 135-80-85, а по ГОСТ 135-79-79 в зависимости от толщины стены подбираем марку фундаментных блоков.

Сечение 1-1.

Принимаем плиту ФЛ 28.24:

Принимаем блок: ФБС 24.6.6-Т – 4 штуки; 200 мм – кирпичная кладка.

ФБС 24.6.6-Т:

Сечение 2-2.

Принимаем плиту ФЛ 28.24.

Принимаем блок: ФБС 24.6.6-Т – 4 штуки; 200 мм – кирпичная кладка.

Сечение 3-3.

Принимаем плиту ФЛ 28.24.

Принимаем блок: ФБС 24.4.6-Т – 4 штуки; 200 мм – кирпичная кладка.

ФБС 24.4.6-Т:

Сечение 4-4.

Принимаем плиту ФЛ 28.24.

Принимаем блок: ФБС 24.6.6-Т – 4 штуки; 200 мм – кирпичная кладка.

Сечение 5-5.

Принимаем плиту ФЛ 20.24:

Принимаем блок: ФБС 24.4.6-Т – 4 штуки; 200 мм – кирпичная кладка.

Сечение 6-6.

Принимаем плиту ФЛ 28.24.

Принимаем блок: ФБС 24.6.6-Т – 4 штуки; 200 мм – кирпичная кладка.

Сечение 7-7.

Принимаем плиту ФЛ 20.24.

Принимаем блок: ФБС 24.6.6-Т – 4 штуки; 200 мм – кирпичная кладка.

4.1.2. Проверка напряжений под подошвой фундамента.

Основное условие, которое должно выполняться при проектировании фундаментов , где - среднее давление под подошвой фундамента принятых размеров, находится по формуле (4.2).

где – нагрузка на обрезе фундамента;

– расчетное значение веса фундамента на 1 м.п.;

– расчетное значение веса грунта на уступах фундамента на 1 м.п.

– ширина подошвы фундамента в выбранном сечении.

где – вес плиты на 1 м.п.;

– вес фундаментного блока на 1 м.п.;

– вес кирпичной кладки на 1 м.п.

, где

Сечение 1-1.

кПа

Сечение 2-2.

Сечение 3-3.

Сечение 4-4.

Сечение 5-5.

Сечение 6-6.

Сечение 7-7.

5. Определение осадки грунтового основания методом послойного суммирования.

Выбираем сечение с максимальной нагрузкой . Сечение 3-3: .

1. Толща грунтов ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои , где – ширины подошвы фундамента в выбранном сечении.

2. Определяется расстояние от подошвы фундамента до верхней границы каждого слоя (м).

3. Определяется напряжение от собственного веса грунта, действующего в уровне подошвы фундамента .

4. Определяется напряжение от собственного веса грунта на границе выделенных элементарных слоев грунта .

5. Строится эпюра вертикальных напряжений от собственного веса грунта (эпюра ).

6. Определяется напряжение от собственного веса грунта на границе элементарных слоев.

7. Определяется дополнительное вертикальное напряжение на границе элементарных слоев

, где

по таблице СНиП «Основания зданий и сооружений».

8. Строим эпюру дополнительных вертикальных напряжений .

9. Определяется граница сжимаемой толщи .

10. Строим эпюру .

11. Определяем среднее напряжение в элементарных слоях .

12. Определяется величина осадки основания как сумма осадок элементарных слоев , где

– безразмерный коэффициент =0,8 для всех слоев;

– модуль деформации i-ого слоя грунта;

– дополнительное давление i-ого элементарного слоя.

При расчете осадки должно выполняться условие где – величина совместной деформации основания и сооружения определяется расчетом;

– предельное значение совместной деформации основания и сооружения.

.

6. Фундаменты на забивных призматических сваях.

6.1. Выбор конструкции и длины свай.

Длину сваи выбираем с учетом инженерно-геологических условий строительства и глубины заложения ростверка. Нижний конец сваи погружают на 1-2 метра в ниже лежащий более прочный слой грунта. Глубину заложения подошвы ростверка назначают в зависимости от конструктивных особенностей здания, то есть наличия подвала и высоты ростверка. Принимаем высоту ростверка 0,5 м, а расстояние от пола подвала до верха ростверка 0,2 м.

Рис.6.1. Расчетная схема к определению несущей способности сваи

Длину свай выбираем с учетом инженерно-геологических условий, глубины ростверка. Нижний конец сваи заглубляется на 1 – 2 м в нижележащий более плотный слой грунта. Глубина заложения подошвы ростверка назначается в зависимости от конструктивных особенностей и высоты ростверка. Принимаем высоту ростверка 0,5 м , расстояние от пола подвала до верха ростверка 0,2 м.

Принимаем призматические забивные сваи квадратного сечения ;

С6 – 30.

Несущая способность забивной висячей сваи определяется как сумма несущей способности сваи под острием и несущей способностью по боковой поверхности.

, где - коэффициент работы сваи в грунте.

, где - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи.

кПа – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи.

- площадь поперечного сечения.

кн.

, где - периметр сваи.

- коэффициент работы грунта на боковые поверхности.

- расчетное сопротивление элементарного слоя грунта на боковую поверхность.

- максимальная толщина элементарного слоя.

кн.

кн.

6.2. Нагрузка, допускаемая на сваю.

где – коэффициент надежности.

Предварительно принимаем шаг - однорядное расположение.

Расстояние между сваями:

где – допускаемая нагрузка на сваю;

– расчетная нагрузка с учетом веса ростверка и грунта на его уступах.

где – расчетная нагрузка на обрезе фундамента;

– расчетная нагрузка на 1 п.м:

, где

– вес грунта на уступах ростверка.

- однорядное расположение.

7. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов.

Виды работ, не включенные в расчет, одинаковы.

Вывод: более экономичным является сборный ленточный фундамент.

Литература.

1. ГОСТ 25100-96. Грунты. Классификация.-М.: Госстандарт, 1982.-18с.

2. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений / Госстрой СССР.-М.: Стройиздат, 1998.-40с.

3. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.-48с.

4. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой России.-М.: ГУП ЦПП. 2000.-76c.

5. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.-М. / Госстрой России.-М.: ГУП ЦПП, 2000.-76с.

6. Канаков Г.В., Прохоров В.Ю., Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий. Учебно-методическое пособие. Н. Новгород.: ННГАСУ.-70с.