Расчет и конструирование фундаментов на естественном основании

АннотацияКурсовой проект включает: 59 страницы, 19 рисунков, 6 таблиц, 6 источников, 1 лист (формата А1) графического материала.
Основания и фундаменты; физико-механические характеристики грунта; расчетное сопротивление основания; фундаменты мелкого заложения; свайные фундаменты; деформация основания.
Объектом курсовой работы является расчет оснований и фундаментов здания административного корпуса.
В результате работы над проектом установлены физико-механические характеристики грунтов и дано их наименование, определено расчетное сопротивление основания, выполнены расчеты фундаментов мелкого заложения и свайного.

Содержание. TOC \o "1-3" \h \z \u Аннотация PAGEREF _Toc77754333 \h 5Содержание. PAGEREF _Toc77754334 \h 6Введение PAGEREF _Toc77754335 \h 71.Посадка здания на местности PAGEREF _Toc77754336 \h 81.1.Привязка здания и оценка рельефа PAGEREF _Toc77754337 \h 81.2.Геологический профиль основания PAGEREF _Toc77754338 \h 92.Дополнительные расчетные сведения о грунтах основания PAGEREF _Toc77754339 \h 112.1.Определение дополнительных значений физико-механических характеристик грунтов основания PAGEREF _Toc77754340 \h 112.2.Общая оценка строительной площадки PAGEREF _Toc77754341 \h 133.Глубина заложения по конструктивным требованиям PAGEREF _Toc77754342 \h 143.1.Глубина заложения по конструктивным требованиям PAGEREF _Toc77754343 \h 143.2.Глубина заложения по условиям промерзания PAGEREF _Toc77754344 \h 144.Выбор вариантов конструкций фундаментов PAGEREF _Toc77754345 \h 155.Расчет ленточных фундаментов мелкого заложения PAGEREF _Toc77754346 \h 175.1.Определение размеров подошвы фундамента PAGEREF _Toc77754347 \h 175.2.Конструирование ленточного фундамента PAGEREF _Toc77754348 \h 205.2.1.Сборный фундамент PAGEREF _Toc77754349 \h 205.2.2.Сборно-монолитный фундамент PAGEREF _Toc77754350 \h 215.3.Расчет осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования PAGEREF _Toc77754351 \h 236.Расчет столбчатых фундаментов мелкого заложения PAGEREF _Toc77754352 \h 266.1.Определение размера подошвы столбчатого фундамента PAGEREF _Toc77754353 \h 266.2.Конструирование столбчатого фундамента PAGEREF _Toc77754354 \h 296.3.Расчет осадки столбчатого фундамента методом эквивалентного слоя PAGEREF _Toc77754355 \h 306.4.Расчет конечных осадок отдельных фундаментов с учетом их взаимного влияния PAGEREF _Toc77754356 \h 327.Проектирование котлована здания PAGEREF _Toc77754357 \h 338.Определение несущей способности одиночных свай PAGEREF _Toc77754358 \h 368.1.Расчёт несущей способности одиночной сваи-стойки на действие вертикальной нагрузки PAGEREF _Toc77754359 \h 368.2.Расчёт несущей способности одиночной висячей сваи на действие вертикальной нагрузки. PAGEREF _Toc77754360 \h 388.3.Расчёт несущей способности одиночной висячей сваи на действие горизонтальной нагрузки. PAGEREF _Toc77754361 \h 409.Проектирование свайного кустового фундамента PAGEREF _Toc77754362 \h 439.1.Выбор конструкции свайного кустового фундамента PAGEREF _Toc77754363 \h 439.2.Определение числа свай и размещение их в плане PAGEREF _Toc77754364 \h 459.3.Расчет осадки свайного кустового фундамента PAGEREF _Toc77754365 \h 4610.Проектирование свайного ленточного фундамента. PAGEREF _Toc77754366 \h 5010.1.Конструирование свайного ленточного фундамента PAGEREF _Toc77754367 \h 5010.2.Определение числа свай и размещение их в плане PAGEREF _Toc77754368 \h 5010.3.Расчет осадки свайного ленточного фундамента PAGEREF _Toc77754369 \h 5211.Расчет фундамента штамповочного паровоздушного молота. PAGEREF _Toc77754370 \h 5511.1.Расчет основания фундамента по несущей способности. PAGEREF _Toc77754371 \h 5511.2.Определение деформации основания PAGEREF _Toc77754372 \h 56Заключение. PAGEREF _Toc77754373 \h 58Список литературы PAGEREF _Toc77754374 \h 59
ВведениеПроектирование оснований и фундаментов является одной из наиболее сложных задач в строительстве, т.к. от оценки несущей способности основания, выбора конструкции подземной части сооружения, методов возведения фундаментов зависит в дальнейшем работа надфундаментой части зданий и сооружений. Сложность проектирования зависит от многих факторов: от многообразия грунтов и их свойств, условий их залегания, наличия или отсутствия подземных вод и т.д.
Проект фундамента является частью в составе сооружения, однако задачи проектирования оснований и фундаментов решаются отдельным блоком со своими исходными данными. Проектирование ведется по общим принципам и последовательности выполнения расчетов по двум предельным состояниям.
Конструкции фундаментов и оснований должны быть надежными, прочными, долговечными, отвечать всем требованиям нормативно-технической документации.
В курсовом проекте рассмотрены вопросы проектирования фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов под наружные стены и под железобетонные колонны 400 х 400 мм административного здания с жесткой конструктивной схемой, размерами L x B x H = 36 х 18 х 15 м.

Посадка здания на местностиПривязка здания и оценка рельефаГлавный фасад здания размещается по линии застройки с привязкой углов к строительной геодезической сети разбивочного плана М1:1000
Высотная привязка осуществляется из условий нулевого баланса земляных работ при планировке территории строительной площадки.
hpl=i=1nhin=34,19+34,13+34,26+34,294=34,22 мгде hi - высотные отметки поверхности рельефа для углов здания;
n – количество углов в здании
Высотные отметки hi поверхности рельефа для углов здания и по осям скважин №1 и 2 определяются по горизонталям плана строительной площадки из представления длины заложения между горизонталями в плане.
Из подобия треугольников находим абсолютные отметки углов здания.
По плану горизонталей определяют направление уклона местности и величину максимального уклона
imax=∆hlmin=0,2560=0,0042=4,2‰ - превышение отметок горизонталей, м;
- минимальное расстояние между горизонталями
Вывод: естественный рельеф местности пригоден для организации строительства с незначительной планировкой.

Рис.1 Посадка здания на местности.
Геологический профиль основанияГеологический профиль составляется по вертикальному разрезу в створе скважин 1–2.
По геологическому разрезу устанавливаются гидрогеологические условия основания при проектировании фундаментов и расчете их осадки.

Рис.2. Геолого-литологический разрез по створу скважины 1-2 площадки №5. Мв1:200 Мг:1000.

Дополнительные расчетные сведения о грунтах основанияОпределение дополнительных значений физико-механических характеристик грунтов основанияТаблица 1. Грунтовые условия строительной площадки №2 (по данным геологической скважины) для варианта грунтовых условий № 7.
№ варианта № слоя Грунт* Глубина от поверхности, м Расчетные значения характеристик с доверительной вероятностью а – 0,85
Слоев грунта Грунто-
вых вод γ, кН/м3 γs, кН/м3 ω ωр ωf φ° с, кПа Е, МПа υ
от до 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
7 1 1 0 0,9 1,8 - - - - - - - - -
2 7 0,9 2,8 17,8 26,6 0,26 - - 26 3 21 0,3
3 5 2,8 14,7 18,9 26,9 0,14 0,18 0,27 15 35 30 0,18
Грунты:
1 – почва каштановая, суглинистая;
7 – песок пылеватый, рыхлый
5 – суглинок легкий, плотный, полутвердый с галькой
1-ый слой. Почва каштановая, суглинистая – не пригодна в качестве основания под фундаменты.
2-ый слой. Песок пылеватый рыхлый.
Объемный вес сухого грунта:
γd=γ1+ω=17,81+0,26=14,13кНм3где где - удельный вес грунта, кН/м3
ω – влажность грунта, д.е.
Коэффициент пористости:
е=γs-γdγd=26,6-14,1314,13=0,88где γs – удельный вес частиц скелета грунта кН/м3.
Согласно ГОСТ 25100-2011 е=0,88>0,8, то песок по плотности сложения рыхлый.
Степень влажности песка определяем по формуле:
Sp=γs∙ωγω∙c=26,6∙0,2610∙0,88=0,79<0,8-песок влажный.Грунт находится ниже уровня грунтовых вод, поэтому определяем удельный вес грунта во взвешенном состоянии:
γsb=γs-γw1+е=26,6-101+0,88=8,83кН/м3Коэффициент относительной сжимаемости


Т.к. , следовательно, грунт малосжимаемый.
Расчетное сопротивление грунта основания для песка рыхлого влажного не нормируется. Поэтому применяем уплотнение основания до песка плотного с расчетным сопротивлением R0=200кПа.
3-ый слой. Суглинок легкий, плотный, полутвердый с галькой.
Объемный вес сухого грунта:
γd=γ1+ω=18,91+0,14=16,58кНм3Коэффициент пористости:
е=γs-γdγd=26,9-16,5816,58=0,62Разновидность глинистого грунта определяем по числу пластичности IP и по показателю текучести IL.
Число пластичности определяем как разность влажностей на границе текучести и на границе раскатывания:
Ip=ωL-ωp=0,27-0,18=0,09 (9%)Число пластичности лежит в пределах , следовательно, данный глинистый грунт имеет разновидность суглинок.
Показатель текучести:
IL=ω-ωpIp=0,14-0,180,09=-0,44следовательно, по ГОСТ 25100-2011 суглинок твердый легкий, плотный.
Грунт находится ниже уровня грунтовых вод и является водоупором, т.к. , поэтому определяем удельный вес грунта во взвешенном состоянии не определяем:
Коэффициент относительной сжимаемости


Т.к. , следовательно грунт малосжимаемый.
Расчетное сопротивление грунта основания Ro=270кПа при е=0,62 и IL=0 по приложению Б.3 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»
Общая оценка строительной площадкиСудя по плану горизонталей и геологическому профилю, площадка имеет спокойный рельеф с абсолютными отметками 34,05-34,45м (imax=4,2%),. Грунты имеют слоистое напластывание с согласным залеганием пластов, подземные коммуникации и выработки отсутствуют, подземные воды на глубине 1,8м от поверхности земли.
Грунты малосжимаемы (mv<0,1 МПа-1), незначительно различаются по сжимаемости и прочности, грунт суглинок имеет достаточно прочные характеристики по предварительной оценке (R0≥200кПа) и может служить естественным основанием здания. Слой песок пылеватый определен как рыхлый влажный. Поэтому применяем уплотнение основания до песка плотного с расчетным сопротивлением R0=200кПа.
При использовании свайных фундаментов в качестве несущего слоя рекомендуется использовать суглинок твердый легкий, плотный (обр.3). В этом случае свая будет работать по схеме свая висячая.
Глубина заложения по конструктивным требованиямГлубина заложения по конструктивным требованиямГлубина подвала dв=1,0 м.По конструктивным требованиям глубина заложения ленточных и столбчатых фундаментов определяется по формуле:
d>dв+h+0,1=1,0+0,5+0,1=1,6 м.где db = 1,0м - глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В>20м и глубиной свыше 2м принимается db = 2м
h = 0,5м– высота фундаментной плиты (h=0,3...0,5м)
0,1м – толщина пола, м.
Глубина заложения по условиям промерзанияПо условиям промерзания глубина заложения фундамента назначается с учетом района строительства, теплового режима здания и гидрогеологических Нормативная глубина сезонного промерзания для суглинков в районе г. Курск составит:
Нормативную глубину сезонного промерзания грунта определяем:
dfn=d0*Mt=0,28*21,3=1,29мгде d0 =0, 28м –для песков.
Mt - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе по СП 131.13330.2018 «Строительная климатология»» (для г.Курск)
Mt=( 7.3+6.9+1.4+0.5+5.2)=21.3.Расчетная глубина промерзания составит:
df=dfn*кh=1,29*0,5=0,65мгдеdfn - нормативная глубина промерзания
кh=0,5 – для здания с подвалом при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении 15С (таблица 2.2 прил.2 [1]).
Глубина расположения грунтовых вод dw=1,8м.
df+2,0м=0,65+2,0=2,65м>dw=1,8м,
следовательно глубина заложения фундамента не менее df (таблица 2.3 прил.2 [1]).
Учитывая все вышеизложенное, окончательно принимаем глубину заложения из конструктивных соображений d=1,6м>df=0,65м .

Рис. 3. К определению глубины заложения фундамента.
Выбор вариантов конструкций фундаментовДля сравнения задаемся вариантами ленточных фундаментов мелкого заложения со сборной или монолитной железобетонной плитой, столбчатых монолитных абсолютно жёстких и жёстких с гибкой плитой и вариантами свайных фундаментов с монолитным ростверком при однорядном и двухрядном размещении сваи (см. рис.4). Во всех вариантах фундаментов принимаем бетонные стеновые блоки подвала марки ФБС 24.5.6.

Рис.4. Варианты конструкций ленточных, столбчатых свайных фундаментов
а)– сборные железобетонные плиты и бетонные стеновые блоки ленточного фундамента; 
б) – монолитная железобетонная плита и бетонные стеновые блоки ленточного фундамента;
в) – абсолютно жёсткий монолитный железобетонный столбчатый фундамент; 
г) - жёсткий монолитный железобетонный столбчатый фундамент с гибкой плитой; 
д)– однорядный свайный фундамент с монолитным железобетонным ростверком и бетонными стеновыми блоками; 
е) - двухрядный свайный фундамент с монолитным железобетонным ростверком и бетонными стеновыми блоками.
Расчет ленточных фундаментов мелкого заложенияОпределение размеров подошвы фундаментаОриентировочно требуемая ширина подошвы ленточного фундамента определяется по формуле:
b1=fnR0-γm∙d=550200-20∙1,6=3,27 м.где fn – нормативная нагрузка на 1мп фундамента, кН/м;
R0- расчетное сопротивление грунта, вычисленное в уровне подошвы фундамента при b=1м и глубине заложения d=2м, кПа,
– среднее значение удельного веса грунта и материала кН/м3, допускается принимать
γm=20кНм3d= 1,6м - глубина заложения ленточного фундамента.
Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания при b=3,27 м
R=γc1⋅γc2k⋅Mγ⋅kz⋅b⋅γII+Mq⋅d1⋅γII`+Mq-1⋅dв⋅γII`+Mc⋅CIIгде γc1=1,25 для песков пылеватых влажных (табл. 5.4 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»)
γc2=1,16 – коэффициенты, условий работы, принимаемые (табл. 5.4 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»); для песка пылеватого влажного и сооружения с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения к его высоте ;
к – коэффициент, принимаемый равным: к=1, если прочностные характеристики грунта (φ и c) определены непосредственными испытаниями, и к=1,1, если они приняты по таблицам приложения. В курсовой принимаем к=1
Mγ=0,84, Mq=4,37, Mc=6,90 – коэффициенты, принимаемые по (табл. 5.5 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»); для φII =26°;
кz – коэффициент, принимаемый равным: при b<10м→кz =1;
b=3,27м – ширина подошвы фундамента;
γII – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3) на глубине 0,5b;
γII=hiγihi=0.2*17,8+1,0*8,83+0,7*18,90.2+1,0+0,7=13,48 кН/м3γII, – то же, залегающих выше подошвы:
γII,=hiγihi=0.9*17,0+0,7*17,80.9+0,7=17,35 кН/м3принимаем удельный вес почвенного слоя 16кН/м3.
cII=3 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);
d1 – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:
d1=hs+hcf∙γcfγu'=0,5+0,1∙2417,35=0,64 м;где
hs=0,5 м– толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала до отметки низа пола подвала;
hcf=0,1м. – толщина конструкции пола подвала;
γcf=24кН/м3- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;
γII, = 17,35кН/м3 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, учитывая грунты, находящиеся во взвешенном состоянии.
db=1,0м – глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала (для сооружений с подвалом шириной b≤20м и глубиной свыше 2м, принимается db=2м).
R=1,25⋅1,161,0⋅0,84⋅1⋅3,27⋅13,48+4,37⋅0,64⋅17,35+4,37-1∙1,0∙17,35+6,90∙3=238,9кПаb2=fnR0-γm∙d=550238,9-20∙1,6=2,66 м.b1-b2=3,27-2,66=0,61>0,05мПри b2=2,66 м расчетное сопротивление будет равно:
R=1,25⋅1,161,0⋅0,84⋅1⋅2,66⋅13,48+4,37⋅0,64⋅17,35+4,37-1∙1,0∙17,35+6,90∙3=228,8кПаb3=fnR0-γm∙d=550228,8-20∙1,6=2,79 м.b3-b2=2,79-2,66=0,13>0,05мПри b3=2,79 м расчетное сопротивление будет равно:
R=1,25⋅1,161,0⋅0,84⋅1⋅2,79⋅13,48+4,37⋅0,64⋅17,35+4,37-1∙1,0∙17,35+6,90∙3=231,0кПаb4=fnR0-γm∙d=550231,0-20∙1,6=2,76 м.b3-b4=2,79-2,76=0,03<0,05мПринимаем b=2,8 м по ГОСТ 13580-85.
условие выполняется, принимаем ширину фундаментной подушки 2,4м.
При b=2,8 м расчетное сопротивление грунта будет равно:
R=1,25⋅1,161,0⋅0,84⋅1⋅2,8⋅13,48+4,37⋅0,64⋅17,35+4,37-1∙1,0∙17,35+6,90∙3=231,1кПаКонструирование ленточного фундаментаСборный фундаментПринимается сборный фундамент, состоящий из фундаментной плиты ФЛ 28.12 размером м и весом кН (табл. 1 ГОСТ 13580-85 «Плиты железобетонные ленточных фундаментов») и трех рядов стеновых бетонных блоков ФБС 24.5.6 размером м и весом (по табл. 1, 2 ГОСТ 13579-78 «Блоки бетонные для стен подвалов»).
Расчетная схема сборного фундамента показана на рисунке 5.

Рис.5. Расчетная схема сборного фундамента
Расчетное сопротивление грунта R под подошвой фундамента шириной bf=2,8м равно R=231,1 кПаСуммарная нормативная нагрузка на 1м фундамента от собственного веса составляет кН/м.
Суммарная нормативная нагрузка на 1м фундамента от веса грунта, лежащего на фундаментной плите: кН/м,
где: м3.
Среднее давление под подошвой фундамента составляет:

так как при м .
Условие выполняется.
Сборно-монолитный фундаментПринимается сборный фундамент, состоящий из монолитной железобетонной фундаментной плиты м кН и трех рядов стеновых бетонных блоков ФБС 24.5.6 размером м и весом (по табл. 1, 2 ГОСТ 13579-78 «Блоки бетонные для стен подвалов»).
Расчетная схема сборного фундамента показана на рисунке 6.

Рис.6. Расчетная схема сборно-монолитного фундамента
При высоте монолитной фундаментной подушке расчетное сопротивление грунта R под подошвой фундамента шириной bf=2,8м будет равно:
R=1,25⋅1,161,0⋅0,84⋅1⋅2,8⋅13,48+4,37⋅0,64⋅17,35+4,37-1∙1,0∙17,35+6,90∙3=231,1кПаНормативная нагрузка от собственного веса на 1 м фундаментной плиты: кН/м,
где: м2;
- площадь поперечного сечения фундаментной плиты;
- расчетная длина подошвы ленточного фундамента, принята равной 1;
-нормативный удельный вес железобетона, кН/м3.
Суммарная нормативная нагрузка на 1м фундамента от собственного веса составляет кН/м.
Суммарная нормативная нагрузка на 1м фундамента от веса грунта, лежащего на фундаментной плите: кН/м,
где: м3.
Среднее давление под подошвой фундамента составляет:

так как при b=2,8м R=231,1 кПаУсловие выполняется.
Расчет осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования1. Вертикальное напряжение от веса грунта на уровне на границе слоя 1 и слоя 2
на границе слоя 1 и слоя 2
В уровне подошвы фундамента:

в уровне подземных вод ;
в уровне подошвы 2 слоя кПа;
в уровне подошвы 2 слоя с учетом столба воды высотой 1,0м, т.к. суглинок является водоупором
кПа
в уровне подошвы 2 слоя
2. Принимаем толщину элементарного слоя

3.Дополнительное давление под подошвой фундамента^

Таблица 1. Вычисление ординат вспомогательной эпюры 0,2 σzg,i

где толщина i-ого слоя грунта; удельный вес i -ого слоя грунта (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды).
Определяем дополнительные вертикальные нормальные - напряжения на глубине, от подошвы фундамента:
,
где коэффициент рассеивания напряжений для соответствующего слоя грунта, зависит от формы подошвы фундамента и соотношений и

- находим путем линейной интерполяции (табл.5.8 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты ).
По полученным данным строим эпюру дополнительных вертикальных напряжений
Осадку фундамента определяют по формуле
где безразмерный коэффициент, ,
среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения от подошвы фундамента в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах слоя по вертикали, проходящей через центр фундамента;
толщина i-ого слоя грунта;
модуль деформации i-ого слоя грунта;
количество слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
Расчет осадки приведен в форме таблицы
Таблица 2 – Расчет осадки сборно-монолитного фундамента (в формате exel)


Рис.7. К расчету осадки фундамента мелкого заложения.
Нижняя граница сжимаемой толщи находится на глубине Нс = 8,79м.
Проверяем условие , где – предельно допустимая осадка для данного сооружения. Принимаем . . Размеры подошвы фундамента достаточны для передачи на грунт давления от сооружения.
Расчет столбчатых фундаментов мелкого заложения
Определяем основные размеры и конструируем столбчатый центрально нагруженный фундамент под колонну
Определение размера подошвы столбчатого фундаментаГрунт несущего слоя суглинок твердый с удельным весом = 18,9 кН/м3.
Условное расчетное сопротивление основания, сложенного суглинком, Rо = 0,27 МПа.
Глубина заложения подошвы фундамента от планировочной поверхности площадки с учетом глубины подвала и конструктивных соображений:
d = dв+ hрр + hf=1,0 + 0,15 + 1,9 = 3,05 мВысота фундамента hf, определяется глубиной стакана (hs) равной (1…1,5)hк, толщиной днища стакана, определяемой из условия продавливания и принимаемой не менее 200мм и фундаментной плиты, состоящей из одной, двух или трех ступеней высотой не более 0,5 метра.
При hк= 400мм принимаем hs = 0,6м, толщина подстаканника 0,3м, фундаментную плиту из двух ступеней по 0,5м каждая.
hf=0.6+0.3+1.0=1,9мСледовательно, глубина заложения подошвы фундамента
d = dв+ hрр + hf=1,0 + 0,15 + 1,9 = 3,05 мКонструкция фундамента показана на рис. 8:
Предварительная площадь подошвы фундамента
А=N / (R - md) = 3,5/ (0,27 – 0,02 3,05) = 16,7м2 Размеры фундамента квадратного в плане

Расчетное сопротивление грунта основания при b = 4,08м и глубине заложения 3,05м. Несущий грунт – суглинок твердый.
R=γc1⋅γc2k⋅Mγ⋅kz⋅b⋅γII+Mq⋅d1⋅γII`+Mq-1⋅dв⋅γII`+Mc⋅CIIγc1=1,25; γc2=1,08Mγ=0,32, Mq=2,30, Mc=4,84 – коэффициенты, принимаемые по (табл. 5.5 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»); для φII =15°;
γII=hiγihi=18,9 кН/м3γII,=hiγihi=0.9*17,0+0,9*17,8+1,0*8,83+0,25*18,90.9+0,9+1,0+0,25=14,71 кН/м3d1=hs+hcf∙γcfγu'=1,9+0,15∙2414,71=2,14м;где
hs=1,9 м– толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала до отметки низа пола подвала;
hcf=0,15м. – толщина конструкции пола подвала;
γcf=24кН/м3- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;
γII, = 14,71 кН/м3 3 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, учитывая грунты, находящиеся во взвешенном состоянии.
cII=35 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);
R=1,25⋅1,081,0⋅0,32⋅1⋅4,08⋅18,9+2,30⋅2,14⋅14,71+2,30-1∙1,0∙14,71+4,84∙35=385,6кПаУточняем площадь подошвы фундамента
А=N / (R - md) = 3,5/ (0,3856 – 0,02 3,05) =10,8м2 ,
4,08-3,3= 0,78, что меньше 10%.
Принимаем b=3,3м. Расчетное сопротивление грунта основания при b=3,3м будет равно:
R=1,25⋅1,081,0⋅0,32⋅1⋅3,3,3⋅18,9+2,30⋅2,14⋅14,71+2,30-1∙1,0∙14,71+4,84∙35=379,2кПа
Рис.8. К определению ширины подошвы столбчатого жёсткого фундамента стаканного типа.
Площадь подошвы фундамента
А= b l = 3,3 3,3 = 10,89 м2Площадь второй ступени
А= b l = 1,8 1,8 = 3,24 м2Вес фундаментной плиты
Gf = A∙hn = 10,89 ∙ 0,5 ∙ 0,025+3,24 ∙ 0,5∙0,025= 0,1766МНВес стакана под колонну
Gs=1,0 1,0 0,9 0,025 =0,0225МНОбъем фундамента 10,89∙0,5+3,24∙0,5+0,9 = 7,97м3
Вес грунта на обрезах фундамента
Gq1 = (A - As) hq q = (10,89– 1,0) 0,9 0,01471 = 0,131 МНGq2 = (A - A1) hq q =(10,89 – 3,24) 0,5 0,01471 = 0,056 МН Gq =0,131+ 0,056 = 0,187МНСреднее давление под подошвой фундамента

Проверяем условие Р=356,85кПа < R = 379,2кПа – условие удовлетворяется.
Следовательно, фундамент запроектирован рационально.
Окончательно принимаем для фундамента под колонну монолитную плиту размером3,3х 3,3 м с высотой hп = 0,5 м.
Расчетная нагрузка на уровне пола подвала составляет
N = 3,5*1,15=4,025 МНОт веса фундамента Gf = 1,1∙(0,1766+0,0225) = 0,2190 МНОт грунта на уступах фундамента Gg =1,15 ∙ 0,187 = 0,2151 МНДавление под подошвой фундамента от действия расчетных нагрузок

Конструирование столбчатого фундаментаКонструирование жесткого столбчатого фундамента производится на основании результатов расчёта с соблюдением нормативных требований.
Схема монолитного железобетонного столбчатого жесткого фундамента стаканного типа приведена на рис. 9
Рис.9 Схема монолитного железобетонного столбчатого жёсткого с нижней гибкой ступенью – плитой фундамента стаканного типа.
Расчет осадки столбчатого фундамента методом эквивалентного слояОпределим методом эквивалентного слоя осадку столбчатого фундамента
Ро = Р -γ∙d=409,5- (17,0∙0,9+17,8∙0,9+8,83∙1,0+18,9∙0,25) = 364,62кПаb =3,3 м,
Слой 3 суглинок твердый с коэффициентом Пуассона ν=0,18.
По табл. 4 методических указаний определяем Аωm=1,01.
Толщина эквивалентного слоя
hэ=Аωmb=1,01·3,3=3,33 мгде: А – площадь подошвы фундамента;
ω – коэффициент, зависящий от формы, площади и жёсткости фундамента, значения табулированы в табл. 3 методических указаний.
Мощность сжимаемой толщи
Н=2∙hэ=2·3,33=6,66 мПри глубине заложения подошвы фундамента d = 3,05 м в сжимаемую толщу входит III слой грунта с модулем деформаций ЕIII =30МПа.
Относительные коэффициенты сжимаемости для:
- третьего слоя суглинка твердого
при νIII = 0,18; ;
mυIII =βIII / EIII =0,921/30 = 0,031 МПа-1 ;
- средний относительный коэффициент сжимаемости

Конечная осадка фундамента
=364,62·3,33·3,1·10-5=0,0376 м = 3,76см
Проверка условия
S=3,76 см < S u =10 см – условие удовлетворяется

Рис.10. Расчётная схема осадки фундамента методом эквивалентного слоя
Расчет конечных осадок отдельных фундаментов с учетом их взаимного влиянияФундаменты сборные железобетонные под колонны квадратной формы размером 3,3х3,3 м; глубина заложения подошвы d = 3,05 м
Дополнительное давление по подошвам фундаментов Р0= 364,62кПа
Грунтовые условия площадки рассчитаны в задании №1.
Собственная осадка фундамента рассчитана в задании 6 и равна
=364,62·3,33·3,1·10-5=0,0376 м = 3,76см
Дополнительная осадка фундамента Sд от загружения соседнего определяется по методу угловых точек. Центральная точка F рассматриваемого фундамента 2 является угловой для прямоугольников загрузки ACFD-I и ACFD-II, прямоугольник BCFE загружен фиктивно

Рис. 11. Расчетная схема к определению осадки фундаментов с учетом их взаимного влияния
Дополнительная осадка в точке F фундамента 2 от загружения фундамента 1.
Sд=2SFI-SFII=2hэсI-hэсIImvp0=21,799-1,478∙3,1∙10-5∙364,62=0,73 см.где: SFI и SFII – соответственно осадки угловой точки F прямоугольников I и II.
Для прямоугольников I: n = l/b = 7,65/1,65 = 4,6; коэффициент эквивалентного слоя для угловой точки при v = 0,18 по табл. 4 по формуле
Aωс=0,5Аω0=0,5∙1,792=1,09.Мощность эквивалентного слоя
hэсI=Aωсb=1,09∙1,65=1,799 м.Для прямоугольников II: n = l/b = 4,35/1,65 = 2,6;
Aωс=0,5Аω0=0,5∙1,792=0,896;hэсII=Aωсb=0,896∙1,65=1,478 м.Полная осадка фундаментов под колонны с учетом их взаимного влияния
S = SS + Sд = 3,76 + 0,731= 4,49 см
Проектирование котлована зданияТребуется разработать рабочие чертежи котлована здания.
Исходные данные:
1. Размеры здания в плане LхB = 36х18 м.
2. Глубина заложения подошвы фундамента d = 1,6 м
3. Грунт основания полутвердый суглинок.
4. Ширина сборного ленточного фундамента b = 2,8.
Требуется разработать рабочие чертежи котлована здания.
Ширина прохода между основанием откоса и фундаментом a принимается 0,8 м.
Размеры дна котлована в плане:
- длина
Lд = L + 2(a+b/2) = 36 + 2(0,8 + 1,4) = 40,4 м;
- ширина
Bд = B + 2(a+b/2) = 18 + 2(0,8 + 1,4) = 22,4 м;
Отметка подошвы фундамента 34,22-1,6=32,62м
Глубина котлована в точках 1, 2, 3, 4:
h1 = 34,19 - 32,62 = 1,57 м;
h2 = 34,13 - 32,62 = 1,51 м;
h3 = 34,26 - 32,62 = 1,64 м;
h4 = 34,29 - 32,62 = 1,67 м.
Размеры котлована поверху:
- длина по оси А
LvА = Ld + Z1 + Z4 = 40,4 + 0,785 + 0,835 = 42,02 м.
где: заложения Z определяются по крутизне естественного откоса h/Z = 1/0,5 по табл. 5 учебно-методического пособия «Расчет и проектирование фундаментов»:
Z1 = 0,5h1 = 0,5 · 1,57 = 0,785 м;
Z2 = 0,5h2 = 0,5 · 1,51= 0,755 м;
Z3 = 0,5h3 = 0,5 · 1,64 = 0,82;
Z4 = 0,5h4 = 0,5 · 1,67 = 0,835 м;
- длина по оси Г
LvГ = Ld + Z2 + Z3 = 40,4 + 0,755 + 0,82 = 41,975 м.
- ширина по оси 1
Вv1 = Вd + Z1 + Z2 =22,4 + 0,785 + 0,755 = 23,94 м.
- ширина по оси 7
Вv7 = Вd + Z3 + Z4 = 22,4 + 0,82 + 0,835 = 24,055 м.

Рис. 11. План и разрез котлована.

Определение несущей способности одиночных свай
Расчёт несущей способности одиночной сваи-стойки на действие вертикальной нагрузкиТаблица 4. Исходные данные для расчета свайных фундаментов
№ варианта Поперечное сечение сваи Количество стержней, диаметр и класс арматуры Материал Размеры сечения
12 1276357810500 8 Ø 18 A-II B15 40 х 40, 27,8
ПРИМЕЧАНИЕ: способы погружения сваи забивка в предварительно пробуренные скважины.
Расчётная несущая способность сваи определяется как наименьшее из значений:
а) сопротивление сваи по материалу;
б) сопротивление сваи по грунту под нижним её концом.
Сопротивление сваи по материалу определяется по формуле для расчета соответствующих строительных конструкций как для элемента, работающего на сжатие, без учета продольного изгиба. Так, для железобетонной сваи расчетная нагрузка по материалу определяется по формуле

Rb = 8,5МПа - расчетное сопротивление бетона В15 cваи при осевом сжатии с поперечным сечением х=40х40 см с пустотой d=27,8;

Rsc = 280МПа– расчетное сопротивление арматуры сжатию ;
Аs = 20,36х10-4м2 – площадь поперечного сечения арматуры.
Расчётная несущая способность грунта основания под нижним концом сваи-стойки.
Расчётная несущая способность грунта основания под нижним концом сваи-стойки.
Fd=γc·γcr∙R∙A=1·1,0·8,935·103·0,16=1429,6 кНгде Fd – расчётная несущая способность грунта основания под нижним концом сваи-стойки длиной 4м;
R = 8935кПа – расчетное сопротивление под нижним концом забивной сваи при глубине погружения 5,3м;
γс –коэффициент условий работы (γс=0,9 при размере поперечного сечения свай d<20см и γс =1при d >20см) ;
γcr = 1,0 – коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи при забивке в предварительно пробуренные скважины;
Вывод: За несущую способность сваи принимается несущая способность сваи по материалу как меньшее по значению.

Рис.12. Расчётная схема сваи-стойки в грунтах основания.
Расчёт несущей способности одиночной висячей сваи на действие вертикальной нагрузки.По конструктивным требованиям глубина заложения ленточных ростверков определяется по формуле:

где db = 1,0 м - глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В>20м и глубиной свыше 2м принимается db = 2м
h = 0,5м– высота ростверка
0,1м – толщина пола, м.
В обычных грунтах нижние концы свай должны заглубляться в более прочные грунты на глубину, не менее одного метра, в твердых глинистых, гравелистых и средней крупности песках на глубину, не менее 0,5 м. Проектируем нижние концы свайного фундамента в слое 3 суглинок твердый.
Учитывая указанное, выбираем сваю С40 длиной 4 м и сечением bхh=40х40 см. Так как свая заделывается в ростверк на 300 мм, следовательно, рабочая длина сваи составляет 3,7 м (длина острия 0,25 м в длину сваи не входит). Нижний конец сваи при такой ее длине будет погружен в суглинок на глубину в среднем на 2,5м.
Для висячей забивной сваи несущая способность определяется как сумма расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле
,
где: =1 - коэффициент условий работы сваи в грунте;
=8935кПа - расчетное сопротивление грунта под концом сваи на глубине 5,3м, кПа, принимаемое по табл. 12 методических указаний;
= 0,4∙0,4=0,16м2 - площадь опирания сваи в грунте, , принимаемая по площади поперечного сечения сваи (брутто);
= (0,4+0,4)∙2=1,6м - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;
- расчетное сопротивление i – го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл.13 методических указаний;
- коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающее влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунтов и принимаемые по приложению 2 табл.15.
В соответствии с расчетной схемой несущая способность сваи по грунту определится:



Рис. 13. К определению несущей способности сваи по грунту.
Вывод: За несущую способность сваи принимается несущая способность сваи по материалу как меньшее по значению.
,
где: – расчетная несущая способность одиночной сваи по материалу, кПа;
= 1,4 – коэффициент надежности при расчётном способе определения несущей способности сваи Fd.
Расчёт несущей способности одиночной висячей сваи на действие горизонтальной нагрузки.Вид сваи и способ погружения – одиночная свая сплошная без круглых пустот сечением b × h = 400 ×400 мм; забивка в предварительно пробуренные скважины.
Длина сваи принимается l = 4 м.
Материал свай – арматура 8d18 A-II. Бетон класса В150.
Нагрузки:
- вертикальная нормативная – по заданию: N = 550 кН;
- горизонтальная, действующая на уровне поверхности земли Н = 0 кН;
- изгибающий момент М = 0 кНм.
Расчетная схема показана на рисунке 14.

Рис. 14 – Схема нагрузок на сваю
При расчете свай всех видов по прочности материала сваю допускается рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l, определяемом по формуле:
l1 =l0+2αε=1,6+26,84=1,9 м,где l0 – длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м;
αε – коэффициент деформации, 1/м, определяемый по формуле:
αɛ =5Kbр/(γсEI)=518000∙1,1/(1∙24∙103∙5,5∙10-5)=6,84 (1/м),где К = 18000 кН/м4 – коэффициент пропорциональности для глин и суглинков твердых и полутвердых [5, приложение В, таблица В.1];
bp = 1,5·0,4+0,5 = 1,1м – условная ширина сваи, м, принимаемая равной: для свай диаметром стволов 0,8 м и более bp = d + 1, а для остальных размеров сечений свай bp = 1,5d + 0,5 м;
d = 0,4 м – наружный диаметр круглого или сторона квадратного, или сторона прямоугольного сечения свай в плоскости, перпендикулярной к действию нагрузки, м;
γc = 1 – коэффициент условий работы;
E = 24 МПа = 24·103 кПа – модуль упругости материала сваи [6, таблица 6.11];
I = bh4/12 = (0,4·0,4)4/12 = 5,5·10-5 м4 – момент инерции поперечного сечения сваи.
Расчет деформации свай производится по условиям:
Up ≤ Uu ;
ψр ≤ ψu.
где up, ψp – расчетные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад;
uu, ψu – предельные допустимые значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад.
Значения uu и ψu должны задаваться в проекте из условия нормальной эксплуатации проектируемых строительных конструкций здания или сооружения.
Расчетные значения:
Up=НоƐнн+МоƐнм;
Ψр = НоƐмн+МоƐмм.
Расчетные значения поперечной силы в рассматриваемом сечении Но = Н = 0 кН и изгибающего момента Мо = М = 0 кНм – усилия в проекте не заданы, фундаменты центрально нагруженные. Найдем перемещения и угол поворота от единичной силы.
Горизонтальное перемещение сечения от действия единичной силы Н=1:
Ɛнн = 1αε3ЕвI Ао = 16,843⋅24000⋅106⋅5.5∙10-5 ‧ 5,190 = 0,00122‧10-3 м/кН.
Горизонтальное перемещение сечения от единичного момента М=1, равное углу поворота сечения от силы Н=1:
Ɛнм=Ɛмн= 1αε2ЕвI Во = 16,842⋅24000⋅106⋅5.5∙10-5 ‧ 3,878 = 0,0063 ‧10-3 (1/кН).
Угол поворота сечения (1/кН‧м) от единичного момента М=1:
Ɛмм= 1αεЕвI Со = 16,84∙24000⋅106⋅5.5∙10-5 ‧ 3,679 = 0,041‧10-2 (1/кН‧м).
Значения коэффициентов А0, В0, С0 приведены в таблице 1 методических указаний по расчету сваи на действие горизонтальной нагрузки.
Uu и Ψu – предельные значения, устанавливаются заданием на проектирование.
Возможность использования линейных зависимостей при расчете свай должна проверяться по условию ограничения расчетного давления σz, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай:
σz ≤ η1 η24cos α (γZ tgφ+ξc),
где σz – расчетное давление на грунт, кПа (тс/м2), боковой поверхности сваи на глубине z, м, отсчитываемой при высоком ростверке от поверхности грунта, а при низком ростверке от его подошвы [при αεl≤2, 5 – на двух глубинах, соответствующих z = l/3 и z = l; при αεl>2, 5 – на глубине z=0, 85/αε.
Несущую способность сваи по грунту на горизонтальное давление не проверяем, т.к. все составляющие формулы зависят от заданных моментов на фундамент, в нашем случае фундамент центрально нагруженный, расчет не требуется, ограничиваемся расчетом на действие единичного момента и единичной силы.
Проектирование свайного кустового фундаментаВыбор конструкции свайного кустового фундаментаТип, вид и размеры свай выбираются в зависимости от геологических условий площадки, наличия технологического оборудования и уровня расположения подошвы ростверка. В обычных грунтах нижние концы свай должны заглубляться в более прочные грунты на глубину, не менее одного метра, в твердых глинистых, гравелистых и средней крупности песках на глубину, не менее 0,5 м. Принимаем сваю длиной 4м.
Расчетная нагрузка на кустовой фундамент NoI= 3500∙1,2=4200 кН
Глубина заложения подошвы ростверка от планировочной поверхности площадки с учетом глубины подвала и конструктивных соображений
d = dв + hпп + hf = 1,0 + 0,15 + 1,3 = 2,45м.
Конструкция фундамента показана на рис. 15:
высота фундамента hf, м,
глубина стакана hst назначается 0,5 м, т.к. ширина колонны hк = 0,4 м, а глубина заделки колонны в стакан должна находится в пределах (1…1,5) hк по конструктивным требованиям.
толщина пола подвала hпп.
=9318кПа - расчетное сопротивление грунта под концом сваи на глубине 6,15м, кПа;
= 0,4∙0,4=0,16м2 - площадь опирания сваи в грунте, , принимаемая по площади поперечного сечения сваи (брутто);
= (0,4+0,4)∙2=1,4м - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;
- коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающее влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунтов и принимаемые по приложению 2 табл.15.
В соответствии с расчетной схемой несущая способность сваи по грунту определится:



Рис.15. К расчету несущей способности сваи под колонну.
За несущую способность сваи принимается несущая способность сваи по материалу как меньшее по значению.
,
где: – расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, кПа; = 1,4 – коэффициент надежности при расчётном способе определения несущей способности сваи Fd.
Определение числа свай и размещение их в планеОпределяем число свай в кусте
n = ɤkNoI / Fd = 1,4 ‧4200/1420,1 = 4,1 шт.
Принимается n = 5 с округлением значения в большую сторону.
Распределение свай в плане производится в шахматном порядке с расстоянием между осями свай а=3d = 3‧0,4= 1,2 м
Размеры ростверка в плане
ℓr = br = а +d + 2 ‧0,1 = 1,2 +0,4 +0,2 = 1,8 м.
После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяется нагрузка N на каждую сваю
N = ≤ Fd/ɤk
где: Gf и Gg – расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на образе ростверка, кН
Вес фундамента
Gf = A∙hn = 2,4∙2,4 ∙ 0,4 ∙ 25+ 1,0 1,0 0,9 25 = 80,1кН.
Объем ростверка 2,304+0,9= 3,204м3
Вес грунта на обрезах фундамента
Gq = (Vq - Vs) q = (2,4∙2,4∙1,3 – 3,204) 18,0 = 77,11кН.
Среднее давление под подошвой фундамента
,
Условие выполняется.

Рис.16. Свайный куст под колонну.
Расчет осадки свайного кустового фундаментаОсадка определяется для условного (приведенного) фундамента с шириной подошвы bred и глубиной заложения hred
Контуры условного свайного фундамента определяют следующим образом: внизу – плоскостью БВ, проходящей через нижние концы свай, с боков – вертикальными плоскостями АБ и ВГ, проходящими при вертикальных сваях от их граней на расстоянии b = hred‧tgφII,mt/4,
здесь: φII.i и hi – принимаются по данным геологического профиля

Высота условного фундамента до низа ростверка
.
Ширина условного фундамента

Нагрузка от свай:

Нагрузка от ростверка и свай:
Nf = Gf+Gs = 80,1+74,0=154,1кН.
Нагрузка от грунта в объеме САВД на 1м фундамента


Давление на подошву условного фундамента

Расчетное сопротивление грунта основания R определяется как и при расчете фундамента мелкого заложения, но с заменой фактической ширины и глубины заложения фундамента на условные.
R=γc1⋅γc2k⋅Mγ⋅kz⋅b⋅γII+Mq⋅d1⋅γII`+Mq-1⋅dв⋅γII`+Mc⋅CIIгде γc1=1,25 для глинистых грунтов с IL<0,25 (табл. 5.4 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»)
γc2=1,08 – коэффициенты, условий работы, принимаемые (табл. 5.4 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»); для глинистых грунтов с IL<0,25 и сооружения с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения к его высоте ;
Mγ=0,32, Mq=2,30, Mc=4,84– коэффициенты, принимаемые по (табл. 5.5 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»); для φII =15°;
b=2,8м – ширина подошвы фундамента;
γII=hiγihi=18,9 кН/м3γII, – то же, залегающих выше подошвы:

принимаем удельный вес почвенного слоя 17кН/м3.
cII=35 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);
d1 – принимаем d1 = 6,15м
R=1,25⋅1,081,0⋅0,32⋅1⋅2,8⋅18,9+2,30⋅6,15⋅16,82+0+4,84⋅35=558,3кПаПроверяем условие:
ρ= N/Ay = 556,30кПа < R = 558,3 кПа
Условие выполняется.
Соотношение сторон условного фундамента

Основание под концом сваи разбиваем на слои толщиной
,
Природное давление составит:
в уровне подошвы условного фундамента

Дополнительное давление на подошву условного фундамента

подошвы 3 слоя кПа.
Осадку фундамента определяют по формуле
Осадка фундамента, рассчитанная методом послойного суммирования (см. рис.17), составляет S= 3,06 см, нижняя граница сжимаемой толщи Нс= 5,8475м
Таблица 5. Расчет осадки свайного столбчатого фундамента.

Рис.17. К расчету осадки свайного кустового фундамента
Проверяем условие , где – предельно допустимая осадка для данного сооружения.
Принимаем . .
Размеры подошвы фундамента достаточны для передачи на грунт давления от сооружения.
Проектирование свайного ленточного фундамента.Конструирование свайного ленточного фундаментаПри конструировании ленточного свайного фундамента рассматриваем варианты размещения свай в один и в два ряда с монолитными ростверками. Размеры ростверков назначают конструктивно с последующей проверкой их расчета по прочности
f = fn ‧ ɤf = 550 ‧ 1,2 = 660 (кН/м),
где: ɤf = 1,2 - коэффициент надежности по нагрузке.
Минимальное расстояние между сваями
ɑmin = 3d = 3‧0,40 = 1,2 (м),
где: d = 0,4 м – больший размер поперечного сечения сваи.
Максимальное расстояние между сваями в ряду по несущей способности при их размещении:
в один ряд ɑmах,1= F/f = 1014,4/660 = 1,53 (м)
в два ряда ɑmах,2=2‧ F/f = 2‧ 1014,4/660 = 3,07 (м).
где F= 1014,4кПа – допускаемая нагрузка на сваю, вычисленная в п.8.2.
Определение числа свай и размещение их в планеПо конструктивным требованиям глубина заложения ленточных ростверков определяется по формуле:

Рассматриваем размещение свай в 2 ряда.
Принимаем ɑ1 = 1,4м, ɑ2 = 2,4 (максимально 6d=6*0,4=2,4м) м; высота ростверка h = 0,5 м; глубина заложения подошвы ростверка d = 1.6 м; стены подвала до обреза фундамента – трех рядов стеновых бетонных блоков ФБС 24.5.6 размером м и весом (по табл. 1, 2 ГОСТ 13579-78 «Блоки бетонные для стен подвалов»); ростверк железобетонный

Проверка фактической нагрузки на сваю при размещение сваи в один ряд

где:
;
, так как грунта на ростверке нет
условие соблюдается.
Проверка фактической нагрузки на сваю при размещение сваи в два ряда

где: ;
(кН/м).
условие соблюдается.
Принимаем двухрядное расположение свай для избежание увеличения давления условного свайного фундамента на грунт (см. расчет практической работы 3).

Рис.18. Расположение свай в ростверке.
а) однорядное расположение свай в ростверке
б) двухрядное расположение свай в ростверке
Расчет осадки свайного ленточного фундаментаОсадка определяется для условного (приведенного) фундамента с шириной подошвы bred и глубиной заложения hred

Высота условного фундамента до низа ростверка
.
Ширина условного фундамента

Нагрузка от ростверка и стен подвала до обреза фундамента
кН/м.
Нагрузка от свай, приходящихся на 1м фундамента

Нагрузка от грунта в объеме САВД на 1м фундамента


Давление на подошву условного фундамента

Расчетное сопротивление грунта основания R определяется как и при расчете фундамента мелкого заложения, но с заменой фактической ширины и глубины заложения фундамента на условные b=2,2м.
R=γc1⋅γc2k⋅Mγ⋅kz⋅b⋅γII+Mq⋅d1⋅γII`+Mq-1⋅dв⋅γII`+Mc⋅CIIγII,=hiγihi=0,9*17,0+0,9*17,8+1,0*8,83+2,5*18,95,3=16,49 кН/м3d1=5,3м;R=1,25⋅1,081,0⋅0,32⋅1⋅2,2⋅18,9+2,30⋅5,3⋅16,49+0+4,84⋅35=547,0кПаПроверяем условие:
ρ= N/Ay =343,24кПа < R =547,0 кПа
Условие выполняется.
Соотношение сторон ленточного фундамента
Основание под концом сваи разбиваем на слои толщиной
, принимаем h=0,88 м
Природное давление составит:
в уровне подошвы условного фундамента в уровне подошвы условного фундамента
в уровне подошвы условного фундамента

Дополнительное давление на подошву условного фундамента

Осадку фундамента определяют по формуле
Осадка фундамента, рассчитанная методом послойного суммирования (см. рис.19), составляет S=2,28см, нижняя граница сжимаемой толщи Нс=7,16м.
Таблица 6. Расчет осадки свайного ленточного фундамента.

Проверяем условие , где – предельно допустимая осадка для данного сооружения.
Принимаем . .
Размеры подошвы фундамента достаточны для передачи на грунт давления от сооружения.

Рис.19. К расчету осадки свайного ленточного фундамента.
Расчет фундамента штамповочного паровоздушного молота.Расчет основания фундамента по несущей способности.Масса падающих частей mo = 5 т; масса молота mh = 42 т; масса шабота (опорная часть для штамповки) mап = 110 т; масса подшаботной прокладки mv = 3,1 т; максимальная скорость падающих частей V = 8,95 м/с. Отметка подошвы шабота от уровня пола цеха 2,2 м; материал штампуемых деталей – сталь. Материал фундамента – железобетон. Подшаботная прокладка выполнена их трех слоев дубовых брусьев сечением 15х10 см.
Определяем размеры фундамента центрального установленного штамповочного молота импульсного действия.
Высота фундамента hf принимается из конструктивных соображений, с учетом высоты подшаботной части не менее 2,25 м для молота с массой падающих частей от 4 до 6 т
hf = 2,2 + 3 · 0,15 + 2,25 = 4,9 м.
Предварительные размеры подошвы фундамента принимаются 6,5х8,0 м.
Площадь подошвы фундамента
А = l · b = 8 · 6,5 = 52 м2.
Масса фундамента
тf = (Аhf – Aпрhпр)ρb = (6,5 · 8 · 4,9 – 3,2 · 2,5 · 2,65) · 2,4 = 513,1 т.
Проверка условия
ρ ≤ γС0γС1R, при γС0 = 0,5; γС1 = 1.
Расчетное сопротивление грунта суглинок мягкопластичный:


R=1,25⋅1,081,0⋅0,32⋅1⋅6,5⋅18,9+2,30⋅4,9⋅16,29+0+4,84⋅35=592,8кПаОбщая масса системы
m = mf + mh + mап+ mv = 513,1 + 42 + 110 + 3,1 = 668,2 т.
Условие
<γС0 γС1R = 0,5·592,83 = 296,42кПа – удовлетворяется.
По несущей способности принятые размеры фундамента проходят.
Определение деформации основанияСледует определить упругие и демпфрирующие характеристики грунта.
Коэффициент упругого равномерного сжатия

где b0 – коэффициент; b0 = 1 – для песков; b0 = 1,2 – для супесей и суглинков; b0 = 1,5 – для глин; Е – модуль деформации грунта; А – площадь подошвы фундамента;
Показатель относительного дешифрирования для вертикальных неустановившихся импульсных колебаний
ξz=6E/(Czρ=63,0∙1045,2∙104∙125,9=0,406.Коэффициент жесткости основания при вертикальных поступательных колебаниях
Kz=CzA=5,2∙104∙52=270,4∙104кН/м.Частота вынужденных колебаний
λz=Kzm=270,4∙104668,2=63,6с-1.Расчетное значение вертикальных колебаний фундаментов при ε = 0,5 для штамповки стальных изделий
az=(1+ε)Vm0(1+1,67ξz)λzm=(1+0,5)8,95∙51+1,67∙0,40663,6∙668,2=0,00094м=0,94 мм.где ε – коэффициент восстановления скорости удара;
Vm0 – произведение, определяющее импульс вертикальной силы от удара падающих частей машины.
Предельно допустимое значение амплитуды колебаний для кузнечных молотов СП 26.13330.2010 (СНиП 2.02.05-87) «Фундаменты машин с динамическими нагрузками au=1,2 мм, следовательно, aZ=0,94 мм <au=1,2 мм – условие удовлетворяется.
Принятые размеры фундамента проходят как по несущей способности, так и по деформациям.

Заключение.Курсовая работа выполнена в соответствии с существующими государственными стандартами и нормами проектирования.
В результате курсовой работы по заданным характеристикам грунтов и их несущей способности были рассчитаны два варианта проектирования фундаментов административного корпуса в г. Курск под наружные несущие стены – ленточные фундаменты мелкого заложения и свайные фундаменты и под внутренние колонны здания – столбчатые мелкого заложения и столбчатые свайные.
При выполнении курсового проекта были определены:
Расчётная глубина промерзания грунта df = 0,65 м;
Фундаменты мелкого заложения.
Под наружные стены принят вариант сборного фундамента состоящий из фундаментной плиты ФЛ 28.12 и трех рядов стеновых бетонных блоков ФБС 24.5.6. Глубина заложения фундамента 1,6м, осадка фундамента S = 2,43см.
Под внутренние колонны принят вариант монолитного железобетонного фундамента стаканного типа, размеры подошвы фундамента 3,3х3,3м, высота фундамента 1,9м, глубина заложения 3,05м, осадка фундамента S = 3,76см.
Свайные фундаменты.
Под наружные стены принят вариант свайного фундамента состоящий из монолитного железобетонного ростверка шириной 1,7м, высотой 0,5м и трех рядов стеновых бетонных блоков ФБС 24.5.6. Глубина заложения ростверка 1,6м, сваи сечением 400х400мм с отверстием диаметром 27,8см длиной 4м расположены в ростверке в 2 ряда с шагом 1,4м, осадка условного свайного массива S = 2,28см
Под внутренние колонны принят вариант монолитного железобетонного ростверка размерами 2,4х2,4м. Глубина заложения ростверка 2,45м, сваи сечением 400х400мм с отверстием диаметром 27,8см длиной 4м в количестве 5 штук, осадка условного свайного массива S = 3,06см.

Список литературы1. Борозенец Л. М. Расчет и проектирование фундаментов [Электронный ресурс] : электрон. учебно-методическое пособие / Л. М. Борозенец, В. И. Шполтаков - Тольятти : Изд-во ТГУ, 2015. – 1 оптический диск.
2. СП 131.13330.2018 Строительная климатология. СНиП 23-01-99*: Свод правил: издание официальное: Дата введения 2019-05-29. - Москва: Стандартинформ, 2019. – URL: https://docs.cntd.ru/ (дата обращения 13.06.2021).
3. ГОСТ 25100 – 2011. Грунты. Классификация. Межгосударственный стандарт: издание официальное: Дата введения 2013-01-01. – Москва: Стандартинформ, 2019. – URL: https://docs.cntd.ru/ (дата обращения 13.06.2021)
4. СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*: Свод правил: издание официальное: Дата введения 2017-07-01. - Изменения N 1, 2, 3 внесены изготовителем базы данных по тексту: Москва: Стандартинформ, 2019. – URL: https://docs.cntd.ru/ (дата обращения 13.06.2021).
5. СП 24.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85: Свод правил: издание официальное: Дата введения 2011-05-20. - Изменения N 1, 2, 3 внесены изготовителем базы данных по тексту: Москва: Стандартинформ, 2019. – URL: https://docs.cntd.ru/ (дата обращения 15.06.2021).
6. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. – Введ. 2019-06-20. – М.: Минрегион России, 2013. (Актуализированная редакция СНиП 52.01-2003).– URL: https://docs.cntd.ru/ (дата обращения 15.06.2021).