Економічний варіант фундаменту одноповерхової промислової будівлі в м. Бориспіль

Вступ

Завдання курсового проекту - запроектувати економічний варіант фундаменту одноповерхової промислової будівлі в м. Бориспіль. Дана будівля має розміри в плані 72 x 48м. Будівля представляє собою каркасну металеву конструкцію, має два прольоти по 24м. Розміри середніх колон 2000x600мм., крайніх - 1250x400мм. На колони спираються металеві ферми, довжиною 24м. Стіни виготовлені зі стінових панелей.

При інженерно - геологічних вишукуваннях пробурені 3 свердловини, з яких були взяті проби ґрунту.

Підставою для розроблення проекту є завдання на виконання курсового проекту, виданого кафедрою видобування нафти і газу та геотехніки.

1. 
Оцінка інженерно-геологічних умов ділянки

Таблиця I. Запишемо спочатку фізико-механічні характеристики ґрунтів.

№              Найменування шару        ,

Оцінку проводимо згідно ДСТУ Б.В.2.1-2-96 “Грунти.Класифікація”.

Перший шар ґрунту - рослинний шар - не може служити в якості основи фундаменту, тому повинен бути пройдений тілом фундаменту. Можна використати для рекультивації земель

ІГЕ-2 - глинистий грунт

.        Визначаємо число пластичності

згідно табл. Б11 , грунт - суглинок

2.       Показник текучості

згідно табл. Б14  - суглинок твердий

. Щільність твердого ґрунту

Коефіцієнт пористості грунту

грунт - льос високопористий

4.       Коефіцієнт водонасичення

5.       Вологість грунту у замоклому стані

6.       Показник текучості грунту при

згідно табл. Б14 , грунт - туго пластичний Грунт не посадочний, не замулений, не містить органічних речовин

.        Визначаємо попереднє значення розрахункового опору грунту за табл. 3 ,

e=0,87, ,

ІГЕ-2 - суглинок туго пластичний високо пористий може бути використаний в якості природної основи для фундаменту.

ІГЕ-3 - глинистий грунт

1.  Визначаємо число пластичності

згідно табл. Б11 , грунт - суглинок

2.  Показник текучості

згідно табл. Б14  - суглинок твердий

. Щільність твердого ґрунту

4.      Коефіцієнт пористості грунту

грунт - льос високопористий

5.       Коефіцієнт водонасичення

6.      
Вологість грунту у замоклому стані

7.       Показник текучості грунту при

згідно табл. Б14 , грунт - туго пластичний Грунт не посадочний, не замулений, не містить органічних речовин

.        Визначаємо попереднє значення розрахункового опору грунту за табл. 3 ,

e=0,79, ,

Висновок: ІГЕ-2 - суглинок туго пластичний високо пористий може бути використаний в якості природної основи для фундаменту.

2.  Збір вертикальних навантажень на фундамент

1. Визначаємо грузові площі:

Таблиця 3. Збір навантажень

3.  Прив’язка будівлі до рельєфу місцевості

Визначаємо позначки кутів будівлі шляхом інтерполяції. Наносимо їх на рисунок.

.        Знаходимо значення ухилів на розглядаємій ділянці. Ухили повинні знаходитись у межах  інакше буде проходити ерозія грунту або стоятиме вода:

a.       (в межах). (в межах).         (в межах). (в межах)

Позначку підлоги приймаємо:

4.    
Вибір глибини закладання фундаменту

a.            Виходячи з сезонного промерзання грунтів - 1м для Борисполя.

 Знаходимо розрахункову глибину сезонного промерзання ґрунту:

,

де коефіцієнт, який враховує вплив теплового режима споруди. Абсолютна позначка фундаменту: 75,75-1,1=74,65м

b.            Виходячи з конструктивних особливостей будівлі

Підошва фундаменту буде розташована від рівня чистої підлоги на глибині:

Абсолютна позначка фундаменту: 76,4-1,6=74,8м

c.            Виходячи з ґрунтових умов 76,4-0,85=74,9м

d.      Позначка рівня ґрунтових вод складає <68м, не враховуємо.      Будівель, що примикають до проектуємо споруди немає. Комунікації знаходяться не глибше, ніж 1м від поверхні землі.

Приймаємо позначку підошви фундаменту 74,65 виходячи з умови глибини промерзання грунту.

Визначаємо мінімальну та максимальну глибину закладення фундаменту

.

Висота фундаменту

5.       Призначення 3-х конкурентно - спроможних варіантів фундаментів

Фундамент на природній основі

Визначаємо розрахункові і нормативні зусилля на рівні обрізу фундаменту

Розрахунок виконуємо для фундаментів переріз 1-1 (по завданню). Для цього переріза загальне вертикальне нормативне навантаження складає . Тоді отримаємо, що нормативне горизонтальне навантаження становить:

Нормативний момент на рівні обрізу фундаменту становить:

Визначаємо геометричні розміри фундаменту

Визначаємо попередній розрахунковий опір грунту за формулою 7  за умови, коли ширина фундаменту b=0.

  , де

коефіцієнти умови роботи, які приймаємо за ([2], стр.8, таблиця №3). Вони становлять:

 при

коефіцієнти, які приймаємо

ширина підошви фундаменту,

коефіцієнти, які приймаємо за ([1], стр.9, таблиця №4).

Вони становлять (при ):

 розрахункове значення умовного зчеплення.

середнє розрахункове значення умовної ваги ґрунтів, які залягають нижче підошви фундаменту. Приймаємо .

теж саме, які залягають вище підошви фундаменту. Приймаємо :

Розраховуємо попередні розміри фундаментів в плані

Визначаємо

Визначаємо уточнене значення розрахункового опору грунту :

Визначаємо уточнені розміри фундаменту:

приймаємо

, приймаємо .

Визначаємо фактичне значення

Визначаємо вагу фундаменту

Визначаємо розрахунковий опір грунту з урахуванням призначеної ширини підошви фундаменту

Визначаємо середній тиск під підошвою фундаменту :

Розрахунковий опір грунту більше ніж середній тиск під підошвою фундаменту R>P

Запас міцності складає

Остаточно приймаємо:

Визначаємо ексцентриситет рівнодійної для позацентрово-завантаженого фундаменту при дії загального згинаючого моменту на рівні підошви фундаменту:

,

отже розрахунок ведемо як для позацентрово-стиснутого фундаменту.

Визначаємо тиск на ґрунт у краю підошви позацентрово-завантаженого фундаменту:

Згідно норм, максимальний тиск на ґрунт не повинен перевищувати , а мінімальний тиск повинен бути додатнім. Друга умова виконується очевидно  Перевіряємо першу вимогу:

Запас складає:

Отже всі умови задовольняються.

Розрахунок осідань проводимо методом пошарового підсумування

Розрахунок ведемо за допомогою Таблиці V та Додатку 1.

P=202,1 кПа

Згідно з ([1], стр. 38, додаток 4) гранична деформація складає . Згідно з розрахунком, отримано , що не перевищує граничну деформацію.

Розрахунок фундаменту із забивних паль

Вибір розмірів паль згідно інженерно-геологічних умов ділянки, діючих навантажень, конструктивних особливостей споруди. Приймаємо палю .

.        Глибину закладання ростверку встановлюємо з конструктивних міркувань. Приймаємо:

Визначення несучої здатності палі. Несучу здатність палі визначаємо за формулою (8) [3]

-       

Загальна довжина палі - 9,7м розбиваємо цю довжину на шари грунту, товщиною до 2м. Для кожного з шарів вирахуємо відстань від центра ваги до відмітки 0.000 та визначимо розрахунковий опір за бічною поверхнею палі .

2. Розрахункове навантаження, яке допустиме на палю становить:

6.  Визначення кількості паль фундаменту.

Приймаємо остаточно  паль.

7.  Конструювання ростверку.

Конструювання ростверку виконуємо виходячи з мінімальної відстані між палями, тобто , розміщуємо їх у три ряди. Тоді розміри ростверку становлять:

.

.

8.  Визначення фактичного розрахункового навантаження на палю.

Розрахунок виконуємо за формулою:

Запас міцності складає

Умова розрахунку за першим граничним станом задовольняється.

Розрахунок осідань проводимо за експрес-методом Розінфельда

1)      Визначаємо середньозважене значення кута внутрішнього тертя ґрунту в межах довжини стовбура палі, зануреного в несучі шари основи:

2)      Визначення розмірів у плані умовного фундаменту з підошвою у рівні вістря палі:

3)      Визначаємо об’єм і вагу умовного фундаменту “паля - ростверк - ґрунт”:

4)     
Визначаємо середній тиск під підошвою умовного фундаменту:

5)      Визначаємо опір ґрунту основи на рівні підошви умовного фундаменту:

коефіцієнти умови роботи, які приймаємо за ([2], стр.8, таблиця №3). Вони становлять:

 при

коефіцієнти, які приймаємо

ширина підошви умовного фундаменту,

коефіцієнти, які приймаємо за ([2], стр.9, таблиця №4).

Вони становлять (при ):

розрахункове значення умовного зчеплення.

середнє розрахункове значення умовної ваги грунтів, які залягають нижче підошви умовного фундаменту. Приймаємо .

теж саме, які залягають вище підошви фундаменту. Приймаємо

Тоді отримаємо:

6)      Виконуємо перевірку попередньої умови при розрахунку основи по деформаціям:

Попередні умови розрахунку основи за деформаціями виконується:

.

7)      Визначаємо потужність стиснутої товщі основи.

Потужність стиснутої товщі під підошвою умовного фундаменту складає:

, де

- за відношенням

за ([3], стр. 19, табл. 2.3) становить: .

8)      Визначаємо середньозважене значення модуля деформації в межах стиснутої товщі основи.

Середньозважене значення модуля деформації становить:

9)      Визначаємо осідання основи за формулою:

)        Перевіряємо умову розрахунку основи за деформаціями :

.

Отже умова виконується.

Розрахунок фундаменту у витрамбуваних котлованах

1.       Приймаємо діаметр свердловини фундаменту , об’єм витрамбованого щебеню складає , , , вага трамбівки - , діаметр трамбівки - 0,4м

.        Глибину закладання ростверку приймаємо з конструктивних міркувань рівною .

3.       Висоту фундаменту приймаємо , весь фундамент знаходиться у шарі 2 - глина. Схема прийнятого фундаменту зображена на рисунку.

4.       Визначаємо параметри розширення:

Визначаємо радіус розширення за формулою

Коефіцієнт ущільнення щебеню в розширенні kd розраховують за формулою

 - коефіцієнт, який визначають за табл. 4.10  залежно від діаметра фракції жорсткого матеріалу (щебеню), в нашому випадку

 - кількість засипок для витрамбовання розширення більше однієї.

будівництво фундамент свердловина навантаження

де

Співвідношення осей  визначаємо за формулою

Площа поперечного перерізу розширення Аbr

Визначаємо параметри зони ущільнення: Радіус ущільненої зони грунту

- діаметр розширення,  

 - коефіцієнт активної пористості,      

 - мінімальне значення ,

 - коефіцієнт активної пористості на межі зони достатнього ущільнення, що розраховується за формулою:

Товщина ущільненої зони

Площа поперечного перерізу ущільненої зони

5.       Визначаємо несучу здатність основи за несучою здатністю жорсткого матеріалу:

6.       Визначаємо несучу здатність основи за несучою здатністю ущільненого шару грунту:

 - периметр поперечного перерізу фундаменту в його середній частині

 - розрахунковий опір ущільненого грунту під розширенням, визначаємо за табл.1 ,

 - розрахунковий опір грунту за бічною поверхнею нахиленої частини фундаменту, кПа, визначаємо згідно [3], стр. 7,8, табл. 1,2

Отже, отримаємо

7.      
Визначаємо несучу здатність основи за несучою здатністю шару, який підстеляє ущільнену зону:

         , ,  

Отже отримаємо:

Тоді отримаємо:

Розрахункове навантаження на фундамент дорівнює

8.       Кількість паль у кущі буде дорівнювати:

Приймаємо 2 палі.

9.       Конструювання ростверку.

Конструювання ростверку виконуємо виходячи з мінімальної відстані між палями, тобто . Тоді розміри ростверку становлять:

.

.

10.     Визначення фактичного розрахункового навантаження на палю.

Розрахунок виконуємо за формулою:

Умова розрахунку виконана.

Визначаємо осідання фундаменту за методом Розінфельда

1.       Визначаємо вагу умовного фундаменту:

.

.        Середній тиск під підошвою умовного фундаменту:

.

Розрахунковий опір ґрунту основи складає

Попередня умова розрахунку основи за деформаціями виконана:

Потужність стиснутої товщі під підошвою умовного фундаменту складає:

, де

- при відношенні  за ([3], стр. 19, табл. 2.3) становить: .

Середньозважене значення модуля деформації становить:

Визначаємо осідання основи за формулою:

Перевіряємо умову розрахунку основи за деформаціями :

.

Отже умова виконується.

. Техніко-економічне порівняння розрахованих фундаментів

Таблиця III Окремо стоячий фундамент на природній основі

Таблиця IV Фундамент на забивних призматичних палях

Таблиця V Фундамент у пробитих свердловинах

Отже за затратами варіант улаштування фундаменту у пробитих свердловинах виявився найкращим.

Фундамент у пробитих свердловинах (переріз ІІ-ІІ)

Розрахунок ведемо так само як і для перерізу I-I

Пункти 1-8 - дивись раніше.

7. Кількість паль у кущі буде дорівнювати

Приймаємо 2 палі, з умови дії кранового навантаження на фундамент.

Конструювання ростверку.

Конструювання ростверку виконуємо виходячи з мінімальної відстані між палями, тобто . Тоді розміри ростверку становлять:

.

.

11. Визначення фактичного розрахункового навантаження на палю.

Розрахунок виконуємо за формулою:

Умова розрахунку виконана.

1.       Визначаємо осідання фундаменту за методом Розінфельда Визначаємо вагу умовного фундаменту:

.

2.       Середній тиск під підошвою умовного фундаменту:

.

Розрахунковий опір ґрунту основи складає

Попередня умова розрахунку основи за деформаціями виконана:

Потужність стиснутої товщі під підошвою умовного фундаменту складає: , де

- при відношенні  за ([3], стр. 19, табл. 2.3) становить: .

Середньозважене значення модуля деформації становить:

Визначаємо осідання основи за формулою:

Перевіряємо умову розрахунку основи за деформаціями :

.

Отже умова виконується.

8. Врахування нерівномірності осідань фундаментів

Умова виконується, фундамент влаштований вірно!

.        Технологія влаштування фундаменту у пробитих свердловинах із розширенням нижньої частини із втрамбованого щебню

У районах з поверхневою товщею слабких, водонасичених грунтів під якими залягають щільні грунти, особливо при високому рівні грунтової води, фундаменти неглибокого закладання виявляються нераціональними, а застосування паль, як правило, дає значний економічний ефект і дозволяє зменшити обсяг земляних робіт, знизити питому вагу ручної праці в процесі будівництва фундаментів, а також забезпечує надійність роботи споруди в цілому. ФПС влаштовують пробиванням свердловин у грунті циліндричною трамбівкою діаметром 0,4-0,6м, масою 3-6т або забивними штампами з наступним заповненням їх бетоном, залізобетоном, грунтобетоном, сумішшю щебеню та глини тощо. Для збільшення опору вертикальному навантаженню в нижній частині влаштовується розширення з втрамбованого щебню. В розширення можна втрамбувати 1-2м3 щебня. Втрамбовуємо порціями по 0,25м3. В залежності від стану грунту змінюється форма ядра. Габаритні розміри фундаментів у пробитих свердловинах: діаметр стовбура bm=400-800мм; діаметр розширення dbr=700-1200мм; висота фундаменту hk=1,5-10м (іноді до 20м).

Література

1. ДСТУ Б.В.2.1-2-96 (ГОСТ 25100-95). Ґрунти. Класифікація;

2.       СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений;

3.       СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты;

4.       СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия;

.        Фундаменти будівель і споруд. Винников Ю.Л., Муха В.А., Яковлев А.В., та інші. Київ. 2002.;

6. Методичний довідник до виконання курсових та дипломних проектів. Винников Ю.Л. 1995.;

7. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83). М.: Стройиздат, 1986.;

8.       СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология.