Курсовая на тему Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2014-07-21Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
от 25%
договор
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ПРИДНЕПРОВСКАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ
Кафедра Основания и фундаменты
Курсовой проект
«Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения и
свайных фундаментов».
Выполнил студент 808 группы
Проверил ассистент
Днепропетровск
2007
Длина здания48 м
Ширина здания27 м
Количество пролётов 3
Ширина пролётов ---
АБ9 м
БВ6 м
ВГ12 м
Количество этажей 5
Высота этажа3,6 м
Шаг колонн по рядам ---
А6 м
Б12 м
В12 м
Г6 м
Вид колонн (материал) ЖБК
Сечение колонн (база) 0,4 х0,4 м
Нагрузка на фундаменты 10 кН/м3
Ряд А
N 2500 кН
Mx 290 кН/м3
Mу 120 кН/м3
Ряд Б:
N 4500 кН
Mx 350 кН/м3
Mу 160 кН/м3
Ряд В:
N 5400 кН
Mx 420 кН/м3
Mу 90 кН/м3
Ряд Г:
N 3500 кН
Mx 470 кН/м3
Mу 45 кН/м3
Планировочная отметка –0,15 м
Отметка пола подвала ---
Район строительства г.Днепропетровск
Здание (тип) неотапливаемое
Физико-механические свойства грунтов
Таблица 1
Анализ инженерно-геологических условий площадки
Геологический разрез
По основным физическим характеристикам и классификационным показателям грунтов площадки определяются физико-механические характеристики грунтов площадки, обеспечивающие возможность определения расчетного сопротивления и деформации оснований, а именно:
1) песчаного грунта:
- коэффициент пористости е
где - плотность минеральных частиц
W - природная влажность - природная плотность
- степень влажности грунта
2) супеси пылеватой
- коэффициент пористости е
3) глина четвертичная
- коэффициент пористости е
- число пластичности грунта по значениям влажностей на пределе текучести и раскатывания
Ip = Wl - Wp = 0,4 – 0,2 = 0,2
- показатель текучести грунта
По вычисленным физико-механическим характеристикам и классификационным показателям грунта по табл.1 прил.1 СНиП 2.02.01-83 определяются прочностные и деформационные характеристики грунта С, j, Е,
Все вычисленные и определенные физико-механические характеристики грунтов заносятся в сводную таблицу физико-механических характеристик грунтов площадки.
Таблица 2
I. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании
1. Выбор глубины заложения фундамента
Глубина заложения фундамента зависит от:
- климатического района строительства (глубины промерзания грунта);
- технологических особенностей проектируемого здания (наличия подвалов, технологических каналов, расположенных в подземной части здания, технологических отстойников, водящих боровов, подводящих трубопроводов и др.);
- конструктивных особенностей проектируемого здания или сооружения;
- фактора инженерно-геологических условий.
1.1. С учетом глубины промерзания глубина заложения фундамента назначается по расчетной схеме глубины сезонного промерзания грунта df, которая устанавливается следующим образом:
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:
м,
где Mt - безразмерный коэф., численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика" (для Днепропетровска Mt = -13,3).
d0 - величина в метрах, принимаемая равной:
· для суглинков и глин - 0,23
· для супесей, песков мелких и пылеватых - 0,25
· для песков средней крупности, крупных и гравелистых - 0,30
· для крупнообломочных грунтов - 0,34
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется: (м)
где kh - коэф., учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый 0,8.
Глубина заложения фундаментов по первому фактору (глубине промерзания):
м
1.2. С учетом технологических особенностей проектируемого здания глубина заложения фундамента должна назначаться на0,5 м ниже отметки технологических подвалов, т.е:
где dn - отметка пола подвала или пола технологического пространства проектируемого объекта.
Подвала в данном здании нет.
1.3. С учетом конструктивных особенностей здания глубину заложения фундамента рекомендуется назначать в зависимости от действующих нагрузок и принимать при
1000 < g < 2000 кH d =1,5 м
2000 < g < 3000 кН d =2,0 м
3000 < g < 5000 кН d =2,5 м
g > 5000 кН d =3,0 м (при N = 5400 кН)
1.4. При анализе инженерно-геологических условий учитывают следующие факторы:
· фундамент должен быть заглублён в несущий слой грунта минимум на0,5 м ;
· фундамент должен прорезать верхние слои слабого грунта;
· под подошвой фундамента нельзя оставлять тонкий слой несущего грунта.
Вывод: Исходя из анализа инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей здания, принимаем глубину заложения фундамента
При этом несущим слоем является песок мелкозернистый с характеристиками: C = 2 кПа, E = 28 МПа, ц = 32˚, =19,3 кН/м3.
2. Расчет площади подошвы с проверкой контактных напряжений
Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчетному сопротивлению R кр. при ширине фундамента b = 1м:
(1)
где - коэффициенты условий работы оснований ( ) и сооружений ( ) принимаются по табл.3 СНиП 2.02.01-83;
К – коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта (j и С) определены непосредственными испытаниями, К = 1,1, если j и С приняты по табл.1-3 прил.1 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений";
- коэффициенты, принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83
kz – коэффициент влияния площади фундамента. Для фундаментов шириной
b < 10м, кz = 1
b > 10м, кz = Z0/ b+0,2 (Z0 =8,0 м )
b - ширина фундамента (принятая нами b = 1м)
- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента;
- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента,
кН/м3
- удельные весы грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (см. рис.)
CII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d1 - глубина заложения фундаментов без подвальных зданий (помещений) от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (если нет подвала, то d1 = d):
hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
hcf - толщина пола подвала, м.
- удельный вес конструкции пола подвала.
dв - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола.
Определяется площадь фундамента в первом приближениям по формуле:
По определенной площади фундамента вычисляются размеры фундамента в плане:
где б- соотношение сторон фундамента ( = l/b) или сторон сечения колонны или сооружения. По вычисленным размерам фундамента в плане устанавливается сопротивление грунта основания по формуле (1):
I. 1) При b =1 м , R = 514,27 кПа
2) A = м2
3) м
4)
II. 1) При b =3,45 м , R = 596,6 кПа
2) A = м2
3) м
III. 1) При b =3,17 м , R = 587,26 кПа
2) A = м2
3) м
Прекращаем подбор.
Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 0,1м для гражданских зданий, т.е. принимаем b =3,2 м , а l = 3,2 м , соответственно A = м2 R = 587,26 кПа.
2.1 Проверяем контактные напряжения.
1. ;
2. Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию:
кПа
кПа
N, Mx, My - усилия, передаваемые на фундамент от сооружения (по заданию или расчету рамы)
Wx, Wy - момент сопротивления подошвы фундамента
м3
3. Конструирование фундамента
По заданию вид колонны – железобетонная, размерами 0,4 х0,4 м .
3.1. Тип фундамента назначают из условия жесткости
мм
мм
Фундамент принимаем с подколонником.
3.2. Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:
bпк= bк+0,6=0,4+0,6=1 м
lпк=lк+0,6 = 0,4+0,6 =1 м
Для выбранного типа фундаментов определяется высота конструкции фундамента или его плитной части по формуле:
,
м
где
l, b – размеры подошвы фундамента в плане;
- размеры сечения колоны (по заданию).
- расчётное сопротивление бетона на растяжение, кПа;
- среднее давление подошвы фундамента, кПа.
Реальная высота (с учётом защитного слоя) вычисляется по формуле:
Принимаем оптимальную высоту, равную900 мм (кратную 150 мм )
При данной высоте конструктивно целесообразно установить 3 ступени по –300 мм .
4. Расчет фундамента на продавливание
Проверяем условие жесткости конструкции фундамента по условию:
- фундамент гибкий.
Продавливание происходит по поверхности усеченной пирамиды, верхним основанием которой является нижнее сечение основание подколонника или колонны, а грани расположены под углом 45°
где: Aтр – площадь поверхности грани пирамиды продавливания;
Aпр – площадь продавливания – площадь подошвы фундамента за пределами пирамиды продавливания.
кПа – расчетное сопротивление бетона на растяжение.
м2
м2
где м
кН
кн.
- условие выполняется.
5. Армирование конструкций фундамента (расчёт на изгиб)
При определении усилий в конструкции фундамента (подошвы фундамента) в заданном сечении, за расчетную схему принимается консольная балка с жесткой заделкой в заданном сечении - оставшейся части фундамента, на которую действует нагрузка.
Подбор рабочей арматуры производим по двум сторонам:
Сечение 1-1
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня:
см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром12 мм с As1 = 1,313 см2 , тогда As = 5х1,313 = 6,565 см2 .
Сечение 2-2
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня: см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 9 мм с As1 = 0,636 см2 , тогда As = 5х0,636 = 3,18 см2
Сечение 3-3
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня: см2
Из сортамента выбираем арматуру Вр-1 диаметром 4 мм с As1 = 0,126 см2 , тогда As = 5х0,126 = 0,63 см2
Принимаем сетку С1 из арматуру А-400 диаметром12 мм . По стороне l и b ее количество составит шт.
ПРИДНЕПРОВСКАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ
Кафедра Основания и фундаменты
Курсовой проект
«Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения и
свайных фундаментов».
Выполнил студент 808 группы
Проверил ассистент
Днепропетровск
2007
Исходные данные
(вариант 1/25)Длина здания
Ширина здания
Количество пролётов 3
Ширина пролётов ---
АБ
БВ
ВГ
Количество этажей 5
Высота этажа
Шаг колонн по рядам ---
А
Б
В
Г
Вид колонн (материал) ЖБК
Сечение колонн (база) 0,4 х
Нагрузка на фундаменты 10 кН/м3
Ряд А
N 2500 кН
Mx 290 кН/м3
Mу 120 кН/м3
Ряд Б:
N 4500 кН
Mx 350 кН/м3
Mу 160 кН/м3
Ряд В:
N 5400 кН
Mx 420 кН/м3
Mу 90 кН/м3
Ряд Г:
N 3500 кН
Mx 470 кН/м3
Mу 45 кН/м3
Планировочная отметка –
Отметка пола подвала ---
Район строительства г.Днепропетровск
Здание (тип) неотапливаемое
Физико-механические свойства грунтов
Таблица 1
Наименование грунта | Мощность слоя, м | с, кН/м3 | сs, кН/м3 | W, | Wl, | Wp, | ц , ˚ | c, кг/см2 | м | Кф, см/сек | Р, кг/см2 | S, м | |||
Чернозем | 0.8 - 0.9 | 1,66 | - | 0,14 | - | - | - | - | - | - | - | - | |||
Песок мелкозернистый | 6,0 - 5.6 | 1,93 | 2,65 | 0,2 | - | - | - | - | 0,27 | - | - | - | |||
Супесь пылеватая | 4,5-3,8 | 1,5 | 2,66 | 0,21 | 0,2 | 0,2 | 17 | 7,0 | 0,3 | 0,1 | 0,62 | ||||
0,2 | 1,22 | ||||||||||||||
0,3 | 1,83 | ||||||||||||||
0,4 | 2,8 | ||||||||||||||
Глина четвертичная | неогрн. | 1,98 | 2,74 | 0,23 | 0,4 | 0,2 | - | - | 0.43 | - | - | - | |||
Ур.Гор.Вод. | |||||||||||||||
Анализ инженерно-геологических условий площадки
Геологический разрез
По основным физическим характеристикам и классификационным показателям грунтов площадки определяются физико-механические характеристики грунтов площадки, обеспечивающие возможность определения расчетного сопротивления и деформации оснований, а именно:
1) песчаного грунта:
- коэффициент пористости е
где
W - природная влажность
- степень влажности грунта
2) супеси пылеватой
- коэффициент пористости е
3) глина четвертичная
- коэффициент пористости е
- число пластичности грунта по значениям влажностей на пределе текучести и раскатывания
Ip = Wl - Wp = 0,4 – 0,2 = 0,2
- показатель текучести грунта
По вычисленным физико-механическим характеристикам и классификационным показателям грунта по табл.1 прил.1 СНиП 2.02.01-83 определяются прочностные и деформационные характеристики грунта С, j, Е,
Все вычисленные и определенные физико-механические характеристики грунтов заносятся в сводную таблицу физико-механических характеристик грунтов площадки.
Таблица 2
| | C, кПа | j | E, Мпа | |
Чернозем | 16,6 | - | - | - | - |
Песок мелкозернистый | 19,3 | 26,5 | 2 | 32 | 28 |
Супесь пылеватая | 15 | 26,6 | 7 | 17 | 9,52 |
Глина четвертичная | 19,8 | 27,4 | 61 | 19,5 | 22,5 |
I. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании
1. Выбор глубины заложения фундамента
Глубина заложения фундамента зависит от:
- климатического района строительства (глубины промерзания грунта);
- технологических особенностей проектируемого здания (наличия подвалов, технологических каналов, расположенных в подземной части здания, технологических отстойников, водящих боровов, подводящих трубопроводов и др.);
- конструктивных особенностей проектируемого здания или сооружения;
- фактора инженерно-геологических условий.
1.1. С учетом глубины промерзания глубина заложения фундамента назначается по расчетной схеме глубины сезонного промерзания грунта df, которая устанавливается следующим образом:
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:
где Mt - безразмерный коэф., численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика" (для Днепропетровска Mt = -13,3).
d0 - величина в метрах, принимаемая равной:
· для суглинков и глин - 0,23
· для супесей, песков мелких и пылеватых - 0,25
· для песков средней крупности, крупных и гравелистых - 0,30
· для крупнообломочных грунтов - 0,34
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется: (м)
где kh - коэф., учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый 0,8.
Глубина заложения фундаментов по первому фактору (глубине промерзания):
1.2. С учетом технологических особенностей проектируемого здания глубина заложения фундамента должна назначаться на
где dn - отметка пола подвала или пола технологического пространства проектируемого объекта.
Подвала в данном здании нет.
1.3. С учетом конструктивных особенностей здания глубину заложения фундамента рекомендуется назначать в зависимости от действующих нагрузок и принимать при
1000 < g < 2000 кH d =
2000 < g < 3000 кН d =
3000 < g < 5000 кН d =
g > 5000 кН d =
1.4. При анализе инженерно-геологических условий учитывают следующие факторы:
· фундамент должен быть заглублён в несущий слой грунта минимум на
· фундамент должен прорезать верхние слои слабого грунта;
· под подошвой фундамента нельзя оставлять тонкий слой несущего грунта.
Вывод: Исходя из анализа инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей здания, принимаем глубину заложения фундамента
При этом несущим слоем является песок мелкозернистый с характеристиками: C = 2 кПа, E = 28 МПа, ц = 32˚,
2. Расчет площади подошвы с проверкой контактных напряжений
Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчетному сопротивлению R кр. при ширине фундамента b = 1м:
где
К – коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта (j и С) определены непосредственными испытаниями, К = 1,1, если j и С приняты по табл.1-3 прил.1 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений";
kz – коэффициент влияния площади фундамента. Для фундаментов шириной
b < 10м, кz = 1
b > 10м, кz = Z0/ b+0,2 (Z0 =
b - ширина фундамента (принятая нами b = 1м)
CII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d1 - глубина заложения фундаментов без подвальных зданий (помещений) от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (если нет подвала, то d1 = d):
hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
hcf - толщина пола подвала, м.
dв - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола.
Определяется площадь фундамента в первом приближениям по формуле:
По определенной площади фундамента вычисляются размеры фундамента в плане:
где б- соотношение сторон фундамента (
I. 1) При b =
2) A =
3)
4)
II. 1) При b =
2) A =
3)
III. 1) При b =
2) A =
3)
Прекращаем подбор.
Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 0,1м для гражданских зданий, т.е. принимаем b =
2.1 Проверяем контактные напряжения.
1.
2. Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию:
N, Mx, My - усилия, передаваемые на фундамент от сооружения (по заданию или расчету рамы)
Wx, Wy - момент сопротивления подошвы фундамента
3. Конструирование фундамента
По заданию вид колонны – железобетонная, размерами 0,4 х
3.1. Тип фундамента назначают из условия жесткости
Фундамент принимаем с подколонником.
3.2. Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:
bпк= bк+0,6=0,4+0,6=1 м
lпк=lк+0,6 = 0,4+0,6 =1 м
Для выбранного типа фундаментов определяется высота конструкции фундамента или его плитной части по формуле:
где
l, b – размеры подошвы фундамента в плане;
Реальная высота (с учётом защитного слоя) вычисляется по формуле:
Принимаем оптимальную высоту, равную
При данной высоте конструктивно целесообразно установить 3 ступени по –
4. Расчет фундамента на продавливание
Проверяем условие жесткости конструкции фундамента по условию:
Продавливание происходит по поверхности усеченной пирамиды, верхним основанием которой является нижнее сечение основание подколонника или колонны, а грани расположены под углом 45°
где: Aтр – площадь поверхности грани пирамиды продавливания;
Aпр – площадь продавливания – площадь подошвы фундамента за пределами пирамиды продавливания.
где
5. Армирование конструкций фундамента (расчёт на изгиб)
При определении усилий в конструкции фундамента (подошвы фундамента) в заданном сечении, за расчетную схему принимается консольная балка с жесткой заделкой в заданном сечении - оставшейся части фундамента, на которую действует нагрузка.
Подбор рабочей арматуры производим по двум сторонам:
Сечение 1-1
Площадь сечения одного стержня:
Из сортамента выбираем арматуру диаметром
Сечение 2-2
Площадь сечения одного стержня:
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 9 мм с As1 = 0,636 см2 , тогда As = 5х0,636 = 3,18 см2
Сечение 3-3
Площадь сечения одного стержня:
Из сортамента выбираем арматуру Вр-1 диаметром 4 мм с As1 = 0,126 см2 , тогда As = 5х0,126 = 0,63 см2
Принимаем сетку С1 из арматуру А-400 диаметром
6. Расчет осадки методом послойного суммирования
1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 587,3 кПа
2. Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.
4. Разбиваем основание фундамента на элементарные слои
4. Вычисляем и строим эпюру естественного давления
5. Вычисляем и строим эпюру
a – коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.
6. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
7. Считаем суммарную осадку по всем слоям:
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 3
Таблица 3
№ эл. | Z, м | о | б | у zg0, кПа | 0.2 у zg0, кПа | у zpi, кПа | у zpiср, кПа | Е, кПа | S, м | ||||
0 | 0 | 0 | 1.000 | 55,60 | 11,12 | 531,70 | | ||||||
1 | 0,64 | 0,6 | 0.972 | 67,95 | 13,59 | 515,75 | 523,72 | | 0,009 | ||||
2 | 1,28 | 1,2 | 0.848 | 80,30 | 16,06 | 450,88 | 483,32 | | 0,00884 | ||||
3 | 1,92 | 1,8 | 0.682 | 92,654 | 18,53 | 362,62 | 406,75 | | 0,0074 | ||||
4 | 2,56 | 2,4 | 0.532 | 105,00 | 21,00 | 282,86 | 322,74 | | 0,0059 | ||||
5 | 3,2 | 3,0 | 0.414 | 117,36 | 23,47 | 220,12 | 251,49 | | 0,00459 | ||||
6 | 3,84 | 3,6 | 0.325 | 128,33 | 25,66 | 172,80 | 196,46 | | 0,00359 | ||||
7 | 4,48 | 4,2 | 0.260 | 137,93 | 27,59 | 138,24 | 155,52 | | 0,00836 | ||||
8 | 5,12 | 4,8 | 0.210 | 147,53 | 29,51 | 111,66 | 124,95 | | 0,00672 | ||||
9 | 5,76 | 5,4 | 0.173 | 157,13 | 31,43 | 91,98 | 101,82 | | 0,00547 | ||||
10 | 6,4 | 6,0 | 0.145 | 166,73 | 33,35 | 77,09 | 84,54 | | 0,0045 | ||||
11 | 7,04 | 6,6 | 0.123 | 176,33 | 35,27 | 65,39 | 71,24 | | 0,0038 | ||||
12 | 7,68 | 7,2 | 0.105 | 189,00 | 37,8 | 55,82 | 60,60 | | 0,00138 | ||||
13 | 8,32 | 7,8 | 0.091 | 201,67 | 40,33 | 48,38 | 52,10 | | 0,0012 | ||||
14 | 8,96 | 8,0 | 0,077 | 214,04 | 42,80 | 40,94 | 44,66 | | 0,0010 | ||||
У= 0,0717 | |||||||||||||
Эпюра распределения напряжений szp , szg
II. Фундаменты мелкого заложения на искусственном основании в виде грунтовой подушки
1. Выбор глубины заложения фундамента
1.1. Глубина заложения фундамента зависит от:
- климатического района строительства (глубины промерзания грунта);
- технологических особенностей проектируемого здания (наличия подвалов, технологических каналов, расположенных в подземной части здания, технологических отстойников, водящих боровов, подводящих трубопроводов и др.);
- конструктивных особенностей проектируемого здания или сооружения;
- фактора инженерно-геологических условий.
Учитывая то, что данная расчётно-графическая работа – учебная, принимаем глубину заложения фундамента из предыдущем расчёте, т.е.
Под подошвой фундамента находится песок мелкозернистый, поэтому в учебных целях принимаем подушку из суглинка (гs = 26,3 кН/м3 , г = 20 кН/м3, W = 15 %) со следующими физико-механическими свойствами:
- определяем коэф. пористости
Принимаем гd = 16,52 кН/м3 ;
- определяем показатель текучести
Вывод: Исходя из анализа инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей здания, принимаем глубину заложения фундамента d =
2. Расчет площади подошвы с проверкой контактных напряжений
2.1. Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчетному сопротивлению R кр. при ширине фундамента b = 1м:
где
К – коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта (j и С) определены непосредственными испытаниями, К = 1,1, если j и С приняты по табл.1-3 прил.1 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений";
kz – коэффициент влияния площади фундамента. Для фундаментов шириной
b < 10м, кz = 1
b > 10м, кz = Z0/ b+0,2 (Z0 =
b - ширина фундамента (принятая нами b = 1м)
CII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных (помещений) зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (если нет подвала, то d1 = d):
hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
hcf - толщина пола подвала, м.
dв - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола.
Определяется площадь фундамента в первом приближениям по формуле:
По определенной площади фундамента вычисляются размеры фундамента в плане:
где б- соотношение сторон фундамента (
По вычисленным размерам фундамента в плане устанавливается сопротивление грунта основания по формуле (1):
I. 1) При b =
2) A =
3)
4)
II. 1) При b =
2) A =
3)
III. 1) При b =
2) A =
3)
Проверка целесообразности дальнейшего подбора:
Прекращаем подбор.
Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 0,1м для, т.е. принимаем b =
2.2. Проверяем контактные напряжения.
1.
2. Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию:
N, Mx, My - усилия, передаваемые на фундамент от сооружения (по заданию или расчету рамы)
Wx, Wy - момент сопротивления подошвы фундамента
3. Конструирование фундамента
3.1. Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:
bпк= bк + 0,6 =
lпк= lк + 0,6 =
Для выбранного типа фундаментов определяется высота конструкции фундамента или его плитной части по формуле:
где
l, b – размеры подошвы фундамента в плане;
Реальная высота (с учётом защитного слоя) вычисляется по формуле:
Принимаем оптимальную высоту, равную 900 мм (кратную 150 мм)
При данной высоте конструктивно целесообразно установить 3 ступени по–300 мм.
4. Расчет на продавливание
Проверяем условие жесткости конструкции фундамента по условию:
Продавливание происходит по поверхности усеченной пирамиды, верхним основанием которой является нижнее сечение основание подколонника или колонны, а грани расположены под углом 45°
где: Aтр – площадь поверхности грани пирамиды продавливания;
Aпр – площадь продавливания – площадь подошвы фундамента за пределами пирамиды продавливания.
где
5. Армирование конструкций фундамента
При определении усилий в конструкции фундамента (подошвы фундамента) в заданном сечении, за расчетную схему принимается консольная балка с жесткой заделкой в заданном сечении - оставшейся части фундамента, на которую действует нагрузка.
Подбор рабочей арматуры производим по двум сторонам:
Сечение 1-1
Площадь сечения одного стержня:
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1,313 см2 , тогда As = 5х1,313 =6,565 см2
Сечение 2-2
Площадь сечения одного стержня:
Из сортамента выбираем арматуру диаметром
Сечение 3-3
Площадь сечения одного стержня:
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 3 мм с As1 = 0,07 см2 , тогда As = 5х0,07 = 0,35 см2
Принимаем сетку С2 из арматуру А-400 диаметром
6. Выбор размеров подушки
6.1. Определение высоты подушки.
Исходя из условия, что
6.2. Определение размеров подушки в плане.
Используем формулы:
б – угол естественного откоса. Для суглинка (окружающего грунта) он равен 40.
В – угол распределения напряжений. Для песка (материал подушки) он равен 30˚.
Итак, окончательно приняли следующие размеры грунтовой подушки:
- на уровне низа
- на уровне верха
7. Расчет осадки методом послойного суммирования
7.1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 381,23 кПа
7.2. Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
7.3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.
7.4. Разбиваем основание фундамента на элементарные слои
7.5. Вычисляем и строим эпюру естественного давления
7.6. Вычисляем и строим эпюру
a – коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.
7.7. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
7.8. Считаем суммарную осадку по всем слоям:
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 4.
Таблица 4
№ эл. | Z, м | о | б | у zg0, кПа | 0.2 у zg0, кПа | у zpi, кПа | у zpiср, кПа | Е, кПа | S, м | ||
0 | 0 | 0 | 1,000 | 55,60 | 11,12 | 325,63 | | ||||
1 | 0,82 | 0,4 | 0,972 | 72,00 | 14,40 | 316,51 | 321,07 | | 0,0086 | ||
2 | 1,64 | 0,8 | 0,848 | 88,40 | 17,68 | 276,13 | 296,32 | | 0,00793 | ||
3 | 2,46 | 1,2 | 0,682 | 104,80 | 20,96 | 222,08 | 249,11 | | 0,00667 | ||
4 | 3,28 | 1,6 | 0,532 | 120,63 | 24,12 | 173,24 | 197,66 | | 0,00463 | ||
5 | 4,1 | 2,0 | 0,414 | 136,45 | 27,29 | 134,81 | 154,03 | | 0,0036 | ||
6 | 4,92 | 2,4 | 0,325 | 152,28 | 30,45 | 105,83 | 120,32 | | 0,0028 | ||
7 | 5,74 | 2,8 | 0,260 | 168,10 | 33,62 | 84,66 | 95,25 | | 0,00223 | ||
8 | 6,56 | 3,2 | 0,210 | 183,93 | 36,79 | 68,38 | 76,52 | | 0,0018 | ||
9 | 7,38 | 3,6 | 0,173 | 196,23 | 39,25 | 56,33 | 62,36 | | 0,0043 | ||
10 | 8,2 | 4,0 | 0,145 | 208,53 | 41,71 | 47,22 | 51,78 | | 0,0036 | ||
11 | 9,02 | 4,4 | 0,123 | 220,83 | 44,16 | 40,05 | 43,64 | | 0,003 | ||
У= 0,049 | |||||||||||
Эпюра распределения напряжений szp , szg
III Расчёт свайных фундаментов
1. Выбор глубины заложения ростверка
1.1. Определение глубины заложения ростверка зависит от нескольких факторов:
- Глубины промерзания грунта. Из предыдущих расчётов мы уже определили эту величину
- Наличие конструктивных особенностей. В нашем случае подвальных помещений нет, поэтому
- Глубина заложения ростверка. Исходя из условия, что
где
dр - глубина заложения ростверка, м;
hст - глубина стакана в фундаменте. Для наших фундаментов под ЖБК-колонны hст = 0.
Учитывая все перечисленные условия, принимаем глубину заложения ростверка dр =
Принимаем шарнирное соединение ростверка и сваи. Голова сваи заходит в тело ростверка на 5 – 10 см. принимаем для расчёта 10 см.
Тогда отметка головы сваи будет равна –1,4 м.
2. Выбор несущего слоя
Считаем, что несущим слоем будет глина четвертичная, поэтому, заглубляем сваю в слой глины на
Под нижним концом сваи находится сжимаемый грунт (Е < 50 МПа). Дальнейший расчёт ведём как для висячей сваи. Принимаем железобетонную забивную сваю квадратного сечения. Для выбранной нами длины можно принять сечение 40 х 40 см.
3. Определение несущей способности сваи
,
где n – количество слоёв с одинаковыми силами трения по длине сваи;
гс – коэффициент условий работы ( гс = 1);
гсr и гсf - коэффициенты условий работы под подошвой сваи и по боковой поверхности, зависят от условий изготовления или погружения сваи. (гсr =1 и гсf = 1);
А – площадь сечения сваи;
R – расчётное сопротивление под подошвой сваи, зависит от длины сваи и грунта. (R = 6900 кПа);
U – периметр сечения сваи;
l – расстояние от середины слоя до поверхности земли;
f - расчётное сопротивление по боковой поверхности сваи, зависит от l (принимается из СниПа).
Таблица 5
кН
4. Определение расчетной нагрузки на сваю
Определяем по формуле:
кН.
гк – коэффициент запаса. Для расчёта он равен 1,4, если для полевых испытаний, то равен 1,25.
Определим необходимое количество свай в фундаменте по формуле:
шт.,
где N – заданная нагрузка на фундамент.
5. Конструирование ростверка
Определяем фактическую нагрузку на сваю:
где y – расстояние от главной оси до оси самой нагруженной сваи
yi – расстояние до оси каждой сваи
кН
P > Nф; 843,50 > 768 – условие выполняется.
Расчёт на продавливание. Расчет не производим, так как конструкция ростверка жёсткая.
7. Расчет деформаций свайных фундаментов
м;
м;
м2 ;
м;
м3 ;
кН;
Выполняем проверку давления под нижним концом сваи:
,
где
; кz = 1.
кПа.
кПа.
413,99 кПа. < 2375,52 кПа. – условие выполняется.
8. Расчет осадки линейно деформированного пространства
8.1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 479,7 кПа
8.2. Вычисляем и строим эпюру естественного давления
8.3. Рассчитываем дополнительную вертикальную нагрузку
8.4. Высота рассчитываемых слоёв hi = 0,2 ' b = 0,2 ' 4,09 =0,82 м
8.5. Вычисляем и строим эпюру , где
б – коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.
8.6. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
В нашем случае 60.305 кПа > 49,977 кПа, условие выполняется.
8.7. Считаем суммарную осадку по всем слоям:
8.8. Проверяем выполнение условия S < Su . В нашем случае3,37 см < 12 см , где Su = 12 см – предельное значение осадки
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 6.
Таблица 6
Эпюра распределения напряжений szp , szg
IV. Технико-экономическое сравнение вариантов
Таблица 7
Считаю, что самый рациональный фундамент будет фундамент мелкого заложения на естественном основании т.к. объем земляных работ и объем бетона меньше чем у других вариантов. Для дальнейшего расчета принимаем фундаменты мелкого заложения на естественном основании.
V. Расчет фундамента мелкого заложения на естественном основании по ряду Г
1. Выбор глубины заложения фундамента
Глубина заложения фундамента зависит от:
- климатического района строительства (глубины промерзания грунта);
- технологических особенностей проектируемого здания (наличия подвалов, технологических каналов, расположенных в подземной части здания, технологических отстойников, водящих боровов, подводящих трубопроводов и др.);
- конструктивных особенностей проектируемого здания или сооружения;
- фактора инженерно-геологических условий.
1.1. С учетом глубины промерзания глубина заложения фундамента назначается по расчетной схеме глубины сезонного промерзания грунта df, которая устанавливается следующим образом:
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:
м,
где Mt - безразмерный коэф., численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика" (для Днепропетровска Mt = -13,3).
d0 - величина в метрах, принимаемая равной:
· для суглинков и глин - 0,23
· для супесей, песков мелких и пылеватых - 0,25
· для песков средней крупности, крупных и гравелистых - 0,30
· для крупнообломочных грунтов - 0,34
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется: (м)
где kh - коэф., учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый 0,8.
Глубина заложения фундаментов по первому фактору (глубине промерзания):
м
1.2. С учетом технологических особенностей проектируемого здания глубина заложения фундамента должна назначаться на0,5 м ниже отметки технологических подвалов, т.е:
где dn - отметка пола подвала или пола технологического пространства проектируемого объекта.
Подвал в данном здании нет.
1.3. С учетом конструктивных особенностей здания глубину заложения фундамента рекомендуется назначать в зависимости от действующих нагрузок и принимать при
1000 < g < 2000 кH d =1,5 м
2000 < g < 3000 кН d =2,0 м
3000 < g < 5000 кН d =2,5 м
g > 5000 кН d =3,0 м
1.4. При анализе инженерно-геологических условий учитывают следующие факторы:
· фундамент должен быть заглублён в несущий слой грунта минимум на0,5 м ;
· фундамент должен прорезать верхние слои слабого грунта;
· под подошвой фундамента нельзя оставлять тонкий слой несущего грунта.
Вывод: Исходя из анализа инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей здания, принимаем глубину заложения фундамента
м
При этом несущим слоем является песок мелкозернистый с характеристиками: C = 2 кПа, E = 28 МПа, ц = 32˚, =19,3 кН/м3.
2. Расчет площади подошвы с проверкой контактных напряжений
Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчетному сопротивлению R кр. при ширине фундамента b = 1м:
(1)
где - коэффициенты условий работы оснований ( ) и сооружений ( ) принимаются по табл.3 СНиП 2.02.01-83;
К – коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта (j и С) определены непосредственными испытаниями, К = 1,1, если j и С приняты по табл.1-3 прил.1 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений";
- коэффициенты, принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83
kz – коэффициент влияния площади фундамента. Для фундаментов шириной
b < 10м, кz = 1
b > 10м, кz = Z0/ b+0,2 (Z0 =8,0 м )
b - ширина фундамента (принятая нами b = 1м)
- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента;
- расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента,
кН/м3
- удельные весы грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (см. рис.)
CII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных (помещений) зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (если нет подвала, то d1 = d):
hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
hcf - толщина пола подвала, м.
- удельный вес конструкции пола подвала.
dв - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола.
Определяется площадь фундамента в первом приближениям по формуле:
По определенной площади фундамента вычисляются размеры фундамента в плане:
где б- соотношение сторон фундамента (б = l/b) или сторон сечения колонны или сооружения. По вычисленным размерам фундамента в плане устанавливается сопротивление грунта основания по формуле (1):
I. 1) При b = 1 м , R = 273,14 кПа
2) A = м2
3) м
4)
II. 1) При b =4,05 м , R = 352,14 кПа
2) A = м2
3) м
III. 1) При b =3,46 м , R = 336,85 кПа
2) A = м2
3) м
Прекращаем подбор.
Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 0,1м для гражданских зданий, т.е. принимаем b =3,6 м , а l = 3,6 м , соответственно A = м2 R = 336,85 кПа.
3. Проверяем контактные напряжения
3.1. ;
3.2. Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию:
кПа
кПа
N, Mx, My - усилия, передаваемые на фундамент от сооружения (по заданию или расчету рамы)
Wx, Wy - момент сопротивления подошвы фундамента
м3
4. Конструирование фундамента
По заданию вид колонны – железобетонная, размерами 0,4 х0,4 м .
4.1. Тип фундамента назначают из условия жесткости
мм
мм
Фундамент принимаем с подколонником.
4.2. Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:
bпк= bк+0,6=0,4+0,6=1 м
lпк=lк+0,6 = 0,4+0,6 =1 м
Для выбранного типа фундаментов определяется высота конструкции фундамента или его плитной части по формуле:
,
м
где
l, b – размеры подошвы фундамента в плане;
- размеры сечения колоны (по заданию).
- расчётное сопротивление бетона на растяжение, кПа;
- среднее давление подошвы фундамента, кПа.
Реальная высота (с учётом защитного слоя) вычисляется по формуле:
Принимаем оптимальную высоту, равную900 мм (кратную 150 мм )
При данной высоте конструктивно целесообразно установить 3 ступени по –300 мм .
5. Расчет фундамента на продавливание
Проверяем условие жесткости конструкции фундамента по условию:
- фундамент гибкий.
Продавливание происходит по поверхности усеченной пирамиды, верхним основанием которой является нижнее сечение основание подколонника или колонны, а грани расположены под углом 45°
где: Aтр – площадь поверхности грани пирамиды продавливания;
Aпр – площадь продавливания – площадь подошвы фундамента за пределами пирамиды продавливания.
кПа – расчетное сопротивление бетона на растяжение.
м2
м2
где м
кН
кн.
- условие выполняется.
6. Армирование конструкции фундамента (расчёт на изгиб)
При определении усилий в конструкции фундамента (подошвы фундамента) в заданном сечении, за расчетную схему принимается консольная балка с жесткой заделкой в заданном сечении - оставшейся части фундамента, на которую действует нагрузка.
Подбор рабочей арматуры производим по двум сторонам:
Сечение 1-1
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня:
см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1,313 см2 , тогда As = 5х1,313 = 6,565 см2 .
Сечение 2-2
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня: см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 8 мм с As1 = 0,503 см2 , тогда As = 5х0,503 = 4,024 см2
Сечение 3-3
кПа
кНм
см2
Площадь сечения одного стержня: см2
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 6 мм с As1 = 0,283 см2 , тогда As = 5х0,283 = 1,415 см2
Принимаем сетку из арматуру А-400 диаметром12 мм . По стороне l и b ее количество составит шт.
7. Расчет осадки методом послойного суммирования
7.1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 336,85 кПа
7.2. Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
кПа
7.3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.
кПа
7.4. Разбиваем основание фундамента на элементарные слои м
Вычисляем и строим эпюру естественного давления
7.5. Вычисляем и строим эпюру , где
a – коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.
7.6. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
7.7. Считаем суммарную осадку по всем слоям:
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 8
Таблица 8
Проверяем выполнение условия S < Su . В нашем случае 3,70 см < 8 см , где Su =8см – предельное значение осадки. Условие выполнилось.
Эпюра распределения напряжений szp , szg
где n – количество слоёв с одинаковыми силами трения по длине сваи;
гс – коэффициент условий работы ( гс = 1);
гсr и гсf - коэффициенты условий работы под подошвой сваи и по боковой поверхности, зависят от условий изготовления или погружения сваи. (гсr =1 и гсf = 1);
А – площадь сечения сваи;
R – расчётное сопротивление под подошвой сваи, зависит от длины сваи и грунта. (R = 6900 кПа);
U – периметр сечения сваи;
l – расстояние от середины слоя до поверхности земли;
f - расчётное сопротивление по боковой поверхности сваи, зависит от l (принимается из СниПа).
Таблица 5
hi , м | li , м | fi , кПа | hi * fi , кН/м | |
1,5 | 2,25 | 31,25 | 46,88 | |
1,5 | 3,75 | 37,25 | 55,88 | |
1,5 | 5,25 | 40,5 | 60,75 | |
1,5 | 6,75 | 31,75 | 47,63 | |
1,5 | 8,25 | 33,25 | 49,88 | |
1,5 | 9,75 | 33,875 | 50,81 | |
1,5 | 11,25 | 66,75 | 100,13 | |
1 | 12,5 | 68,5 | 68,5 | |
480,50 | ||||
4. Определение расчетной нагрузки на сваю
Определяем по формуле:
гк – коэффициент запаса. Для расчёта он равен 1,4, если для полевых испытаний, то равен 1,25.
Определим необходимое количество свай в фундаменте по формуле:
где N – заданная нагрузка на фундамент.
5. Конструирование ростверка
Определяем фактическую нагрузку на сваю:
где y – расстояние от главной оси до оси самой нагруженной сваи
yi – расстояние до оси каждой сваи
P > Nф; 843,50 > 768 – условие выполняется.
Расчёт на продавливание. Расчет не производим, так как конструкция ростверка жёсткая.
7. Расчет деформаций свайных фундаментов
Выполняем проверку давления под нижним концом сваи:
где
413,99 кПа. < 2375,52 кПа. – условие выполняется.
8. Расчет осадки линейно деформированного пространства
8.1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 479,7 кПа
8.2. Вычисляем и строим эпюру естественного давления
8.3. Рассчитываем дополнительную вертикальную нагрузку
8.4. Высота рассчитываемых слоёв hi = 0,2 ' b = 0,2 ' 4,09 =
8.5. Вычисляем и строим эпюру , где
б – коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.
8.6. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
В нашем случае 60.305 кПа > 49,977 кПа, условие выполняется.
8.7. Считаем суммарную осадку по всем слоям:
8.8. Проверяем выполнение условия S < Su . В нашем случае
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 6.
Таблица 6
№ эл. | Z, м | о | б | у zg0, кПа | 0.2 у zg0, кПа | у zpi, кПа | у zpiср, кПа | Е, кПа | S, м |
0 | 0 | 0 | 1,000 | 259,58 | 51,92 | 154,41 | 22,5х103 | ||
1 | 0,80 | 0,4 | 0,972 | 275,42 | 55,08 | 150,08 | 152,25 | 22,5х103 | 0,00433 |
2 | 1,60 | 0,8 | 0,848 | 291,26 | 58,25 | 130,94 | 140,51 | 22,5х103 | 0,00399 |
3 | 2,40 | 1,2 | 0,682 | 307,10 | 61,42 | 105,31 | 118,13 | 22,5х103 | 0,00336 |
4 | 3,20 | 1,6 | 0,532 | 322,94 | 64,59 | 82,15 | 93,73 | 22,5х103 | 0,00266 |
5 | 4,00 | 2,0 | 0,414 | 338,78 | 67,75 | 63,93 | 73,04 | 22,5х103 | 0,0020 |
6 | 4,80 | 2,4 | 0,325 | 354,62 | 70,92 | 50,18 | 57,05 | 22,5х103 | 0,00162 |
0,0153 |
Эпюра распределения напряжений szp , szg
Фундамент на естественном основании | Фундамент на искусственном основании | Свайный фундамент | |
Объем земли м3 | 2747,52 | 14808,81 | 3432,36 |
Объем бетона м3 | 165,63 | 295,66 | 662,48 |
Объем обратной засыпки | 2581,89 | 113,63 | 2770,88 |
Количество арматуры, кг | 792,12 | 1502,256 | 284,6 |
Доп. работы | устройство гидроизоляции и дренажа | уплотнение грунтовой подушки | забивка и доставка свай |
Осадка, мм | 66 | 49 | 15 |
Таблица 7
Считаю, что самый рациональный фундамент будет фундамент мелкого заложения на естественном основании т.к. объем земляных работ и объем бетона меньше чем у других вариантов. Для дальнейшего расчета принимаем фундаменты мелкого заложения на естественном основании.
V. Расчет фундамента мелкого заложения на естественном основании по ряду Г
1. Выбор глубины заложения фундамента
Глубина заложения фундамента зависит от:
- климатического района строительства (глубины промерзания грунта);
- технологических особенностей проектируемого здания (наличия подвалов, технологических каналов, расположенных в подземной части здания, технологических отстойников, водящих боровов, подводящих трубопроводов и др.);
- конструктивных особенностей проектируемого здания или сооружения;
- фактора инженерно-геологических условий.
1.1. С учетом глубины промерзания глубина заложения фундамента назначается по расчетной схеме глубины сезонного промерзания грунта df, которая устанавливается следующим образом:
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:
где Mt - безразмерный коэф., численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика" (для Днепропетровска Mt = -13,3).
d0 - величина в метрах, принимаемая равной:
· для суглинков и глин - 0,23
· для супесей, песков мелких и пылеватых - 0,25
· для песков средней крупности, крупных и гравелистых - 0,30
· для крупнообломочных грунтов - 0,34
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется: (м)
где kh - коэф., учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый 0,8.
Глубина заложения фундаментов по первому фактору (глубине промерзания):
1.2. С учетом технологических особенностей проектируемого здания глубина заложения фундамента должна назначаться на
где dn - отметка пола подвала или пола технологического пространства проектируемого объекта.
Подвал в данном здании нет.
1.3. С учетом конструктивных особенностей здания глубину заложения фундамента рекомендуется назначать в зависимости от действующих нагрузок и принимать при
1000 < g < 2000 кH d =
2000 < g < 3000 кН d =
3000 < g < 5000 кН d =
g > 5000 кН d =
1.4. При анализе инженерно-геологических условий учитывают следующие факторы:
· фундамент должен быть заглублён в несущий слой грунта минимум на
· фундамент должен прорезать верхние слои слабого грунта;
· под подошвой фундамента нельзя оставлять тонкий слой несущего грунта.
Вывод: Исходя из анализа инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей здания, принимаем глубину заложения фундамента
При этом несущим слоем является песок мелкозернистый с характеристиками: C = 2 кПа, E = 28 МПа, ц = 32˚,
2. Расчет площади подошвы с проверкой контактных напряжений
Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчетному сопротивлению R кр. при ширине фундамента b = 1м:
где
К – коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта (j и С) определены непосредственными испытаниями, К = 1,1, если j и С приняты по табл.1-3 прил.1 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений";
kz – коэффициент влияния площади фундамента. Для фундаментов шириной
b < 10м, кz = 1
b > 10м, кz = Z0/ b+0,2 (Z0 =
b - ширина фундамента (принятая нами b = 1м)
CII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных (помещений) зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (если нет подвала, то d1 = d):
hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
hcf - толщина пола подвала, м.
dв - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола.
Определяется площадь фундамента в первом приближениям по формуле:
По определенной площади фундамента вычисляются размеры фундамента в плане:
где б- соотношение сторон фундамента (б = l/b) или сторон сечения колонны или сооружения. По вычисленным размерам фундамента в плане устанавливается сопротивление грунта основания по формуле (1):
2) A =
3)
4)
II. 1) При b =
2) A =
3)
III. 1) При b =
2) A =
3)
Прекращаем подбор.
Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 0,1м для гражданских зданий, т.е. принимаем b =
3. Проверяем контактные напряжения
3.1.
3.2. Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию:
N, Mx, My - усилия, передаваемые на фундамент от сооружения (по заданию или расчету рамы)
Wx, Wy - момент сопротивления подошвы фундамента
4. Конструирование фундамента
По заданию вид колонны – железобетонная, размерами 0,4 х
4.1. Тип фундамента назначают из условия жесткости
Фундамент принимаем с подколонником.
4.2. Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:
bпк= bк+0,6=0,4+0,6=1 м
lпк=lк+0,6 = 0,4+0,6 =1 м
Для выбранного типа фундаментов определяется высота конструкции фундамента или его плитной части по формуле:
где
l, b – размеры подошвы фундамента в плане;
Реальная высота (с учётом защитного слоя) вычисляется по формуле:
Принимаем оптимальную высоту, равную
При данной высоте конструктивно целесообразно установить 3 ступени по –
5. Расчет фундамента на продавливание
Проверяем условие жесткости конструкции фундамента по условию:
Продавливание происходит по поверхности усеченной пирамиды, верхним основанием которой является нижнее сечение основание подколонника или колонны, а грани расположены под углом 45°
где: Aтр – площадь поверхности грани пирамиды продавливания;
Aпр – площадь продавливания – площадь подошвы фундамента за пределами пирамиды продавливания.
где
6. Армирование конструкции фундамента (расчёт на изгиб)
При определении усилий в конструкции фундамента (подошвы фундамента) в заданном сечении, за расчетную схему принимается консольная балка с жесткой заделкой в заданном сечении - оставшейся части фундамента, на которую действует нагрузка.
Подбор рабочей арматуры производим по двум сторонам:
Сечение 1-1
Площадь сечения одного стержня:
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 12 мм с As1 = 1,313 см2 , тогда As = 5х1,313 = 6,565 см2 .
Сечение 2-2
Площадь сечения одного стержня:
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 8 мм с As1 = 0,503 см2 , тогда As = 5х0,503 = 4,024 см2
Сечение 3-3
Площадь сечения одного стержня:
Из сортамента выбираем арматуру диаметром 6 мм с As1 = 0,283 см2 , тогда As = 5х0,283 = 1,415 см2
Принимаем сетку из арматуру А-400 диаметром
7. Расчет осадки методом послойного суммирования
7.1. Среднее давление подошвы фундамента Рср = 336,85 кПа
7.2. Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
7.3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.
7.4. Разбиваем основание фундамента на элементарные слои
Вычисляем и строим эпюру естественного давления
7.5. Вычисляем и строим эпюру
a – коэффициент затухания напряжений. Зависит от соотношения сторон фундамента и относительной глубины, выбирается значение из таблицы СниПа.
7.6. Находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
7.7. Считаем суммарную осадку по всем слоям:
Расчёты по данному алгоритму приведены ниже в таблице 8
Таблица 8
№ эл. | Z, м | о | б | у zg0, кПа | 0.2 у zg0, кПа | у zpi, кПа | у zpiср, кПа | Е, кПа | S, м |
0 | 0 | 0 | 1.000 | 36,31 | 7,26 | 300,54 | | ||
1 | 0,72 | 0,6 | 0.972 | 50,20 | 10,04 | 291,52 | 296,03 | | 0,0061 |
2 | 1,44 | 1,2 | 0.848 | 64,10 | 12,82 | 254,86 | 273,19 | | 0,0056 |
3 | 2,16 | 1,8 | 0.682 | 77,99 | 15,60 | 204,97 | 229,92 | | 0,00473 |
4 | 2,88 | 2,4 | 0.532 | 91,89 | 18,37 | 159,89 | 182,43 | | 0,00375 |
5 | 3,6 | 3,0 | 0.414 | 105,79 | 21,16 | 124,42 | 142,16 | | 0,00292 |
6 | 4,32 | 3,6 | 0.325 | 119,68 | 23,94 | 97,67 | 111,05 | | 0,00228 |
7 | 5,04 | 4,2 | 0.260 | 133,58 | 26,72 | 78,14 | 87,91 | | 0,0018 |
8 | 5,76 | 4,8 | 0.210 | 147,48 | 29,50 | 63,11 | 70,63 | | 0,00145 |
9 | 6,84 | 5,4 | 0.173 | 161,37 | 32,27 | 51,99 | 57,55 | | 0,00118 |
10 | 7,2 | 6,0 | 0.145 | 172,17 | 34,43 | 43,58 | 47,79 | | 0,00289 |
11 | 7,92 | 6,6 | 0.123 | 182,97 | 36,60 | 36,96 | 40,27 | | 0,00244 |
12 | 8,64 | 7,2 | 0.105 | 193,77 | 38,75 | 31,55 | 34,26 | | 0,0020 |
У= 0,0371 |
Эпюра распределения напряжений szp , szg