Проектирование и расчет фундаментов мелкого и глубокого заложения одноэтажного производственного зда...
КОСТРОМСКАЯ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ
Кафедра «Строительные
конструкции»
Курсовой проект
на тему «Проектирование и расчет
фундаментов мелкого и глубокого
заложения одноэтажного
производственного здания»
Выполнил :
студент 4 курса 1
группы
архитектурно-строительного факультета
Виноградов В. С.
Приняла: Примакина Е. И.
Кострома 2003 г.
Оглавление.
1. Краткая характеристика здания
2. Основные сведения о строительной площадке
3. Оценка свойств отдельных пластов грунта
4. Оценка геологического строения площадки
5. Расчет фундаментов мелкого заложения:
расчет первого сечения
расчет второго сечения
6. Расчет фундаментов глубокого заложения:
расчет первого сечения
расчет второго сечения
7. Выбор сваебойного оборудования
8. Устройство котлована
9. Устройство водопонижения
10. Список используемой литературы
1.Краткая характеристика проектируемого
здания.
Ø
Назначение и основные
особенности проектируемого здания.
Данное здание является промышленным. Оно имеет размеры в плане в осях 96x120 м.
Количество этажей в данном здании 1. Полная высота здания от спланированной
отметки до карниза 13 м. Условная отметка чистого пола первого этажа 0.000 м
выше спланированной отметки земли на 0.15 м.
Ø
Конструктивное решение
здания.
Данное здание с полным каркасом, несущие стены – навесные панели. Толщина
наружных стен 300 мм. Несущими конструкциями являются колонны. Фундамент в
данном здании является нагруженным с эксцентриситетом.
2.Основные сведения о строительной площадке.
Местные условия строительной площадки.
Абсолютные отметки поверхности строительной площадки: 142.99 м, 143.95 м,
144.91 м. Рельеф площадки ровный, спокойный и имеет уклон 1.8 %.
Геологическое строение площадки.
Геологическое строение площадки характеризуется геологическими
выработками – скважинами №1, №2, №3 из которых с глубины 1.5 м, 3.5 м, 8 м,
13.5 м, отобраны образцы грунта для лабораторных испытаний.
3.Оценка свойств отдельных пластов грунта
1слой -
насыпь.
2слой -
пылевато-глинистый грунт.
Определяем
число пластичности по формуле
Ip=WL-Wp=23.5-17.0=6.5 по таблице 1.8 [1]- грунт супесь
т.к. 1 < Ip £ 7
WL – влажность на границе
текучести;
Wp – влажность на границе
пластичности.
Определяем
показатель текучести:
IL=(W-Wp)/Ip=(15.4-17)/6.5=
-0.246
В
соответствии с табл. 1.9 [1] тип грунта супесь, разновидность которого по
показателю текучести - твердая т.к. IL<0.
По
степени влажности Sr определяем водонасыщенность
грунта.
т/м3
e=(2.68-1.716)/1.716=0.56
- коэффициент
пористости грунта.
Sr=0.154*2.68/(0.56*1)=0.737
- грунт влажный,
т.к. 0.5< Sr £0.8 по табл. 1.6
[1].
W - природная влажность
грунта;
r-
природная плотность грунта т/м3;
rs - плотность частиц т/м3;
rd - плотность сухого грунта
т/м3;
rw=1 т/м3 -
плотность воды.
Для
предварительной оценки набухаемости грунта находим показатель просадочности.
Этим свойством обладают только пылевато-глинистые грунты. Грунт считается просадочным,
если Sr<0.8 и показатель
просадочности находится в диапозоне:
П=(0.616-0.56)/(1+0.56)=0.036
eL- коэффициент,
соответствующий влажности на границе текучести.
e - коэффициент пористости
природного грунта.
Грунт
считается набухающим, если П>0.3(п.10.2.1[1]).
Вывод: грунт- супесь твердая, влажная, непросадочная, ненабухающая, малопучинистая.
3 слой -пылевато-глинистый
грунт.
Определяем
число пластичности по формуле
Ip=WL-Wp=34.3-18.0=16.3 по таблице 1.8 [1] – грунт суглинок т.к. 7
< Ip £ 17
Определяем
показатель текучести:
IL=(W-Wp)/Ip=(30-18)/16.3=
0.736
В
соответствий с табл. 1.9 [1] тип грунта суглинок, разновидность
которого
по показателю текучести - мягкопластичный т.к. 0.5 < IL £ 0.75
Oпределяем коэфициент пористости
грунта.
т/м3
e=(2.54-1.4769)/1.4769=0.7198
Определяем
степень влажности грунта. По степени влажности определяем водонасыщенность грунта.
Sr=0.3*2.54/(0.7198*1)=1.058
- грунт
насыщенный водой т.к. Sr >0.8 по табл. 1.6 [1].
Находим
показатель просадочности.
П=(0.66-0.7198)/(1+0.7198)= -0.035
В
соответствие с п.10.2.1[1] – грунт не просадочен.
Вывод:
грунт- суглинок мягкопластичный, насыщенный водой, не просадочный, не
набухаемый, сильнопучинистый.
4 слой -
пылевато-глинистый грунт.
Определяем
число пластичности по формуле
Ip=WL-Wp=40.8-19.8=21 по таблице 1.8 [1] – грунт глина т.к. Ip >17
Определяем
показатель текучести:
IL=(W-Wp)/Ip=(26.3-19.8)/21=
0.3095
В
соответствий с табл. 1.9 [1] тип грунта глина, разновидность, которой по
показателю текучести – тугопластичная т.к. 0.25 < IL £ 0.5
Oпределяем коэффициент пористости
грунта.
т/м3
e=(2.47-1.59)/1.59=0.55
Определяем
степень влажности грунта. По степени влажности определяем водонасыщенность
грунта.
Sr=0.263*2.47/(0.55*1)=1.181
- грунт
насыщенный водой т.к. Sr >0.8 по табл. 1.6 [1].
Находим
показатель просадочности.
П=(0.82-0.55)/(1+0.55)=0.17
В
соответствие с п.10.2.1[1] – грунт не просадочен.
Вывод:
грунт- глина тугопластичная, насышенная водой, не просадочная, не набухаемая,
среднепучинистая.
5 слой - песок
Для
определения типа грунта по крупности частиц необходимо суммировать данные
процентного содержания частиц по табл.1.5 [1]
Частиц
>2 мм - 12.3% в то время как для гравелистого песка частиц должно быть более
25%.
Частиц
2 - 0.5 мм - 12.3+31.9=44.2% - в то время как для крупного песка частиц должно
быть более 50%.
Частиц
0.5 - 0.25 мм - 12.3+31.9+22.8=67% >50% - находят песок средней крупности.
Определяем
коэффициент пористости грунта.
т/м3
e=(2.74-1.645)/1.645=0.67
– по e - средней
плотности т.к. 0.55<0.67<0.7 по табл. 1.7 [1].
Определяем
степень влажности:
Sr=0.24*2.74/(0.67*1)=0.988
– грунт
насыщенный водой т.к. Sr >0.8 по табл. 1.16 [1].
Вывод:
грунт- песок средней крупности, средней плотности, насышенный водой,
практически непучинистый.
Сводная таблица физических
свойств грунтов.
Физические хар-ки
|
Наименование инженерно-геолог. элементов
|
супесь твердая, влажная, непросадочная, ненабухающая,
малопучинистая.
|
суглинок мягкопластичный,
насыщенный водой, не просадочный, не набухаемый, сильнопучинистый.
|
глина тугопластичная, насышенная водой, не
просадочная, не набухаемая, среднепучинистая.
|
Песок средней крупности, средней плотности, насышенный
водой, практически непучинистый.
|
1.r , т/м3
|
1.98
|
1.92
|
2.01
|
2.04
|
2. r d , т/м3
|
1.716
|
1.4769
|
1.59
|
1.645
|
3. r s , т/м3
|
2.68
|
2.54
|
2.47
|
2.74
|
4.g , кН/м3
|
19.8
|
19.2
|
20.1
|
20.4
|
5. gd , кН/м3
|
17.16
|
14.769
|
15.9
|
16.45
|
6. gs , кН/м3
|
26.8
|
25.4
|
24.7
|
27.4
|
7.W, %
|
15.4
|
30
|
26.3
|
24
|
8.Wp , %
|
17.0
|
18
|
19.8
|
-
|
9. WL , %
|
23.5
|
34.3
|
40.8
|
-
|
10.e
|
0.56
|
0.7198
|
0.55
|
0.67
|
11.Sr
|
0.737
|
1.058
|
1.181
|
0.988
|
12.Ip
|
6.5
|
16.3
|
21
|
-
|
13.IL
|
-0.246
|
0.736
|
0.3095
|
-
|
Сводная таблица механических
характеристик грунтов.
Мехаческие хар-ки
|
Наименование инженерно-геолог. Элементов
|
супесь твердая, влажная, непросадочная, ненабухающая,
малопучинистая.
|
суглинок мягкопластичный,
насыщенный водой, не просадочный, не набухаемый, сильнопучинистый.
|
глина тугопластичная, насышенная водой, не
просадочная, не набухаемая, среднепучинистая.
|
песок средней крупности, средней плотности,
насышенный водой, практически непучинистый.
|
- деформационные-
|
14.E , Мпа
|
28.86
|
14.54
|
17.756
|
24.892
|
15.mo по комп. Исп. Мпа-1
|
0.03
|
0.073
|
-
|
-
|
- прочностные-
|
16.сII (уд.сцеп.) кПа
|
12
|
18
|
55
|
-
|
17.jII (уг.вн.трен.) град
|
23
|
16
|
18
|
30
|
18.Ro (ус.рас.соп.) кПа
|
288.69
|
200.859
|
488.1
|
400
|
4. Оценка геологического строения площадки.
Грунт
строительной площадки имеет слоистое напластование, с залеганием слоев, близких
к горизонтальным и выдержанным по мощности. В толще грунтов залегают подземные
воды.
Геологические
изыскания производились в июле.
Абсолютные
отметки подземных вод:
Скв.N
1 – 140.30 м
Скв.N
2 – 141.90 м
Скв.N
3 – 143.00 м
Уровень
грунтовых вод 2.69, 2.05, 1.91 м, т.е. в неблагоприятный период фундаменты здания
могут оказатся в подтоплении, в таком случае необходимо будет предусмотреть
усиленную гидроизоляцию и подсыпку из непучинистых материалов.
5.Расчет фундамента мелкого
заложения.
Расчет первого сечения под колонну среднего ряда.
Определяем глубину заложения фундаментов.
По конструктивным: особенностям здания и сечению колонны 1400х500
подбираем тип подколонника Д с сечением 2100х1200, с размерами стакана
1500х600 по низу, 1650х650 по верху и глубиной 1250.
По климатическим: нормативная глубина промерзания для данного
района строительства 1.8 м – определена по карте рис. 5.15 [1].
Определим расчетную глубину промерзания
df=dfn·kn; kn =0.56 (т. 5.9
[1]) df=1.8·0.56=1.008 м. d ³ 1.008 м.
По геологическим: в качестве естественного основания принимаем 2 слой
супесь твердая, влажная, непросадочная, ненабухающая, малопучинистая. d ³ 0.78 м.
По гидрогеологическим: d < 2.69 м.
Окончательная глубина заложения фундамента 2.4 м от спланированной
отметки земли. Рабочим слоем является грунт – супесь твердая, подстилающими
грунтами – суглинок, глина и песок.
Предварительно определяем размеры фундамента
условно считая его центрально нагруженным квадратной формы.
кН кПа кН/м3 м
g=2.01 т/м3
cII=55 кПа
jII=18o
|
|
g=1.92 т/м3
cII=18 кПа
jII=16o
|
|
g=1.98 т/м3
cII=12 кПа
jII=23o
|
|
Учтем прямоугольность фундамента
м м
принимаем ФД11-3
м м м3
Учитываем что фундамент внецентренно
нагружен и определяем эксцентриситет.
кНм кН кН/м3
Приводим нагрузку к подошве фундамента
Вес фундамента кН
Объем грунта м3
Момент у подошвы фундамента кНм
найдем средний удельный вес грунта выше
подошвы фундамента
кН/м3
-вес грунта
кН
м
определим относительный эксцентриситет и
сравним его с допустимым
2 –
я комбинация
кНм кН
кН
м
Определяем вид эпюры контактных давлений.
Эпюра имеет трапециевидную форму т.к.
кПа
кПа
q – нагрузка от оборудования, людей,
складируемых материалов и изделий. Согласно п.3.2 [4] принимается не менее 2
кПа.
Проверка под углом подошвы фундамента
т/м3 – удельный
вес грунтов залегающих выше подошвы фундамента.
т/м3 – удельный вес грунтов залегающих ниже подошвы
фундамента на глубину 0.5b.
кПа м
gс1, gс2 – коэф. условий работы таб.5.11[1].
к – коэф. зависящий от того как были
определены с и j.
Мg, Мс и Мq коэф. принимаемые по
таб.5.12[1].
kz – коэф. зависящий от b.
d1 – глубина заложения фундаментов.
кПа
кПа
Следовательно проверка прочности основания
выполняется т.е. размеры фундамента подобраны верно.
Расчет
по несущей способности основания.
,
где F=2734.231 кН – расчетная нагрузка на
основание; Fu – сила предельного сопротивления
основания; gс – коэф. условий работы принимаемый для глинистых грунтов –
0.9; gn – коэф. надежности по
назначению сооружений принимаемый для сооружения II класса равным 1.15.
Fu=b`×l`×(Ng×xg×l`×gI+Nq×xq×gI`×d+Nc×xc×cI),
где b`=b-2×eb=3-2×0.086=2.828 м – приведенные ширина и
длина фундамента
l`=l-2×el=3.6-2×0.2=3.2 м
eb, el – эксцентриситеты приложения нагрузок.
Ng, Nq, Nc – безразмерные коэф. определяемые по таб.5.28[1]
Ng=5.87; Nq=10.66; Nc=20.72
xg=1-0.25/h=1-0.25/(l`/b`)=1-0.25/(3.2/2.828)=0.779 – коэф. формы подошвы фундамента
xq=1+1.5/h=1+1.5/1.13=2.33
xc=1+0.3/h=1+0.3/1.13=1.27
Fu=2.828×3.2×(5.87×0.779×3.2×11.052+10.66×2.33×18.5×2.4+20.72×1.27×12)=14301.012 кН
14301.012×0.9/1.15=11192.096
кН>2734.231 кН, т.е. несущая способность основания при принятых размерах
фундамента обеспечена.
Расчет осадки основания методом
эквивалентного слоя.
Построим эszp и эszg
кПа
szgi = Sgi×hi – где gi - удельный вес грунта(при наличии подземных вод определяется с учетом
взвешивающего действия воды), hi-мощность слоя.
с учетом взвешивающего действия воды.
кПа
кПа
кПа
кПа
кПа
кПа
кПа
Aw=f(l/b;n) - таб.5.6[5]
м
м
Определим модуль деформации
2 слой-супесь
кПа кПа
кПа кПа
кПа
кПа
3 слой-суглинок
кПа кПа
кПа кПа
кПа
кПа
кПа
4 слой-глина м
кПа кПа
кПа кПа
кПа
кПа
м м
кПа
d – диаметр штампа d=0.277
м, w=0.79 – коэффициент, b, n – т. 1.15 [1]
м м м
м м м
h –
мощность сжимаемого слоя, z- расстояние от середины сжим. слоя до конца распространения осадки.
м
Что гораздо меньше предельной 8 см
таб.5.26[1].
Проверяем прочность подстилающего слоя.
кПа кПа кПа
м
кН/м3
кН/м3
кПа
м
кПа
условие выполняется
Расчет второго сечения под колонну крайнего ряда.
Первая комбинация
Предварительно
определяем размеры фундамента условно считая его центрально нагруженным
квадратной формы.
кН кПа кН/м3 м
м
Учтем прямоугольность фундамента
м
принимаем ФД11-3 м м м3
Учитываем что фундамент внецентренно
нагружен и определяем эксцентриситет.
кНм кН кН/м3
кН
м3
кНм
кН/м3
кН
кН
м
Вторая
комбинация
кНм кН
кНм
м
Определяем вид эпюры контактных давлений.
кПа
кПа
Проверка под углом подошвы фундамента
кПа
м
кПа
кПа
Следовательно проверка прочности основания
выполняется т.е. размеры фундамента подобраны верно.
Расчет осадки основания методом эквивалентного
слоя.
Построим эszp и эszg
кПа
кПа
м
м
м м м
м м м
кПа кПа кПа
м
Что гораздо меньше предельной 8 см
таб.5.26[1].
Проверяем прочность подстилающего слоя.
кПа кПа
кПа
м
кН/м3 кН/м3
кПа
м
кПа
Условие выполняется т.е. размеры фундамента подобраны верно.
6. Расчет фундамента глубокого заложения.
Расчет фундамента под первое сечение.
Проектируем свайный фундамент с забивными железобетонными сваями и монолитным
ростверком. Глубину заложения верха ростверка принимаем из конструктивных соображений
1.8 м. Высоту ростверка принимаем равной 0.6 м. Величина заделки сваи в ростверк
принимаем 0.3 м. В качестве естественного основания принимаем глину тугопластичную.
Предварительно принимаем сваю С10 – 30 длиной 10 м квадратного сечения
0.3х0.3 м. Определим несущую способность одной сваи
кН кНм кН кНм кН
кН/м3 м
длина сваи
длина сваи без учета
защемления в ростверке
несущая способность одной
сваи
м м м м м м
м м м м м м
кПа кПа кПа кПа кПа
кПа
м2
м
кПа м
кН
hi – мощность итого слоя.
zi – глубина заложения итого слоя с поверхности
до середины слоя.
По т. 9.1 [2] R кПа.
По т. 9.2 [2] fi кПа
По т. 9.3 [2] gc = 1, gсR = 1, gcf =
1,
u – периметр одной сваи.
А – площадь поперечного сечения.
Определяем допустимую расчетную нагрузку на одну сваю
PCB=766.105
кН gg=1 - коэф. надежности по грунту.
Определяем необходимое число свай
n=3.508 шт.
принимаем шт.
Определим нагрузку приходящуюся на каждую сваю
во внецентренно нагруженном фундаменте.
кН - вес подколонника;
кН – вес ростверка;
-
коэф. надежности по нагрузке;
м3
м3
м3
м3
кН/м3
кН
кН
кНм
кНм
м м –расстояния от центра сваи до
осей соответственно.
кН
кН
1.2×PCB=919.326
кН > Pmax
Неравенства выполняются, следовательно
проверка условий работы крайних свай показала, что свайный фундамент
запроектирован рационально.
Свайный фундамент с висячими сваями условно
принимают за массивный жесткий фундамент глубокого заложения, контур которого
ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом грунта.
град.
кН
м
м
м3
м3
кН/м3
кН
кН
кНм
кНм
кПа
кПа
кН/м3 кН/м3
кПа
кПа
Неравенства выполняются, значит размеры
фундамента подобраны верно.
Расчет осадки основания
кПа
кПа
кПа
м
м
Определим модуль деформации.
4 слой-глина
кПа; кПа; кПа; кПа
; м;
кПа
кПа
м; м
кПа
5 слой-песок
; м;
кПа; кПа; кПа; кПа
кПа
кПа
м; м
кПа
м; м; м; м
; ; кПа; кПа
;
м
Что гораздо
меньше предельной 8 см таб.5.26[1].
Расчет фундамента под второе сечение.
Проектируем свайный фундамент с забивными железобетонными сваями и монолитным
ростверком. Глубину заложения верха ростверка принимаем из конструктивных соображений
1.8 м. Высоту ростверка принимаем равной 0.6 м. Величина заделки сваи в ростверк
принимаем 0.3 м. В качестве естественного основания принимаем глину тугопластичную.
Предварительно принимаем сваю С8 – 30 длиной 8 м квадратного сечения
0.3х0.3 м. Определим несущую способность одной сваи.
кН; кНм; кН; кНм; кН; кН/м3
м
м
м; м; м; м;
м; м; м; м; м;
кПа; кПа; кПа; кПа; кПа
; ; ;
м2
м
кПа
м
кН
Определяем допустимую
расчетную нагрузку на одну сваю
PCB=617.696 кН
Определяем
необходимое число свай.
n=2.3 шт.
принимаем шт.
Определим нагрузку приходящуюся на каждую сваю
во внецентренно нагруженном фундаменте.
кН
кН
; ;
м3
м3
м3
м3
кН/м3
кН
кН
кНм
кНм
м м
кН
кН
; 1.2×PCB=741.24 кН > Pmax
Неравенства выполняются, следовательно
проверка условий работы крайних свай показала, что свайный фундамент
запроектирован рационально.
Свайный фундамент с висячими сваями условно
принимают за массивный жесткий фундамент глубокого заложения, контур которого
ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом грунта.
град.
кН
м
м
м3
м3
кН/м3
кН
кН
кНм
кНм
кПа
кПа
кН/м3
кН/м3
; кПа; ;
;
; ;
кПа
кПа
Расчет осадки основания
м
м
м м
м м
кПа кПа
м
Что гораздо
меньше предельной 8 см таб.5.26[1].
7. Выбор
оборудования для забивки свай.
Определяем минимальную энергию удара по
формуле 8.21 [1].
Дж
а=25 Дж/кН – коэф.;
Fv – расчетная нагрузка, допускаемая на одну сваю.
Из т. 9.5 [5] выбираем дизель молот С – 995 с
энергией удара 33 кДж.
Расчет отказа сваи.
формула 9.12 [5]
h = 1500 кН/м2 стр. 207 [5], M = 1
стр. 207 [5],
A = 0.09
м2, площадь поперечного сечения сваи
m1 = 2600 кг, масса молота
m2 = 2250 кг, масса сваи
m3 = 1250 кг, масса ударной части
E2 = 0.2 коэффициент восстановления удара
м
Что больше допустимого 0.002 м, т.е. сваебойное оборудование подобрано
верно.
8. Устройство
котлована.
Глубина котлована 2.4 м. При устройстве
котлована запроектированы естественные откосы с уклоном 1:1. Размеры котлована понизу
– 100.2х123.6 м2, по верху – 105х128.4 м2. На основании
стр.26[10] и гл.7 [6] подобрана следующая землеройная машина:
Экскаватор с гидравлическим приводом при
работе обратной лопатой ЭО-4121 мощностью 95 кВт, объемом ковша 1 м3.
9. Защита котлована от подземных вод.
Водопонижение
осуществляем с помощью открытого водоотлива и производим в течение всего
времени устройства фундаментов и других подземных частей здания, расположенных
ниже уровня подземных вод, до тех пор, пока нагрузки от конструкции не превысят
возникающее гидростатическое давление и не обеспечат устойчивость подземных
сооружений от всплывания.
Открытый
водоотлив осуществляется прямо из котлована насосами. Для сохранения природного
сложения грунтов оно должно вестись с опережением земляных работ в определенной
последовательности. Вода откачивается из приямков, куда она поступает из канавок
глубиной 0.3-0.5 м, расположенных по периметру котлована с уклоном i=0.01-0.02 в сторону приямков.
Приямки устраивают не ближе 1 метра от граней фундамента. По мере разработки
котлована приямки заглубляются вместе с канавками. Приямки заглубляются не
менее чем на 0.7-1 м, и уровень воды в них поддерживается на 0.3-0.5 м ниже дна
вырытого котлована.
10. Список
используемой литературы.
1. Справочник проектировщика «Основания,фундаменты и подземные сооружения
». Под редакцией Е.А. Сорочана, Ю.Г. Трофименкова. М.,1985.
нова, М., Стройиздат, 1984.
2. СНиП 2.02.01 – 83 «Основания зданий и сооружений», М., 1985.
3. СНиП 2.02.03 – 85 «Свайные фундаменты», М., 1986.
4. СНиП 2.01.07 – 85 «Нагрузки и воздействия», М., 1988.
5. Н.А. Цытович «Механика грунтов. Краткий курс», М., 1983.
6. В.А. Веселов «Проектирование оснований и фундаментов» М.,1990.
7. Руководство по выбору проектных решений фундаментов НИИОСП им. Н.М.
Герсева
8. Е.Г. Кутухтин «Конструкции промышленных и сельскохозяйственных зданий
и сооружений», М., 1995.
9. Примакина Е. И. «Методические указания на расчет оснований под ФМЗ и
свайные»
10. Цыбакин С.В. «Методические указания на производство земляных работ»