Реферат: Проектирование фундамента 4-хэтажного администратиного здания маслоперерабатывающего завода в пос. Ахтырский Абинского района

Нормативная нагрузка на 1м длины стены по сеч. 3-3

NII=кН/м

3.1. Проектирование фундамента на естественном основании

3.1.1.  Выбор глубины заложения фундамента

Глубину с учетом толщины почвы 0,8м примем равной d1=1,2м.

3.1.2.   Подбор размеров подошвы фундамента

Рис.3.1. К определению глубины заложения фундаментов

В соответствии со СНиП 2.02.01–83 условием проведения расчетов по деформациям (второму предельному состоянию) является ограничение среднего по подошве фундамента давления p величиной расчетного сопротивления R:

,

где p – среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

R – расчетное сопротивление грунта основания, кПа.

Предварительная площадь фундамента:

,

где NII – сумма нагрузок для расчетов по второй группе предельных состояний, кПа

R0 – табличное значение расчетного сопротивления грунта, в котором располагается подошва фундамента, кПа;

g’ср – осредненное значение удельного веса тела фундамента и грунтов, залегающих на обрезах его подошвы, g’ср = 20 кН/м3;

d1 – глубина заложения фундаментов безподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.

,

где hS – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

hcf – толщина конструкции пола подвала, м;

gcf – расчетное сопротивление удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3.

.

Для ленточного ф-та b=А/=0,55м; принимаем b=0,6м с укладкой стеновых блоков на бетонную подготовку толщиной 10см.

Рис.3.2. Ленточный фундамент

Определяем расчетное сопротивление грунта основания R для здания без подвала:

,

где gс1 и gс2 – коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов, gс1 = 1,1и gс2 = 1,2;

k – коэффициент, принимаемый k = 1,1, т. к. прочностные характеристики грунта приняты по таблицам СНиП.

kz – коэффициент, принимаемый k = 1 (b<10м);

b – ширина подошвы фундамента, м;

gII и g’II – усредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже подошвы фундамента и выше подошвы фундамента;

сII – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

db – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала;

Mr, Mq, Mc – безразмерные коэффициенты;

Mr = 0,32; Mq = 2,29; Mc = 4,85

d1 – глубина заложения фундаментов безподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.

    gII=g/II=18,8 кН/м3 – ниже и выше подошвы один и тот же грунт;

b=0,6м;

d1=1,2м

Фактические напряжения под подошвой фундамента (фундамент центрально нагружен):

,

где NII – нормативная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента, кН;

GfII и GgII – вес фундамента и грунта на его уступах;

A – площадь подошвы фундамента, м2.

GfII=24х0,6х1,2=17,3кН/м – 1м длины;

GgII=0 – вес грунта на обрезах;

<R=283.2кПа

Условие  выполняется,  недогруз фундамента составляет 3,1%, следовательно, размер b=0,6м принимаем окончательным.

3.1.3.   Проверка прочности подстилающего слабого слоя

Рис. 3.3. К проверке прочности подстилающего слоя

Подстилающий слой – суглинок твердый, имеет Rо=200кПа<Rо=300кПа предыдущего слоя, следовательно, требуется проверка его прочности. Проверка проводится из условия , чтобы полное давление  на кровлю слабого слоя не превышало расчетной на этой глубине:

sg(z+d)+szp £ Rz+d , где

sg(z+d) – природное давление на кровлю слабого слоя;

szp      - дополнительное давление на кровлю слабого слоя от нагрузки на фундамент;

sg(z+d)=18,8х2=37,6 кПа

szpо=18,8х1,2=22,6 кПа – природное давление под подошвой ф-та;

szp=aро

ро=р-szpо=274,5-22,6=251,9 кПа – дополнительное вертикальное давление на основание;

a - коэф-т рассеивания определяется в зависимости  от относительной глубины.

x==

a=;

szp=0,439х251,9=110,6 кПа

Находим ширину условного ф-та bусл из условия:

Аусл= bусл=, где

NII+GII – нормативная нагрузка на подшву фундамента;

szp – дополнительное напряжение на кровлю слабого слоя;

NII+GII=147,4+17,3=164,7 кН/м

bусл=м;

Расчетное сопротивление на глубине z+d=2м.

, где

gс1=1,25

gс2=1

k=1,1

kz=1

gII=19.3 кН/м – ниже подошвы (для суглинка) условного ф-та;

gII/=18,8 кН/м – выше подошвы;

сII=30 кПа – для суглинков;

by=1.49 м;

d+z=2м;

при j=20о;

 кПа,

т.к условие:

sg(z+d)+szp =37,6+110,6=148,2 кПа£ Rz+d=340,4 кПа,

то прочность этого слоя обеспечена.

3.1.4.  Определение конечных осадок основания

Расчет основания по деформациям производим исходя из условия:

,

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

Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения,

Для определения осадок используем метод послойного суммирования осадок. Для этого, построим эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта (эпюру szg) и дополнительных вертикальных напряжений (эпюра szp).

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта:

,

где g ‘– удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

dn – глубина заложения фундамента;

g i, hi – соответственно удельный вес и толщина i–го слоя;

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора:

 Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента:

,

где a – коэффициент, принимаемый по таблицам СНиП в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения его сторон и относительной глубины, равной x = 2z/b;

p0 = p – szg0  – дополнительное вертикальное давление на основание;

p – среднее давление под подошвой фундамента;

szg0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Разбиваем грунт на слои толщиной hi=0.46=0.4х0,6=0,24м,

Ро=251,9 кПа – найдено в предыдущем пункте расчета,

szg0=22,6 кПа,

Расчет осадок проводим по формуле:

,

где b – безразмерный коэффициент, b = 0,8;

szp,i – среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i – том слое;

hi,Ei – соответственно толщина и модуль деформации i–того слоя грунта.

Расчет ведем до тех пор пока szp£0.2szg

Расчет осадки ленточного фундамента

Табл. 3.1.

Из табл. Следует, что граница нижней сжимающей толщи не достигается, но даже в этом случае S=båSi=0,8х1,75=1,4см<Sп=10см – для зданий с кирпичными несущими стенами.

Рис 3.4. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно–деформируемом полупространстве

3.1.5.  Проектирование котлована

Размеры котлована в плане определяются расстояниями между наружными осями сооружения, расстояниями от этих осей до крайних уступов фундаментов, размерами дополнительных конструкций, устраиваемых около фундаментов с наружных сторон, и минимальной шириной зазора, позволяющего возводить подземные части здания, между дополнительной конструкцией и стенкой котлована (принимаем 1 м). Величину откоса стенок котлована принимаем 1:0,67.

3.2.  Расчет и конструирование свайных фундаментов

3.2.1   Выбор типа и размеров свай

В курсовом проекте необходимо запроектировать свайный фундамент из забивных висячих, квадратного сечения железобетонных свай. Размеры свай и глубину их забивки назначаем исходя из следующих факторов:

–              геологических условий;

–              действующих нагрузок;

–              типа ростверка.

Глубину заложения ростверка назначаем, исходя из конструктивной схемы здания. А также принимая во внимание те же условия, которые мы учитывали, назначая глубину заложения фундамента на естественном основании:

–              для безподвальной части здания – df = 0,2 м;

Сопряжение сваи с ростверком назначаем свободным. Длину сваи назначаем исходя из геологических условий (Рис. 6) – l = 3,0 м.

Рис. 3.5. Расчетная схема к определению несущей способности одиночной сваи

3.2.2.  Расчет несущей способности одиночной сваи

Несущую способность Fd (кН) висячей забивной сваи, работающей на сжимающую нагрузку, определяем по формуле:

,

где gс = 1 – коэффициент условий работы сваи в грунте;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое из табл. 6.21 [1];

А – площадь опирания на грунт сваи, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;

u – периметр поперечного сечения сваи, м;

fi – расчетное сопротивление i–того слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, определяемое по табл. 6.20 [1];

hi – толщина i–того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м;

gсК  и gсf – коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способы погружения на расчетные сопротивления грунта, принимаемые независимо друг от друга (табл. 6.22 [1]).

R=8300 кПа;

А=d2-0.22=0,04 м2;

u=4d=4х0,2=0,8м;

Разбиваем толщу на слои hi=2м и находим:

;

Допустимая нагрузка на сваю N= кН

3.2.3.   Определение количества свай, размещение их в плане
и конструирование ростверка

Рис. 3.6. Расположение свай в плане под стенами

Число свай в кусте определяем по формуле:

,

где gk – коэффициент надежности, назначаемый в зависимости от способа определения несущей способности сваи;

NI – расчетная нагрузка, действующая по обрезу фундамента, кН;

GfI – ориентировочный вес ростверка и грунта на его обрезах, кН;

Fd – несущая способность одиночной сваи, кН;

Шаг свай :

а=

Шаг свай должен находится в пределах:

d=3х0,2=0,6м<а<6d=1,2м,

Т.к. шаг свай большой, т.е. а>6d, то необходимо либо уменьшить длину сваи, либо выбрать сваи меньшего сечения, т.к. сваи очень мощные, но этого сделать нельзя, т.к. нет свай меньшей длины и меньшего сечения, поэтому примем шаг свай а=6d=1,2м.

3.2.4.  Размещение свай в кусте и конструирование ростверка

Шаг свай по расчету - а=1,2м (принят) . Сваи располагаются в один ряд, расстояние от оси сваи до края ростверка ³ 0,2м, а т.к. ширина стены равна 51см, то ширину ростверка примем bp=3d=0.6м. Ростверк проектируем жесткий, монолитный высота ростверка hp=ho+0.25м, где величина заделки головы сваи в ростверк, принимается при жесткой заделке ho=0,3м.  Тогда hp=0,3+0.25=0,55м, примем hp=0,6м.

3.2.5.   Определение конечных деформаций основания свайного фундамента. Окончательный выбор параметров свайного фундамента.

Расчет осадок выполняется по II группе предельных состояний. Расчет по деформациям выполняем как для условного массивного ф-та на естественном основании. Границы условного ф-та:

-     сверху – уровнем планировки «а-б»;

-     снизу – поверхностью «г-в» в уровне нижних концов свай условного ф-та;

-     сбоку – вертакальными полосками «а-б» и «б-в».

Средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов:

,

где hi – глубина i-того слоя;

ji – угол внутреннего трения i-того слоя;

a=;

Ширина подошвы условного ф-та:

By=d+2ltga=0,2+2х3хtg4.6o=0.68м.

Среднее давление по подошве условного фундамента:

,

где NII – нормативная нагрузка по обрезу фундамента, кН;

Gуф – вес ростверка, свай и грунта в пределах объема условного фундамента, за вычетом объема свай, кН;

lуф, bуф – ширина и длина подошвы условного фундамента, м.

Аусл=bусл=0,68 – для ленточного ф-та – площадь подошвы;

Gуф=Gp+Gсв+Gгр=24х0,36=8,64 кН/м – 1м длины

Объем ростверка:

Vр=1х0,62=0,36 м3

Вес 1 м сваи 0,22т=2,2кН/м, сваи длиной  l=3м,

Gсв=2,2х3=6,6 кН,

Учитывая, что на 1 м длины находится 1/а=1/1,2 сваи, находим вес сваи, приходящейся на 1м длины

Gсв =кН/м.

            Вес грунта в объеме условного ф-та за вычетом объема ростверка:

Gгр=0,68(18,8х2+19,3х2)-18,8х0,36=45,1 кН/м

Gуф=8,64+5,5+45,1=59,24 кН/м

Рис 3.7. Схема условного фундамента для расчета по второй группе предельных состояний

- ниже подошвы;

 - выше подошвы, при

j=20о;

Мg=0,51;

Мg=3.06;

Мc=5.66;

кПа

<R=465,5 кПа – условие выполняется.

Выполняем расчет осадок свайного ф-та. Разбиваем на слои hi=0,4bусл=0,4х68=0,27м;

Природное давление под подошвой:

szgo=18.8х2+18,3х2=76,2 кПа;

ро=рII-szgo=303.5-76.2=227.3 rGf$

szp=a ро;

Расчет ведем в таблице 3.2.:

Расчет осадки свайного фундамента

Табл. 3.2.

            Из табл.8 видно, что при z=3.78м от подошвы ф-та

szp=25,8 кПа<0,2szg=25.8 кПа;

Осадка свайного ф-та:

S=båSi=0.81х1,5=1,2 см <Su=10см.

При расчете природного давления для третьего слоя – суглинка полутвердого, лежащего ниже уровня УГВ и ниже водоупорного слоя – суглинка твердого, определяется удельный вес грунта этого слоя с учетом действия воды:

gsbз= кН/м3;

Окончательно принимаем сваи С3-20

Рис 3.8. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно–деформируемом полупространстве

3.2.6.  Проектирование котлована

Размеры котлована в плане определяются расстояниями между наружными осями сооружения, расстояниями от этих осей до крайних уступов фундаментов, размерами дополнительных конструкций, устраиваемых около фундаментов с наружных сторон, и минимальной шириной зазора, позволяющего возводить подземные части здания, между дополнительной конструкцией и стенкой котлована (принимаем 1 м). Величину откоса стенок котлована принимаем 1:0,67.

3.3.  Технико-экономическое сравнение вариантов

При проектировании оснований и фундаментов зданий и сооружений приходится учитывать много факторов, влияющих на выбор проектного решения и разрабатывать несколько вариантов. Выполнение оценок целесообразности того или иного типа фундамента следует производить для здания (сооружения) в целом. Однако, только в рамках курсового проекта, для предварительной оценки технико-экономических показателей запроектированных фундаментов (рис 10, 11) выполняем расчеты, приведенные в табл.

Рис. 3.9. Схема фундамента на естественном основании.

Рис. 3.10. Схема свайного фундамента.

Определение технико-экономических показателей фундамента на естественном основании

 Табл. 3.3.

Определение технико-экономических показателей свайного фундамента

Табл. 3.4.

Вывод: Устройство фундамента на естественном основании для данного здания и при данных инженерно-геологических условиях представляется более рациональным, чем устройство свайного фундамента. В связи с этим предлагаем в данном здании использовать фундамент на естественном основании из сборных железобетонных фундаментов.

4.1.    Расчет ленточного ф-та под стену подвала

Рис.3.11. Схема ленточного фундамента с подвалом

Приведенная глубина заложения ф-та для зданий с подвалом:

d1=hs+hcf

;

Определяем площадь подошвы ф-та:

А/=, где

NII – нормативная нагрузка на сечении 3-3;

Rо – расчетное сопротивление грунта основания;

,

b=А/=0,45м,

Т.к. стена толщиной 0,51м, то примем b=0,6м с опиранием блоков на бетонную подготовку толщиной 10см.

Вес фундамента:

Gф=24х0,6х2,4=34,56 кН/м;

Вес грунта на обрезах:

Gгр=0;

Расчетное сопротивление грунта основания R:

,

Mr = 0,51; Mq =3,06; Mc = 5,66;

- ниже подошвы;

- выше подошвы;

Фактические напряжения под подошвой фундамента (фундамент центрально нагружен):

,

=290,7кПа

Условие  выполняется, недогруз фундамента составляет 0,3%. Следовательнопринимаем b=0.6м.

4.2.  Проверка выбранного фундамента

4.2.1   Проверка условий по подошве фундамента по оси А-А

а) давление от собственного веса грунта:

,

где g - расчетное значение удельного веса грунта;

la – коэффициент активного давления грунта;

,

где j - угол внутреннего трения 2го слоя.

б) давление от полезной нагрузки на прилегающей к подвалу территории:

,

где q - полезная нагрузка на прилегающей к подвалу территории, q = 10 кПа;

,

где

-               Проверка условия по контакту “подошва-грунт”:

4.2.2   Проверка условий по подошве фундамента по оси 3-3

,

где

-               Проверка условия по контакту “подошва-грунт”:

4.2.3   Проверка условий по подошве фундамента
от совместного действия моментов

4.3.  Определение конечных деформаций основания

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта см. Табл. 8.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента:

,

p0 = p – szg0 = 116,54 – 70,80 = 45,74

Расчет дополнительных вертикальных напряжений

                                                                                     Табл. 4.1.

Рис 13. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно–деформируемом полупространстве

,

Следовательно, фундамент запроектирован верно.

5.1.  Исходные данные

H = 2,3 м;

h = 0,5 м;

j = 22°;

e1 = 0°;

e2 = 3°;

q = 15 кПа;

b = 5°;

gст = 21

g = 19,3

с = 0,5 кПа.

5.2.  Расчет вспомогательных данных

Эквивалентная высота грунтового слоя:

Вес призмы грунта BAa1 (BAa2… BAa10):

Величины сил, действующих на стенку:

5.3.  Расчет устойчивости стенки

Коэффициент устойчивости k1:

Коэффициент устойчивости k2:

Следовательно, подпорная стена неустойчива и будет сдвигаться.

6. Список использованной литературы

1.              “Основания и фундаменты. Методические указания”, Шадунц К. Ш., Краснодар, 1998

2.              “Механика грунтов, основания и фундаменты”, Б. И. Долматов, С.-П., Стройиздат, 1988

3.              “Механика грунтов, основания и фундаменты”, C. Б. Ухов, М., АСВ, 1994

4.              “Справочник. Основания и фундаменты”, под. ред. Г. И. Швецова, М, ВШ, 1991

5.              “Технология строительного производства”, Б. Ф. Драченко, М, “Агропромиздат”, 1990