1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ПРИДНЕПРОВСКАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ
Кафедра Основания и фундаменты
Курсовой проект
«Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения и
свайных фундаментов».
Выполнил студент 808 группы
Проверил ассистент
Днепропетровск
2007
|
Наименование грунта |
Мощность слоя, м |
с, кН/м3 |
сs, кН/м3 |
W, |
Wl, |
Wp, |
ц , ? |
c, кг/см2 |
м |
Кф, см/сек |
Р, кг/см2 |
S, м |
|
|
Чернозем |
0.8 — 0.9 |
1,66 |
— |
0,14 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
|
|
Песок мелкозернистый |
6,0 — 5.6 |
1,93 |
2,65 |
0,2 |
— |
— |
— |
— |
0,27 |
— |
— |
— |
|
|
Супесь пылеватая |
4,5-3,8 |
1,5 |
2,66 |
0,21 |
0,2 |
0,2 |
17 |
7,0 |
0,3 |
0,1 |
0,62 |
||
|
0,2 |
1,22 |
||||||||||||
|
0,3 |
1,83 |
||||||||||||
|
0,4 |
2,8 |
||||||||||||
|
Глина четвертичная |
неогрн. |
1,98 |
2,74 |
0,23 |
0,4 |
0,2 |
— |
— |
0.43 |
— |
— |
— |
|
|
2,0 м |
|||||||||||||
|
, кН/м3 |
s, кН/м3 |
C, кПа |
E, Мпа |
|||
|
Чернозем |
16,6 |
— |
— |
— |
— |
|
|
Песок мелкозернистый |
19,3 |
26,5 |
2 |
32 |
28 |
|
|
Супесь пылеватая |
15 |
26,6 |
7 |
17 |
9,52 |
|
|
Глина четвертичная |
19,8 |
27,4 |
61 |
19,5 |
22,5 |
|
При определении усилий в конструкции фундамента (подошвы фундамента) в заданном сечении, за расчетную схему принимается консольная балка с жесткой заделкой в заданном сечении — оставшейся части фундамента, на которую действует нагрузка.
Подбор рабочей арматуры производим по двум сторонам:
Сечение 1-1
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня:
см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1,313 см2 , тогда As = 5х1,313 = 6,565 см2 .
Сечение 2-2
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня:см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 9 мм с As1 = 0,636 см2 , тогда As = 5х0,636 = 3,18 см2
Сечение 3-3
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня:см2
Из сортамента выбираем арматуру Вр-1 диаметром 4 мм с As1 = 0,126 см2 , тогда As = 5х0,126 = 0,63 см2
Принимаем сетку С1 из арматуру А-400 диаметром 12 мм. По стороне l и b ее количество составит шт.
6. Расчет осадки методом послойного суммирования
1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 587,3 кПа
2. Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
кПа
3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.
кПа
4. Разбиваем основание фундамента на элементарные слои м
4. Вычисляем и строим эпюру естественного давления
5. Вычисляем и строим эпюру , где
- коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.
6. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
7. Считаем суммарную осадку по всем слоям:
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 3
Таблица 3
|
№ эл. |
Z, м |
о |
б |
у zg0, кПа |
0.2 у zg0, кПа |
у zpi, кПа |
у zpiср, кПа |
Е, кПа |
S, м |
|
|
0 |
0 |
0 |
1.000 |
55,60 |
11,12 |
531,70 |
||||
|
1 |
0,64 |
0,6 |
0.972 |
67,95 |
13,59 |
515,75 |
523,72 |
0,009 |
||
|
2 |
1,28 |
1,2 |
0.848 |
80,30 |
16,06 |
450,88 |
483,32 |
0,00884 |
||
|
3 |
1,92 |
1,8 |
0.682 |
92,654 |
18,53 |
362,62 |
406,75 |
0,0074 |
||
|
4 |
2,56 |
2,4 |
0.532 |
105,00 |
21,00 |
282,86 |
322,74 |
0,0059 |
||
|
5 |
3,2 |
3,0 |
0.414 |
117,36 |
23,47 |
220,12 |
251,49 |
0,00459 |
||
|
6 |
3,84 |
3,6 |
0.325 |
128,33 |
25,66 |
172,80 |
196,46 |
0,00359 |
||
|
7 |
4,48 |
4,2 |
0.260 |
137,93 |
27,59 |
138,24 |
155,52 |
0,00836 |
||
|
8 |
5,12 |
4,8 |
0.210 |
147,53 |
29,51 |
111,66 |
124,95 |
0,00672 |
||
|
9 |
5,76 |
5,4 |
0.173 |
157,13 |
31,43 |
91,98 |
101,82 |
0,00547 |
||
|
10 |
6,4 |
6,0 |
0.145 |
166,73 |
33,35 |
77,09 |
84,54 |
0,0045 |
||
|
11 |
7,04 |
6,6 |
0.123 |
176,33 |
35,27 |
65,39 |
71,24 |
0,0038 |
||
|
12 |
7,68 |
7,2 |
0.105 |
189,00 |
37,8 |
55,82 |
60,60 |
0,00138 |
||
|
13 |
8,32 |
7,8 |
0.091 |
201,67 |
40,33 |
48,38 |
52,10 |
0,0012 |
||
|
14 |
8,96 |
8,0 |
0,077 |
214,04 |
42,80 |
40,94 |
44,66 |
0,0010 |
||
|
У= 0,0717 |
||||||||||
Проверяем выполнение условия S < Su . В нашем случае 7,14 см < 8 см, где Su =8см — предельное значение осадки. Условие выполнилось.
Эпюра распределения напряжений zp , zg
II. Фундаменты мелкого заложения на искусственном основании в виде грунтовой подушки
1. Выбор глубины заложения фундамента
1.1. Глубина заложения фундамента зависит от:
- климатического района строительства (глубины промерзания грунта);
- технологических особенностей проектируемого здания (наличия подвалов, технологических каналов, расположенных в подземной части здания, технологических отстойников, водящих боровов, подводящих трубопроводов и др.);
- конструктивных особенностей проектируемого здания или сооружения;
- фактора инженерно-геологических условий.
Учитывая то, что данная расчётно-графическая работа — учебная, принимаем глубину заложения фундамента из предыдущем расчёте, т.е.
Под подошвой фундамента находится песок мелкозернистый, поэтому в учебных целях принимаем подушку из суглинка (гs = 26,3 кН/м3 , г = 20 кН/м3, W = 15 %) со следующими физико-механическими свойствами:
- определяем коэф. пористости
Принимаем гd = 16,52 кН/м3 ;
- определяем показатель текучести
Вывод: Исходя из анализа инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей здания, принимаем глубину заложения фундамента d = 3,0 м. Грунтовую подушку выполняем из суглинка с характеристиками: C = 34 кПа, E = 24,5 МПа, ц = 24,5?.
2. Расчет площади подошвы с
2.1. Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчетному сопротивлению R кр. при ширине фундамента b = 1м:
(1)
где — коэффициенты условий работы оснований () и сооружений () принимаются по табл.3 СНиП 2.02.01-83;
- К — коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта ( и С) определены непосредственными испытаниями, К = 1,1, если и С приняты по табл.1-3 прил.1 СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»;
- коэффициенты, принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83
kz — коэффициент влияния площади фундамента. Для фундаментов шириной
b < 10м, кz = 1
b > 10м, кz = Z0/ b+0,2 (Z0 = 8,0 м)
b — ширина фундамента (принятая нами b = 1м)
- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента;
- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента,
кН/м3
- удельные весы грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (см. рис.)
CII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d1 — глубина заложения фундаментов бесподвальных (помещений) зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (если нет подвала, то d1 = d):
- hs — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
- hcf — толщина пола подвала, м.
- удельный вес конструкции пола подвала.
dв — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола.
Определяется площадь фундамента в первом приближениям по формуле:
По определенной площади фундамента вычисляются размеры фундамента в плане:
где б- соотношение сторон фундамента ( = l/b = 1) или сторон сечения колонны или сооружения
По вычисленным размерам фундамента в плане устанавливается со-противление грунта основания по формуле (1):
I. 1) При b = 1 м, R = 324,37 кПа
2) A = м2
3) м
4)
II. 1) При b = 4,5 м, R = 390,24 кПа
2) A = м2
3) м
III. 1) При b = 4,0 м, R = 380,83 кПа
2) A = м2
3) м
Проверка целесообразности дальнейшего подбора:
Прекращаем подбор.
Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 0,1м для, т.е. принимаем b = 4,1 м, а l = 4,1 м, соответственно м2 ; R = 380,83 кПа.
2.2. Проверяем контактные напряжения.
1. ;
2. Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию:
кПа
кПа
N, Mx, My — усилия, передаваемые на фундамент от сооружения (по заданию или расчету рамы)
Wx, Wy — момент сопротивления подошвы фундамента
м3
3. Конструирование фундамента
3.1. Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:
bпк= bк + 0,6 = 1,0 м
lпк= lк + 0,6 = 1,0 м
Для выбранного типа фундаментов определяется высота конструкции фундамента или его плитной части по формуле:
м
где
l, b — размеры подошвы фундамента в плане;
- размеры сечения колоны (по заданию).
- расчётное сопротивление бетона на растяжение, кПа;
- среднее давление подошвы фундамента, кПа.
Реальная высота (с учётом защитного слоя) вычисляется по формуле:
Принимаем оптимальную высоту, равную 900 мм (кратную 150 мм)
При данной высоте конструктивно целесообразно установить 3 ступени по-300 мм.
4. Расчет на продавливание
Проверяем условие жесткости конструкции фундамента по условию:
- фундамент гибкий.
Продавливание происходит по поверхности усеченной пирамиды, верхним основанием которой является нижнее сечение основание подколонника или колонны, а грани расположены под углом 45
где: Aтр — площадь поверхности грани пирамиды продавливания;
- Aпр — площадь продавливания — площадь подошвы фундамента за пределами пирамиды продавливания.
кПа — расчетное сопротивление бетона на растяжение.
м2
м2
где м
кН
кн.
- условие выполняется.
5. Армирование конструкций фундамента
При определении усилий в конструкции фундамента (подошвы фундамента) в заданном сечении, за расчетную схему принимается консольная балка с жесткой заделкой в заданном сечении — оставшейся части фундамента, на которую действует нагрузка.
Подбор рабочей арматуры производим по двум сторонам:
Сечение 1-1
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня:
см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1,313 см2 , тогда As = 5х1,313 =6,565 см2
Сечение 2-2
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня:см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1,313 см2 , тогда As = 5х1,313 = 6,565 см2
Сечение 3-3
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня:см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 3 мм с As1 = 0,07 см2 , тогда As = 5х0,07 = 0,35 см2
Принимаем сетку С2 из арматуру А-400 диаметром 12 мм. По стороне l и b ее количество составит шт.
6. Выбор размеров подушки
6.1. Определение высоты подушки.
Исходя из условия, что , принимаем в расчёт м. Т.к. размеры подушки должны быть кратны 10 см, то принимаем hпод = 2,5 м.
6.2. Определение размеров подушки в плане.
Используем формулы:
;
, где
б — угол естественного откоса. Для суглинка (окружающего грунта) он равен 40.
В — угол распределения напряжений. Для песка (материал подушки) он равен 30?.
м. Для кратности принимаем
= 9,1 м;
м. Для кратности принимаем = 15,1 м,
м.
м.
Итак, окончательно приняли следующие размеры грунтовой подушки:
- на уровне низа м;
- на уровне верха м.
Расчет осадки
7.1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 381,23 кПа
7.2. Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента .
кПа
7.3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.
кПа
7.4. Разбиваем основание фундамента на элементарные слои м
7.5. Вычисляем и строим эпюру естественного давления
7.6. Вычисляем и строим эпюру , где
- коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.
7.7. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
7.8. Считаем суммарную осадку по всем слоям:
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 4.
Таблица 4
|
№ эл. |
Z, м |
о |
б |
у zg0, кПа |
0.2 у zg0, кПа |
у zpi, кПа |
у zpiср, кПа |
Е, кПа |
S, м |
|
|
0 |
0 |
0 |
1,000 |
55,60 |
11,12 |
325,63 |
||||
|
1 |
0,82 |
0,4 |
0,972 |
72,00 |
14,40 |
316,51 |
321,07 |
0,0086 |
||
|
2 |
1,64 |
0,8 |
0,848 |
88,40 |
17,68 |
276,13 |
296,32 |
0,00793 |
||
|
3 |
2,46 |
1,2 |
0,682 |
104,80 |
20,96 |
222,08 |
249,11 |
0,00667 |
||
|
4 |
3,28 |
1,6 |
0,532 |
120,63 |
24,12 |
173,24 |
197,66 |
0,00463 |
||
|
5 |
4,1 |
2,0 |
0,414 |
136,45 |
27,29 |
134,81 |
154,03 |
0,0036 |
||
|
6 |
4,92 |
2,4 |
0,325 |
152,28 |
30,45 |
105,83 |
120,32 |
0,0028 |
||
|
7 |
5,74 |
2,8 |
0,260 |
168,10 |
33,62 |
84,66 |
95,25 |
0,00223 |
||
|
8 |
6,56 |
3,2 |
0,210 |
183,93 |
36,79 |
68,38 |
76,52 |
0,0018 |
||
|
9 |
7,38 |
3,6 |
0,173 |
196,23 |
39,25 |
56,33 |
62,36 |
0,0043 |
||
|
10 |
8,2 |
4,0 |
0,145 |
208,53 |
41,71 |
47,22 |
51,78 |
0,0036 |
||
|
11 |
9,02 |
4,4 |
0,123 |
220,83 |
44,16 |
40,05 |
43,64 |
0,003 |
||
|
У= 0,049 |
||||||||||
Проверяем выполнение условия S < Su . В нашем случае 4,90 см < 8 см, где Su =8см — предельное значение осадки. Условие выполнилось.
Эпюра распределения напряжений zp , zg
III Расчёт свайных фундаментов
1. Выбор глубины заложения ростверка
1.1. Определение глубины заложения ростверка зависит от нескольких факторов:
- Глубины промерзания грунта. Из предыдущих расчётов мы уже определили эту величину
м;
- Наличие конструктивных особенностей. В нашем случае подвальных помещений нет, поэтому
;
- Глубина заложения ростверка. Исходя из условия, что
мм,
где
dр — глубина заложения ростверка, м;
- hст — глубина стакана в фундаменте. Для наших фундаментов под ЖБК-колонны hст = 0.
Учитывая все перечисленные условия, принимаем глубину заложения ростверка dр = 1,5 м, исходя из кратности ростверка по высоте 15 см.
Принимаем шарнирное соединение ростверка и сваи. Голова сваи заходит в тело ростверка на 5 — 10 см. принимаем для расчёта 10 см.
Тогда отметка головы сваи будет равна -1,4 м.
2. Выбор несущего слоя
Считаем, что несущим слоем будет глина четвертичная, поэтому, заглубляем сваю в слой глины на 3,6 м (для применения стандартной длины сваи).
При этом длина сваи равна hсв = 13 м.
Под нижним концом сваи находится сжимаемый грунт (Е < 50 МПа).
Дальнейший расчёт ведём как для висячей сваи. Принимаем железобетонную забивную сваю квадратного сечения. Для выбранной нами длины можно принять сечение 40 х 40 см.
3. Определение несущей способности сваи
где n — количество слоёв с одинаковыми силами трения по длине сваи;
- гс — коэффициент условий работы ( гс = 1);
- гсr и гсf — коэффициенты условий работы под подошвой сваи и по боковой поверхности, зависят от условий изготовления или погружения сваи. (гсr =1 и гсf = 1);
- А — площадь сечения сваи;
- R — расчётное сопротивление под подошвой сваи, зависит от длины сваи и грунта. (R = 6900 кПа);
- U — периметр сечения сваи;
- l — расстояние от середины слоя до поверхности земли;
- f — расчётное сопротивление по боковой поверхности сваи, зависит от l (принимается из СниПа).
Таблица 5
|
hi , м |
li , м |
fi , кПа |
hi * fi , кН/м |
|
|
1,5 |
2,25 |
31,25 |
46,88 |
|
|
1,5 |
3,75 ……….. |
