Расчет фундамента одноэтажного промышленного здания

Расчет фундамента одноэтажного промышленного здания

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Факультет инженерно-экономический

Кафедра «УНиК»

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Основания и фундаменты»

Расчет фундамента одноэтажного промышленного здания

Студент гр.8ПСа-1

Смирнова Н.В.

№ зч.кн. 08-1315

Преподаватель

Коротеева Л.И.

Содержание

Введение

Исходные данные

Анализ проектируемого здания.

Сбор нагрузок, действующих на фундаменты

Определение глубины заложения фундамента

Определение расчетного сопротивления грунта основания и площади подошвы фундаментов

Расчет осадки фундамента

Расчет свайных фундаментов

Выбор глубины заложения ростверка

Выбор глубины погружения свай, их длины и сечения

Определение количество свай и размещение их в плане.

Проверка расчетной нагрузки, передаваемой на сваю и уточнение количества свай

Определение осадки свайного куста из висячих свай

Последовательность расчета осадки

Заключение

Список использованных источников

грунт основание свая осадка фундамент

Введение

Целью выполнения курсового проекта является приобретение теоретических и практических навыков проектирования фундаментов и знакомство с действующими строительными нормами и правилами, для дальнейшего использования этих знаний при разработке и строительстве реальных объектов.

Нашей задачей является в соответствии с заданием подобрать, спроектировать и рассчитать наиболее подходящий фундамент для указанного варианта каркасного промышленного здания, определить материал для этого фундамента и его размеры.

Последовательность проектирования оснований и фундаментов:

)Анализ проектируемого здания. Сбор нагрузок, действующих на фундаменты.

)Оценка результатов инженерно-геологических изысканий,

3)Выбор типов основания и возможных конструкций фундаментов в зависимости от конструктивной схемы здания, действующих нагрузок и грунтовых условий.

4) Расчеты оснований по предельным состояниям и конструирование принятых вариантов фундаментов.

5) Технико-экономический анализ рассмотренных вариантов и принятие оптимального проектного решения.

Исходные данные

Уровень пола I этажа 0.00 на отметке 24.00

Разрез I-I

В литологическом отношении площадка сложена 3-мя слоями грунта:

I.       слой - глина

II.      слой - глина.       слой -глина

Грунтовые воды отсутствуют.

Рисунок - План здания

Примечания. 1. Стены выполнены из панелей толщиной мм. 2. Температура внутри производственного корпуса , в бытовых помещениях . 3. Нагрузка на колонны открытой эстакады (пролет L₄) дана в виде сосредоточенной силы N, в тоннах.

Анализ проектируемого здания

Ø Объект - одноэтажное промышленное здание;

Ø  Размеры в плане 108 ×180 м.

Ø  Шаг колонн: 6 м.

Ø  Конструктивная схема здания - здание каркасное с железобетонным каркасом.

Ø  Способы передачи нагрузок на основание: от колонн на железобетонные отдельные фундаменты, а от них на грунтовые основания.

Ø  Фундаменты внецентренно нагружены, т.к. на них от колонн передается, кроме вертикальных нагрузок, моментные и горизонтальные.

Ø  Стены здания выполнены из панелей толщиной мм.

Ø  Температура внутри помещения принята .

Сбор нагрузок, действующих на фундаменты.

Вертикальная сосредоточенная нагрузка N^H, передающаяся от колонны на фундамент, подсчитывается как произведение заданной единичной нагрузки соответствующего пролета на грузовую площадь покрытия (или перекрытия), приходящуюся на рассматриваемую колонну.

Вертикальная сосредоточенная нагрузка от колонны считается приложенной в центре поперечного сечения колонны. Кроме вертикальной нагрузки от колонн, на которые опираются элементы покрытия или перекрытий, на фундаменты передаются моменты M^H и горизонтальные силы Q^H, действующие в плоскости поперечника здания.

 Горизонтальные силы (Q^H) считаются приложенными в уровне обреза фундаментов. Направление действия моментов и горизонтальных  сил в плоскости поперечника здания может быть принято для внутренних колонн любым, для наружных колонн вовнутрь помещения.

Нагрузки от собственного веса стен подсчитываются как произведение веса одного квадратного метра вертикальной поверхности стены на грузовую площадь, приходящуюся на фундамент.

Вес стеновых панелей принимается равным 3 кПа (кН/м²) их вертикальной поверхности. В подсчете нагрузок от стен должны быть учтены коэффициенты уменьшения их веса за счет оконных и дверных проемов. Они принимаются для наружных стен цехов промышленных зданий К = 0.5; для бытовых помещений К = 0.6.

Таким образом, учитывая вышесказанное, можем подсчитать нормативные и расчетные нагрузки.

Нормативные нагрузки приведены в таблице

Таблица 1.1- Нагрузки от колонн

Таблица 1.2 - Нагрузки от стен

Для определения физико-механических свойств грунтов на строительной площадке было выполнено 5 скважин с глубиной выработки - Скв.1 - 7,5м, Скв.2 - 8,6м, Скв.3 - 9м, Скв.4- 8,8м, Скв.5 - 6,8м. Расстояния между скважинами: Скв.1 - Скв.2 - 45,0м; Скв.2 - Скв.3 - 45,0м; Скв.4 - Скв.2 - 45,0м; Скв.2 - Скв.5 - 45,0м

По результатам анализа инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки выбираем I несущий слой - глина.

По коэффициент водонасыщения грунта , д.е., определяется как степень заполнения пор водой по формуле

 = 0,3*доли ед.;

,29*доли ед.;

,26*доли ед.;

Таблица 1.3 - Физико-механические характеристики грунтов

где  - удельный вес воды, принимаемый т/м³.

По числу пластичности , %, определяют по формуле

-26=19; 53-29=24;

-25=22>17% глина песчаная или пылеватая.

По показателю текучести характеризует консистенцию грунта в его природном залегании и определяется по формуле

;

 (0 J0,25)-глина полутвердая

; для 1 слоя =;

для 2слоя ==14,73;

для 3слоя =

; для1слоя = ;

для 2 слоя =; для 3 слоя =

Вывод: I слой, ІІ слой, ІІІ слой

Глина, число пластичности J_P = 19>17 глина легкая песчанистая или пылеватая, по показателю текучести J_L = 0,21  0,25- глина полутвердая; так как S_r = 0,98 >0,8 грунт насыщенный водой, по относительности просадочности грунт - просадочный , также при J_P = 19 J_SS = 6,28 <19 ; J_SS>0,3, относят к набухающим грунтам.

В качестве основания принимаем I слой грунта - глина. В курсовом проекте рассчитывается 2 вида фундамента.

Первый вид фундамента мелкого заложения отдельно стоящий стаканного типа под сборную железобетонную колонну монолитный железобетонный. Второй вид - свайный куб состоящий из низкого монолитного железобетонного ростверка и куста сборных железобетонных свай призматического сечения висячих забивных.

Определение глубины заложения фундамента

Определим нормативную глубину промерзания грунта, м:

,

где  - нормативная глубина сезонного промерзания, м;

 - величина, принимаемая равной для глины, 0,23м;

- коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе.

.

.

Определим расчетную глубину заложения фундамента, м:

,

Для колонны по оси З-1

где  - 0,6 коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения,не учитываем

м

Выбираем ГЗФ исходя из конструктивных соображений. В проекте конструктивными соображениями будем считать величину заглубления колонны стакан и минимальный размер под колонны части фундамента из расчета ее на продавливание колонны.

м

С учетом инженерно-геологических, гидрогеологических условий возможности морозного пучения и конструктивных требований назначаем глубину заложения фундамента 1,95 м

Перед отрытием котлована делаем водопонижение.

Определение расчетного сопротивления грунта основания и площади подошвы фундаментов

Определение в первом приближении расчетное сопротивление грунта R, приняв меньший размер площади подошвы фундамента b равным 1.0 м или ширине обреза фундамента.

Величина расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента определяется по формуле, кПа:

где  = 1,3, =1,0 - коэффициенты условий работы, кН/м³;

k = 1 - если прочностные характеристики грунта (φ и с) определены непосредственными испытаниями;

- коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м , k _z =1;

b = 1,0 - ширина подошвы фундамента, м;

 - удельный вес грунта, залегающего под подошвой фундамента, кН/м³;

 - удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента, кН/м³;

С_II = 14,0 - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d_b =0 - глубина подвала, м;

= 1,95 м.

  Тогда:

кПа

Р=кН/м

Условие удовлетворяется: Р=263,6кПа < R=301,5 кПа, недонапряжение составило : %

В данном проекте примем двухветвевую колонну размером 1000 x 400.

 Рисунок - Конструкция подколонника

ΣN_II = 450 кН;

Определим:

;

 м³

кН

;

;

.

.

Для фундамента Ж-Е-7:

;

,

где h₁ = 4,7 - толщина первого слоя, м;

h₂ = 2,8 - толщина второго слоя, м;

h₃ = 0,5 - толщина третьего слоя, м;

 ,

М_γ = 0,41, М_q = 2,65, М_с =5,23 - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения φ_II;

Принимаем глубину заложения 1,95м.

 кПа;

Сумма вертикальных нагрузок в уровне обреза фундамента, кН:

,

 кН

Площадь подошвы фундамента, м²:

. ,

где  = (20 ¸ 23) - средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м³;

 = (1,1 ¸ 1,2) - поправка на действие момента и поперечных сил.

м.

Для фундаментов с прямоугольной подошвойзначение k =1,2…1,4.

Ширина подошвы b= ,

b=мм

Исходя из конструктивных соображений и требований стандартизации и унификации принимаем:  = 2,7 м,  = 3,9м.

Рисунок 4.4- Конструкция колонны 7

Уточняем расчетное сопротивление грунта основания в соответствии с принятыми размерами подошвы фундамента, кПа:

 кПа.

Р=кН/м

Условие удовлетворяется: Р=151,5 кПа < R=212,6 кПа,

Определяем максимальное Р_max, среднее Р_ср и минимальное P_min давления под подошвой фундамента от фактических нагрузок с учетом веса фундамента и грунта на его уступах и сравнить эти давления с расчетным сопротивлением грунта.

Полученные результаты должны удовлетворять следующим ограничительным условиям:

для фундаментов, находящихся под действием моментов относительно двух осей инерции давления ограничиваются условиями:

P_max<1,2 · R; P_min >0;

для колонны Е-7

ΣN_{0I I} = N_II + N_IIст;

ΣN_II = 1080+145,8=1225,8 кН;

Определим:

;

 м^{3 ;}  м^3;

кН;

;

;

.

Для колонны Ж-7

ΣN_{0I I} = N_II + N_IIст;

ΣN_II = 450+145,8=595,8 кН;

Определим:

;

 м³

кН

;

;

.

.

Расчет осадки фундамента

При наличии слабого подстилающего слоя необходимо обеспечить проверку условия:

,

где - дополнительное вертикальное напряжение на глубине z от подошвы фундамента, кПа;

- напряжение на глубине z от собственного веса грунта, кПа;

R_z - расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, кПа. Определим напряжение от собственного веса грунта на кровле слабого слоя ,

 кН/м

Рисунок - Расчетная схема проверки слабого подстилающего слоя грунта

Определим дополнительные вертикальные напряжения на кровле каждого слоя

где α =0,182 - коэффициент рассеивания напряжений в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон и относительной глубины.

 кПа,

где  - напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы проектируемого фундамента

кН/м

Определим расчетное сопротивление на кровле слабого слоя грунта по формуле

где - М_γ = 0,46, М_q = 2,87, М_с =5,46 коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения слабого грунта.

Ширину подошвы условного фундамента b_z определим по формуле:

где l и b - соответственно длина и ширина подошвы проектируемого фундамента.

Условие проверки 98 кН/м² + 39,8 кН/м² < 460,9 кН/м² соблюдается.

Размеры подошвы фундамента определены правильно.

Осадка фундамента определяется по формуле:

,

где β - безразмерный коэффициент равный 0,8;

σ_zpi - среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта, равное среднему арифметическому между напряжениями на кровле и подошве элементарного слоя грунта, кПа;

h_i - толщина i-го слоя грунта, м;

Е_oi - модуль общей деформации i-го слоя грунта, кПа;

n - число элементарных слоев грунта.

Определим напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента кН/м².

Определим напряжения от собственного веса грунта на границах слоев толщиной h_i

,

h_i =0,4*b=0,4*1,8=0,72

Определяем дополнительные вертикальные напряжения. Подсчет напряжений на границах элементарных слоев сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Параметры для определения величины осадки фундамента З-8.

Граница сжимаемой толщины CD определяется исходя из условия:

 если Е ≥ 5 МПа.

 если Е < 5 МПа.

Проверка условия:

Для Е = 22 МПа нижнюю границу сжимаемой толщи примем по условию  это условие соблюдается на глубине z = 4,5 м.

где 8 см - предельно допустимое значение осадки, установленное нормами проектирования.

Рисунок 4.4- Расчетная схема определения осадок методом послойного суммирования к колонне 8

Расчет осадки фундамента Ж-Е-7

При наличии слабого подстилающего слоя необходимо обеспечить проверку условия:

,

где - дополнительное вертикальное напряжение на глубине z от подошвы фундамента, кПа;

- напряжение на глубине z от собственного веса грунта, кПа;

R_z - расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, кПа.

Определим напряжение от собственного веса грунта на кровле слабого слоя ,

 кН/м

Определим дополнительные вертикальные напряжения на кровле каждого слоя

где α =0,412 - коэффициент рассеивания напряжений в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон и относительной глубины.

 кПа,

где  - напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы проектируемого фундамента

кН/м

Определим расчетное сопротивление на кровле слабого слоя грунта по формуле

где - М_γ = 0,46, М_q = 2,87, М_с =5,46 коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения слабого грунта.

Ширину подошвы условного фундамента b_z определим по формуле:

где l и b - соответственно длина и ширина подошвы проектируемого фундамента.

кПа.

Условие проверки 82,3 кН/м² + 27,85 кН/м² <411,35 кН/м² соблюдается.

Размеры подошвы фундамента определены правильно.

Осадка фундамента определяется по формуле:

,

где β - безразмерный коэффициент равный 0,8;

σ_zpi - среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта, равное среднему арифметическому между напряжениями на кровле и подошве элементарного слоя грунта, кПа;

h_i - толщина i-го слоя грунта, м;

Е_oi - модуль общей деформации i-го слоя грунта, кПа;

n - число элементарных слоев грунта.

Определим напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента кН/м².

Определим напряжения от собственного веса грунта на границах слоев толщины

,

h_i =0.4*b=0.4*3,9=1,56

Определяем дополнительные вертикальные напряжения. Подсчет напряжений на границах элементарных слоев сводим в таблицу 4.1.

Определим дополнительные вертикальные напряжения на кровле каждого слоя

где α - коэффициент рассеивания напряжений в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон и относительной глубины.

Таблица - Параметры для определения величины осадки фундамента Е-Ж-7.

 если Е ≥ 5 МПа.  если Е < 5 МПа.

Для Е = 22 МПа нижнюю границу сжимаемой толщи примем по условию  это условие соблюдается на глубине: z = 4,35 м.

Определим осадку S по формуле:

где 8 см - предельно допустимое значение осадки, установленное нормами проектирования.

Рисунок 4.5 - Расчетная схема определения осадок методом послойного суммирования к колонне 7

Расчет свайных фундаментов

В данном курсовом проекте под каждую колонну устраиваем кустовой свайный фундамент с монолитным низким ростверком с жесткими сопряжениями свай с ростверком. Устраиваем водопонижение. Затем для каждого куста свай, для устройства ростверка отрывается котлован на конструктивную глубину. Котлованы устраиваются с откосами, их величина в пределах от 1:1,25 до 1:0,5. Сваи забивают до достижения рабочего отказа. После погружения свай разбивают головы свай, чтобы обеспечить выпуск их арматуры на длину, необходимую для замоноличивания в него ростверка.

После чего устраиваем опалубку, и производим бетонирование бетоном В-15, и армируем раствор. Далее производим монтаж фундаментных балок, после чего устраиваем гидроизоляцию. После этих операций производим обратную засыпку и уплотняем грунт.

Выбор глубины заложения ростверка

Глубину заложения подошвы свайного ростверка следует назначать в зависимости от конструктивных решений подземной части здания или сооружения (наличие подвала, технического подполья) и проекта планировки территории (срезкой или подсыпкой), а также от высоты ростверка, определяемой расчетом. Исходя из конструктивных соображений глубина заложения ростверка должна быть на 30 см больше глубины стакана.

Принимаем глубину заложения :

Для фундамента 8 - 2,5 м; для фундамента 7 - 1,95 м.

Выбор глубины погружения свай, их длины и сечения

Длину сваи назначаем самостоятельно. Нижний конец свай, как правило, следует заглубить в прочные грунты, прорезая более слабые напластования. Свободное опирание ростверка на сваи должно выполнятся путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 30 см.

где - расчетная длина сваи, м; a - глубина заложения сваи в ростверк, м; - общая мощность слабых слоев грунта, прорезаемых сваей, м.

Поперечное сечение сваи 0,3 × 0,3 м.

Несущую способность F_d висячей сваи и сваи-оболочки, погружаемых без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку, определяют по формуле

,

где γ_с - коэффициент условий работы сваи в грунте;

- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетной сопротивление грунта;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, м;

h_i - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

Допускаемая расчетная нагрузка на сваю F определяется по формуле:

;

где F_d - расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи;

γ_k - коэффициент надежности, принимаемый равным 1.4.

Для фундамента З - 8:

Принимаем длину сваи - 4м. 

Глубина погружения сваи 2,5+4,0-0,3 = 6,2 м

R = 934

γ_с =1; γ_сr =1; γ_сf =1

А_с = 0,3 х 0,3 = 0,09 м²

U = 0,3·4 = 1,2 м.

h ₁ =2,7м z ₁ = 3,85м f ₁ = 52,6

h ₂ =3,7 м z ₂ = 5,7 м f ₂ = 57,4

F_d=1·1·934·0,09+1·1,2·(2,7·52,6+3,7·57,4) =509,3

.

Для колонны 7:

Принимаем длину сваи 5м.

Глубина погружения сваи 1,95+5,0-0,3 = 6,65 м

R = 954

Определяем несущую способность F_d забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающих на выдергивающую нагрузку:

h ₁ =2,75м z ₁ = 3,325м f ₁ = 50,1

h ₂ =1,95 м z ₂ = 6,65 м f ₂ = 59,3

F_d=1·1·954·0,09+1·1,2·(2,75·50,1+1,95·59,3) =390

.

Определение количество свай и размещение их в плане

Необходимое количество свай и в свайном фундаменте в первом приближении можно определить по формуле

;

Размеры подошвы ростверка в плане (длину  и ширину ) определяем из условий размещения свай. Расстояние  от края плиты ростверка до наружной грани крайней сваи (свес ростверка) принимают равным 10 см.

Таким образом, длину  и ширину  подошвы ростверка можно определить по формуле:

,

где a - расстояние между осями свай в ряду вдоль искомой стороны; n - число рядов свай поперек искомой стороны; d - размер поперечного сечения свай; c - свес ростверка. Вес ростверка и грунта на его уступах определяем приблизительно по формуле

 ,

где  = 20 средний вес грунта вдоль боковой поверхности ростверка и материала ростверка, кН/м³; А - площадь подошвы ростверка, м²; - глубина заложения ростверка от уровня планировки.

Для фундамента З-8:

где N_I = 450 кН - расчетная вертикальная нагрузка в уровне обреза фундамента;

 Конструктивно принимаем 2 сваи.

Определяем размеры ростверка в плане для фундамента З-8:

Вр = 0,6*(1-1)+0,3+2*0,15 = 0,6

Lр = 1,2*(2-1)+0,3+2*0,15 = 1,8

G рост + G гр = 20 * 0,6 *1,8*2,5= 54

Рисунок 5.1-