Проектирование фундамента здания гостиницы в г. Санкт-Петербурге

ФГОУ ВПО

Калининградский государственный технический университет

Кафедра промышленного и гражданского строительства

Курсовая работа

по дисциплине: «Основания и фундаменты».

Проектирование фундамента здания гостиницы в г. Санкт-Петербурге

Выполнил Кадыка А.С.

студент гр.11ЗСТ/с

Калининград - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

1. Исходные данные

. Определение физических свойств грунтов

. Опеределение нормативной и расчетной глубин промерзания грунта9

. Фундамент на естественном основании

. Фундамент на искуственном улучшеном основании

. Свайный фундамент

. Определение себестоимости и выбора основного варианта фундамента

. Расчет и конструирование намеченных в здании фундаментов

. Защита подвальных помещений

литература

1.   ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

2.   ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ

Глина (номер грунта 2)

Удельный вес сухого грунта:

Коэффициент пористости:

Пористость:

Полная влагонепроницаемость:

,

где γ_W = 9,81 кН/м³ - удельный вес воды.

Степень влажности:

Число пластичности:

I_p = W_L - W_p = 0,46 - 0,28 = 0,18

Показатель текучести:

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды:

Коэффициент относительной сжимаемости:

где β = 0,39 - для глины.

Супесь (номер грунта 11)

Удельный вес сухого грунта:

Коэффициент пористости:

Пористость:

Полная влагонепроницаемость:

,

где γ_W = 9,81 кН/м³ - удельный вес воды.

Степень влажности:

Число пластичности:

I_p = W_L - W_p = 0,24 - 0,18 = 0,06

Показатель текучести:

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды:

Коэффициент относительной сжимаемости:

где β = 0,74 - для песков и супеси.

Суглинок (номер грунта 4)

Удельный вес сухого грунта:

Коэффициент пористости:

Пористость:

Полная влагонепроницаемость:

,

где γ_W = 9,81 кН/м³ - удельный вес воды.

Степень влажности:

Число пластичности:

I_p = W_L - W_p = 0,24 - 0,11 = 0,13

Показатель текучести:

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды:

Коэффициент относительной сжимаемости:

где β = 0,52 - для суглинков.

Все свойства грунтов сведены в таблице 1.

Таблица 1

Свойства грунтов

Описание грунтов

Глина серая слоистая с прослойками супеси, пылеватая, насыщенная водой, мягопластичная.

Супесь серая, легкая, слабослоистая, пылеватая, насыщенная водой, пластичная.

Суглинок темно-серый, тяжелый, пылеватый, насыщенный водой, тугопластичный.

3.   ОПЕРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВНОЙ И РАСЧЕТНОЙ ГЛУБИН ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТА

Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fn, м, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение допускается определять по формуле 5.3 [1]:

где M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП 23-01, а при отсутствии в нем данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства. Для Санкт-Петербурга

M_t = 7,8 + 7,8 + 3,9 + 0,3 + 5,0 = 24,8

d₀ - величина, принимаемая равной для суглинков и глин 0,23 м; супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28 м; песков гравелистых, крупных и средней крупности - 0,30 м; крупнообломочных грунтов - 0,34 м.

Расчетную глубину сезонного промерзания грунта d_f, м, определяют по формуле 5.4 [1]:

где d_fn - нормативная глубина промерзания, м;

k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по таблице 5.2[1]; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений k_h = 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой. Принято решение о том, что в первые зимние сезоны в процессе строительства сооружение отапливаться не будет, соответственно принимаем k_h = 1,1.

4.   ФУНДАМЕНТ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ

Разработку вариантов производим для наиболее нагруженных фундаментов, в соответствии с заданием это фундамент в сечении 2-2, для которого N_0II = 1400 кН.

Расчетная глубина промерзания грунта составила 1,2595 м. Глубина заложения наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений должна назначаться по таблице 5.3 [1], при этом глубина исчисляется: при отсутствии подвала или технического подполья - от уровня планировки, а при их наличии - от пола подвала или технического подполья. По таблице 5.3 [1] для глин при I_L ≥ 0,25 и при d_w= 2 м ≤ d_f + 2 = 1,26 + 2 = 2,26 м, глубина заложения фундамента принимается не менее d_f, т.к. в рассматриваемом сооружении имеется подвал с отметкой пола -3.30 м, следовательно, глубина заложения подошвы фундамента будет находиться не выше отм. -4,55. Геологические изыскания свидетельствуют о том, что на отм -4,60 м начинается другой слой грунта - супесь, следовательно, в качестве физических характеристик грунта ниже подошвы фундамента принимаем характеристики супеси. Таким образом, принимая расположение подошвы фундамента на отметке -4,55 м, получаем глубину заложения d = 3,95 м.

Возможное конструктивное решение фундамента представлено на рис. 1.

Рисунок 1. Эскиз конструкции фундамента

Определять расчетное сопротивление грунта (слоя глины) будем по формуле 5.7 [1]:

где γ_c1 и γ_c2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.4 [1];- коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта ( φ_II и с_II) определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1, если они приняты по таблицам приложения Б [1];

М_y, М_q, М_с - коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5 [1];_z - коэффициент, принимаемый равным единице при b < 10 м; k_z = z₀/b + 0,2 при b ≥ 10 м (здесь z₀ = 8 м);- ширина подошвы фундамента, м;

γ_II - осредненное (см. 5.6.10[1]) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;

γ′_II - то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м³;

с_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (см. 5.6.10[1]), кПа;₁ - глубина заложения фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле 5.8[1]:

d₁ = h_s + h_cf ∙ γ_cf / γ′_II,

здесь h_s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;_cf - толщина конструкции пола подвала, м;

γ_cf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м³;

При плитных фундаментах за d₁ принимают наименьшую глубину от подошвы плиты до уровня планировки._b - глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м принимают равным 2 м).

Принимаем в соответствии с указаниями СП, физическими свойствами грунтов, возможным конструктивным решением фундамента, а также задавшись неизвестными величинами следующие значения:

γ_c1 =1,1 и γ_c2 =1,0 для глинистых грунтов при I_L > 0,5 и L/H ≤ 1,5;

k = 1;

М_y = 0,72; М_q = 3,87; М_с = 6,45;

k_z = 1; b = 1 м;

γ_II =γ_SB (супеси) = 9,89 кН/м³; γ′_II =γ_SB (глины) = 8,29 кН/м³;

с_II = 8;

d_b = 2 м;

h_s =1,1 м (см. рис.1);

h_cf = 0,15 м (см. рис.1);

γ_cf = 19,6 кН/м³ (соответствует плотности тяжелого бетона 2000 кг/м³)

Тогда:

d₁ = h_s + h_cf ∙ γ_cf / γ′_II = 1,1 + 0,15∙ 19,6 / 8,29 = 1,455 м;

кПа.

м².

Принимаем b×l = 3,3×4,8 = 15,84 м² > 15,711 м², тогда при b = 3,3 м:

кПа.

м².

Принимаем b×l = 3,0×4,8 = 14,4 м² > 12,004 м².

Вычислим собственный вес фундамента N_fII и вес грунта на его обрезах N_qII:

где γ_f = 24,5 кН/м³ удельный вес железобетона, соответствует тяжелому бетону плотностью 2500 кг/м³;

γ_q = γ_SB (глины) = 8,29 кН/м³.

Среднее давление по подошве фундамента:

.

Недогрузка (недонапряжение) фундамента составила:

т.е. выбранный размер подошвы фундамента не является оптимальным, необходимо уменьшить размер подошвы фундамента.

Принимаем b×l = 2,7×3,6 = 9,72 м², тогда при b = 2,7:

кПа.

Вычислим собственный вес фундамента N_fII и вес грунта на его обрезах N_qII:

где γ_f = 24,5 кН/м³ удельный вес железобетона, соответствует тяжелому бетону плотностью 2500 кг/м³;

γ_q = γ_SB (глины) = 8,29 кН/м³.

Среднее давление по подошве фундамента:

.

Недогрузка (недонапряжение) фундамента составила:

т.е. выбранный размер подошвы фундамента подходит.

Проверка прочности фундамента

Для центрально и внецентренно нагруженных прямоугольных фундаментов, имеющих в двух направлениях разное число ступеней, расчет на продавливание осуществляется по формуле 6.26[2]:

F < R_bt[(h₀ - h₃)∙b_lp + h₃b_с] ,

где F = A₀∙p = A₀∙N/A = 0,905∙1400/(3,6∙2,7) = 130,35 кН - продавливающая сила;

R_bt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, R_bt =0,56 МПа (класс B10);

b_lp = b_c + (h₀ - h₃) = 1,2 + (0,85 - 0,3) =1,75 м;₀ = 0,5b (l - l_c - 2h₀) - 0,25 [b - b_c - 2(h₀ - h₃)]² = 0,5∙2,7∙(3,6 - 1,2 -

∙0,85) - 0,25∙[2,7 - 1,2 - 2∙(0,85 - 0,3)] ² = 0,905 м²._bt[(h₀ - h₃)∙b_lp + h₃b_с] = 0,56∙[(0,85 - 0,3)∙1,75 + 0,3∙1,2] = 740,6 кН > F =

130,35 - условие выполняется.

Рисунок 2. Схематичное изображение конструкции фундамента

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА

)     Построение эпюр напряжений

а) от дополнительной нагрузки:

Дополнительное давление на уровне подошвы фундамента составит:

где γ₁ = γ_ср = (18,2∙2 + 8,29∙1,95)/(2 + 1,95) = 13,3 кН/м³.

б) от сил собственного веса грунта:

Глубина 4,0 м от уровня планировки:

 кПа.

Глубина 7,0 м от уровня планировки:

 кПа.

Глубина 11,0 м от уровня планировки:

 кПа.

Глубина 9,55 м от уровня планировки:

 кПа.

Эпюра напряжений представлена на рисунке 3.

2)   Определение мощности сжимаемой толщи Н_с

Мощность сжимаемой толщи определена графическим методом. Н_с = 9,55 м.

3)   Расчет осадки фундамента

Рисунок 3. Эпюра напряжений

5.   ФУНДАМЕНТ НА ИСКУССТВЕННОМ УЛУЧШЕННОМ ОСНОВАНИИ

Для устройства песчаной подушки используем песок средней крупности со следующими характеристиками:

g_II = 19,2 кН/м³; j_II = 35°; с_II = 0; g_s = 26,5 кН/м³;W = 0,18; К_ф=3,5·10^-2; Е=31000 кПа;

Глубину заложения подошвы фундамента принимаем такой же, как для фундамента на естественном основании, d = 3,95 м.

В соответствии с крупностью выбранного песка для подушки по таблице В.2 [1], устанавливаем расчётное сопротивление R₀ = 500 кПа, как для песка плотного сложения средней крупности, которое даётся применительно к фундаменту, имеющему ширину b = 1 м и глубину заложения d = 2 м.

Исходя из принятого расчётного сопротивления, производим предварительное определение площади подошвы фундамента А⁽⁰⁾ и его размеров в плане.

м²

Принимаем b×l = 1,5×2,4 = 3,6 м² > 3,325 м².

Для окончательно назначения размеров фундамента уточним значение расчетного сопротивления по формуле В.1[1] для d ≥ 2 м:

кПа,

где γ′_II - расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м³;₁ - коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами, кроме пылеватых песков - k₁ = 0,125, пылеватыми песками, супесями, суглинками и глинами - k₁ = 0,05;₂ - коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами, - k₂ = 0,25, супесями и суглинками - k₂ = 0,2 и глинами - k₂ = 0,15.

м²

Принимаем b×l = 1,5×2,1 = 3,15 м² > 3,013 м².

Вычислим собственный вес фундамента N_fII и вес грунта на его обрезах N_qII:

,

где γ_f = 24,5 кН/м³ удельный вес железобетона, соответствует тяжелому бетону плотностью 2500 кг/м³;

γ_q = γ_ср = 13,245 кН/м³.

Среднее давление по подошве фундамента:

.

Недогрузка (недонапряжение) фундамента составила:

т.е. принятый фундамент можно оставить без изменений.

Проверка прочности фундамента

Для центрально нагруженных прямоугольных фундаментов, расчет на продавливание осуществляется по формуле 6.1[2]:

F < R_bt∙b_а∙h₀ ,

где F = A₀∙p = A₀∙N/A = 0,075∙1400/(2,1∙1,5) = 33,33 кН - продавливающая сила;

R_bt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, R_bt = 0,56 МПа (класс B10);

b_a = 2( l_c + b_c + 2h₀) = 2(1,2 +1,2 + 2∙0,4) = 6,4 м - среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливание, образующейся в пределах рабочей высоты сечения h₀;

A₀ = 0,5b (l - l_c - 2h₀) = 0,5∙1,5∙(2,1 - 1,2 - 2∙0,4) = 0,075 м².

R_bt∙b_а∙h₀ = 0,56∙6,5∙0,4∙1000 = 1456 кН > F = 33,33 кН

условие выполняется.

фундамент здание физический грунт

Рисунок 4. Схематичное изображение конструкции фундамента

Расчет размеров песчаной подушки. Зададимся толщиной песчаной подушки 1 м. Проверяем условие s_zg+s_zp £ R_z.

Дополнительное давление на уровне подошвы фундамента составит:

где γ₁ = γ_ср = (18,2∙2 + 8,29∙1,95)/(2 + 1,95) = 13,3 кН/м³.

Вертикальное напряжение от внешней нагрузки:

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта:

глубина 3,95 м от уровня планировки:

 кПа.

глубина 4,95 м от уровня планировки (1 м от подошвы фундамента):

 кПа.

глубина 5,95 м от уровня планировки (2 м от подошвы фундамента):

 кПа.

Расчетное сопротивление грунта R_z подстилающего песчаную подушку на глубине z, определяют по формуле (5.7) [1], для условного фундамента, ширина которого b_z определяется по формуле (5.10).

где A_z = N/σ_zp = 1400/297,61 = 4,7 м²;

= (l - b)/2 = (2,1 - 1,5)/2 = 0,3 м.

Принимаем в соответствии с указаниями СП, физическими свойствами грунтов, возможным конструктивным решением фундамента, а также задавшись неизвестными величинами следующие значения:

γ_c1 =1,0 и γ_c2 =1,0 для пылевато-глинистых грунтов при I_L >0,5 и L/H ≤ 1,5;

k = 1;

М_y = 0,72; М_q = 3,87; М_с = 6,45;

k_z = 1; b = b_z = 1,9 м;

γ_II =γ_SB (супеси) = 9,89 кН/м³; γ′_II = γ_ср = кН/м³;

с_II = 24;

d_b = 2 м;

h_s =1,1 м;

h_cf = 0,15 м;

γ_cf = 19,6 кН/м³ (соответствует плотности тяжелого бетона 2000 кг/м³)

Тогда:

d₁ = h_s + h_cf ∙ γ_cf / γ′_II = 1,1 + 0,15∙ 19,6 / 9,22 = 1,42 м;

^кПа

Тогда при толщине песчаной подушки 1 м

s_zg+s_zp = 62,57 + 297,61 = 360,18 кПа > R_z = 271,92 кПа,

т.е. необходимо увеличить толщину песчаной подушки. Зададимся новой толщиной песчаной подушки 2 м, тогда

γ′_II = γ_ср = кН/м³;

d₁ = h_s + h_cf ∙ γ_cf / γ′_II = 1,1 + 0,15∙ 19,6 / 8,92 = 1,43 м;

кПа

Тогда при толщине песчаной подушки 2 м

s_zg+s_zp = 72,82 + 132,64 = 205,46 кПа < R_z = 268,894 кПа,

т.е. принимаем толщину песчаной подушки h_п = 2 м.

Ширину песчаной подушки b_n на отметке ее подошвы можно определить конструктивно по формуле:

b_n = b + 2∙h_п∙tg α = 1,5 + 2∙2∙tg α = 4,9 м,

где α - угол распределения давления в теле подушки (α = 30-40˚).

Определение осадки фундамента

)     Построение эпюр напряжений

а) от дополнительной нагрузки:

Дополнительное давление на уровне подошвы фундамента составит:

где γ₁ = γ_ср = (18,2∙2 + 8,29∙1,95)/(2 + 1,95) = 13,3 кН/м³.

б) от сил собственного веса грунта:

Глубина 3,95 м от уровня планировки:

 кПа.

Глубина 5,95 м от уровня планировки:

 кПа.

Глубина 7,0 м от уровня планировки:

 кПа.

Глубина 11,0 м от уровня планировки:

 кПа.

Глубина 9,5 м от уровня планировки:

 кПа.

Эпюра напряжений представлена на рисунке 6.

2)   Определение мощности сжимаемой толщи Н_с

Мощность сжимаемой толщи определена графическим методом. Н_с = 8,55 м.

3)   Расчет осадки фундамента

Таким образом, в результате расчета основания по деформация установлено, что осадка основания фундамента S = 2,5 см не превышает предельного значения осадки фундамента S_u = 8 см, т.е условие S ≤ S_u - выполняется.

Рисунок 6. Эпюра напряжений

6.   СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ

Глубину заложения подошвы ростверка принимаем из тех же соображений, что и для подошвы фундамента на естественном и искусственном улучшенном основании, d = 3,95 м.

Возможное конструктивное решение свайного фундамента представлено на рис. 8.

Принимаем марку сваи СН9-30 (ГОСТ 19804.2-79). Бетон В20; R_b=15 МПа. Продольная арматура 4Æ10 А-IV; R_s=510 МПа, А_s=3,14 см².

Несущая способность сваи «по грунту».

Несущую способность F_d висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле 7.8[3]:

F_d = γ_c(γ_cR∙R∙A + uΣγ_cf ∙f_i∙h_i) = 1∙(1,0∙3430∙0,09 + 1,2∙(1,0∙9,45∙1 + 1,0∙10∙1

+ 1,0∙10∙1,05 + 1,0∙43,5∙0,95 + 1,0∙44,5∙1)) = 447,63 кН,

где γ_c - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.2 [3];

A - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или по площади сваи-оболочки нетто;

u - наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3 [3];

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

γ_cR, γ_cf- 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 таблице 7.4 [3].

Несущая способность сваи «по материалу».

Несущая способность железобетонной сваи по материалу определяется по формуле:

N = γ_cφ(γ_bR_bA + R_sA_s) =

=1∙1∙(1∙15000∙0,09 + 510000∙0,000314) = 1510,14 кН,

где γ_c - коэффициент условий работы (γ_c = 0,6 - для набивных свай и 0,9 - для сборных железобетонных свай при размере поперечного сечения b≤200 мм и γ_c = 1 при b >200 мм); φ - коэффициент продольного изгиба, учитываемый лишь для достаточно мощных слоев слабых грунтов, в остальных случаях φ = 1;

γ_b - коэффициент условий работы бетона;

R_b - призменная прочность бетона;

А - площадь поперечного сечения сваи;

R_s - расчетное сопротивление арматуры сжатию;

А_s - то же, продольной арматуры.

Для дальнейших расчётов за величину несущей способности сваи принимаем F_d=447,63 кН.

Определение нагрузки на свайный фундамент, включая ориентировочный вес ростверка и грунта на его ступенях, производим по следующим соображениям. Минимальное расстояние между сваями в кусте составляет 3d (d - размер поперечного сечения сваи). Следовательно, среднее давление на основание под ростверком (условное давление под подошвой ростверка):

где Р = Fd /γk = 447,63/1,4 = 319,74 кН

расчетное сопротивление сваи.

Рисунок 7. Эскиз конструкции свайного фундамента

Определяют площадь подошвы ростверка:

A_p = N_0I/(p_p - γ_ср∙d_р∙γ_f) = 1680/(394,74 - 20∙3,95∙1,1) = 5,457 м²,

где N_0I = N_0II∙g_f =1,2∙1400 = 1680 кН - расчетная нагрузка по обрезу фундамента (g_f =1,2 - усредненный коэффициент надежности по нагрузке);

γ_ср = 20 кН/м³ - средний удельный вес материала фундамента и грунта;

g_f =1,1 - коэффициент надежности по нагрузке;

d_р - глубина заложения ростверка, м.

Тогда ориентировочный расчетный вес ростверка и грунта:

N_р.г. = g_f ∙A_p∙γ_ср∙d_р = 1,1∙5,457 ∙20∙3,95 = 474,246 кН.

Количество свай в фундаменте:

n_с = (N_0I + N_р.г.)/Р = (1680 + 474,246)/319,74 = 6,74 шт.

Полученное количество округляем до целого числа свай в кусте, удобного для размещения и забивки, принимаем n_с = 8 шт. В результате плита ростверка принимает размеры 2,4×2,1 м. Высота плиты ростверка 50 см назначена из условия продавливания её угловой сваей (расчет ростверка на прочность приведен далее). Эскиз ростверка представлен на рис. 8.

Проверяем фактическую нагрузку на сваи. Вычислим собственный вес фундамента N_fI и вес грунта на его обрезах N_qI:

Тогда нагрузка, передаваемая на сваю, составит:

Согласно действующим нормам, сваи и свайные фундаменты по несущей способности грунтов оснований рассчитывают по формуле

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие от расчетных нагрузок при наиболее невыгодном их сочетании);

F_d - расчетная несущая способность сваи по грунту;

γ_k - коэффициент надежности (если несущая способность определена расчетом или по результатам динамических испытаний без учета упругих деформаций грунта, 1,4; если несущая способность найдена по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей зондом и статического зондирования, а также по результатам динамических испытаний с учетом упругих деформаций грунта, γ_k = 1,25; если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой, γ_k = 1,2).

Проверка прочности ростверка

Расчет на продавливание колонной.

В связи с тем, что пирамида продавливания колонны выходит за пределы подколонника, производим расчет плиты ростверка на продавливание подколонником. Принимаем марку бетона ростверка В15 (R_bt=750 кПа). Этот расчет сводится к удовлетворению требования:

≤ [α₁(b_к + c₂) + α₂(a_к + c₁)]∙h₁∙ R_bt

кН ≤ [3,34∙(1,2 + 0,05) + 5,24∙ (1,2 + 0,2)] = 11,511∙0,4∙700 = 3223,08

кН,

где N = (N_0I/n_c)∙6 = (1680/8)∙6 = 1260 кН - расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций свай за пределами пирамиды продавливания (реакции определяют только от нормальной силы по обрезу фундамента), кН (где 6 - количество свай за пределами пирамиды продавливания);

b_к, a_к - размеры сечения колонны (подколонника), м;

с₁ - расстояние от плоскости грани колонны (подколонника) с размером b_к до плоскости ближайшей грани свай, расположенных снаружи плоскости, проходящей по стороне колонны с размером b_к, м;

с₂ - расстояние от плоскости грани колонны с размером а_к до плоскости ближайшей грани свай, расположенных снаружи плоскости, проходящей по стороне колонны с размером a_к м;

h₁ - рабочая высота сечения ростверка на проверяемом участке, принимаемая от дна стакана до верха нижней рабочей арматуры, м;

R_bt - расчетное сопротивление бетона растяжению для железобетонных конструкций, кПа;

а₂ , а₂ - безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 9.7[4] в зависимости от отношения k_i = c_i/h₁.

Расчет ростверка на продавливание угловой сваей.

Реакции (реактивному давлению) со стороны угловой сваи ростверк сопротивляется только по двум граням опрокинутой пирамиды продавливания. Расчет производят из условия

Р_{ф i} ≤ [β₁(b₀₂ + 0,5c₀₂) + β₂(b₀₁ + 0,5c₀₁)]∙h₀₁∙ R_bt

кН ≤ [0,82∙(0,4 + 0,5∙0,05) + 1,05∙(0,4 + 0,5∙0,2)]∙0,45∙700 =

,8735∙0,45∙700=275,1525 кН,

где Р_{ф i} = N_0I/n_c = 1680/8 = 210 кН - расчетная нагрузка на угловую сваю, включая влияние местной нагрузки (например, от стенового заполнения), с учетом моментов в двух направлениях, кН;

b₀₁, b₀₁ - расстояния внутренних гранен угловой сваи до наружных граней плиты ростверка, м;

с₀₁, с₀₂ - расстояния от плоскости внутренних граней свай до ближайших граней подколонника или до ближайших граней ступени при ступенчатом ростверке, м;

h₀₁ - высота нижней ступени от верха свай, м;

β₁, β₂ - безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 9.8[4] в зависимости от отношения k_0i = c_0i/h₀₁.

Определение осадки фундамента

Представим свайный фундамент в виде условного фундамента на естественном основании. При этом весь свайный фундамент рассматривается как условный сплошной массив, включающий грунт и сваи. Контуры условного массива abcd (рис. 9).

Средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунтов, находящихся в пределах длины сваи φ_{ср II} = 24˚, т.к. грунты в пределах длины сваи имею одинаковое значение угла внутреннего рения φ _II = 24˚. Размеры подошвы условного фундамента.

b_y=b+2l·tg(φ_{ср II} /4) = 1,9+ 2·5,00· tg 6˚= 2,951 м,

а_y=а+2l·tg(φ_{ср II} /4) = 2,2+2·5,00· tg 6˚ = 3,251 м,

А_у= b_y· а_y= 9,59 м²,

где а, b - размеры в пределах внешних граней крайних свай.

Рисунок 8. Схема ростверка

Проверим условие:

где N_yII = А_у∙γ_ср = 9,59∙10,646 = 102,095 кН,

γ_ср = (9,89∙3 + 11,78∙2)/5 = 10,646 кН/м³

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, находящихся в пределах длины сваи (грунта условного фундамента).

R - расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента

кПа

Построение эпюр напряжений

а) от дополнительной нагрузки:

Дополнительное давление на уровне подошвы условного фундамента составит:

б) от сил собственного веса грунта:

Глубина 8,95 м от уровня планировки:

 кПа.

Глубина 11,95 м от уровня планировки:

 кПа.

Глубина 11,95 м от уровня планировки:

 кПа.

Эпюра напряжений представлена на рисунке 9.

Определение мощности сжимаемой толщи Н_с

Мощность сжимаемой толщи определена графическим методом. Н_с = 12,5 м.

Расчет осадки фундамента

Таким образом, в результате расчета основания по деформация установлено, что осадка основания фундамента S = 0,7 см не превышает предельного значения осадки фундамента S_u = 8 см, т.е условие S ≤ S_u - выполняется.

Рисунок 9. Эпюра напряжений

7.   ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕБЕСТОИМОСТИ И ВЫБОРА ОСНОВНОГО ВАРИАНТА ФУНДАМЕНТА

Эффективность варианта фундамента определяем по укрупненным расценкам стоимости работ по устройству фундаментов (табл. 3[5]). В смету затрат не будем включать элементы, одинаковые во всех вариантах.

Фундамент на естественном основании

Фундамент на искусственном улучшенном основании

Свайный фундамент

В результате проведённого технико-экономического сравнения получили, что наиболее выгодным является фундамент на искусственном улучшенном основании. Этот вариант принимаем в качестве основного для расчетов остальных фундаментов данного сооружения.

8.   РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ НАМЕЧЕННЫХ В ЗДАНИИ ФУНДАМЕНТОВ

Расчет фундамента в сечении I-I и сечении IV-IV при N_0II = 550 кН и M_0II = 40 кН∙м.

В соответствии с крупностью выбранного песка для подушки по таблице В.2[1], устанавливаем расчётное сопротивление R₀ = 500 кПа, как для песка плотного сложения средней крупности, которое даётся применительно к фундаменту, имеющему ширину b = 1 м и глубину заложения d = 2 м.

Исходя из принятого расчётного сопротивления, производим предварительное определение площади подошвы фундамента А⁽⁰⁾ и его размеров в плане.

м²

Принимаем b×l = 1,2×1,5 = 1,8 м² > 1.306 м².

Для окончательно назначения размеров фундамента уточним значение расчетного сопротивления по формуле В.1 [1] для d ≥ 2 м:

кПа,

м²

Принимаем b×l = 1,2×1,5 = 1,8 м² > 1,234 м².

Вычислим собственный вес фундамента N_fII и вес грунта на его обрезах N_qII:

,

где γ_f = 24,5 кН/м³ удельный вес железобетона, соответствует тяжелому бетону плотностью 2500 кг/м³;

γ_q = γ_SB (глины) = 8,29 кН/м³.

Максимальное и минимальное напряжение под подошвой внецентренно нагруженного фундамента определим по формулам:

кПа

< 1,2R = 1,2∙524,831 = 629,8 кПа,

кПа > 0.

Осадка данного фундамента вычислена так же как в п.5 данной работы.

S = 1,957 см.

Расчет фундамента в сечении II-II и при N_0II = 1400 кН и M_0II = 30 кН∙м.

Для данного фундамента необходимо проверить только максимальное и минимальное напряжение под подошвой.

кПа

< 1,2R = 1,2∙543,581 = 652,3 кПа,

> 0.

Осадка данного фундамента вычислена так же как в п.5 данной работы.

S = 3,0 см.

Расчет фундамента в сечении III-III и при N_0II = 1350 кН и M_0II = 25 кН∙м.

Ввиду незначительного отличия значения действующих нагрузок на фундамент в сечении III-III от значений нагрузок, действующих на фундамент II-II, размеры фундамента в сечении III-III принимаем такими же, как размерам фундамента в сечении II-II.

Относительная осадка двух рядом расположенных фундаментов с максимальной и минимальной нагрузкой в сечениях II-II и I-I соответственно составила:

9.   ЗАЩИТА ПОДВАЛЬНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

С целью защиты подвальных помещений от грунтовых вод устраиваем гидроизоляцию и дренаж. В курсовом проекте в связи с высоким уровнем грунтовых вод основным мероприятием на понижение их уровня является устройство дренажа. Применяем пристенный дренаж, он располагается с наружной стороны фундамента и заглубляется ниже его подошвы (рис. 10).

Грунтовые воды также оказывают гидростатическое давление на пол подвала. Это давление должно быть уравновешено пригрузочным слоем бетона. Определяем толщину пригрузочного слоя бетона:

_б=h_n·g_w/g_b = 0,7·9,8/24 = 0,28 м,

где h_n = 0,7 м - высота столба гидростатического напора;

Рисунок 10. Пристенный дренаж

- щебень, втрамбованный в грунт;

- глинобетон;

- мелкий щебень или гравий;

- песок крупный;

- песок средней крупности;

- местный грунт;

- обмазка битумом за два раза с наклейкой гидроизола в 2 слоя.

ЛИТЕРАТУРА

1. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*.

2.       Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика. Под общей редакцией д-ра тех. наук, проф. Е.А. Сорочана. М.: Стройиздат, 1985 г.

.        СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85.

4. Далматов Б.И., Морарескул Н.Н., Науменко В.Г. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений. М.; Высшая школа, 1988. 239 с.

.   Халюк С.С. основания и фундаменты. Методические указания и задания к курсовому проекту для студентов всех форм обучения специальности 290300 "Промышленное и гражданское строительство". Калининград; КГТУ, 1998.