Проектирование строительства здания

Содержание

Введение

1. Инженерно геологические условия площадки

2. Сбор нагрузок

3. Определение глубины заложения фундамента

4. Подбор и расчет фундамента мелкого заложения под наружную стену

5. Подбор и расчет фундамента мелкого заложения под внутреннюю стену

6. Расчет осадки фундамента под наружную и внутреннюю стену

7. Проектирование свайных фундаментов

8. Расчет осадки свайных фундаментов фундамента

Список используемой литературы

Введение

В данном курсовом проекте рассматривается кирпичное здание с наружными стенами 510 мм, внутренними 380 мм. Высота этажа 2,8 метра. Здание симметричное в плане относительно главного входа. Здание проектируется в г. Новосибирск. Глубина промерзания 2,2 метра.

В объеме курсового проекта выполнено сравнение 2-х вариантов фундаментов:

.Фундамент мелкого заложения (сборного).

.Свайный фундамент из висячих забивных свай с ленточным монолитным ростверком.

Это сделано для выбора наиболее экономичного варианта фундамента.

строительство фундамент осадка заложение

1. Инженерно-геологические условия площадки

Площадка находится в городе Новосибирск.

Поверхность площадки слабоволнистая с незначительным уклоном

на северо-восток с колебаниями отметок от +150,3 до +150,2.

Изученные геологические условия залегания литолого-генетических разновидностей грунтов представлены на разрезе.

С поверхности до глубины 11,7 м (скважина №1), сверху вниз, прослежены:

1        Песок пылеватый влажный. Мощность 2,5 метра.

2. Суглинок бурый пластичный. Мощность 2,9 метр.

. Песок средней плотности. Мощность 2 метра.

. Суглинок буро-жёлтый пластичный. Мощность 3,3метра.

. Песок буро-жёлтый средней крупности. Мощность 3 метра.

Грунтовые воды проходят на отметке +141,8. Строительство ведется по отметке +150,2.

Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

Табл.1 Гранулометрический состав грунта

В таблице 2 проводим расчет к построению интегральной кривой гранулометрического состава.

Табл. 2. Расчет к построению интегральной кривой ГМС.

Табл.3 Таблица результатов определения физических характеристик грунта

Образец 1. Грунт отобран из скважины 1 с глубины 2,0 м. Подгруппа и тип грунта:

При числе пластичности I_p = 0, грунт является песком.

Определяем коэффициент пористости

е = ,

песок средней крупности, средней плотности, т.к. 0,55≤0,69≤0,7

Определяем плотность грунта в сухом состоянии (плотность скелета грунта).

ρ_d = ρ_d =  (г/см³)

Пористость грунта

n = n =

Степень влажности

S_R = ,

песок влажный, т.к. 0,5≤ 0,76 ≤0,8

Определение плотности грунта во взвешенном состоянии.

Определение влажности замоченного грунта до постоянной степени влажности.

Образец 2. Грунт отобран из скважины 1 с глубины 4,3 м. Подгруппа и тип грунта: При числе пластичности I_p = W_L - W_р = 33-19=14=0.14; грунт относится к cуглинку.

Разновидность суглинков: Консистенцию грунта определяем по показателю текучести

I_L = ,

суглинок тугопластичный, т.к.0,25<0,36 ≤0,5.

Коэффициент пористости

е =

Определяем плотность грунта в сухом состоянии.

ρ_d = ρ_d =  (г/см³)

Пористость грунта

n = n =

Рассматриваемый грунт - суглинок тугопластичный.

Образец 3. Грунт отобран из скважины 2 с глубины 6 м. Подгруппа и тип грунта: При числе пластичности I_p = W_L - W_р =0,5-0,2=0,3>0,17 грунт является глиной.

Разновидность глины: Консистенцию грунта определяем по показателю текучести

I_L =

Глина тугопластичная.

Коэффициент пористости

е =

Определение плотности грунта в сухом состоянии.

ρ_d = ρ_d =  (г/см³)

Пористость грунта

n = n =

Образец 4. Грунт отобран из скважины 2 с глубины 7,2м. Подгруппа и тип грунта: При числе пластичности I_p = W_т - W_р = 0=0; грунт относится к пескам. Определяем коэффициент пористости

е =

Определяем плотность грунта в сухом состоянии.

ρ_d = ρ_d =  (г/см³)

Пористость грунта

n = n =

Степень влажности

S =

Песок насыщенный водой.

Образец 5. Грунт отобран из скважины 3 с глубины 9,5 м. Подгруппа и тип грунта: При числе пластичности I_p = W_L - W_р =0,39-0,23=0,16 грунт является суглинком.

Разновидность глины: Консистенцию грунта определяем по показателю текучести

I_L =

Суглинок тугопластичный.

Коэффициент пористости

е =

Определение плотности грунта в сухом состоянии.

ρ_d = ρ_d =  (г/см³)

Пористость грунта

n = n =

На основе расчета заполняем таблицу.

Таблица 4

2. Сбор нагрузок

Сбор нагрузок выполняем в соответствии с требованиями СП 20.13330.2011

"Нагрузки и воздействия". Для расчета фундаментов по деформациям коэффициент надежности по нагрузке y_f =1.

1. Сбор нагрузки на фундамент ось 1 между осями В и Г l=3,75, h=2,6.

2. Стена- кирпичная кладка толщиной 510мм.

Таблица 5

Грузовая площадь Sгр=3,75х2,6=9,75 м²

Возможность неодновременного загружения всех 14-ти этажей временной нагрузкой учитываем, вводя понижающий коэффициент, вычисленный по формуле (1.29) [1]:

y_n1 = 0,3+Ö0,6 / 14-1 = 0,52

Суммарная нагрузка с учётом коэффициента надёжности по назначению сооружения g_n = 0,95 и коэффициентов сочетаний для длительно действующих нагрузок g₁ = 0,95, кратковременно действующих - g₂ = 0,9 составит:

N = (0,95 (3,437+3,3)+(0,95(0,55+0,073+0,47+ 3,3+15,4(0,51(3,75х2,6-1,3*1,5*2)/9,75)) ´14 + 0,95(1,56´14+0,7) + 0,9*0,7*0,704*14+0,95(3,3+0,04+

+0,26+0,156+0,47+0,26+0,086)) ´ 9,75= 3782,3 (кН).

1. Сбор нагрузки на фундамент на ось 3 между осями между осями В и Г.

Стена несущая кирпичная внутренняя толщиной 380мм. Сбор нагрузок проводится аналогично как и на ось 1 только изменяем толщину стены.

Грузовая площадь Sгр=4,2х2,6=10,92 м^2. Суммарная нагрузка с учётом коэффициента надёжности по назначению сооружения g_n = 0,95 и коэффициентов сочетаний для длительно действующих нагрузок g₁ = 0,95, кратковременно действующих - g₂ = 0,9 составит:

N =( 0,95 (3,437+3,3)+(0,95(0,55+0,073+0,47+ 3,3+15,4(0,38(4,2х2,6-2,2*2)/10,92)) ´14 + 0,95(1,56´14+0,7) + 0,9*0,7*0,704*14+ +0,95(3,3+0,04+0,26+0,156+0,47+0,26+0,086) )´ 10,92= 4094,64 (кН)

3. Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента, исходя из условий сезонного промерзания, определяется по формуле:

ГЗФ=d_f +0.5 ... 0.8 м

где d_f- расчётная глубина промерзания грунтов_f=d_fn* к_n, где d_fn=2,2 м - нормативная глубина промерзания грунтов

к_n=- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, зависит от отношения подошвы фундамента и ширины несущей стены и от назначения здания. Определяется по таблице в зависимости от коэффициента a_f. Принимаем предварительно ширину подошвы фундамента =1.4м при толщине наружной стены 0,51м тогда a_f=(1,4-0,51)/2=0,445<5 тогда коэффициент k_п =0,44.

_f=0.44*2,2=1 метра

ГЗФ=1+0.8=1,8 метра

По конструктивным особенностям здания глубина заложения фундамента равна:

по оси 1 ГЗФ=1,8 метра≤8 метра- глубина УГВ

по оси 3 ГЗФ=1,8 метра≤8 метра- глубина УГВ

Принимаем глубину заложения фундаментов исходя из конструктивных особенностей здания

Рис.1 Конструктивный разрез здания.

. Подбор и расчет фундамента мелкого заложения под наружную стену

Определим глубину подвала от нулевой отметки до основания (рис.1.)

d=0,1+0,1+0,3+2,8=3,3м.

Исходные данные:

ширина подошвы фундамента b=1.4м

глубина подвала d=3,3м

длина всего здания l=27,7м

ширина всего здания h=18,0м

Грунт основания - песок средней крупности, влажный:

коэффициент пористости е=0,69,

плотность ρ_{естеств}=1900кг/м³,

угол внутреннего трения j_ll=35⁰,

удельное сцепление С_ll=0,001

находим: M_γ=1,68; M_q=7,71; M_c=9,58.

В зависимости от отношения длины здания к его ширине определяем коэффициент γ_с1 и γ_с2 . L/H=27,7/18=1,5 по таблице 1,4 определяем γ_с1=1,4 и γ_с2=1,4, k=1.

Определяем удельный вес грунта несущего слоя в пределах 4 метров

Удельный вес грунта выше подошвы фундамента

Найдем расчетное сопротивление грунта основания по формуле:

 где  определяется как

Определение основных размеров и конструкций ленточного сборного фундамента.

Исходные данные:

Нагрузка от конструкций приходящаяся на 1 метр основания из расчета длины стены между осями -2,6 метров.

N=3782,3/2,6=1,45MH/м

Определяем вес конструкций приходящихся на 1 метр основания:

Подбираем ФЛ-24.12 с характеристиками b=2,4, l=1,18м., М=1758кг.

Определяем вес конструкций приходящихся на 1 метр основания:

Вес от подушки фундамента приходящаяся на 1 метр:

Вес грунта на одном срезе фундамента:

Расчетное сопротивление грунта основания:

Полная нагрузка , условие соблюдается.

5. Подбор и расчет фундамента мелкого заложения под внутреннюю стену

Определение основных размеров и конструкций ленточного сборного фундамента.

Исходные данные:

Нагрузка от конструкций приходящаяся на 1 метр основания из расчета длины стены между осями -2,6 метров.

=4094,64 /2,6=1,5MH/м

Определяем вес конструкций приходящихся на 1 метр основания:

Подбираем ФЛ-24.12 с характеристиками b=2,4, l=1,18м., М=1758кг.

Определяем вес конструкций приходящихся на 1 метр основания:

Вес от подушки фундамента приходящаяся на 1 метр:

Вес грунта на одном срезе фундамента:

Расчетное сопротивление грунта основания:

Полная нагрузка , условие соблюдается.

. Расчет осадки фундамента под нуружную и внутреннюю стену

Расчет будем производить методом упругого полупространства с послойным суммированием.

Осадка фундамента по оси 1.

Ширина фундамента 2,4 метра. Среднее давление под подошвой фундамента Р=0,620 МПа., d=1.5м.

Плотность первого слоя γ₁=0,019МНм³

Плотность второго слоя γ₁=0,0132МНм³

Плотность третьего слоя γ₁=0,0187МНм³

Плотность 4-го слоя γ₁=0,0187МНм³

Плотность 5-го слоя γ₁=0,0193МНм³

Определяем давление по формуле

- плотность i-го слоя, - мощность i-го слоя.

Природное давление на уровне поверхности земли

σ_zg^o=0 МПа; 0.2*σ_zg^o =0 МПа

Природное давление на контакте 1 и 2 слоев

σ_zg1=0,02*2,0=0,04 МПа; 0.2*σ_zg1 =0,008 МПа

Природное давление на контакте 2 и 3 слоев

σ_zg2=0,008+0,0132*4,3=0,065 МПа; 0.2*σ_zg2 =0,0130 МПа

Природное давление на контакте 3 и 4 слоев

σ_zg3=0,065+0,0187*6=0,177МПа; 0.2*σ_zg3 =0,035 МПа

Природное давление на контакте 4 и 5 слоев

σ_zg4=0,177+0,187*7,2=1,52 МПа; 0.2*σ_zg4 =0,3 кПа

Дополнительное давление на основание по подошве фундамента:

Р₀=Р- σ_zg^o =0,620-0,04=0,58 кПа

Строим эпюру природного давления под фундаментом по формуле:

σ_zgn=γ₁*h₁+γ₂*h₂+ …+ γ_n*h_n ,

где γ_1, γ_2, γ_n -удельные веса вышележащих слоев грунта

h_1, h_2, h_n - мощности вышележащих слоев грунта.

Для определения нижней границы сжимаемой толщи строим вспомогательную эпюру 0.2*σ_zg

Эпюру дополнительного давления на грунт строим по формуле

σ_zр=α*Ро,

α - коэффициент рассеивания напряжения, зависящий от вида нагружения.

Вычисление σ_zр ведём в табличной форме, разбивая толщу грунтов на слои. Величина h_i должна быть не более 0.4В=0.4*0,5=0,2 м, и в пределах h_i =0,4b

.2<0,4*1,6=0,64., принимаем h_i =0,4м

Грунт в слое должен быть однородным.

Определяем осадку фундамента по формуле

=βΣ[σ_zрi+σ_zр(i+1)]*h_i/2*Е_i,

Где h_i -толщина рассматриваемого слоя β=0.8-безразмерный коэффициент (относительный коэффициент сжимаемости)

Таблица 7

Определяем осадку грунта основания:

Величина предельно допустимой осадки по табл. Д.1. приложения Д, СП 24.13330.2011 "Свайные фундаменты" для данного здания:  = 18 см. В рассматриваемом случае S = 2,2 см < S_u = 18см, следовательно, основное условие расчета по второй группе предельных состояний удовлетворяется.

7. Проектирование свайных фундаментов

Свайный фундамент проектируем с висячими сваями. Свайный фундамент проектируем из свай железобетонных сплошного сечения длиной 8 метров, размерами сечения 300х300 мм.

Определяем несущую способность сваи.

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи для глубины Z=8,25 метра, R=2,57 МПа. По таблице 11.1 (1).

Толщину грунта, прорезаемого сваей, разбиваем на слои не более 2 метров.

Определим сопротивление грунта по боковой поверхности сваи по таблице IV (2), прил. IV в зависимости от I_L, и от глубины слоя Z_i -берется от поверхности до центра тяжести слоя.

₁ = 1,5 м f₁ =0,0145МПа

Z₂ = 3,3 м f₁ =0,0256МПа

Z₃ = 5,1 м f₁ =0,0561МПа

Z₃ = 6,8 м f₁ =0,043МПа

Определяем коэффициент условий работы:

γ_с =1 - коэффициент условий работы сваи.

γ_сR =1 - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи.

γ_сf =1 - коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи.

Несущая способность сваи определяется по формуле:

_d = γ_с*( γ_сR R*A+ u *Σ γ_сf * f_i h_i ) ,

где А=0,3*0,3=0,09 м²-площадь поперечного сечения сваи;

u=0,3*4=1,2 м - периметр поперечного сечения сваи.

_d =1(1*2,57*0,1225+1,6*1*(1*0,0145+1,6*0,0256+2*0,0562)=0,564МПа.

Расчётная нагрузка на сваю

= F_d / γ_k

где γ_k=1.4- коэффициент надежности

=0,564/1,4=0,403 кН.

Нагрузка на фундамент N= 0,54 МН./м. Принимаем ростверк -Бетон марки Б25 R_bt=1,05МПа. Глубина расположения подошвы ростверка 1.5м.

Требуемое количество свай находим по формуле …(6.2)

.4*0,54/[0,564 -1,15*1,4² *1,5*0,02]=1,52 шт./м., принимаем n=2 шт/м.

,02- осредненное значение веса грунта и ростверка.

Находим расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи в соответствии с конструктивными требованиями или назначаем

_p = 0,3 x 35 + 5 = 15,5 см

Принимаем l_p = 155мм.

Принимаем двухрядное расположение свай.

Ширина ростверка b=2d+0,9+2 l_p =1,05м.

Найдём толщину ростверка:

h_р = -  = 0,18 (м)

По конструктивным соображениям высота ростверка должна быть не менее: h_р = 0,05 + 0,25 = 0,3 (м), что больше полученной в результате расчёта на продавливание. Следовательно, окончательно принимаем высоту ростверка 0,3 м.

Уточняем нагрузку, приходящуюся на каждую сваю, и проверяем условие

Вес ростверка g_б=25 кН./м³ G_f=1,1*0.035*0,3*2,06*1,4=0,033 МН/м.

Вес грунта на обрезе фундамента G_g =1,15*0,018*0,73*1,2*1=0,018 МН/м

_с=1,1*((3*1960*10/2,38)+(480*10*1,18))=0,032 МН/м=[0,54+0,033+0,018+0,032]/2 =0,3115 кН.

0,3115<0,403 Условие выполнено.

Проверяем несущую способность грунта основания.

Ширина условного фундамента: b_y = a + 0,35 +

В_у=1,4+0,35+2*8,25*tg28.3 º=10.63м

Вес двух свай

С_с=2*(8*350*10+60*10)=0,0492МН

Вес грунта в объеме АБВГ: С_g=0.018*1.2*(10.63-0.6)*1/2+0.02*10.63*1*1+1*10.63*0,0199*1+0.01*0.6*10.63*1+0.0098*10.63*2*1+0.011*10.63*3.4*1=0.989МН (определяется по разрезу фундамента)

Вес ростверка и четырех стеновых блоков по второй группе предельных состояний:

С_рII=0,035*0,3*1*2,06=0,0216МН

С_сII=3*0,0196*1/2,38+0,00492*1/1,18=0,0289МН

Давление под подушкой условного фундамента

Р=(0,54+0,0492+0,989+0,0216+0,0289+0,153)/10,63=0,153МПа

Определяем несущую способность слоя на который опирается условный фундамент:

Для песка мелкого на который опирается подошва условного фундамента при φ = 34°; С = 0,003 МПа; M_γ = 1,55; M_q = 7,22; M_c = 9,22;

γ_II^I = 0,018 кН/м³.

Приведенная глубина заложения подошвы условного фундамента от отметки пола d₁ = 1+0,1*0,022/0,0188=1,117 м d_b =1,5-0,5=1м

γ_с1 = 1,2, γ_с2 = 1,1 для отношения L/H=40/38,2=1,05

k = 1, т.к. прочностные характеристики определены по СНиП K_z = 1 т.к. b > 10 м; b = 10,63 м

Определяем расчетное сопротивление грунта основания несущего слоя под подошвой условного фундамента

=0,63МПа

Основное требование расчета по второй группе предельных состояний выполняется, т.к. P ≤ R :0,153МПа < 0,63МПа

8. Определение осадки свайных фундаментов

Осадку свайных фундаментов определяем методом послойного суммирования.

Ширина фундамента (условного) b=10,63 м.

Среднее давление на основание под подошвой фундамента

Р₀=Р- σ_zg^o= 0,153-(0,112+0,011*3,4)=0,153-0,1494=0,0036 МПа.

Эпюру дополнительного давления на грунт строим по формуле

σ_zр =α* Р₀

Чтобы избежать интерполяции зададимся соотношением z = 0,4, тогда высота элементарного слоя грунта будет:

h_i = 0,4×10,63 / 2 = 2,126 (м), h_i <0,4b=10,63*0,4=4,252

Примем h=2,126м

Определяем давление по формуле

- плотность i-го слоя, - мощность i-го слоя.

Природное давление на уровне поверхности земли

σ_zg^o=0 МПа; 0.2*σ_zg^o =0 МПа

Природное давление на контакте 1 и 2 слоев

σ_zg1=0,02*2,5=0,05 МПа; 0.2*σ_zg1 =0,01 МПа

Природное давление на контакте 2 и 3 слоев

σ_zg2=0,05+0,01*1,6=0,066 МПа; 0.2*σ_zg2 =0,0132 МПа

Природное давление на контакте 3 и 4 слоев

σ_zg3=0,066+0,098*2=0,0856 МПа; 0.2*σ_zg3 =0,01712 МПа

Природное давление на контакте 4 и 5 слоев

σ_zg4=0,0856+0,011*3,4=0,112 МПа; 0.2*σ_zg4 =0,0224 кПа

σ_zgn=γ₁*h₁+γ₂*h₂+ …+ γ_n*h_n ,

где γ_1, γ_2, γ_n -удельные веса вышележащих слоев грунта

h_1, h_2, h_n - мощности вышележащих слоев грунта.

Определяем осадку фундамента по формуле

S=βΣ[σ_zрi+σ_zр(i+1)]*h_i/2*Е_i,

Где h_i -толщина рассматриваемого слоя β=0.8-безразмерный коэффициент

Таблица 9

Определяем осадку грунта основания:

Полная осадка фундамента

Величина предельно допустимой осадки по табл. Д.1. приложения Д, СП 24.13330.2011 "Свайные фундаменты" для данного здания:  = 18 см. В рассматриваемом случае S = 1 см < S_u = 18см, следовательно, основное условие расчета по второй группе предельных состояний удовлетворяется.

Список литературы

1. Ухов С.Б. Механика грунтов, основания и фундаменты - Учебник М.:1994г.

. Основания, фундаменты и подземные сооружения: Справочник проектировщика. Под ред. Сорочана Е.А., Трофименкова ЮГ/ М.:1985г.

. СП 24.13330.2011 "Свайные фундаменты"

4. СП 20.13330.2011 "Нагрузки и воздействия".