Расчёт здания АТС
Расчёт здания АТС
1. Оценка конструктивной
характеристики здания
Функциональное назначение -
промышленное здание.
Конструктивное решение - каркасное.
Размеры в плане (в осях) -12×66 м.
Шаг колонн - 6 м,
количество пролетов - 2, размеры
пролетов - 6 м.
Сечение колонн - крайних -400×400 мм, средних - 400×400 мм.
По конструктивной жесткости
сооружение относится к относительно-жестким сооружениям, по таблице МУ,
определяем предельные деформации основания:
1. Относительная
разность осадок
= 0,002.
. Максимальная осадка =10
см.
2. Оценка грунтовых
условий участка застройки
На площадке пробурены 3
скважины глубиной 20 м на расстоянии 50 м и 55 м. По результатам бурения
установлен следующий порядок залегания ИГЭ:
Слой-1 - Насыпной слой
грунта
ИГЭ-2 - Суглинок с
песчаными прослойками
ИГЭ-3 - Песок мелкий
илистый
ИГЭ-4 - Глина иловатая
ИГЭ-5 - Песок
крупнозернистый.
Оцениваем каждый
инженерно-геологический элемент (ИГЭ) и определяем ИГЭ, пригодные для
использования их в качестве естественного основания и для опирания свайных
фундаментов.
По приведенным основным
показателям физических свойств определяются производные показатели по формулам
. Плотность сухого
грунта
, г/см3
ρd,2
= 1,78/(1+0,22)=1,46 г./см3
ρd,3
= 1,83/(1+0,2)=1,52 г./см3
ρd,4
= 1,96/(1+0,28)=1,53 г./см3
ρd,5
= 2,02/(1+0,2)=1,68 г./см3
. Коэффициент пористости
е2 =
(2,67/1,46) - 1=0,83
е3 =
(2,65/1,52) - 1=0,74
е4 =
(2,7/1,53) - 1=0,76
е5 =
(2,65/1,68) - 1=0,58
. Пористость
2
= 1 - (1,46/2,67)=0,453 = 1 - (1,52/2,65)=0,424 = 1 -
(1,53/2,7)=0,445 = 1 - (1,68/2,65)=0,366
. Степень влажности
2
= (0,22×2,67)/(0,83×1)=0,7 3 = (0,2×2,65)/(0,74×1)=0,71
4 = (0,28×2,7)/(0,76×1)=0,99 5 = (0,2×2,65)/(0,58×1)=0,91
. Число пластичности
p,2
= 0,29-0,2=0,09p,4 = 0,4-0,22=0,18
. Показатель текучести
L,2
= (0,22-0,2)/0,09=0,22L,4 = (0,28-0,22)/0,18=0,34
. Удельный вес
кН/м3
γ1
= 10×1,6=16
γ2
= 10×1,78=17,8
γ3
= 10×1,83=18,3
γ4
= 10×1,96=19,6
γ5
= 10×2,02=20,2
Результаты расчетов и
анализа характеристик каждого инженерно-геологического элемента сводятся в
таблицу.
№ИГЭ
|
Производные характеристики грунтов
|
г/см 3
г/см3еnЕ
мПа
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2
|
2,67
|
1,46
|
0,45
|
0,7
|
0,09
|
0,22
|
8,5
|
3
|
2,65
|
1,52
|
0,74
|
0,42
|
0,71
|
-
|
-
|
11
|
4
|
2,7
|
1,53
|
0,76
|
0,44
|
0,99
|
0,18
|
0,34
|
7,4
|
5
|
2,65
|
1,68
|
0,58
|
0,36
|
0,91
|
-
|
-
|
28
|
Анализ инженерно-геологических
условий площадки строительства показывает, что грунты насыщенны водой из-за
высокого уровня залегания подземных вод. Под насыпным слоем залегает суглинок с
песчаными прослойками, слой 2 средне-сжимаемый (rd =1,46 г/см3;
Е = 8,5 МПа), может быть рекомендуемый к использованию в качестве естественного
основания для фундаментов. Он подстилается песком мелким илистым, слой 3
средне-сжимаемый (rd = 1,52 г/см3;
Е = 11 МПа), который является также хорошим основанием для столбчатых
фундаментов и свайных фундаментов. Слой 4, - глина иловатая является хорошим
основанием под фундаменты. Принимаем в качестве несущего слой 2 (песчаная
подушка) средне-сжимаемый для столбчатых фундаментов или 4 слой для свайных
фундаментов из буронабивных свай.
3. Проектирование
фундаментов мелкого заложения
К фундаментам мелкого заложения
относятся: ленточные, столбчатые, плитные и др. Их назначение - передача
нагрузки от сооружения на естественные или искусственные основания.
При проектировании определяются
конструкция и размеры фундаментов, глубина заложения подошвы, производится
расчет оснований по деформациям. По выполненным расчетам производится
конструирование. В данном курсовом проекте под промышленное здание проектируем
столбчатые фундаменты.
3.1 Глубина заложения
подошвы фундаментов
Зависит от целого ряда факторов:
. Фундамент заглубляется на отметку
- 4,2 м.
. Глубина сезонного промерзания
грунта. Подошва фундамента заглублена ниже глубины промерзания не менее чем на
0,1 м.
Расчетную глубину сезонного
промерзания определяют по формуле:
df = kh dfn
где dfn - нормативная
глубина промерзания;
kh - коэффициент, который
учитывает влияние теплового режима сооружения.
Для г. Львов нормативная глубина
промерзания равна 0,8 м,h =0,5 (таблица 7.1)
df = 0,5 ´ 0,8 = 0,4 м
Т.к. в проекте есть подвал, то
уровень заложения подошвы фундамента принимаем dn=4,2+1,5+0,2-0,6=5,3 м, что значительно больше глубины промерзания грунта.
. Инженерно-геологические и
гидрогеологические условия строительной площадки.
Грунты, залегающие в
соответствии с проектной отметкой 5,3 м, не обладают достаточной прочностью и
не могут быть использованы как несущие, под подошвой фундамента запроектирована
песчаная подушка из крупнозернистого песка плотностью ρd=1,65
т/м³ и расчетным сопротивлением .
3.2 Расчет фундаментов
- Определяем
площадь подошвы А, м2 по формуле:
где -
условное расчетное сопротивление для предварительных расчетов принимается по
таблице 5.3; М.У. R0=300
кПа.
- среднее значение
удельного веса фундамента и грунта на его обрезах.
- глубина заложения
подошвы фундамента, м м
Нагрузки на обрезе
фундаментов составляют:
Марка фундаментов
|
Ось здания
|
N, кН
|
M, кНм
|
Q, кН
|
Ф-1
|
«А, В»; «2,3»
|
700
|
18
|
-
|
Ф-2
|
«Б»; «2,3»
|
900
|
8
|
Площадь центрально нагруженного
отдельно стоящего фундамента определяется по формуле:
, принимаем м2
l×b=2,1×1,8 м
ступень l×b=1,5×0,9
м
Объем бетона V=2,3 м³
Вес =2,3 м³×25
кН/ м³=57,5 кН
Подколонник для колонн
сечением 400×400 мм имеет размеры:
высота 900 мм
поперечный разрез 900×900
мм
глубина 800 мм
размер стакана внизу 500×500
мм, вверху 550×550 мм
Площадь внецентренно
нагруженных фундаментов определяются по формуле
, принимаем м2
l×b=2,4×2,1 м
ступень l×b=1,5×1,5
м
Объем бетона V=2,9 м³
Вес =2,9 м³×25кН/
м³=72,5 кН
Зная размеры фундамента,
проверяем давление по подошве:
=300 кПа = 300 кН/ м²
Условие выполняется
Максимальное и
минимальное давления под краем фундамента мелкого заложения при действии
момента сил относительно одной из главных осей для прямоугольных фундаментов
определяется по формуле:
Где -
момент сопротивления подошвы фундамента, м³;
- эксцентриситет
равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента,
м;
l
- размер подошвы фундамента в направлении действия момента, м.
) м;
кН/м²;
кН/м²;
условие выполняется;
условие выполняется.
) м;
кН/м²;
кН/м²;
условие выполняется;
условие выполняется.
3.3 Определение осадок
оснований интегральным методом на основе закона Гука
Интегральным этот метод
называется потому, что он учитывает целый единый объем зоны деформации, в
пределах которого действуют эффективные давления, вызывающие деформацию грунта.
Граница объема зоны деформации определяется равенством нулю эффективных
давлений и вызываемых ими деформаций.
Конечная осадка
однослойного основания:
Где: k - коэффициент, принимаемый по графику (рис. 8.4 МУ);
- среднее значение
эффективного давления в пределах зоны деформаций,
Эффективное давление
действует в пределах зоны деформаций и вызывает деформацию грунта, определяемую
по формуле:
) кПа;
) кПа;
где Р - среднее давление
в подошве фундамента;
- структурное
сопротивление грунта уплотнению, значение которого зависит от природы и прочности
связей на контактах между частицами грунта
и определяется по
графикам (на рис 4.1 МУ) плотность песка ;
)
кПа;
) кПа;
- глубина зоны
деформации, определяемая по формуле:
Коэффициент =1,2
при =200
кПа, =1,5
при =300
кПа.
) кПа,
отсюда
) кПа,
отсюда
при т/м³
при т/м³
при
т/м³
) м
) м
Коэффициент при
=1,
;
при =2,
) ,
отсюда
) ,
отсюда
- среднее значение модуля
деформации грунта в пределах зоны деформации, определяемое по графику 4.2 МУ, в
обоих случаях кПа,
т.к. Е песка = 12 мПа.
Осадка основания равна:
)
)
Условие выполняется.
здание фундамент свайный грунтовый
4.1 Определение несущей
способности сваи
- Определяем длину сваи, исходя из
следующих условий:
а) ее подошва должна
быть заглублена не менее 0,5-1,0 м в несущий слой ().
б) над дном котлована
сохраняется недобитый участок сваи длиной 0,5 м, для последующего сопряжения ее
с ростверком.
Несущий слой 4 Глина
иловатая, отметка подошвы сваи 30,5 м по геологическому разрезу в соответствии
с геологическим разрезом. Длина сваи вычисляется по формуле:
где -заглубление
сваи в грунт, принятый за основание;
а - длина верхнего конца
сваи, равного 0,5 м и расположенного выше дна котлована.
Принимаем сваю марки
С8-30.
Определяем несущую
способность свай.
Для этого вычерчиваем
а) геологический разрез
с параметрами оснований.
б) участок котлована с
отметкой глубины заложения фундамента.
в) продольный разрез
сваи.
Несущую способность
висячих свай (свай трения) определяется по формуле:
где: -
коэффициенты условий работы сваи, грунта под подошвой и по боковой поверхности,
по таблице 9.4 МУ, .
R
- расчетное сопротивление грунта под подошвой сваи, по
таблице 9.2 МУ R= 2900 кПа.
А - площадь (м2),
0,3×0,3=0,09
м2
u
- периметр (м) поперечного сечения сваи, u
= 4d =4×0,3=1,2 м.
- толщина условного
слоя, на которые делятся И.Г.Э, пройденные сваей, принимается не более 2 м;
- расчетное
сопротивление трению грунта по боковой поверхности сваи, ,
по таблице 9.3 МУ.
Определяем сопротивление
сваи по боковой поверхности в табличной форме:
Таблица
№ условного слоя
|
z,
м
|
Крупность песка или
|
|
|
|
1
|
4,1
|
0,22
|
50,28
|
1
|
1
|
2
|
5,6
|
-
|
41,2
|
1
|
2
|
3
|
7,6
|
-
|
43,6
|
1
|
2
|
4
|
9,6
|
-
|
45,6
|
1
|
2
|
5
|
10,85
|
0,34
|
41,98
|
1
|
0,5
|
1669,9
Расчетная вертикальная
нагрузка на сваю определяется по формуле:
895,2/1,4=639,43 кН.
где -
коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4.
Определение
сопротивления сваи по материалу на сжатие для железобетонных свай:
=0,55 по т. 9.5. -
коэффициент продольного изгиба;
=1 - коэффициент условий
работы;
А=0,3×0,3=0,09
м² - площадь поперечного сечения сваи;
=400000 кПа - расчетное
сопротивление сжатию арматуры по т. 9.7;
=3,14×0,022²=0,00152
м² - площадь сечения рабочей арматуры Ø22
мм;
условие выполняется.
Количество свай в
свайном фундаменте:
Для крайнего ф-та: 1,1×700/639,43=1,2
Для среднего ф-та: 1,1×900/639,43=1,55
Исходя из конструктивных
соображений и действия момента принимаем:
Для крайнего фундамента
- 2 сваи, для среднего фундамента - 2 сваи.
где N-расчетная нагрузка на фундамент от сооружения, кН;
,1 - коэффициент,
учитывающий массу ростверка.
Минимальное расстояние
между осями смежных свай принимается 3d=
3×0,3=0,9 м.
5. Технико-экономическое
обоснование принятых вариантов устройства фундаментов
Для окончательного
выбора проектного решения оснований и фундаментов необходимо рассмотреть все
разработанные варианты с точки зрения их технико-экономической
целесообразности.
Сравнение вариантов
фундаментов по стоимости
№ п/п
|
Наименование элементов
|
Марка элемента
|
Расход материалов на 1 эл
|
Кол-во
|
Общий расход
|
|
|
|
Бетон, м3
|
Сталь, кг
|
|
Бетон м3
|
Сталь, кг
|
1
|
Столбчатый фундамент (крайний)
|
Ф - 1
|
2,3
|
127,65
|
26
|
59,8
|
3318,9
|
2
|
Столбчатый фундамент (средний)
|
Ф - 2
|
2,9
|
160,95
|
10
|
29
|
1609,5
|
3
|
Фундаментная балка
|
ФБ-6-17
|
0,6
|
37
|
37
|
22,2
|
1369
|
|
111
|
6297,4
|
4
|
Свайный фундамент
|
С8-30
|
0,73
|
41,1
|
72
|
52,56
|
2959
|
5
|
Ростверк
|
Ф-1
|
2,05
|
113,78
|
36
|
73,8
|
4096,1
|
6
|
Фундаментная балка
|
ФБ-6-17
|
0,6
|
37
|
22,2
|
1369
|
|
148,56
|
8424
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Данный курсовой проект
разрабатывался с целью научиться правильно оценивать инженерно-геологические
условия и совместную работу оснований, фундаментов и надфундаментной
конструкции. Проектирование заключалось в выборе основания, основных размеров
фундаментов. На основе конкретного расчета можно сделать вывод, что устройство
столбчатых фундаментов есть более рациональным и экономичным.
Используемая литература
1. Методические указания А.И. Догадайло «Проектирование
оснований и фундаментов» г. Киев 1993 г.
2. ДСТУ Б.В.2 1-2-96. Грунти. Класифікація. -
Укрархбудінформ - Київ 1997. - 42 с.
3. ДБН В.1.2-2:2006. Нагрузка и воздействия. Нормы
проектирования. Минстрой Украины, - Киев. 2006. - 80 с.
. Проектування основ
та фундаментів: Навч. посібник / А.І. Догадайло.-К.: НМК ВО, 1993. - 136 с.