Проектирование фундаментов — один из сложных вопросов в проектировании конструкций зданий и сооружений. При проектировании конструкций инженер самостоятельно решает вопрос о выборе материала, из которого далее предусматривает требуемую конструкцию. При проектировании же фундаментов инженер в большинстве случаев должен считаться с имеющимися грунтами на площадке строительства, с тем чтобы принять наиболее рациональное решение.
Чаще всего проектирование фундаментов производят под уже выбранный тип сооружения. Задача инженера, проектирующего фундаменты, в таком случае ограничивается, а получаемое решение далеко не всегда будет рациональным.
Таким образом, для получения наиболее экономичного решения при проектировании фундаментов, задачу необходимо рассматривать комплексно, одновременно оценивая следующие вопросы:
1 Выбор несущих конструкций сооружений, удовлетворительно работающих при данных грунтовых условиях.
2 Возможные деформации грунтов основания сооружения.
3 Способ производства земляных работ и возведения фундаментов, обеспечивающий необходимое сохранение естественной структуры грунтов.
1. Анализ инженерно-геологических условий
Для оценки прочности и сжимаемости грунтов необходимо установить полное наименование грунтов, представленных в геологическом разрезе, глубину заложения подземных вод. Для этого необходимо рассчитать ряд вспомогательных характеристик грунта.
Рисунок 1 — Инженерно-геологический разрез по скважине № 3
Коэффициент пористости:
, (1)
где — удельный вес твердых частиц грунта, кН/м 3 ,
- удельный вес грунта, кН/м 3 ,
- природная влажность грунта.
Степень влажности грунта:
, (2)
где — природная влажность грунта,
- удельный вес воды, 10 кН/м 3 .
Показатель текучести:
, (3)
где — влажность на границе раскатывания,
- влажность на границе текучести.
Число пластичности
, (4)
Показатель П:
, (5)
где -коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести ,определяемый по формуле:
, (6)
1.1 Суглинок
;
;
Проектирование оснований фундаментов
... коэффициенты. При проектировании столбчатых фундаментов расчет предполагает фундамент квадратной формы в плане, рассчитывается ориентировочный размер подошвы фундамента. Проектирование оснований и фундаментов мелкого ... частиц: s = 27,1 кН/м3. Природная влажность грунта: W = 27.5 %. Влажность грунта на границе текучести: WL = 30 %. Влажность грунта на границе раскатывания: Wр = 23%٪. Глубина ...
- природная влажность грунта;
;
- грунт влажный;
- суглинок (0,07 <
- J P <
- 0,17);
- По показателю текучести определяем вид глинистого грунта: 0,50<J L ?0,75 =>
- суглинок мягопластичный
По таблицам методички находим расчетное сопротивление R 0 , которое равно R0 =0,192 МПа. Находим значение удельного сцепления Сn , МПа и угла внутреннего трения цn , град. При е = 0,89: цn = 18,2°, Сn = 0,017 МПа. Нормативное значение модуля упругости Е, МПа. Е =9,8 МПа.
Результаты заносим в таблицу 1.
1.2 Глина
;
;
- природная влажность грунта;
;
- грунт насыщенный водой;
глина (J Р > 0,17);
По показателю текучести определяем вид глинистого грунта: 0,25 ? J L ? 0,5 глина тугопластичная.
По таблицам находим расчетное сопротивление R 0 , которое равно R0 = 0,345 МПа. Находим значение удельного сцепления Сn , МПа и угла внутреннего трения цn , град. При е = 0,72 цn = 17,3°, Сn = 0,052 МПа. Нормативное значение модуля упругости Е, МПа. Е = 18,36 МПа.
Результаты заносим в таблицу 1.
;
;
- природная влажность грунта;
;
- грунт насыщенный водой.
суглинок (0,07 < J P < 0,17);
- => суглинок текучепластичный
По таблицам находим расчетное сопротивление R 0 , которое равно R0 = 0,177 МПа. Находим значение удельного сцепления Сn , МПа и угла внутреннего трения цn , град. цn = 17,2°, Сn = 0,018 МПа. Нормативное значение модуля упругости Е, МПа. Е = 10,4 МПа.
Результаты заносим в таблицу 1.
1.3 Песок
;
;
- природная влажность грунта;
;
- грунт насыщенный водой.
песок мелкий,
По таблицам находим расчетное сопротивление R 0 , которое равно R0 =0,5 МПа. Находим значение удельного сцепления Сn , МПа и угла внутреннего трения цn , град. цn = 38°, Сn = 0,002 МПа, нормативное значение модуля упругости Е, МПа. Е =40 МПа.
Результаты заносим в таблицу 1.
Таблица 1 — Физико-механические характеристики грунтов
|
№ п/п |
Полное наименование грунта |
Мощность слоя, м |
г S , кН/м3 |
г 0 , кН/м3 |
J L |
e |
C n , МПа |
ц n , град |
E, МПа |
R 0 , МПа |
|
|
1 |
чернозем |
0,7 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
|
|
2 |
суглинок мягкопластичный |
3,2 |
26,6 |
17,3 |
0,5 |
0,89 |
0,017 |
18,2 |
9,8 |
0,192 |
|
|
3 |
глина тугопластичная |
2,0 |
27,5 |
20,1 |
0,25 |
0,72 |
0,052 |
19,3 |
18,36 |
0,345 |
|
|
4 |
суглинок текучепластичный |
4,0 |
27,9 |
19,8 |
0,74 |
0,79 |
0,018 |
17,2 |
10,4 |
0,177 |
|
|
5 |
песок средней крупности, плотный |
6,0 |
26,5 |
20,8 |
— |
0,547 |
0,002 |
38 |
40 |
0,5 |
|
Судя по геологическому профилю, площадка имеет спокойный рельеф. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов. Все они могут служить естественным основанием. Подземные воды не будут влиять на возведение фундаментов мелкого заложения и эксплуатацию здания. Грунты обладают хорошими прочностными характеристиками.
2. Расчёт нагрузок на фундамент здания
Для определения нагрузок вычислим грузовую площадь, на которую подсчитаем полезную нагрузку и собственную массу конструкций. Подсчёт нагрузки, приходящейся на метр длины несущей стены, производим на уровне отметки верха фундамента.
Таблица 2 — Сбор нагрузок на фундамент по сечению 1-1, А гр = 1х 3,2 = 3,2 м2
|
Вид нагрузки |
Нормативная нагрузка кН |
Коэффициент надежности по нагрузке |
Коэффициент сочетаний |
Расчетная нагрузка кН |
|||||||
|
на 1м груз. площади |
на груз. площадь |
||||||||||
|
1ГПС |
2ГПС |
1ГПС |
2ГПС |
1ГПС |
2ГПС |
1ГПС |
2ГПС |
1ГПС |
2ГПС |
||
|
Постоянная нагрузка |
|||||||||||
|
Кровля |
|||||||||||
|
Волнистые асбестоцементные листы |
0,25 |
0,25 |
0,8 |
0,8 |
1,2 |
1 |
1 |
1 |
0,96 |
0,8 |
|
|
Стропильные ноги и бруски обрешетки |
0,50 |
0,50 |
1,6 |
1,6 |
1,1 |
1 |
1 |
1 |
1,76 |
1,6 |
|
|
Итого: |
2,72 |
2,4 |
|||||||||
|
Чердачное перекрытие |
|||||||||||
|
Цементно-песчаная стяжка 40 мм |
0,72 |
0,72 |
2,3 |
2,3 |
1,3 |
1 |
1 |
1 |
2,99 |
2,3 |
|
|
Утеплитель |
1,26 |
1,26 |
4,03 |
4,03 |
1,2 |
1 |
1 |
1 |
4,83 |
4,03 |
|
|
Пароизоляция 1 слой рубероида на битумной мастике |
0,05 |
0,05 |
0,16 |
0,16 |
1,2 |
1 |
1 |
1 |
0,19 |
0,16 |
|
|
Плита перекрытия |
2,8 |
2,8 |
8,96 |
8,96 |
1,1 |
1 |
1 |
1 |
9,86 |
8,96 |
|
|
Итого: |
17,88 |
15,45 |
|||||||||
|
Междуэтажное перекрытие 1 этаж |
|||||||||||
|
Линолеум на мастике |
0,06 |
0,06 |
0,19 |
0,19 |
1,1 |
1 |
1 |
1 |
0,21 |
0,19 |
|
|
Цементно-песчаная стяжка 40 мм |
0,72 |
0,72 |
2,3 |
2,3 |
1,3 |
1 |
1 |
1 |
2,99 |
2,3 |
|
|
Утеплитель |
1,26 |
1,26 |
4,03 |
4,03 |
1,2 |
1 |
1 |
1 |
4,84 |
4,03 |
|
|
Плита перекрытия |
2,8 |
2,8 |
8,96 |
8,96 |
1,1 |
1 |
1 |
1 |
9,85 |
8,96 |
|
|
Перегородки |
0,50 |
0,50 |
1,6 |
1,6 |
1,3 |
1 |
1 |
1 |
2,08 |
1,6 |
|
|
Итого: |
19,98 |
17,08 |
|||||||||
|
Междуэтажное перекрытие (типовой) |
|||||||||||
|
Линолеум на мастике |
0,06 |
0,06 |
0,19 |
0,19 |
1,1 |
1 |
1 |
1 |
0,21 |
0,19 |
|
|
Цементно-песчаная стяжка 40 мм |
0,72 |
0,72 |
2,3 |
2,3 |
1,3 |
1 |
1 |
1 |
2,99 |
2,3 |
|
|
Плита перекрытия |
2,8 |
2,8 |
8,96 |
8,96 |
1,1 |
1 |
1 |
1 |
9,86 |
8,96 |
|
|
Перегородки |
0,50 |
0,50 |
1,6 |
1,6 |
1,3 |
1 |
1 |
1 |
2,08 |
1,6 |
|
|
Итого 1 этаж: |
13,09 |
11,47 |
|||||||||
|
Итого 2 этажа: |
26,18 |
22,94 |
|||||||||
|
Итого постоянная нагрузка: |
66,76 |
57,87 |
|||||||||
|
Временная нагрузка |
|||||||||||
|
снеговая нагрузка |
1,4 |
0,7 |
4,48 |
2,24 |
1,4 |
1 |
0,9 |
0,95 |
5,64 |
2,13 |
|
|
полезная на чердак |
0,7 |
— |
2,24 |
— |
1,3 |
— |
0,9 |
— |
2,62 |
— |
|
|
полезн. на перекрытие 1 этажа |
1,5 |
0,525 |
4,8 |
1,68 |
1,3 |
1 |
0,9 |
0,95 |
5,62 |
1,6 |
|
|
полезная на 3 этажа с учётом Шn1= |
0,75 |
12,64 |
4,8 |
||||||||
|
Итого врем. нагрузка |
20,9 |
6,93 |
|||||||||
|
Итого полная |
87,66 |
64,8 |
|||||||||
|
Итого полная на п.м. |
87,66 |
64,8 |
|||||||||
|
Масса стены п.м. |
G ст = 2,8*0,4*3*14 = 47,04 |
47,04 |
1,1 |
1 |
1 |
1 |
51,74 |
47,04 |
|||
|
Итого полная на п.м. |
139,4 |
111,84 |
|||||||||
3. Выбор типа оснований и конструкции фундамента для сечения 1-1
Заключительным этапом изучения строительной площадки является оценка инженерно-геологических условий, принятия рационального конструктивного решения фундаментов, проектируемого здания, глубины заложения их, а так же выбора способа производства работ. В рассматриваемых грунтовых условиях можно запроектировать несколько вариантов устройства фундаментов. На основе вариантного способа проектирования принимается то инженерное решение, которое позволяет с меньшими затратами труда, в более короткий срок, без ухудшения эксплуатационных качеств здания, меньшей сметной стоимости выполнить устройство фундаментов для проектируемого здания. При выборе рациональных конструкций фундаментов должны учитываться следующие факторы:
1. Инженерно-геологические условия площадки строительства (физико-механические свойства грунтов, характеристика их напластования, наличие слоев, склонных к скольжению, карстовых полостей и пр.)
2. Конструктивные особенности проектируемого здания, нагрузки и их воздействие на фундамент.
З. Уровень подземных вод и их химический состав.
4. Глубина заложения фундаментов примыкающих зданий, а так же глубина прокладки инженерных коммуникаций.
5. Существующий и проектируемый рельеф строительной площадки.
6. Гидрологические условия строительной площадки, а так же возможность их изменения в процессе выполнения работ по устройству фундаментов и эксплуатации здания.
Вариантность инженерных решений — важнейший принцип проектирования фундаментов сооружений. В курсовом проекте расчёту и сравнению по стоимости подлежат два варианта: на естественном основании и свайный. Сравнение вариантов фундаментов следует проводить на самом загруженном фундаменте.
3.1 Проектирование фундамента на естественном основании
Глубина заложения фундамента зависит:
1)от конструктивных особенностей фундамента — глубина подвала равна 2,6 метра
2)нельзя закладывать фундамент в зоне чернозёма;
3)нельзя закладывать фундамент в зоне промерзания грунтов
Подошва фундамента должна располагаться ниже расчётной глубины промерзания для грунтов, обладающих пучинистыми свойствами. Расчётная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:
, (7)
где d f т -нормативная глубина промерзания (по заданию КП),
K -коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений.
d f = 0,50,8 = 0,4 м.
По конструктивным особенностям глубина подвала — 2,8 м, то глубине промерзания удовлетворяет.
4) из опыта строительства минимальная глубина заложения 0,5м, а в зоне сейсмики 1м;
5) глубина заложения зависит от прочностных и деформативных показателей грунта;
6) не рекомендуется располагать подошву грунта на границе раздела грунтов
7) глубина заложения конкретного фундамента зависит от глубины заложения соседних фундаментов.
3.2 Подбор размеров подошвы фундамента
Предварительная площадь фундамента:
, (8)
где — сумма нагрузок на фундамент для расчета второй группы предельных состояний (для ленточных фундаментов — погонная нагрузка), кН;
- табличное значение расчетного сопротивления грунта несущего слоя, кПа;
- средний удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах (принять 20 кН/м3);
- глубина заложения фундамента, м.
Принимаем блоки бетонные стен подвалов ФБС 24.6.6 — Т (ГОСТ 13579-94) m=1,96т, и плиту — подушку железобетонную ФЛ 8.24-4(ГОСТ 13580 — 85) m=1,45 т.
Так как фундамент закладывается близко к границе слоёв грунта, то при расчете необходимо принимать худшие из характеристик двух грунтов.
Основным критерием при подборе размеров подошвы фундамента является выполнение условия:
P II ? R, (9)
где P II — среднее давление по подошве фундамента, кПа;
, (10)
где ?N iII — внешняя суммарная расчетная нагрузка на фундамент для расчетов по второй группе предельных состояний, кН;
N ФБС — вес фундаментного блока, кН;
N ФЛ — вес фундаментной плиты;
N приг — вес пригруза;
N гр лев — вес грунта с левой стороны от фундамента, кН;
N гр прав — вес грунта с правой стороны от фундамента, кН;
N ПОЛА — вес пола, кН;
А- принятая площадь фундамента, м 2 .
Рисунок 2 — Ленточный фундамент, сечение 1-1
N ФБС =
N ФЛ =
N приг =
N гр лев = 0,12,2117,3 = 3,806 кН;
N гр прав = 0,1х0,4х1х17,3 = 0,692 кН;
N пола = 0,1240,1 = 0,24 кН.
R — расчетное сопротивление грунта, определяемое по формуле:
, (11)
где b = 0,8 м — ширина подошвы фундамента;
г С1 = 1,2 и гС2 = 1,1 — коэффициенты условия работы;
г II = 17,3 кН/м3 — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;
г II ‘ =17,3 кН/м3 — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;
K Z = 1 — коэффициент при b ? 10 м;
- К = 1,1 — коэффициент надежности;
М г = 0,422 Мq = 2,762 и МС = 5,347 — коэффициенты для ц = 18,2°.
С II = 17 кПа — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d I — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:
, (12)
где h S = 0,7 м -толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
h cf = 0,1 м — толщина конструкции пола подвала, м;
г cf = 24 кН/м3 — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;
d B =1,7 м — глубина подвала расстояние от уровня планировки до пола подвала, м.
Условие P II ? R выполняется,
P II =204,004 кПа < 220,804 кПа = R.
Принимаем подушку ФЛ 8.24-4, её размеры достаточны для восприятия нагрузок от вышележащих конструкций здания.
При внецентренном загружении фундамента последовательным приближением добиваются удовлетворения следующих условий:
для максимального краевого давления
, (13)
для минимального давления
, (14)
Краевые давления по подошве фундамента вычисляют по формуле:
, (15)
где ?N II — суммарная вертикальная расчетная нагрузка в уровне подошвы фундамента, вычисляется аналогично как при расчете среднего давления по подошве, кН;
- М — момент от расчетных нагрузок в уровне подошвы, кНм;
W — момент сопротивления площади подошвы фундамента, м 3 .
Для ленточного фундамента
, (16)
Момент от перекрытия:
Рисунок 3 — Схема к определению эксцентриситета для M пер
Момент от собственного веса грунта на левой консоли:
Момент от собственного веса грунта на правой консоли:
Момент от пола подвала:
Момент от пригруза:
Расчетные характеристики грунта засыпки суглинка твердого:
г II ‘ = 0,95гII = 0,9517,3 = 16,435кН/м2 ;
Определяю интенсивность давления грунта:
и 0 = = 45° — 8,19 = 36,81°;
л = tg 2 и0 = tg2 36,81° = 0,56;
K I = .
Интенсивность горизонтального активного давления грунта от собственной массы на уровне подошвы фундамента
P г 3 =, (17)
P г 3 =
Момент от горизонтального активного давления грунта от собственной массы:
Интенсивность горизонтального давления грунта от нагрузки q на поверхности земли:
P q = q л гf , (18)
P q = 100,561 = 5,6 кПа.
Момент от горизонтального активного давления грунта от нагрузки q:
Момент инерции 1 м стены подвала:
I b = .
Коэффициенты:
m 1 = ;
- n = ;
n 1 =;
- К = .
е = 0,2+0,05 = 0,25 м
Опорная реакция в уровне низа плиты перекрытия надподвального этажа:
R a =, (19)
Момент в уровне подошвы:
М 0 =
?М=4,857-1,522+0,277+0,096-0,4+29,545+17,5-17,912=32,441 кНм
325,07 < 1,2557,25 =668,7 кПа
272,73 > 0 .
Условия выполняются. Размеры фундамента достаточны для восприятия нагрузок от вышележащих конструкций.
3.3 Определение группы по несущей способности
Необходимо назначить группу по несущей способности, т.е. какую арматуру требуется заложить.
По нормативам величина армирования рассчитывается при толщине стены b n =16 см.
Определим нормативную консоль:
Так как наша толщина стены далеко не 16 см, то мы рассчитываем фактические величины.
Определяем фактическую консоль:
, (20)
, (21)
Расчет арматуры всегда ведется по I ГПС, поэтому полученное значение P n умножаем на осредненный коэффициент надежности гf = 1,2 — 1,22 (т.к. по разным нагрузкам у нас гf =1,4, гf =1,3, гf =1,1).
44,825Ч1,2 = 53,79
3.4 Определение конечной осадки ленточного фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования
Ширина подошвы ленточного фундамента b = 0,8 м. Среднее давление фундамента Р = 204,004 кПа
Разбиваем толщину грунта ниже подошвы фундамента на элементарные слои высотой h i = 0,4b = 0,40,8 = 0,32 м.
Для вертикали, проходящей через середину подошвы фундамента, находим напряжения от собственного веса грунта у zq и дополнительные давления уzp .
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине Z от подошвы фундамента, определяются по формуле:
, (22)
В уровне подошвы фундамента (точка 0):
у zq 0 = г1 h = 17,3 2,5 = 43,25 кПа,
в точке 1: у zq 1 = 43,25 + 17,3 0,32 = 48,786 кПа.
Ниже уровня подземных вод (УПВ) в песках и глинистых грунтах с I L >0,5 учитывают взвешивающее действие воды:
, (23)
Глинистые грунты с J L <0,5 считаются водоупорами. Давление от собственного веса грунта на кровлю водоупора вычисляют с учетом давления воды:
, (24)
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине Z от подошвы фундамента, действующие по оси, проходящей через центр подошвы фундамента, определяем по формуле:
, (25)
где б — коэффициент затухания дополнительных давлений по глубине;
- дополнительное вертикальное давление на основание в уровне фундамента.
Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине, где выполняется условие:
- (26)
Расчет приведен в таблице 3.
Осадка основания определяется методом послойного суммирования:
, (27)
где — безразмерный коэффициент, равный 0,8;
- среднее значение дополнительных вертикальных нормальных напряжений в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней Z i-1 и нижней Zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;
h i ,Ei — соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта.
Таблица 3 — Расчет у zq и уzq
|
Грунт |
Номер точки |
h,м |
z, м |
о = 2z/b |
б |
уzp, кПа |
уzq, кПа |
E, кПа |
S i , м |
|
|
0 |
2,5 |
0 |
0 |
1 |
247,254 |
43,25 |
||||
|
Суглинок мягкопластичный г 0 =17,3кН/м3 |
1 |
0,32 |
0,32 |
0,8 |
0,881 |
217,831 |
48,786 |
9800 |
0,0057 |
|
|
2 |
0,32 |
0,64 |
1,6 |
0,642 |
158,737 |
54,322 |
0,0041 |
|||
|
3 |
0,32 |
0,96 |
2,4 |
0,477 |
117,94 |
59,858 |
0,0031 |
|||
|
4 |
0,32 |
1,28 |
3,2 |
0,374 |
92,473 |
65,394 |
0,0024 |
|||
|
5 |
0,12 |
1,4 |
3,5 |
0,306 |
85,55 |
67,47 |
0,0008 |
|||
|
Глина тугопластичная г 0 = 20,1кН/м3 |
6 |
0,2 |
1,6 |
4 |
0,258 |
75,66 |
71,49 |
18360 |
0,0007 |
|
|
7 |
0,32 |
1,92 |
4,8 |
0,223 |
63,792 |
77,922 |
0,0009 |
|||
|
8 |
0,32 |
2,24 |
5,6 |
0,196 |
55,138 |
84,354 |
0,0008 |
|||
|
9 |
0,06 |
2,3 |
5,75 |
0,175 |
53,654 |
85,56 |
0,0001 |
|||
|
10 |
0,26 |
2,56 |
6,4 |
0,164 |
48,462 |
90,786 |
0,0005 |
|||
|
11 |
0,32 |
2,88 |
7,2 |
0,158 |
43,269 |
97,218 |
0,0006 |
|||
|
12 |
0,32 |
3,2 |
8 |
0,143 |
39,066 |
103,65 |
0,0005 |
|||
|
13 |
0,2 |
3,4 |
8,5 |
0,132 |
36,594 |
107,67 |
0,0003 |
|||
|
Суглинок теучепластичный г 0 =19,8кН/м3 |
14 |
0,12 |
3,52 |
8,8 |
0,122 |
35,357 |
108,87 |
10400 |
0,0003 |
|
|
15 |
0,32 |
3,84 |
9,6 |
0,113 |
32,638 |
112,07 |
0,0008 |
|||
|
16 |
0,32 |
4,16 |
10,4 |
0,106 |
30,165 |
115,27 |
0,0007 |
|||
|
17 |
0,32 |
4,48 |
11,2 |
0,106 |
27,94 |
118,47 |
0,0007 |
|||
|
18 |
0,32 |
4,8 |
12 |
0,106 |
26,209 |
121,67 |
0,0006 |
|||
?S=0,0239 м
Осадка фундамента:
- S = 0,0239 м < S u = 0,1 м.
Осадка основания фундамента находится в пределах допуска.
Рисунок 4 — Осадка фундамента по сечению 1-1
4. Проектирование свайного фундамента
4.1 Выбор типа и размеров свай
Предварительное назначение размеров свай производится исходя из геологического строения площади. Острие сваи следует располагать в прочных мало сжимаемых грунтах. Заглубление сваи в опорный (несущий) слой должно быть не менее 0,5 — 1,0 м, причем меньшие значения — при прочных грунтах (глинистые с J L ,< 0,1, пески гравелистые, крупные, средней крупности).
Рекомендуется заводить сваю в несущий слой на 2 — 3 м. Острие сваи не должно совпадать с границей слоев, а быть выше ее на 1 м или ниже на 0,5 м.
Назначив ориентировочно положение нижнего конца сваи, устанавливают требуемую длину сваи, округляют ее (в большую сторону) до ближайшей стандартной сваи и уточняют положение нижнею конца сваи. Принимают поперечное сечение сваи. Следует помнить, что длина забивных свай измеряется от головы сваи до начала острия.
Минимальная длина свай при центральной нагрузке — не менее 2,5 м, при внецентренной — 4м.
4.2 Выбор типа и глубины заложения ростверка
Ростверки выполняют из монолитного или сборного железобетона. Высота ростверка назначается согласно расчету на продавливание. Обычно по конструктивным соображениям h p >ho + 0,25, но не менее 30 см (h0 — величин заделки сваи в ростверка).
Чаще всего осуществляется свободное сопряжение сваи с ростверком заделкой ее на глубину 5-10 см. Жесткое сопряжение обеспечивается заделкой сваи в ростверк на глубину не менее d (d -сторона квадратной сваи или диаметр круглой) и применяется в случае действия больших моментов и горизонтальных нагрузок и когда сваи располагаются в слабых грунтах.
Ростверк, как правило, располагается ниже подвала. В пучинистых грунта, ростверк закладывается ниже расчетной глубины промерзания.
Ростверки бесподвальных зданий могут закладываться у поверхности земли на 0,1 — 0,15 м ниже планировочных отметок.
4.3 Определение несущей способности сваи по грунту
Расчет свайных фундаментов должен проводиться по двум группам предельных состояний:
- по первой группе расчетом несущей способности грунта оснований свайных фундаментов;
- по второй группе расчетом осадок оснований свайных фундаментов.
Одиночную сваю по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать, исходя из условия:
, (28)
где F d — расчетная несущая способность сваи по грунту;
г к — коэффициент надежности, в курсовой работе принять равным 1,4;
N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, определяемая с учетом коэффициентов надежности по нагрузке г f .
Несущая способность висячей сваи по грунту, работающей на сжимающую нагрузку, определяется по формуле:
, (29)
где г с — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый гс =1;
- R- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа;
- А- площадь опирания на грунт сваи, м ;
- U — наружный периметр поперечного сечения сваи, м;
f i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа;
h i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м. строительство фундамент свайный
Пласты грунтов следует расчленить на слои толщиной не более 2 м.
Рисунок 5 — К расчету свайного фундамента
А = 0,3 2 = 0,09 м2 ,
U = 0,34 = 1,2 м,
г C R = 1,2- коэффициенты условия работы под нижним концом сваи,
г cf 1 — коэффициенты условия работы на боковой поверхности сваи. Для суглинка 0,9, для глины — 0,9, для песка — 1.
Расчетная несущая способность сваи с учетом коэффициента надежности:
Определяем количество свай в свайном фундаменте:
, (30)
где N 0 I = 139,4 кН — расчетная нагрузка по сечению 1-1 по I ГПС;
N ФБС = 40,833 кН;
N РОСТ =0,3Ч0,6Ч24=4,32 кН;
Расстояние между сваями:
, принимаем =2,2 м
тогда
В прямоугольных ростверках сваи размещаются в рядовом или шахматном порядке симметрично относительно оси нагрузки. Для ростверков под стены здания сваи размещаются в 1 — 2 ряда с обязательной постановкой свай в углах и местах примыкания стен. Минимальное расстояние между осями висячих свай принимают не менее 3d (d — диаметр или сторона, поперечного сечения сваи) и не менее 0,7 м. Максимальное расстояние — 6d. Расстояние в свету от края сваи до края ростверка должно быть не менее 5 см. Ширину ростверков под стены назначают не менее 400 мм, высоту — не менее 300 мм. Для малых ростверков высота назначается в пределах 400 — 600 мм.
4.5 Проверка свайного фундамента по I ГПС
Законструировав ростверк, выполняется окончательная проверка свайного фундамента по несущей способности по условию (28).
Проверке подлежит наиболее нагруженная крайняя свая. Расчетная нагрузка на сваю определяется по формуле:
, (31)
где ?N i ‘, ?Mi ‘ — соответственно расчетные вертикальные нагрузки и момент всех сил относительно центра тяжести подошвы ростверка, кН. кНм;
- Qp — уточненный расчетный вес ростверка, кН;
- n — количество свай в ростверке;
y max — расстояние в направлении действия момента до оси наиболее удаленной сваи от центра тяжести свайного поля, м;
y i — то же, до оси каждой сваи, м.
Так как свая в ряду одна, то второе слагаемое = 0.
Проверяем условие:
- выполняется.
4.6 Расчет свайного фундамента по II ГПС
Средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов, залегающих в пределах длины сваи при слоистом их напластовании, определяется:
, (32)
- (33)
Рисунок 6 — К определению размеров условного фундамента
Из рисунка 6:
tg 4,81°L= 0, 084Ч7,9 = 0,664м,
b усл = 0,664 2 + 0,3 = 1,63 м.
Площадь подошвы условного фундамента:
A усл = bусл 1 п.м. = 1,63 м2 .
Среднее давление под подошвой условного фундамента:
, (34)
где ?N 0 iII = 111,84 кН — внешняя расчетная нагрузка на фундамент для расчета по II ГПС;
N Р = 0,60,324 = 4,32 кН — вес ростверка;
N ФБС = 40,83 кН;
N СВ = 0,23 10 8= 18,4 кН;
N пола = 0,514 0,1 24= 1,234 кН;
N пригр = 10 0,514 = 5,14 кH
N гр = 1,33Ч0,5Ч10,666 + 1,33Ч4Ч10 + 1,33Ч2Ч20,1 + 1,33Ч1,4Ч17,3 + 1,03Ч0,7Ч17,3 + 1,03Ч1,8Ч17,3 = 190,519
Расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента:
, (35)
Проверим условие:
P усл =372,298? Rусл =1825кН — выполняется.
4.7 Осадка свайного фундамента
Размеры подошвы условного грунтосвайного массива:
l y = 3 м, bусл =1,63 м.
Среднее давление под подошвой условного грунтосвайного массива:
P усл = 372,298 кПа.
Разбиваем толщину грунта ниже подошвы условного фундамента на элементарные слои высотой Дh = 0,4 b усл = 0,4 1,63 = 0,652м.
Природное давление грунта на уровне подошвы условного фундамента:
у zq 0 = 17,33,9 + 20,12 + 104 + 10,6660,5= 153,003 кПа.
Дополнительное давление на уровне подошвы условного фундамента:
у zp 0 = б(Р — уzq 0 ) = 1(372,298- 153,003) = 219,295 кПа;
- Расчет приведен в таблице 4.
Таблица 4 — Расчет у zq и уzq
|
Грунт |
Номер точки |
h,м |
z, м |
о = 2z/b |
б |
уzp, кПа |
уzq, кПа |
E, кПа |
S i , м |
|
|
Песок гsb =10,666 кН/м 3 |
0 |
10,4 |
0 |
0 |
1 |
160,638 |
153,0030 |
40000 |
||
|
1 |
0,652 |
0,652 |
0,8 |
0,881 |
141,522 |
159,9572 |
0,0023 |
|||
|
2 |
0,652 |
1,304 |
1,6 |
0,642 |
103,13 |
166,9115 |
0,0017 |
|||
|
3 |
0,652 |
1,956 |
2,4 |
0,477 |
76,624 |
173,8657 |
0,0012 |
|||
|
4 |
0,652 |
0,608 |
3,2 |
0,374 |
60,079 |
180,8199 |
0,0010 |
|||
|
5 |
0,652 |
3,26 |
4,0 |
0,306 |
49,155 |
187,7742 |
0,0008 |
|||
|
6 |
0,652 |
3,912 |
4,8 |
0,258 |
41,445 |
194,728 |
0,0007 |
|||
|
7 |
0,652 |
4,564 |
5,6 |
0,223 |
35,822 |
201,683 |
0,0006 |
|||
?S=0,0083 м
Осадка фундамента:
- S = 0,0083 м < S u = 0,1 м.
Осадка основания фундамента находится в пределах допуска.
Рисунок 7 — Осадка свайного фундамента
Заключение
В данной работе были рассчитаны 2 варианта фундаментов для пятиэтажного многоквартирного дома. Были подобраны поушки под внешние стены ФЛ 8-24-1, сваи С8-30. Наиболее выгодным является ленточный фундамент. Ленточный фундамент мелкого заложения экономичнее свайного, поскольку стоимость свай, сваебойного оборудования, время на обустройство ростверка превышает стоимость ленточного. Поэтому фундамент мелкого заложения рекомендуется как наиболее экономичный.
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovoy/proektirovanie-fundamenta/
1. Расчет осадки фундамента. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию по курсу «Основания и фундаменты» для студентов всех форм обучения специальностей: 290300-«Промышленное и гражданское строительство», 290400-«Гидротехническое строительство», 290500-«Городское строительство и хозяйство». Сост.: С.И. Дизенко, КубГТУ, Кафедра «Строительные конструкции и гидротехнические сооружения». Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2003 г.
2. Проектирование оснований и фундаментов промышленных и гражданских зданий. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию по курсу «Основания и фундаменты» для студентов всех форм обучения специальностей: 290300-«Промышленное и гражданское строительство», 290400-«Гидротехническое строительство», 290500-«Городское строительство и хозяйство». Сост.: С.И. Дизенко, КубГТУ, Кафедра «Строительные конструкции и гидротехнические сооружения». Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2003 г.
3. Расчет нагрузок на фундаменты зданий. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию по курсу «Основания и фундаменты» для студентов всех форм обучения специальностей: 290300-«Промышленное и гражданское строительство», 290400-«Гидротехническое строительство», 290500-«Городское строительство и хозяйство». Сост.: С.И. Дизенко, КубГТУ, Кафедра «Строительные конструкции и гидротехнические сооружения». Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2004 г.
4. Механика грунтов, основания и фундаменты. Методические указания к проектированию просадочного основания фундамента для студентов специальности 290300 — Промышленное и гражданское строительство. КубГТУ, сост. П. А. Ляшенко, Б. Ф. Турукалов. — Краснодар: Изд. КубГТУ, 2004 г.
5. Проектирование оснований и фундаментов и стен подвальных помещений. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию по курсу «Основания и фундаменты» для студентов всех форм обучения специальностей: 290300-«Промышленное и гражданское строительство», 290400-«Гидротехническое строительство», 290500-«Городское строительство и хозяйство». Сост.: С.И. Дизенко, КубГТУ, Кафедра «Строительные конструкции и гидротехнические сооружения». Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2003 г.
6. СНиП 2.02.01-83. «Основания зданий и сооружний». Стройиздат, 1985 г.
7. СНиП 2.01.07-87 «Нагрузки и воздействия». Стройиздат, 1987 г.
8. СНиП 2.02.03-85. «Свайные фундаменты». Стройиздат, 1985 г.
9. Берлинов М. В, Ягупов Б. А. Примеры расчета оснований и фундаментов. Стройиздат, 1986 г.
