Расчет осадки свайного фундамента

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

«Расчет оснований и фундаментов здания котельной»

 

Выполнил:

 

 

Проверил:

 

Уфа – 20 г.

РЕФЕРАТ

 

Курсовой проект ____с., ____рис., ____табл., ____источников.

 

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ; ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ; РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОСНОВАНИЯ; ФУНДАМЕНТЫМЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ; СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ; ДЕФОРМАЦИЯ ОСНОВАНИЯ; ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.

 

Объектом курсового проекта является расчет оснований и фундаментов здания котельной.

В результате работы над проектом установлены физико-механические характеристики грунтов и дано их наименование, определено расчетное сопротивление основания, выполнены расчеты фундаментов мелкого заложения и свайных.

На основе технико-экономического сравнения вариантов фундаментов в качестве наиболее рационального принят свайный фундамент.

 

 

Содержание

 

	Задание на курсовое проектирование_________________________________	___
	Анализ конструктивных особенностей здания и характера нагрузок на основание________________________________________________________	___
	Состав грунтов, анализ инженерно-геологических условий и оценка расчетного сопротивления грунтов___________________________________	___
	Выбор возможный технических решений фундаментов_________________	___
	Расчет фундаментов мелкого заложения______________________________	___
	Расчет свайных фундаментов_______________________________________	___
	Технико-экономическое обоснование вариантов фундаментов___________	___
	Библиографический список_________________________________________	___

 

1 ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

Ф.И.О. студента:

Вариант: 42(1)

Здание: котельная

Место строительства: г. Екатеринбург

Номер инженерно-геологического разреза: 2

Номер пробы грунта	Удельный вес грунта γ, кН/м3	Удельный вес частиц γS, кН/м3	Влажность	Коэф. фильтра-ции Кф,см/с	Удельное сцепление С, кПа (кгс/см2)	Угол внутреннего трения φ,град	Модуль деформа-ции Е,МПа (кгс/см2)
природная ω	на границе пластичности ωP	на границе текучести ωL
	18,2	27,1	0,40	0,28	0,46	2*10-8
	18,6	26,6	0,40	0,31	0,45	1*10-8
	19,2	26,5	0,18	-	-	3,5*10-2	-

Лист

Физико-механические характеристики слоев грунта:

 

Номер пробы грунта	Размер частиц d, мм
> 2,0	0,5…2,0	0,25…0,5	0,1…0,25	> 0,1
	5,1	21,2	31,4	27,8	14,5

 

Отметка поверхности природного рельефа: +10,500м

УПВ: +7,500м

Варианты нагружения:

Номер фундамента	N, МН	М, МН*м	Q, МН
	0,58	-0,29	-0,01
	0,59	0,3	0,01
	0,84	-	-
	2,60	-	-

 

 

Задание получено ____ ________________ 20 г.

 

Профессор ____________________

2 АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЗДАНИЯ И ХАРАКТЕРА НАГРУЗОК НА ОСНОВАНИЕ

 

Лист

Котельная представляет собой одноэтажное промышленное бескрановое здание с полным каркасом. Подвал в здании отсутствует, но под частью здания имеется техническое подполье в виде траншеи под коммуникации. Высота здания 16м, размеры в плане 18х36м. Колонны крайнего ряда имеют размер в плане 600х400мм, внутренние колонны и колонны фахверка – 400х400мм, оборудование – 6000х3000мм.

Каркас здания, кроме полезной, несет еще ветровую и снеговую нагрузку, поэтому фундаменты №1 и №2 воспринимают еще моментые усилия и поперечную силу.

 

 

3 СОСТАВ ГРУНТОВ, АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ И ОЦЕНКА РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТОВ

 

Глубина промерзания в г. Екатеринбург = 190см, УПВ на отметке 0,6м ниже глубины промерзания.

ИГЭ №2:

Полное наименование грунта: глина мягкопластичная с коэффициентом пористости е=0,94, R₀=194 кПа.

ИГЭ №9:

Полное наименование грунта: суглинок мягкопластичный с коэффициентом пористости е=1, R₀=136 кПа.

ИГЭ №13:

Номер пробы грунта	Размер частиц d, мм
> 2,0	0,5…2,0	0,25…0,5	0,1…0,25	> 0,1
	5,1	21,2	31,4	27,8	14,5

Частицы >0,25мм в количестве >50%, следовательно, это песок средней крупности.

Лист

- грунт неоднородный

Полное наименование грунта: песок средней крупности, плотный, неоднородный, влажный, R₀=400 кПа.

Лист

Рисунок 1. Эпюра расчетных сопротивлений грунтов.

 

Таблица 1. Сводная ведомость показателей физико–механических свойств грунтов

Параметры и характеристики	Слои грунта
1 Мощность h, м			Не вскрыт
2 Естественная влажность w	0,40	0,40	0,18
3. Удельный вес γ	18,2	18,6	19,2
4. Удельный вес частиц γS	27,1	26,6	26,5
5. Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды γSB	8,81	8,3	10,14
6. Коэффициент пористости e	0,94		0,63
7. Степень влажности Sr	1,15	1,06	0,757
8. Влажность на границе текучести wL	0,46	0,45	-
9. Влажность на границе раскатывания wP	0,28	0,31	-
10. Число пластичности IP	0,18	0,14	-
11. Показатель текучести IL	0,67	0,64	-
12. Удельное сцепление c, КПа			-
13. Угол внутреннего трения φ, гр
14. Модуль деформации E, МПа
15. Коэффициент фильтрации, см/с	2*10-8	1*10-8	3,5*10-2
16. Полное наименование грунта	глина мягкопластичная	суглинок мягкопластичный	песок средней крупности
17. Условное расчетное сопротив-ление R0,КПа

 

 

Лист

4 ВЫБОР ВОЗМОЖНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ФУНДАМЕНТОВ

 

Отличительной особенностью проектирования фундаментов является вариантность. Для типового здания не существует типового фундамента. При выборе того или иного фундамента необходимо учитывать совместную работу основания, фундамента и надземных несущих конструкций здания, инженерно-геологические, гидрогеологические, климатические условия строительной площадки, чувствительность несущих конструкций здания к неравномерным осадкам, крену и другие особенности здания, методы выполнения работ по устройству фундаментов, возможности строительной организации и ряд других факторов. Все это приводит к необходимости разработки нескольких вариантов фундаментов. Наиболее оптимальный из них определяется путем технико-экономического сравнения вариантов.

Проектирование оснований и фундаментов выполняется с учетом следующих положений:

­ обеспечение прочности и эксплуатационных требований зданий;

­ максимального использования прочностных и деформационных свойств грунта;

­ максимального использования прочности материала фундамента;

­ достижение минимальной стоимости, материалоемкости и трудоемкости.

В данном курсовом проекте рассмотрены и запроектированы два варианта фундамента: фундамент мелкого заложения и свайный фундамент.

 

Лист

5 РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

 

Определение глубины заложения фундамента.

Глубина заложения фундаментов d₁ принимается с учетом множества факторов, в том числе конструктивных особенностей проектируемого здания и глубины сезонного промерзания грунтов.

Расчетная глубина промерзания грунтов d_f=k_h*d_fn

d_fn – нормативная глубина промерзания грунта = 190см по карте климатологии [1];

k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимаемый равным 0,5 по табл.1 [2].

d_f=190*0,5=0,95см.

Но исходя из конструктивных особенностей здания глубина заложения не может быть меньше 2,8м, поэтому принимаем d₁=2,8м.

Проверка возможности пучения грунта: d_w-d_f=2,5-0,95=1,55 – грунт может испытывать морозное пучение.

Принимаем монолитный железобетонный фундамент высотой 3м по серии 1.412 [6]. Отметка подошвы получается суммой: расстояние от планировочной отметки до обреза фундамент (150мм) и высота фундамента (3000мм). Получаем FL=-3,150

Рисунок 2. Схема определения глубины заложения фундамента

 

Рисунок 3.

Лист

Расчетная схема фундамента мелкого заложения.

=1,1 =1,0

Фундамент №1

N=580кН, M=290кН*м, Q=10кН

1. R₀=136кПа

2. Вычисляем предварительную площадь фундамента:

;

 

N - вертикальная составляющая внешних сил,

R₀ - расчетное сопротивление грунта,

γ_ср - усредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах,

d₁ - глубина заложения.

Принимаем фундамент ФА a x b=3,3х2,4=7,92м². V_бет=6,76м³

Лист

3.

4. R₀=136кПа; R=172кПа

5. Окончательно принимаем a x b=3,3х2,4=7,92м². V_бет=6,76м³

6. Проверка – определяем давление под подошвой фундамента

7. кН

P_max=202< 1.2*R=206 кН – условие выполняется

P_min=68>0 – условие выполняется

Рисунок 4. Фундамент мелкого заложения №1 ФБ 43-48

Фундамент №2

N=590кН, M=300кН*м, Q=10кН

1. R₀=136кПа

2. Вычисляем предварительную площадь фундамента:

;

N - вертикальная составляющая внешних сил,

R₀ - расчетное сопротивление грунта,

γ_ср - усредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах,

d₁ - глубина заложения.

Принимаем фундамент ФА a x b=3,3х2,4=7,92м². V_бет=6,76м³

Лист

3.

4. R₀=136кПа; R=172кПа

5. Окончательно принимаем a x b=3,3х2,4=7,92м². V_бет=6,76м³

6. Проверка – определяем давление под подошвой фундамента

7. кН

P_max=205< 1.2*R=206 кН – условие выполняется

P_min=67>0 – условие выполняется

Рисунок 5. Фундамент мелкого заложения №2 ФБ 43-48

Фундамент №3

N=840кН, M=0, Q=0.

1. R₀=136кПа

2. Вычисляем предварительную площадь фундамента:

;

N - вертикальная составляющая внешних сил,

R₀ - расчетное сопротивление грунта,

γ_ср - усредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах,

d₁ - глубина заложения.

Принимаем фундамент ФА a x b=3,3х2,4=7,92м². V_бет=6,76м³

Лист

3.

4. R₀=136кПа; R=172кПа

5. Окончательно принимаем a x b=3,3х2,4=7,92м². V_бет=5,04м³

6. Проверка – определяем давление под подошвой фундамента

Рисунок 6. Фундамент мелкого заложения №3 ФА 61-66

Фундамент №4

N=2600кН, M=0, Q=0.

1. R₀=136кПа

2. Вычисляем предварительную площадь фундамента:

;

N - вертикальная составляющая внешних сил,

R₀ - расчетное сопротивление грунта,

γ_ср - усредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах,

d₁ - глубина заложения.

Рассмотрим возможность устройства фундамента по размеру оборудования 3х6=18м².

Лист

3.

4. R₀=136кПа; R=174кПа

5. Окончательно принимаем a x b=3х6=18м². V_бет=34м³

6. Проверка – определяем давление под подошвой фундамента

-условие не выполняется.

2.Принимаем фундамент 3,6х6,6=23,76м².

Лист

3.

4. R₀=174кПа; R=177кПа

5. Окончательно принимаем a x b=3,6х6,6=18м². V_бет=35,73м³

6. Проверка – определяем давление под подошвой фундамента

Рисунок 7. Фундамент мелкого заложения №4

Расчет осадок фундаментов мелкого заложения (фундамент №3) p_cp=168 кПа

Лист

Рисунок 8. Схема к расчету осадок с использованием расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемого слоя

 

Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:

β – безразмерный коэффициент, равный 0,8 по п.8 прил.2 [2];

s_zp,i – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i -м слое грунта;

, α по табл.1 [2].

h_i и Е_i – соответственно толщина и модуль деформации i- го слоя грунта;

n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Природное давление определяется под подошвой фундамента, на границе слоев грунтов и на уровне грунтовых вод по формуле:

s_zg = ∑γ_ih_i, где γ_i и h_i - удельный вес и толщина i-го слоя.

Толщина слоя назначается из условия h_i≤ 0,4b, или на границе слоев. Тогда h_i =0,4*2,4=0,96 м. Расчеты сведем в таблицу.

 

Таблица 2. Расчет осадки фундамента №3

Z,м	ξ=2z/b	α	σzp, кПа	σzp,i кПа	σzg кПа	0,2σzg, кПа	hi, м	E0, МПа	Si, см
			116,90		51,10	10,22
104,64	0,96		1,46
0,96	0,8	0,848	92,37	59,07	11,81
73,04	0,96		1,02
1,92	1,6	0,532	53,71	67,04	13,41
41,97	0,96		0,57
2,88	2,4	0,325	30,22	75,00	15,00
24,04	0,96		0,34
3,84	3,2	0,210	17,86	82,97	16,59
15,94	0,48		0,11
4,32	3,6	0,173	14,02	86,95	14,47
12,45	0,53		0,10
4,85	4,04	0,142	10,88	91,36	18,27
			Σ=3,6

 

По приложению 4 [2] S_u для многоэтажных зданий с полным железобетонным каркасом равно 8см

S = 3,6см < Su =8,0см - условие выполняется, следовательно рассчитанный фундамент может быть использован при возведении сооружения.

 

 

6

Лист

РАСЧЕТ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

 

Расчет несущей способности сваи производят согласно СНиП 2.02.03-85

Несущая способность одной висячей сваи (расчет по грунту):

где: g_c - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый g_c = 1,

R ‑ расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа (тс/м²),

принимаемое по табл.1 [2],

A - площадь опирания на грунт сваи, м²,

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой

поверхности сваи, кПа (тс/м²), принимаемое по табл.2 [3];

h_i - толщина 1-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью

сваи, м;

g_cR g_c - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл. 3 [3].

 

Фундамент №1

N=580кН, M=290кН*м, Q=10кН

Рисунок 9. Схема к расчету свайного фундамента №1

Принимаем сваю С7-30, длина сваи 7 метра, глубина погружения сваи 8,4 м.

А=0,3*0,3=0.09м²

U=4*0,3=1,2м

Расчетное сопротивление под нижним концом свай принимаем по таблице 1 [3] – R=3840кПа на глубине 8,4м песок средней крупности.

Расчеты сведем в таблицу

 

 

Таблица 3. Расчет свайного фундамента №1

z, м	IL	fi, кПа	hi, м
1,825	0,67	7,9	0,35
3,0	0,64	11,6	2,00
5,0	0,64	14,2	2,00
7,0	0,64	14,8	2,00
8,2	-	62,3	0,40

F_d=1[1*3840*0,09+1,2*1(7,9*0,35+11,6*2+14,2*2+14,8*2+62,3*0,4)]=476,26кН

F= F_d/1,4=476,26/1,4=340,19кН

n=N/F*1.2=580*1,2/340,19=2 сваи

Из конструктивных особенностей принимаем 4 сваи в ростверке, длиной 7м.

 

 

Рисунок 10. Ростверк фундамента ФС-1

 

Фундамент №2

N=590кН, M=-300кН*м, Q=-10кН

Рисунок 11. Схема к расчету свайного фундамента №2

Лист

Принимаем сваю С7-30, длина сваи 7 метра, глубина погружения сваи 8,4 м.

А=0,3*0,3=0.09м²

U=4*0,3=1,2м

Расчетное сопротивление под нижним концом свай принимаем по таблице 1 [3] – R=3840кПа на глубине 8,4м песок средней крупности.

Расчеты сведем в таблицу

 

Таблица 4. Расчет свайного фундамента №2

z, м	IL	fi, кПа	hi, м
1,825	0,67	7,9	0,35
3,0	0,64	11,6	2,00
5,0	0,64	14,2	2,00
7,0	0,64	14,8	2,00
8,2	-	62,3	0,40

 

F_d=1[1*3840*0,09+1,2*1(7,9*0,35+11,6*2+14,2*2+14,8*2+62,3*0,4)]=476,26кН

F= F_d/1,4=476,26/1,4=340,19кН

n=N/F*1.2=590*1,2/340,19=2 сваи

Из конструктивных особенностей принимаем 4 сваи в ростверке, длиной 7м.

 

 

Рисунок 12. Ростверк фундамента ФС-2

 

 

Фундамент №3

N=840кН, M=0, Q=0

Рисунок 13. Схема к расчету свайного фундамента №3

Принимаем сваю С7-30, длина сваи 7 метра, глубина погружения сваи 8,4 м.

А=0,3*0,3=0.09м²

U=4*0,3=1,2м

Расчетное сопротивление под нижним концом свай принимаем по таблице 1 [3] – R=3840кПа на глубине 8,4м песок средней крупности.

Расчеты сведем в таблицу

 

Таблица 5. Расчет свайного фундамента №3

z, м	IL	fi, кПа	hi, м
1,825	0,67	7,9	0,35
3,0	0,64	11,6	2,00
5,0	0,64	14,2	2,00
7,0	0,64	14,8	2,00
8,2	-	62,3	0,40

 

F_d=1[1*3840*0,09+1,2*1(7,9*0,35+11,6*2+14,2*2+14,8*2+62,3*0,4)]=476,26кН

F= F_d/1,4=476,26/1,4=340,19кН

n=N/F=590/340,19=2 сваи

Из конструктивных особенностей принимаем 4 сваи в ростверке, длиной 7м.

 

P_ср=N/n=840/4=210кН<340,19кН

 

Поделиться: