Проектирование фундаментов: столбчатого неглубокого заложения и свайного

Содержание

Проектирование столбчатого фундамента неглубокого заложения

1. Определение недостающих характеристик грунта

2. Анализ грунтовых условий

3. Выбор глубины заложения фундамента

4. Определение предварительных размеров фундамента и расчетного сопротивления

5. Приведение нагрузок к подошве фундамента

6. Определение давлений на грунт и уточнение размеров фундамента

7. Расчет осадки

8. Проверка слабого подстилающего слоя

9. Конструирование столбчатого фундамента

10. Расчет столбчатого фундамента

11. Расчет армирования плитной части фундамента

12. Подсчет объемов работ и стоимости

Проектирование свайного фундамента

1. Выбор глубины заложения ростверка и длины свай

2. Определение несущей способности свай

3. Определение количества свай и размещение их в фундаменте

4. Приведение нагрузок к подошве ростверка

5. Определение нагрузок на сваи и проверка несущей способности свай

6. Расчет на горизонтальные нагрузки

7. Конструирование ростверка

8. Расчет ростверка на продавливание колонной

9. Проверка ростверка на продавливание угловой сваей

10. Расчет ростверка на изгиб

11. Подбор сваебойного оборудования и расчет отказа

12. Подсчет объемов и стоимости работ

13. Сравнение вариантов фундамента

Библиографический список

Проектирование столбчатого фундамента неглубокого заложения

1. Определение недостающих характеристик грунта

Инженерно-геологический разрез.

Рисунок 1. ИГР.

Условные обозначения:

Таблица 1. Характеристика грунта основания.

где W - влажность; r - плотность грунта; r_s - плотность твердых частиц грунта; r_d - плотность сухого грунта; е - коэффициент пористости грунта; S_r - степень водонасыщения; γ - удельный вес грунта; g_sb - удельный вес грунта, ниже уровня подземных вод; W_Р - влажность на границе раскатывания; W_L - влажность на границе текучести; I_L - показатель текучести; I_р - число пластичности; с - удельное сцепление грунта; φ - угол внутреннего трения; E - модуль деформации; R_o - расчетное сопротивление грунта.

Для определения некоторых характеристик воспользуемся формулами:

где ρ_w = 1 т/м³ - плотность воды; γ = 10·ρ - удельный вес грунта.

Модуль деформации, расчетное сопротивление грунта, угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта определяются согласно табл.3 прил.1, табл.3 прил.3 табл.2 прил.1 [1] соответственно.

2. Анализ грунтовых условий

1.      С поверхности слабые грунты отсутствуют.

2.      Имеется слабый подстилающий слой - супесь, на глубине 5,9м.

.        Подземные воды не обнаружены. Грунты не пучинистые.

.        Расчетная глубина сезонного промерзания равна: d_f = d_f,n·k_h = 310·0,7 = 217 см, где d_f,n - нормативная глубина сезонного промерзания грунта: для Красноярска - 300 см для песков мелких и пылеватых, k_h = 0,7 - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения.

3. Выбор глубины заложения фундамента

1.      Здание не имеет подвалов и других заглубленных помещений и сооружений.

2.      Фундамент разрабатывается под колонны одноэтажного промышленного здания серии 1.424-5, отметка низа типовых колонн - 1,0м, глубина стакана принимается на отметке - 1,05м, отметка верха фундамента - 0,150 м.

.        Глубина промерзания грунта: d_f = 0,7×3,1= 2,17 м.

Принимаем глубину заложения на отметке ( - 2,250) м, высота фундамента - 2,1м.

4. Определение предварительных размеров фундамента и расчетного сопротивления

1.      Определим сумму вертикальных нагрузок на обрезе фундамента в комбинации с N_{k max}:

где N_{k maх -} максимальная нагрузка на колонну; N_{ст -} нагрузка на стену.

.        В первом приближении предварительно площадь подошвы столбчатого фундамента определяем по формуле:

где A - площадь подошвы фундамента; g_cp = 20кН/м^{3 -} усредненный удельный вес фундамента и грунта на его обрезах; d = 2,1м - глубина заложения фундамента; R₀ = 300 кПа - условно принятое расчетное сопротивление в первом приближении.

В первом приближении принимаем размеры подошвы фундамента:

b = 2,4 м и l = 3,3 м; l/b = 1,38 < 1,65; А = 7,92 м².

Тогда среднее расчетное сопротивление грунта основания:

где g_с1 =1,3 и g_с2 = 1,0 - коэффициенты условия работы, принятые по табл.3. [3]; k = 1,1 - коэффициент, учитывающий надежность определения характеристик с и j; M_g = 1,76, M_g = 8,03, M_c = 9,88 - коэффициенты зависящие от j, принятые по табл.4 [3]; k_z - коэффициент, принимаемый равным 1,0 при ширине фундамента b < 10м; g_II = 19,70 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;  = (0,6·19,7 + 1,5∙18,1) /2,1 = 18,60 - то же, залегающих выше подошвы, кН/м³; с_II = 3,8 кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

3.      Поскольку R = 513кПа > R₀ = 300кПа, определим площадь подошвы фундамента во втором приближении:

Во втором приближении принимаем размеры подошвы фундамента:

b = 2,1 м и l = 2,4 м; l/b = 1,14 < 1,65; А = 5,04 м².

Тогда среднее расчетное сопротивление грунта основания:

.        При значении R=501 кПа определим требуемую площадь подошвы фундамента:

Принимаем размеры подошвы фундамента: b = 2,1 м и l = 2,4 м, А = 5,04 м².

5. Приведение нагрузок к подошве фундамента

I комбинация:

II комбинация:

6. Определение давлений на грунт и уточнение размеров фундамента

Проверим выполнения условий при R = 501 кПа:

фундамент столбчатый свайный подошва

I комбинация:

Условия не удовлетворяются, поэтому увеличиваем l, принимая l = 2,7 м.

Выполним пересчет нагрузок с учетом увеличения веса фундамента.

I комбинация:

II комбинация:

Определим давления на грунт.

I комбинация:

II комбинация:

Условия выполняются, окончательно принимаем размеры подошвы фундамента: b = 2,1 м и l = 2,7 м с А = 5,67 м².

7. Расчет осадки

Расчет осадок приведен в таблице 2.

Расчет выполняется методом послойного суммирования.

.        Разделяем грунт под подошвой фундамента на слои.

2.      Определяем природное давление на уровне подошвы фундамента:

где

= (1,5·18,10 + 0,6∙19,70) /2,1 = 18,557 кН/м³ - удельный вес грунта выше подошвы фундамента, d - высота фундамента - 2,1м.

3.      Определяем природное давление на границе слоев:

,

где g_i и h_{i -} соответственно удельный вес и мощность для каждого слоя.

4.      Определим дополнительное давление под подошвой фундамента:

,

где

Р_ср - большее из двух комбинаций среднее давление от фундамента.

5.      Определим напряжение на границе слоев:

,

где α_i - коэффициент рассеивания, принимаемый по табл.5 [3], в зависимости от отношения l/b = 2,7/2,1 = 1,29 и 2z_i/b (z_i - глубина расположения i-го слоя ниже подошвы фундамента).

.        Построим эпюры напряжений  с правой стороны оси фундамента и эпюру природных давлений  слева.

.        Определим условную границу сжимаемой толщи ВСТ, до которой следует учитывать дополнительные напряжения и возникающие при этом осадки. Она находится там, где удовлетворяется условие:

,

или , если в пределах сжимаемой толщи находится слабый грунт с модулем деформации Е ≤ 10МПа.

8.      Для каждого слоя в пределах сжимаемой толщи определяем среднее давление:

.        Определим осадку каждого слоя по формуле:

где E_i - модуль деформации i-го слоя кПа, b - коэффициент, принимаемый равным 0,8.

.        Суммируем осадку слоев переделах сжимаемой толщи и сравниваем полученный результат с предельно допустимым:

где S_и = 15 см - предельная осадка фундамента для промышленного одноэтажного здания.

Таким образом,  следовательно, осадка не превышает предельно допустимого значения.

8. Проверка слабого подстилающего слоя

Произведем проверку слабого подстилающего слоя (пластичной супеси) в основании столбчатого фундамента:

,

где  - вертикальные напряжения на кровле слабого слоя (ила), кПа,  - расчетное сопротивление слабого слоя.

Суммарное напряжение  определяем из таблицы 2 на кровле слоя:

Расчетное сопротивление ила определяем по формуле:

где

g_с1 =1,25 и g_с2 = 1,0 - коэффициенты условия работы; k = 1,1 - коэффициент, учитывающий надежность определения характеристик с и j; M_g = 0,23, M_g = 1,94, M_c = 4,42 - коэффициенты зависящие от j, принятые по табл.4 [3]; k_z - коэффициент, принимаемый равным 1,0 при ширине фундамента b < 10м; g_II = 18,00 - удельный вес грунта, кН/м³;  =  = 113,83/5,9 = 19,3 - то же, вышележащего грунта, кН/м³; d_z = 5,9 м - глубина залегания кровли супеси; с_II = 6,5 кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта;

Тогда расчетное сопротивление супеси составит:

Итак, проверка слабого подстилающего слоя удовлетворяется:

9. Конструирование столбчатого фундамента

Колонна одноветвевая сечением 400х600мм с отметкой нижнего торца - (-1,000) м, отметка верха фундамента - (-0,150) м.

Рисунок 2. Схема с обозначением размеров фундамента.

b_k, l_k - размеры сечения колонны: b_k = 400мм, l_k (h_k) = 600мм;

d_с - глубина заделки колонны в стакан: d_с = 1000 - 150 = 850 мм;

b_p, l_p - размеры стакана понизу: b_p = b_k + 2∙50 = 400 + 100 = 500 мм; l_p = l_k + 2∙50 = 600 + 100 = 700 мм;

b_p1, l_p1 - размеры стакана поверху: b_p1 = b_k + 2∙75 = 400 + 150 = 550мм; l_p1 = l_k + 2∙75 = 600 + 150 = 750мм;

d_р - глубина стакана: d_р = d_с + 50 = 850 + 50 = 900 мм;

b_cf, l_cf - размеры сечения подколонника: b_cf = 1200мм, l_cf = 1200мм.

h_cf - высота подколонника: h_cf = 1500мм.

b, l - размеры сечения подошвы фундамента: b = 2100мм, l = 2700мм.

h - высота фундамента: h = 2100мм.

Со стороны l:

c₁ = 300мм, c₂ = 450мм - вылеты ступеней, h₁, h₂ = 300 мм - высоты ступеней.

Со стороны b:

c₁' = 450 мм - вылет ступени, h₁' = 600 мм - высота ступени.

Рисунок 3. Опалубочный чертеж.

10. Расчет столбчатого фундамента

1.      На продавливание.

Определим тип фундамента:

h_cf - d_р = 1,5 - 0,9 = 0,6 м > 0,5 (l_cf - l_k) = 0,5 (1,2 - 0,6) = 0,3 м.

Следовательно, фундамент высокий выполняем расчет на продавливание подколонником:

где F - сила продавливания, R_bt - расчетное сопротивление, для бетона класса В12,5 R_bt = 660 кПа,  - рабочая высота пирамиды продавливания.

Сила продавливания составит:

где

,

Где

где  = 25кН/м³ - удельный вес железобетона,  = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке. Так как

,

то

Таким образом,

Итак, условие выполняется.

11. Расчет армирования плитной части фундамента

Рассчитаем и запроектируем арматуру плитной части фундамента.

Под давлением отпора грунта фундамент изгибается, в сечениях возникают моменты, которые определяют, считая ступени работающими как консоль, защемленная в теле фундамента, по формуле:

где N =  = 2125 + 141 = 2266 кН - расчетная нагрузка на основание без учета веса фундамента и грунта на его обрезах,  = М/N = 467,12/2266 = 0, 206 м - эксцентриситет нагрузки при моменте М, приведенном к подошве фундамента и равном   - вылеты ступеней. Изгибающие моменты в сечениях, действующих в плоскости, параллельной меньшей стороне фундамента b:

По величине моментов в каждом сечении определим площадь рабочей арматуры:

где  - рабочая высота каждого сечения, м, определяется как расстояние от верха сечения до центра рабочей арматуры:

для сечения 1-1:

для сечения 2-2:

для сечения 3-3:

для сечения 1’-1’:

для сечения 2’-2’:

 - расчетное сопротивление растяжению, для арматуры А-III -  = 365 МПа;

 - коэффициент, определяемый в зависимости от величины:

 - ширина сжатой зоны сечения:

в направлении х:

для сечения 1-1:

для сечения 2-2:

для сечения 3-3:

в направлении y:

для сечения 1’-1’:

для сечения 2’-2’:

 - расчетное сопротивление на осевое сжатию, для бетона В12,5 - R_b = 7,5 МПа;

Результаты расчета приведены в табл.3, сечения, в которых рассчитывалась арматура, показаны на рис.4, армирование фундамента представлено на листе 1 графической части.

Рисунок 4. Схема к расчету армирования плитной части фундамента.

Таблица 3. Результаты расчета армирования плитной части фундамента.

Конструируем сетку С-1. Шаг арматуры в обоих направлениях принимаем 200мм, таким образом сетка С-1 имеет в направлении l - 11ø16 А-III с A_s = 22,11 см² (> 17,23 см²), в направлении b - 14ø10 А-III с A_s = 10,99 см² (> 5,49 см²). Длины стержней принимаем соответственно 2630мм и 2030мм.

Подколонник армируем двумя сетками С-2, принимая продольную арматуру конструктивно с шагом 200 мм - 6ø12 А-III с A_s = 7,88 см² с каждой стороны подколонника, l = 2330 мм; поперечную с шагом 600 - 3ø6 А-I с A_s = 0,85 см², l = 1130 мм, предусматривая ее только на участке от дна стакана до подошвы.

Стенки стакана армируем сеткой С-3, диаметр арматуры принимаем - ø8 А-I, длину всех стержней 1130. Сетки С-3 устанавливаются следующим образом: защитный слой у верхней сетки - 50мм; расстояние между сетками - 50, 100, 100, 200 и 200мм.

12. Подсчет объемов работ и стоимости