Проектирование фундаментов

Проектирование фундаментов

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Инженерно-строительный институт

Кафедра: «Строительство уникальных зданий и сооружений»

Курсовая работа

«Проектирование фундаментов»

по дисциплине: «Основания и фундаменты»

Работу выполнил:

Ногинская Агния Валентиновна

Санкт-Петербург

Оглавление

1.      Исходные данные

.        Проектирование фундамента мелкого заложения

.1 Определение расчетных характеристик грунтов основания

.2 Определение размеров подошвы фундамента

.3 Определение осадки фундамента, выбор окончательных размеров фундамента

.        Проектирование фундамента мелкого заложения

.1 Выбор типов и размеров свай и ростверка фундамента

.2 Определение несущей способности сваи

.3 Определение количества свай

.4 Определение осадки свайного фундамента

1. Исходные данные

.        Схема сооружения - жилое здание.

.        Географический район строительства - d=2,05 м.

.        Характеристики грунтов и мощности слоев, слагающих грунтовое основание, представлены в таблице 1. Геологический разрез грунтового основания представлен на рисунке 2.

Таблица 1

2. Проектирование фундамента мелкого заложения

Для фундаментов мелкого заложения отношение глубины заложения фундамента d к ширине по подошве b не должны превышать двух, т.е. d / b ≤2.

.1 Определение расчетных характеристик грунтов основания

Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристики грунтов Х, определяемой по формуле

Х=Х_n*г_g,

где Х_n - нормативное значение данной характеристики,

г_g - коэффициент надежности по грунту.

Коэффициент надежности по грунту г_g при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (удельного сцепления c, угла внутреннего трения ϕ нескальных грунтов) устанавливается следующим:

.        В расчетах оснований по деформациям г_g =1;

.        В расчетах оснований по несущей способности:

Для угла внутреннего трения:

-        песчаных грунтов г_g = 1,1;

-        пылевато-глинистых г_g =1,15.

Для прочих характеристик грунта допускается принимать г_g =1.

Таблица 2

.2 Определение размеров подошвы фундамента

.        Находим среднее давление по подошве фундамента.

P=

_II - внешняя расчетная нагрузка, равная 98 тс,

г_ср - среднее значение удельного веса бетона и грунта по нижнему обрезу фундамента, равная 2 т/м³,- глубина заложения фундамента, равная 2,05м,- ширина фундамента.

Подошва фундамента квадратная в плане, поэтому площадь равна A=b².

Оптимальные размеры фундамента определяем графически, построив графики зависимости P(b) и R(b)._cp(b)= (98+1,94*2,05*b²)/ b²=(98+3,977*b²)/ b²

Сопротивление определяем по формуле

=((г_c1*г_c2)/k)*(M_г*k_z*г_II*b+ M_q **d+M_c*c_II),

где R - расчетное сопротивление грунта основания;

г_c1 и г_c2 - коэффициент условий работы, принимаем г_c1=1,25 и определяем соотношение между длиной и высотой здания L/H=15000/10200=1,47, далее интерполируем

г_c2=((1-1,1)/(4-1,5))*(1,47-1,5)+1,1=1,1 (по т.3 СНиП 2.02.01-83*);- коэффициент, принимаем равным k₁=1, если прочностные характеристики грунта (ϕ и с) определяются непосредственными испытаниями, принимаем 1; и k = 1,1, если указанные характеристики приняты по таблицам;_г, M_q, M_c - коэффициенты, принимаемые M_г=0,69, M_q=3,65, M_c=6,24 (по т.4 СНиП 2.02.01-83*);_z - коэффициент, принимаемый равным 1, зависит от способа определения характеристик грунта;- ширина подошвы фундамента, м;

г_II - удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды),кН/м³(тс/ м³)

г_II=1,94 (тс/ м³);

 - то же, залегающих выше подошвы фундамента (тс/ м³)

= 1,94 (тс/ м³);_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/ м³)._II= 0,0075*100=0,75 (тс/ м³).= ((1,25_*1,1)/1)*(0,69*1*1,94*b+ 3,65 *^*2,05+6,24*0,75) =

=1,375*(1,34*b+14,516+4,68)=1,375*(1,34*b+19,196)=1,84*b+26,39.

Таблица 3. Значения функций:

Графики пересекаются в точке с абсциссой b=1,9 м. Принимаем ширину подошвы фундамента 1,9 м, тогда соответственно длина - l=b=1,9 м.

Рисунок 1.

Среднее давление в центре тяжести подошвы.

=Nп_II/ A≤ R

=98/(1,9)²= 27,14 (тс/ м²)=1,84*1,9+26,39=29,88 (тс/ м²)=27,14≤ R=29,88 - условие выполняется.

.3 Определение осадки фундамента, выбор окончательных размеров фундамента

Определение осадки подошвы фундамента мелкого заложения ведется с использованием схемы в виде линейно-деформируемого полупространства методом послойного суммирования по формуле:

S= в*

Где в=0,8 - безразмерный коэффициент;

у_z,pi - среднее значение вертикального нормативного давления;_i - толщина i-го слоя;_i - модуль деформации i-го слоя;- число слоев, на которые разбивается сжимаемая толща.

Осадка не должна превышать допустимую осадку по СНиП 2.02.01-83* равную S=8 см.

Для определения осадки применяем графический метод.

Вертикальная сила на подошву фундамента определяется по формуле:

_nII = N_oII+G_ф+гр

Давление на грунт подошвой фундамента определяется по формуле:

=Nп_II/ A

Необходимо определить давление с учетом напряжений после открытия котлована:

_o= P- у_zg = P-*d

Где удельный вес грунта, расположенный выше подошвы;=2,05 м - глубина заложения фундамента.

Напряжение, возникающее в грунте основания от указанного выше давления на грунт, определяется по формуле:

у_zpo,i= б*P_o

где б - коэффициент, принимаемый из СНиП 2.02.01-83* по таблице 1, б зависит от заглубления в грунт Z через коэффициент ж. Для зависимости б(ж) составляется таблица.

Размеры: b=l=1,9 м,_oII^’= 98 тс,= 27,14 тс/ м²,_o=27,14 - 1,94*2,05 = 23,17 тс/ м²

у_zpo,i= 23,17

Разбиваем толщу на элементарные слои. Коэффициент б для соотношения l/b=1 находим интерполяцией.

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта считаем по формуле:

у_zg= *d+

Расчет от отметки природного рельефа.

Таблица 4. Расчет значений у_zpo,i в зависимости от заглубления Z.

Таблица 5. Определение суммарной осадки фундамента.

у_zр определяем по графику в середине каждого слоя.

0,0207 м = 2,07 см.≤S=8 см.

Осадка не превышает допустимую.

Оставляем размер подошвы фундамента b=l=1,9 м.

3. Проектирование свайных фундаментов

Свайный фундамент состоит из:

свай;

ростверка, объединяющего все сваи.

По способу заглубления в грунт надлежит различать следующие виды свай:

а) забивные железобетонные, деревянные или стальные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств, в также железобетонные сваи - оболочки, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью;

б) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые бетонной смесью частично или полностью;

в) набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;

г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;

д) винтовые.

В данной курсовой работе будут рассматриваться забивные сваи.

.1 Выбор типов и размеров свай и ростверка фундамента

Выбираем тип свай - забивные. Размер свай определяем согласно указанной в задании глубины заложения подошвы фундамента d=2,05 м, а также по СНиП 2.02.03-85 п.7.10 и заданным мощностям слоев грунта.

L_p= z-d =8,7 - 2,05 = 6,65 м

Где L_p - расчетная длина сваи, - глубина от поверхности до начала заострения сваи,- глубина заложения подошвы ростверка.

В соответствии с п.7.4. СНиП 2.02.03-85 заделка сваи в ростверк составляет 5-10 см.

С учетом заделки сваи в ростверк L_констр = 6,65+0,1 = 6,75 м.

Принимаем длину сваи L_св = 7,0 м.

Определив необходимую длину, выбираем по сортаменту сечение сваи.

Для свай до 12 м сечение 30х30 см.

Размер подошвы ростверка определяем исходя из: по периметру свай отступаем по 0,2 м, между осями свай не менее 3*d_св. Т.о. принимаем размер ростверка _р= 3*0,3+2*0,2+0,3= 1,6 м.

Рисунок 2

3.2 Определение несущей способности сваи

Несущая способность F_d забивной висячей сваи определяется по формуле:

F_d =г_с*(г_сR*R*A+u**f_i*h_i)

Где R - расчетное сопротивление фундамента под нижним концом сваи по т.1 СНиП 2.02.03-85;- площадь поперечного сечения сваи;=d²=0,3*0,3= 0,09 м²

u - наружный периметр поперечного сечения сваи;=0,3*4= 1,2 м_i - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи по т.2 СНиП 2.02.03-85;

г_с - коэффициент условия работы сваи в грунте, принимаем г_с=1;

г_сR,  - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по т.3 СНиП 2.02.03-85.

г_сR = 1, =1.₁= 2,51 тс/м², при z₁= 3,05 м;₂= 2,71 тс/м², при z₁= 4,05 м;₃= 2,91 тс/м², при z₁= 5,05 м;₄= 3,105 тс/м², при z₁= 6,05 м;₅= 3,205 тс/м², при z₁= 7,05 м;₆= 3,3025 тс/м², при z₁= 8,05 м;₇= 3,3525 тс/м², при z₁= 9,05 м.=233,65 тс/м² (методом интерполяции,при I_L=0,4)_d=1*(1*233,65*0,09+1,2*(2,51*1+2,71*1+2,91*1+3,105*1+3,205*1+3,3025*1+3,3525*1))_d=46,34 тс.

3.3 Определение количества свай

Определение количества свай производим при условии центрального нагружения, т.е. при отсутствии моментов, по следующей зависимости:

n=

где N_d - суммарная нагрузка, передаваемая на свайное поле и определяемая по формуле:

_d= N_II + G

где N_II - нагрузка от верхнего строения приведенная к обрезу фундамента;- собственный вес плиты ростверка, определяется по формуле:

= h_p*A_p* г_ж/б

- сила расчетного сопротивления по грунту

≤

где  - несущая способность грунта основания одиночной сваи;

 - коэффициент запаса, зависящий от способа определения несущей способности сваи, принимаемый равным 1,4._II=98 тс.= 2,05*1,6*1,6*2,5= 13,12 тс._d= 98+13,12= 111,12 тс.= 46,34/1,4= 33,1 тс.= 111,12/ 33,1 = 3,35

Округляем значение n до 4 и таким образом принимаем 4 сваи.

Рисунок 3

3.4 Определение осадки свайного фундамента

Расчет фундамента будет производиться для условного фундамента на естественном основании в соответствии с СНиП 2.02.01-83*

Границы условного фундамента определяются (по СНиП 2.02.03-85):

_усл.ф.= b’+2*h*tg(ϕ_II,mt/ 4)

где ϕ_II,mt - осредненное значение углов внутреннего трения толщи грунтов, в которых находятся сваи;

ϕ_II,mt= (ϕ₁*l₁+ ϕ₂*l₂+ ϕ₃*l₃+ ϕ₄*l₄)/ (l₁+ l₂+ l₃+ l₄)

h - длина сваи;

_усл.ф.= l’+2*h*tg(ϕ_II,mt/ 4);

А_усл.ф.= b _усл.ф.* l _усл.ф.;_усл.ф.= г_прив* А_усл.ф.*(l_загл+d_р) - вес условного фундамента;= Q_ф/ А_{усл.ф o}= P- г_прив* (l_загл+d_р)

у_zpo,i= б*P_o

б= ϕ_II,mt / 4

ϕ_II,mt= = 20 град.=7 м;

б= 20 / 4=5 град.

г_прив= = 1,97 тс/м²_усл.ф.=1,6+2*7*0,0874= 2,82 м_усл.ф.= b _усл.ф=2,82 м

А_усл.ф.= 2,82*2,82= 7,95 м²_усл.ф.=1,97*7,95*(7+2,05)= 141,74 тс_ф= 98+141,74= 239,74 тс== 30,15 тс/м²_o=30,15-1,97*9,05= 12,32 тс/м²

Задаваясь Z, определяем б, затем по формуле у_zpo,i= б*P_o дополнительные вертикальные напряжения. Результаты расчетов сводим в таблицу 6.

Определение осадки подошвы условного фундамента, как фундамента мелкого заложения, ведется с использованием схемы в виде линейно-деформируемого полупространства методом послойного суммирования по формуле:

S= в*

Где в=0,8 - безразмерный коэффициент;

у_z,pi - среднее значение вертикального нормативного давления;_i - толщина i-го слоя (h_i=0,4*b);_i - модуль деформации i-го слоя;- число слоев, на которые разбивается сжимаемая толща.

Осадка не должна превышать допустимую осадку по СНиП 2.02.01-83* равную S=8см.

грунт фундамент свая здание

Таблица 6. Расчет значений у_zpo,i в зависимости от заглубления Z.

Таблица 7. Определение суммарной осадки фундамента.

у_zр определяем по графику в середине каждого слоя.

0,0099 м = 1 см ≤S=8 см.

Условие расчета по деформации основания и фундамента выполнено.