Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный

нефтяной технический университет»
                                                             Факультет: Архитектурно-строительный

                                                             Специальность: 080502

                                                             Кафедра: Автомобильные дороги и

                                                             технология строительного производства
                           КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

           «Расчет оснований и фундаментов здания»
ВЫПОЛНИЛ: студент гр. ЭС-07                                 Евлоева Т. С.
ПРОВЕРИЛ: доц., канд. техн. наук                            Урманшина Н.Э.
                                             Уфа – 2010
                                                  РЕФЕРАТ
        Курсовой проект 25 с., 4 рис., 8 табл., 5 источников, 1 приложение.
     ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ; ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ; РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОСНОВАНИЯ; ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ; СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ; ДЕФОРМАЦИЯ ОСНОВАНИЯ.
       Объектом курсового проекта является расчет оснований и фундаментов здания.

            В результате работы над проектом дано наименование грунтов, определено расчетное сопротивление основания, выполнены расчеты фундаментов мелкого заложения и свайных по второй группе предельных состояний, произведено технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов.

          На основе технико-экономического сравнения вариантов в качестве наиболее рационального принят фундамент мелкого заложения.
Содержание
1.Анализ исходных данных………………………………………………….…6

2. Расчет фундамента мелкого заложения………………………………..……9

3.Расчет свайного фундамента ………………………………..……….…..….19

4.Проектирование котлована………………………………….…….….…..….29

5.ТЭП проекта………………………………………………….……….….…...30

Заключение……………………………………………………………….…..…33

Список использованной литературы…………………………..........................35
1 Анализ исходных данных

1.1 Анализ нагрузок и конструктивных особенностей здания
Требуется запроектировать отдельно-стоящий фундамент средней железо-бетонной колонны.

Здание трехэтажное каркасное бесподвальное с высотой этажа 3,3 метра.

Собранная нагрузка (N = 2,43мН; М = 0,03мН*м; Q = 0,18мН) действует на уровне обреза фундамента.

Нагрузки от собственной массы  фундамента и грунта на его уступах определяется в ходе расчетов. 
1.2 Оценка инженерно-геологических условий
Инженерно-геологический разрез представлен тремя слоями, физико-механические свойства которых представлены в таблице 1. 

Таблица 1 - Физико-механические свойства грунтов

Показатель		Слой №16		Слой № 3		Слой№5
Естественная влажность ω, дол.ед.		0,3		0,39		0,31
Плотность грунта ρ, г/см3		2,0		1,81		1,9
Удельный вес частиц γs, кН/м3		27,2		26,9		26,6
Удельный вес при естественной влажности γ, кН/м3		20		18,1		19
Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды γSb, кН/м3		9,51		8,18		9,05
Коэффициент пористости ℮		0,81		1,07		0,83
Коэффициент водонасыщения Sr		1,0		0,98		0,99
Влажность на границе текучести ωL, дол.ед.		0,58		0,46		0,41
Влажность на границе раскатывания ωP, дол.ед.		-		0,27		0,27
Число пластичности  Ip, дол.ед.	0,28		0,19		0,14
Показатель текучести IL, дол.ед.	0		0,63		0,28
Удельное сцепление C, кПа	50		14		28
Угол внутреннего трения φ,  0	20		14		18
Модуль деформации Е, кПа	21		4		12
Группа грунта	связные		связные		связные
Условное расчетное сопротивление Rо,кПа	289		165		204

Заключение по данным геологического разреза:

16 слой:  глина – толщина слоя 5 м; по  числу  пластичности I_p = 0,28>0,17 – глина;  по  показателю  текучести  находится  в  твердом  состоянии 

(0< I_L=0 <0,25); Е=0,81кПа; условное расчетное сопротивление  R_о = 289 кПа.

3 слой:  глина –  толщина слоя 3м; по  числу  пластичности 0,01<I_p=0,19<0,07 – глина;  по  показателю  текучести  находится  в  полутвердом  состоянии  (I_L=0,63> 0); Е=1,07 кПа; условное расчетное сопротивление  R_о= 165 кПа.

5 слой:  суглинок – толщина слоя 6 м; по числу пластичности Ip = 0,14 (0,07<Ip<=0,17); по показателю текучести находится в тугопластичном состоянии I= 0,28 (0,25<IL<=0,5); Е=0,83 кПа; условное расчетное сопротивление  Ro = 204 кПа.

Природный рельеф площадки строительства спокойный со средним значением абсолютной отметки равной 15,0 метрам, с косым  напластованием грунтов. УПВ располагается на отметке -7,40 метров.

Слой №16 может служить основанием фундамента, так как по всем показателям является самым подходящим из всех трех имеющихся слоев.
                     

ИНЖЕНЕР
2. Расчет фундаментов мелкого заложения
Глубина заложения подошвы фундаментов d под наружные стены и колонны исходя из учета климатического фактора  определяется из условия d≥d_f , где d_f – расчетная глубина промерзания грунтов, вычисляется по формуле

                                                  d_f = k_h * d_fn,,                                                       (2.1)

где d_fn – нормативная величина промерзания грунтов, принимаемая по схематической карте, для заданного города Уфа d_f =1,8;

k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружений и принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых зданий, при заданной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающим к наружным фундаментам k_h = 0,5.

Подставим данные значения в формулу 2.1, получим:

d_f = 0,5*1,8 = 2,9м.

Глубину заложения принимаем 3,05м.
2.1 Расчет оснований мелкого заложения по 2 группе предельных состояний

Целью данного расчета – предотвращение чрезмерных и неравномерных осадок оснований, при достижении которых возможно нарушение нормальной эксплуатации сооружения. Расчет оснований по деформациям производиться на основное сочетание нагрузок.

При оценке деформативности оснований исходят из условия совместной работы сооружения и основания, что в общем случае характеризуется абсолютной осадкой отдельных фундаментов S.

В процессе расчета по деформациям определяются размеры подошвы фундамента по уточненному сопротивлению грунта R и проверяется условие:

                                                   S≤S_u,                                                               (2.2)

где S – совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;

S_u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, S_u = 0,08м.

2.2 Определение размеров подошвы фундаментов мелкого заложения
После оценки инженерно-геологических условий стройплощадки, определения несущего слоя грунта и его физико – механических характеристик, назначения глубины заложения подошвы d, а также сбора нагрузок на обрез фундамента вычисляются предварительные размеры подошвы фундамента в плане:

А_предв = ,                                                                                   (2.3)

где А_предв – предварительная площадь подошвы фундамента (м²), которая определяется : А_предв = b_предв *l_предв;

l_предв – предварительная длина подошвы фундамента; l/b=1,2…1,4 в среднем;

∑N – суммарная вертикальная нагрузка на обрезе фундамента от действия постоянных, длительных и кратковременных нагрузок (кН);

γ_ср – осредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, кН/м³, γ_ср≈20кН/м³;

Подставляя данные  в формулу 2.3 получаем:

А_предв =  = 9,6 м²

Определим значения b_предв и l_предв:

А_предв = b_предв * l_предв

l_предв  / b_предв =1,2

Исходя из этого, получим:

А_предв = b_предв * l_предв

l_предв = 1,2* b_предв

 А_предв = b_предв * 1,2*b_предв

Отсюда:

l_предв = 4м

b_предв = 3м
Далее вычислим расчетное сопротивление грунта R для назначения окончательных размеров подошвы фундаментов с учетом ширины подошвы фундамента b_предв и назначенной глубины заложения d:

R = *[M_у*k_z*b*y_ІІ+ M_q *d₁*y_ІІ +M_c *c_ІІ],                                                  (2.4)

где γ_с1 и γ_с2 – коэффициенты условий работы, принимаемые в случае курсового проекта γ_с1 =1,4 и  γ_с2 = 1,4;

k = 1,0 – коэффициент, учитывающий метод определения прочностных характеристик грунта;

M_у, M_q, M_c – коэффициенты, принимаемые по таблице данных места строительства и усилий на обрезе фундамента;

k_z – коэффициент для подошвы фундамента (k_z =1,0);

b – ширина подошвы фундамента, м;

y_ІІ – удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундаментов, кН/м³;

y_ІІ – удельный вес грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м³;

c_ІІ – удельное сцепление грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d₁ – глубина заложения подошвы фундамента бесподвальных зданий от уровня планировки.

R = *[0,51*1*3*20+ 3,06 *3,05*20 +5,66* 50] = 622,78 кПа

После определения расчетного сопротивления грунта R уточняем размеры подошвы фундамента:

А_ут = , м²                                                                                             (2.5)

Подставив значения в формулу получим:

А_ут = =5,53 м²
2.3 Проверка принятых размеров подошвы фундамента
Целью данного расчета является определение среднего, максимального и минимального давления под подошвой фундамента и сравнить их с расчетным сопротивлением грунта:

р = ,                                                                                                         (2.6)

р_max = ,                                                                                           (2.7)

р_min = ,                                                                                       (2.8)

где р, р_max,  р_min – соответственно среде, максимальное и минимальное давления подошвы фундамента на основание, МПа;

N_∑- расчетная вертикальная нагрузка на основание с учетом веса фундамента и грунта на его уступах, МН;

М_∑ - расчетный момент относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, МН*м;

А – площадь подошвы фундамента, м²;

R – расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента, МПа;

W – момент сопротивления по подошве фундамента, м³;

W=,                                                                                                              (2.9)

где l – длина подошвы фундамента, м,

b – ширина подошвы фундамента, м.

Необходимо определить нормальную N_∑ и моментную суммарные нагрузки М_∑, действующие на основание:

N_∑ =N+V_ф *γ_ср = N + A_ф*d * γ_ср,                                                             (2.10)

М_∑ =М+ Q *d_ф ,                                                                                       (2.11)

где N, M, Q – соответственно вертикальная, моментная и поперечная нагрузка на обрез фундамента, кН;

V_ф *γ_ср = A_ф*d * γ_ср – нагрузки от веса фундамента и грунта на его уступах, кН;

А_ф – площадь подошвы фундамента, м²;

d_ф – высота фундамента, м.
Рассчитаем нормальную N_∑ и моментную суммарные нагрузки М_∑, действующие на основание:

N_∑ = 1820 + 6,41*3*20 = 2204,6 кН

М_∑ = 100 + 170*3 = 610 кН

W = 8 м³         

р =  кН,

р_max =

р_min = ,

Условия сравнения среднего, максимального и минимального давления под подошвой фундамента с расчетным сопротивлением грунта сходятся, из этого следует, что подошва фундамента будет  иметь размеры  l = 4 м, b = 3 м.

5. Технико-экономическое сравнение вариантов
При производстве фундамента мелкого заложения выполняются следующие работы:

1)     Разработка котлованов;

2)     Арматурно-опалубочные работы;

3)     Монолитное бетонирование;

4)     Демонтаж опалубки;

5)     Гидроизоляция;

6)     Обратная засыпка с послойным уплотнением.

При производстве свайного фундамента выполняются следующие работы:

1)     Разработка котлованов;

2)     Забивка свай;

3)     Арматурно-опалубочные работы;

4)     Монолитное бетонирование;

5)     Демонтаж опалубки;

6)     Гидроизоляция;

7)     Обратная засыпка с послойным уплотнением.

Технико – экономическое сравнение представлено в таблице 4.

Рассчитаем объемы производства работ.

1. ФМЗ: V_e = 3,05/6(4,6*3,6+(4,6+6,1)*(3,6+4,7)+6,1*4,7) = 68,4м³

    СВ: V_e = 1,55/6(1,4*1,9+(1,9+2,7)*(1,9+2,7)+2,7*2,7)= 9,6м³
2. V_сф = 0,3*0,3*3*4=1,08 м³



3. V_фмз = (4*3*0,6)+(4*3*0,45)+(1,9*1,85*)-0,25=15,865 м³

4. V_фмз = (0,6*4+0,45*2,8+1,9*1,85+2,0*0,6+0,45*0,8+0,9*1,85)*2= 20,8 м³

      V_сф = (0,3*1,6+1,1*1,0)*4=6,32 м³

5. V_фмз =68,4 - 15,87 = 52,53м³

V_сф =9,6 - 2,38 = 7,22 м³

7. V_сф =(0,3*1,6*1,6+1,1*1,3*1,3)-0,25=2,38 м³
Таблица 4 -Технико-экономическое сравнение фундаментов                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    



     Вывод: в результате технико-экономического сравнения к производству работ принят фундамент мелкого заложения.
                                                  Заключение
            В данном курсовом проекте был произведен расчет фундамента для  трехэтажного каркасного бесподвального здания  с высотой этажа 3,3 метра.

            Также были произведены расчеты фундамента мелкого заложения и свайного фундамента, проектирование котлованов под данные виды фундаментов и технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов.   

В результате работы по заданным характеристикам грунтов и их несущей способности были обоснованы два варианта фундаментов для рассматриваемого здания: фундамент мелкого заложения и свайный фундамент. По итогам технико-экономического сравнения вариантов фундаментов наиболее экономически выгодным оказался  фундамент мелкого заложения, который и был принят к производству работ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. – М.: МНТКС, изд-во стандартов,1996. -29 с.

2 СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений/ Госстрой ССР. – М.: Стройиздат, 1995. – 42 с.

3 Урманшина Н. Э., Галимнурова О. В. Расчет основания и фундаментов зданий: учебно – методическое пособие для студентов специальности «Экономика и управление на предприятии строительства». – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. – 55 с.

4. Филипович А.И., Филипович С.В. Основные правила оформления курсовых, дипломных проектов и работ: пособие для студентов строительных специальностей. – Уфа: Изд-во УГНТУ,1998. – 110