Расчет фундамента промышленного здания
Содержание
1. Исходные данные
. Оценка
инженерно-геологических условий площадки строительства
.1 Определение
физико-механических характеристик грунтов площадки строительства
.2 Инженерно-геологические
разрезы
. Сбор нагрузок. Определение
нормативных и расчетных усилий, действующих по верхнему обрезу фундаментов
. Выбор оптимальной глубины
заложения подошвы фундамента
. Определение размеров
подошвы фундамента
. Расчет осадки фундамента по
методу послойного суммирования
Расчет свайных фундаментов
. Технико-экономическое
сравнение вариантов фундамента
. Водопонижение и
гидроизоляция фундаментов
10. Список литературы
1. Исходные данные
Район строительства - г. Киров.
Здание - молочный блок производительностью 12 тонн молока в сутки.
Размеры здания в осях 12,0х24,0м.
Начало работ по устройству фундаментов - январь.
Таблица
1. Данные инженерно-геологических изысканий
№ скв.
|
Отметка устья скважины, м
|
УПВ, м
|
Мощности слоев грунта, м
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
1
|
110.1
|
110.0
|
2,0
|
3.0
|
3.1
|
не уст.
|
2
|
109.4
|
109.4
|
2,0
|
2,6
|
4.2
|
не уст.
|
3
|
109.3
|
109.3
|
2,1
|
2.6
|
3.2
|
не уст.
|
Толщина растительного слоя
грунта 0,0 м
|
Таблица
2. Физические свойства грунтов строительной площадки
Номер слоя
|
Наименование грунта
|
Плотность, кг/м3
|
Влажность, отн. ед.
|
|
|
природная
|
тв. частиц
|
W0
|
WP
|
WL
|
1
|
Песок крупный
|
1992
|
2652
|
0,251
|
-
|
-
|
2
|
Суглинок
|
1895
|
2701
|
0,333
|
0.248
|
0.581
|
3
|
Песок ср. крупн.
|
2088
|
2665
|
0,199
|
-
|
-
|
4
|
Песок крупный
|
2059
|
2657
|
0,213
|
-
|
-
|
2. Оценка инженерно-геологических условий площадки
строительства
фундамент инженерный строительство свайный
2.1 Определение физико-механических характеристик грунтов
1.Плотность
сухого грунта:
2.Коэффициент
пористости:
.Степень
влажности грунта:
-7.Для
каждого слоя грунта определяем удельное сцепление - С, угол внутреннего трения
- j и модуль общей линейной деформируемости грунта - Е0
по приложению 1 СНиП 2.02.01 - 83* в зависимости от
коэффициента пористости - е и показателя текучести - IL.
Расчетное
сопротивление грунта основания:
.Число
пластичности:
.Показатель
консистенции:
.Удельный
вес грунта с учетом взвешивающего действия воды: ;
Плотность
воды:
Значения
приведены в таблице № 3.
Таблица 3. Физико-механические свойства грунта
|
Номер слоя, наименование
грунта
|
Характеристики грунта
|
1.Песок крупный
|
2.Суглинок
|
3.Песок ср.крупности
|
4.Песок крупный
|
Плотность, кН/м3
|
Природная p
|
19,920
|
18,950
|
20,080
|
20,590
|
|
тв. Частиц ps
|
26,520
|
27,010
|
26,650
|
26,570
|
Влажность, отн.ед.
|
W0
|
0,251
|
0,333
|
0,199
|
0,213
|
|
Wp
|
-
|
0,248
|
-
|
-
|
|
WL
|
-
|
0,581
|
-
|
-
|
Плотность сухого грунта pd,
кН/м3
|
15,923
|
14,216
|
16,747
|
16,974
|
Коэффициент пористости e
|
0,665
|
0,900
|
0,591
|
0,565
|
Степень влажности Sr
|
1,000
|
0,999
|
0,897
|
1,001
|
Модуль деформации грунта E,
МПа
|
30,000
|
9,500
|
1,600
|
40,000
|
Удельное сцепление с, кПа
|
|
16,500
|
36,800
|
1,000
|
Угол внутреннего трения φ, град
|
38,000
|
18,000
|
36,000
|
40,000
|
Расчетное сопротивление
грунта R0
|
500,000
|
194,000
|
400,000
|
500,000
|
Число пластичности Ip
|
-
|
0,333
|
-
|
-
|
Показатель консистенции IL
|
-
|
0,255
|
-
|
-
|
Удельный вес грунта γsl, кН/м3
|
9,919
|
8,953
|
10,463
|
10,586
|
. ИГЭ-1 - песок крупный, средней плотности, можно использовать для
естественного основания.
. ИГЭ-2 - суглинок, средней плотности, можно использовать для
естественного основания.
. ИГЭ-3 - песок средней крупности, средней плотности, можно
использовать для естественного основания.
. ИГЭ-4 - песок крупный, средней плотности, можно использовать в
качестве естественного основания.
2.2 Построение инженерно-геологических разрезов
Отметка планировки:
Dl=ΣHСКВ/nскв=(110.1+109,4+109,3)/3=109,6м.
Ситуационный план
3. Сбор нагрузок
Таблица 4. Сбор нагрузок на фундамент.
№ п/п
|
Вид нагрузки
|
Нормативное значение qн,
кПа
|
Коэф надежности по нагр. γf
|
Расчетн нагрузка q, кПа
|
1
|
От кровли
|
|
4 слоя рубероида на мастике
t=20мм ρ=0,3кН/м3
|
0,006
|
1,2
|
0,0072
|
|
ЦПР t= 30мм
|
0,54
|
1,3
|
0,702
|
|
Мин-ватная плита t=200мм ρ=3,5кН/м3
|
0,7
|
1,2
|
0,84
|
|
Ж/б ребристая плита t=60мм ρ=25кН/м3
|
1,5
|
1,1
|
1,65
|
|
Снеговая нагрузка
|
1,5
|
0,7
|
1,05
|
2
|
Нагрузка от перекрытий 1-го
этажа
|
|
Керамическая плитка на ЦПР
t=25мм ρ=16кН/м3
|
0,45
|
1,2
|
0,54
|
|
ЦПР t=20мм ρ=18кН/м3
|
0,36
|
1,3
|
0,468
|
|
Рубероид на мастике t=5мм ρ=0,3кН/м3
|
0,0015
|
1,2
|
0,0018
|
|
Подстилающий бетонный слой
t=50мм ρ=25кН/м3
|
1,25
|
1,3
|
1,625
|
|
Каменный щебень, втрамбован
в грунт с проливкой ЦПР t=30мм ρ=18кН/м3
|
0,54
|
1,3
|
0,702
|
3
|
Нагрузка от веса людей и
оборудования
|
2,0
|
1,2
|
2.4
|
4
|
Нагрузка от веса
перегородок кирпич обыкновенный V=29,86м3 ρ=18кН/м3
|
1,87
|
1,2
|
2,244
|
|
|
Σ=10,72
|
Σ=12,23
|
Грузовые площади:
1. F1=6,0*6,0=36,0 м2
2. F2=3,0*3,0=9,0
м2
3. F3=6,0*3,0=18,0
м2
Нормативная: N1н = 36,0 * 10,72 = 385,83 кН
N2н = 9,0 * 10,72 + 18,0 * 0,3 * 3,6 *
6 = 213,12 кН
N3н = 18,0 * 10,72 + 18,0 * 0,3 * 3,6 *
6 = 309,6 кН
Расчетная: N1 = 36,0 * 12,23 = 440,28 кН
N2 = 9,0 * 12,23 + 11 * 0,3 * 3,6 * 6 =
181,35 кН
N3 = 18,0 * 12,23 + 11 * 0,3 * 3,6 * 6
= 291,42 кН
4. Проектирование фундамента на естественном основании
Определение глубины заложения фундамента:
Т.к. глубина промерзания меньше 2.5 м, то нормативную глубину определяют
по формуле:
,где
=-51,5 -
сумма среднемесячных отрицательных температур за год; определяем по табл.3 СНиП
«Строительная климатология».
d0 - величина, принимаемая равной для крупных песков
0.3.
=2,153 м
Расчетная
глубина сезонного промерзания:
df = kn * dfn = 0.5 * 2.153 = 1.076 (kn -
коэффициент теплового режима здания. Определяется по табл.1 СНиП 2.02.01-83
«Основания зданий и сооружений»
Принимаем
глубину заложения фундамента 1.1м. В качестве несущего слоя принят слой песка
крупного.
5. Определение размеров подошвы фундамента по расчетному
сопротивлению грунта основания
1) Приближенно определяем площадь подошвы фундамента:
-
удельный вес фундамента с грунтом на его обрезах, = 20 кН / м3;
d - глубина
заложения фундамента (из п.4)
R - расчетное
сопротивление грунта, определяемое по СНиП;
R0=500 кПа - условное расчетное сопротивление первого
слоя;
:
N1н =
385,83 кН
N2н = 213,12 кН
N3н = 309,6 кН
2) Определяем ширину подошвы b:
Для
столбчатых фундаментов
3) Среднее давление под подошвой фундамента:
Подбираем фундамент стаканного типа по ГОСТ 24476-80:
Ф15.8-1 L = 1500, h = 750, G = 2,5 т.
Среднее
давление под подошвой фундамента p не должно превышать расчетного сопротивления
грунта основания R, кПа, определяемого по формуле:
где gс1=1.4 и gс2=1,2 - коэффициенты условий работы;
k=1.1
- коэффициент, принимается из условия, что прочностные характеристики грунта (j и с) приняты по табл. 1-3
рекомендуемого приложения 1 [1];
Mg=2,11, Mq=9,44, Mc=10,80 - коэффициенты, принимаемые по
табл. 4 [1];
kz=1 - коэффициент, так как b<10м;
b=1,5
м - ширина подошвы фундамента;
gII=9,459 кН/м3 - осредненное расчетное значение удельного веса
грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод
определяется с учетом взвешивающего действия воды);
g’II=9,919 кН/м3 - то же,
залегающих выше подошвы;
cII=0 кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта,
залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
db=0м - глубина подвала;
d1 - глубина заложения фундаментов
бесподвальных сооружений, принимаем равной d=1,1 м.
Среднее реактивное давление по подошве фундамента:
R
Условие
выполняется.
Проверка
прочности подстилающих слоев "слабых" грунтов:
по
табл.1 СНиП 2.02.01-83
,1143+1,796<622,475
Условие
выполняется.
6. Расчет осадки фундамента по методу послойного суммирования
Осадка определяется по следующей формуле:
hi -
толщина i - го слоя;
Еi
- модуль деформации i-го слоя.
szp,i - среднее значение дополнительного вертикального
нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней
и нижней границах элементарного слоя по вертикали.
Осадку
определяем до тех пор, пока , т.е.
напряжения от внешней нагрузки не должны превышать 20% напряжений от
собственного веса грунта.
Вертикальное
напряжение от внешней нагрузки определяем по формуле:
где
a - коэффициент, принимаемый по таблицам СНиП, и
зависит от относительной глубины z.
Наименование грунта
|
№ слоя
|
z, м
|
h, м
|
b, м
|
ξ=2z/b
|
α
|
Pо, кПа
|
σzp=α*Pо, кПа
|
|
σzg, кПа
|
0,2*σzg
|
E, кПа
|
Si, см
|
песок крупный
|
1
|
0,6
|
1,5
|
0,00
|
1,00
|
151,21
|
151,21
|
136,09
|
34,71
|
6,94
|
30000,00
|
0,217746
|
|
2
|
0,6
|
0,2
|
1,5
|
0,80
|
0,80
|
151,21
|
120,97
|
111,14
|
40,66
|
8,13
|
30000,00
|
0,059274
|
Суглинок
|
3
|
0,8
|
0,6
|
1,5
|
1,07
|
0,67
|
151,21
|
101,31
|
80,14
|
42,65
|
8,53
|
9500,00
|
0,404924
|
|
4
|
1,4
|
0,6
|
1,5
|
1,87
|
0,39
|
151,21
|
58,97
|
46,88
|
48,02
|
9,60
|
9500,00
|
0,236843
|
|
5
|
2,0
|
0,6
|
1,5
|
2,67
|
0,23
|
151,21
|
34,78
|
27,97
|
53,39
|
10,68
|
9500,00
|
0,141342
|
|
6
|
2,6
|
0,6
|
1,5
|
3,47
|
0,14
|
151,21
|
21,17
|
18,07
|
58,76
|
11,75
|
9500,00
|
0,091299
|
|
7
|
3,2
|
0,4
|
1,5
|
4,27
|
0,10
|
151,21
|
14,97
|
13,31
|
64,13
|
12,83
|
9500,00
|
0,044822
|
Песок ср.крупн.
|
8
|
3,6
|
0,6
|
1,5
|
4,80
|
0,08
|
151,21
|
11,64
|
10,21
|
67,71
|
13,54
|
1600,00
|
0,306200
|
|
9
|
4,2
|
0,6
|
1,5
|
5,60
|
0,06
|
151,21
|
8,77
|
7,79
|
73,99
|
14,80
|
1600,00
|
0,233619
|
|
|
4,8
|
|
1,5
|
6,40
|
0,05
|
151,21
|
6,80
|
3,40
|
80,27
|
16,05
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Σ=
|
1,736069
|
Su - предельно допустимая деформация, которая определена по приложению 4
СНиП 2.02.01- 83*.U=8
см
7. Расчет свайных фундаментов
) Определяем грунт основания
В качестве несущего слоя для свайного фундамента принимаем второй слой -
суглинок.
) Определяем длину сваи:
Принимаем сваи марки СНпр3-30 (по ГОСТу 19804.2-79*) с размером сечения
300*300 мм, массой 0,70т.
) Определим несущую способность одиночной сваи по формуле:
-
коэффициент условий работы сваи в грунте;
и - коэффициенты условия работы грунта соответственно
под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа
погружения сваи на расчетное сопротивление грунта и принимаемые по таблице:
для
случая погружения сплошных свай дизельным молотом ;
А
- площадь поперечного сечения сваи ;-
периметр поперечного сечения сваи ;=2000
кПа- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи при глубине
погружения 3 м. Принимается по табл.1 СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».i
- расчетное сопротивление i - го слоя грунта основания на боковой поверхности
сваи, принимаемое по табл.2 СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».
)
Расчетная нагрузка на одну сваю:
-
коэффициент надежности.
)
Количество свай
Принимаем
n=2 для первого и третьего сечения.
Для
угловой колонны:
Принимаем
n=1 для второго сечения.
Проверка
свайного фундамента:
Для
:
;
;
;
;
Для
:
;
;
;
;
;
Для
:
;
;
;
;
;
;
.
По
формуле Пузыревского:
Условие
P<R выполняется;
Условие
P<R выполняется;
Условие
P<R выполняется;
Расчет
осадок свайного фундамента
Осадка
определяется по следующей формуле:
hi -
толщина i - го слоя;
Е0i
- модуль деформации i - го слоя.
Осадку
определяем до тех пор, пока , т.е.
напряжения от внешней нагрузки не должны превышать 20% напряжений от
собственного веса грунта. Вертикальное напряжение от внешней нагрузки
определяем по формуле:
a - коэффициент,
принимаемый по табл.1 приложения 2 СНиП 2.02.01-83 «Основания и фундаменты»,
зависит от относительной глубины z.
Таблица
6. Определение напряжений под подошвой фундамента.
Наименование грунта
|
№ слоя
|
h, м
|
z
|
b, м
|
ξ=2z/b
|
α
|
Pо, кПа
|
σzp=α*Pо, кПа
|
|
σzg, кПа
|
0,2*σzg
|
E, кПа
|
Si, см
|
Суглинок
|
1
|
0,5
|
0,0
|
1,27
|
0,00
|
1,000
|
-96,70
|
0,00
|
0,00
|
285,01
|
57,00
|
9500
|
0,00
|
|
2
|
0,5
|
0,5
|
1,27
|
0,79
|
0,866
|
-96,70
|
0,00
|
0,00
|
289,49
|
57,90
|
9500
|
0,00
|
|
3
|
0,5
|
1,0
|
1,27
|
1,57
|
0,578
|
-96,70
|
0,00
|
0,00
|
293,97
|
58,79
|
9500
|
0,00
|
Песок ср.крупн.
|
4
|
0,5
|
1,5
|
1,27
|
2,36
|
0,374
|
-96,70
|
0,00
|
0,00
|
298,44
|
59,69
|
1600
|
0,00
|
|
5
|
0,5
|
2,0
|
1,27
|
3,15
|
0,251
|
-96,70
|
0,00
|
0,00
|
303,67
|
60,73
|
1600
|
0,00
|
|
6
|
0,5
|
2,5
|
1,27
|
3,94
|
0,176
|
-96,70
|
0,00
|
0,00
|
308,90
|
61,78
|
1600
|
0,00
|
|
|
|
3,0
|
1,27
|
4,72
|
0,130
|
-96,70
|
0,00
|
|
313,38
|
62,68
|
1600
|
0,00
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Σ=
|
0,00
|
8. Технико-экономическое сравнение вариантов
Определение объема котлована:
где:
h = 1,1 (0,5) м -глубина котлована
a′, b′
- длины сторон котлована по низу;
a′=a+2·(0.5+0.5)
=12,0+2,0=14,00 м
b′=b+2·(0.5+0.5)=24,0+2,00=26,00м
a1,b1 - длины сторон котлована по верху.
а1
=a′+h·m=14,00+2·1.1(0,6)·0.5=15,1 (14,6)м
b1 =b′+h·m=26,00+2·1,1(0,6)·0,5=27,1 (26,6)м
где:
m=0,5-коэффициент откоса (СНиП 3.02.01-87 «Земляные
сооружения, основания и фундаменты).
Объем
грунта для засыпки пазух котлована
где:
VK =425,044 - объем котлована
VФ =6,92 - объем фундаментов, м3
КОР
=1,06 - коэффициент остаточного разрыхления
=394,46 м3
Объем
грунта при зачистке дна котлована
VЗАЧ=SФ·hН, м3
где:
SФ=а′·b′=14·26=364
м2 - площадь котлована по низу, м2
hН =15 см величина недобора грунта при разработке грунта
экскаваторами
VЗАЧ=364·0,15=54,6 м3
Объем
лишнего грунта, подлежащего вывозке:
VЛГ=VК-VОЗ
VЛГ=425,044-394,46=31 м3
VЛГ=225,67-197,8=27,87 м3
Наименование работ
|
Ед. измер.
|
Обоснование
|
Кол-во
|
Затраты на ед.
|
Общие затраты
|
|
|
|
|
Стоимость, руб.
|
Трудоемкость, чел/дн.
|
Стоимость, руб.
|
Трудоемкость чел/дн.
|
Разработка грунта
экскаватором 1 м3 в отвал
|
1000 м3
|
01-01-003-12
|
0,426
|
8282,76
|
19,59
|
8,35
|
то же с погрузкой в
|
1000 м3
|
01-01-013-12
|
0,031
|
10686,1
|
31,32
|
331,27
|
0,97
|
автомобили-самосвалы
|
|
|
|
|
|
|
|
Обратная засыпка пазух
бульдозером 80 л.с.
|
1000 м3
|
01-01-033-6
|
0,395
|
635,07
|
-
|
250,85
|
-
|
Уплотнение грунта пазух
пневматическим тромбовками
|
100 м2
|
01-02-05-2
|
0,395
|
525,1
|
14,96
|
207,41
|
5,91
|
Укладка фундамента
|
шт
|
|
15
|
5357,47
|
91,58
|
80362,05
|
1373,70
|
массой до 1.5 т
|
|
|
|
|
|
|
|
Горизонтальная
гидроизоляция гидроизолом в 2 слоя
|
100 м2
|
08-01-003-03
|
1,2
|
4249,48
|
20,1
|
5099,38
|
24,12
|
Боковая гидроизоляция
битумной мастикой в
|
100 м2
|
08-01-003-05
|
6,17
|
1173,88
|
21,2
|
7242,84
|
24886,26
|
2 слоя
|
|
|
|
|
|
|
|
Устройство отмостки
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
97022,26
|
26299,30
|
Свайный фундамент
|
Разработка грунта
эксковатором 1 м3 в отвал
|
1000 м3
|
01-01-003-12
|
0,227
|
8282,76
|
19,6
|
1880,19
|
4,45
|
то же с погрузкой в
|
1000 м3
|
01-01-013-12
|
0,27
|
10686,1
|
31,3
|
2885,25
|
8,46
|
автомобили-самосвалы
|
|
|
|
|
|
|
|
Обратная засыпка пазух
бульдозером 80 л.с.
|
1000 м3
|
01-01-033-6
|
0,27
|
635,07
|
-
|
171,47
|
|
Уплотнение грунта основания
|
100 м2
|
01-02-05-2
|
0,198
|
525,1
|
15
|
103,97
|
2,96
|
Забивка свай длиной до
|
шт
|
|
42
|
|
|
11309,77
|
51,97
|
10 м дизель молотом
копровой установкой
|
м3
|
05-01-001-1
|
16,82
|
672,4
|
3,09
|
|
|
Устройство монолитного
|
100 м3
|
06-01-001-22
|
0,25
|
116960,44
|
446
|
29240,11
|
111,51
|
Ж/Б ростверка с устройством
опалубки
|
|
|
|
|
|
|
|
Горизонтальная
гидроизоляция гидроизолом в 2 слоя
|
100 м2
|
08-01-003-03
|
0,93
|
4249,48
|
20,1
|
3952,02
|
18,69
|
Боковая гидроизоляция
битумной мастикой в
|
100 м2
|
08-01-003-05
|
1,34
|
1173,88
|
21,2
|
1573,00
|
28,41
|
2 слоя
|
|
|
|
|
|
|
|
Устройство отмостки
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
51115,77
|
226,45
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9. Водопонижение и гидроизоляция фундаментов
Т.к. уровень подземных вод находится выше отметки котлована, то
рекомендуется произвести водопонижение. В процессе строительства с помощью
лёгких иглофильтровых установок (либо открытый водоотлив).
Устраивается вертикальная и горизонтальная гидроизоляция на стеновые
блоки и монолитный ростверк.
10. Список литературы
1. СНиП
2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»
. СНиП
2.02.03-85 «Свайный фундамент»
. СНиП
2.02.02-83 «Нагрузки и воздействия»
. Справочник
проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения, М: Стройиздат,
1985г.
. Веселов В.
А. Проектирование оснований и фундаментов, М: Стройиздат, 1987г.