Проектирование строительства здания

Инженерно геологические условия площадки

Сбор нагрузок

Определение глубины заложения фундамента

Подбор и расчет фундамента мелкого заложения под наружную стену

Подбор и расчет фундамента мелкого заложения под внутреннюю стену

Расчет осадки фундамента под наружную и внутреннюю стену

Проектирование свайных фундаментов

Расчет осадки свайных фундаментов фундамента

Список используемой литературы

В данном курсовом проекте рассматривается кирпичное здание с наружными стенами 510 мм, внутренними 380 мм. Высота этажа 2,8 метра. Здание симметричное в плане относительно главного входа. Здание проектируется в г. Новосибирск. Глубина промерзания 2,2 метра.

В объеме курсового проекта выполнено сравнение 2-х вариантов фундаментов:

1.Фундамент мелкого заложения (сборного).

2.Свайный фундамент из висячих забивных свай с ленточным монолитным ростверком.

Это сделано для выбора наиболее экономичного варианта фундамента.

строительство фундамент осадка заложение

1. Инженерно-геологические условия площадки Площадка находится в городе Новосибирск.

Поверхность площадки слабоволнистая с незначительным уклоном на северо-восток с колебаниями отметок от +150,3 до +150,2.

Изученные геологические условия залегания литолого-генетических разновидностей грунтов представлены на разрезе.

С поверхности до глубины 11,7 м (скважина № 1), сверху вниз, прослежены:

1 Песок пылеватый влажный. Мощность 2,5 метра.

2. Суглинок бурый пластичный. Мощность 2,9 метр.

3. Песок средней плотности. Мощность 2 метра.

4. Суглинок буро-жёлтый пластичный. Мощность 3,3метра.

5. Песок буро-жёлтый средней крупности. Мощность 3 метра.

Грунтовые воды проходят на отметке +141,8. Строительство ведется по отметке +150,2.

Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

Табл.1 Гранулометрический состав грунта

В таблице 2 проводим расчет к построению интегральной кривой гранулометрического состава.

Табл. 2. Расчет к построению интегральной кривой ГМС.

Табл.3 Таблица результатов определения физических характеристик грунта

Образец 1. Грунт отобран из скважины 1 с глубины 2,0 м. Подгруппа и тип грунта:

При числе пластичности I_p = 0, грунт является песком.

Определяем коэффициент пористости

е = ,

песок средней крупности, средней плотности, т.к. 0,55?0,69?0,7

Определяем плотность грунта в сухом состоянии (плотность скелета грунта).

с_d = с_d = (г/см³)

Пористость грунта

n = n =

Степень влажности

S_R = ,

песок влажный, т.к. 0,5? 0,76 ?0,8

Определение плотности грунта во взвешенном состоянии.

Определение влажности замоченного грунта до постоянной степени влажности.

Образец 2. Грунт отобран из скважины 1 с глубины 4,3 м. Подгруппа и тип грунта: При числе пластичности I_p = W_L — W_р = 33−19=14=0.14; грунт относится к cуглинку.

Разновидность суглинков: Консистенцию грунта определяем по показателю текучести

I_L = ,

суглинок тугопластичный, т.к.0,25<0,36 ?0,5.

Коэффициент пористости

е =

Определяем плотность грунта в сухом состоянии.

с_d = с_d = (г/см³)

Пористость грунта

n = n =

Рассматриваемый грунт — суглинок тугопластичный.

Образец 3. Грунт отобран из скважины 2 с глубины 6 м. Подгруппа и тип грунта: При числе пластичности I_p = W_L — W_р =0,5−0,2=0,30,17 грунт является глиной.

Разновидность глины: Консистенцию грунта определяем по показателю текучести

I_L =

Глина тугопластичная.

Коэффициент пористости

е =

Определение плотности грунта в сухом состоянии.

с_d = с_d = (г/см³)

Пористость грунта

n = n =

Образец 4. Грунт отобран из скважины 2 с глубины 7,2 м. Подгруппа и тип грунта: При числе пластичности I_p = W_т — W_р = 0=0; грунт относится к пескам. Определяем коэффициент пористости

е =

Определяем плотность грунта в сухом состоянии.

с_d = с_d = (г/см³)

Пористость грунта

n = n =

Степень влажности

S =

Песок насыщенный водой.

Образец 5. Грунт отобран из скважины 3 с глубины 9,5 м. Подгруппа и тип грунта: При числе пластичности I_p = W_L — W_р =0,39−0,23=0,16 грунт является суглинком.

Разновидность глины: Консистенцию грунта определяем по показателю текучести

I_L =

Суглинок тугопластичный.

Коэффициент пористости

е =

Определение плотности грунта в сухом состоянии.

с_d = с_d = (г/см³)

Пористость грунта

n = n =

На основе расчета заполняем таблицу.

Таблица 4

2. Сбор нагрузок

Сбор нагрузок выполняем в соответствии с требованиями СП 20.13 330.2011

" Нагрузки и воздействия". Для расчета фундаментов по деформациям коэффициент надежности по нагрузке y_f =1.

Сбор нагрузки на фундамент ось 1 между осями В и Г l=3,75, h=2,6.

Стенакирпичная кладка толщиной 510 мм.

Таблица 5

Грузовая площадь Sгр=3,75×2,6=9,75 м²

Возможность неодновременного загружения всех 14-ти этажей временной нагрузкой учитываем, вводя понижающий коэффициент, вычисленный по формуле (1.29) [1]:

_n1 = 0,3+0,6 / 14−1 = 0,52

Суммарная нагрузка с учётом коэффициента надёжности по назначению сооружения _n = 0,95 и коэффициентов сочетаний для длительно действующих нагрузок ₁ = 0,95, кратковременно действующих — ₂ = 0,9 составит:

N = (0,95 (3,437+3,3)+(0,95(0,55+0,073+0,47+ 3,3+15,4(0,51(3,75×2,6−1,3*1,5*2)/9,75)) 14 + 0,95(1,5614+0,7) + 0,9*0,7*0,704*14+0,95(3,3+0,04+

+0,26+0,156+0,47+0,26+0,086)) 9,75= 3782,3 (кН).

Сбор нагрузки на фундамент на ось 3 между осями между осями В и Г.

Стена несущая кирпичная внутренняя толщиной 380 мм. Сбор нагрузок проводится аналогично как и на ось 1 только изменяем толщину стены.

Грузовая площадь Sгр=4,2×2,6=10,92 м^2. Суммарная нагрузка с учётом коэффициента надёжности по назначению сооружения _n = 0,95 и коэффициентов сочетаний для длительно действующих нагрузок ₁ = 0,95, кратковременно действующих — ₂ = 0,9 составит:

N =(0,95 (3,437+3,3)+(0,95(0,55+0,073+0,47+ 3,3+15,4(0,38(4,2×2,6−2,2*2)/10,92)) 14 + 0,95(1,5614+0,7) + 0,9*0,7*0,704*14+ +0,95(3,3+0,04+0,26+0,156+0,47+0,26+0,086)) 10,92= 4094,64 (кН)

3. Определение глубины заложения фундамента Глубина заложения фундамента, исходя из условий сезонного промерзания, определяется по формуле:

ГЗФ=d_f +0.5 … 0.8 м где d_f— расчётная глубина промерзания грунтов

d_f=d_fn* к_n, где d_fn=2,2 м — нормативная глубина промерзания грунтов к_n=— коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, зависит от отношения подошвы фундамента и ширины несущей стены и от назначения здания. Определяется по таблице в зависимости от коэффициента a_f. Принимаем предварительно ширину подошвы фундамента =1.4м при толщине наружной стены 0,51 м тогда a_f=(1,4−0,51)/2=0,445<5 тогда коэффициент k_п =0,44.

d_f=0.44*2,2=1 метра ГЗФ=1+0.8=1,8 метра По конструктивным особенностям здания глубина заложения фундамента равна:

по оси 1 ГЗФ=1,8 метра?8 метраглубина УГВ по оси 3 ГЗФ=1,8 метра?8 метраглубина УГВ Принимаем глубину заложения фундаментов исходя из конструктивных особенностей здания Рис. 1 Конструктивный разрез здания.

4. Подбор и расчет фундамента мелкого заложения под наружную стену Определим глубину подвала от нулевой отметки до основания (рис. 1.)

d=0,1+0,1+0,3+2,8=3,3 м.

Исходные данные:

— ширина подошвы фундамента b=1.4м

— глубина подвала d=3,3 м

— длина всего здания l=27,7 м

— ширина всего здания h=18,0 м Грунт основания — песок средней крупности, влажный:

— коэффициент пористости е=0,69,

— плотность с_{естеств}=1900кг/м³,

— угол внутреннего трения _ll=35⁰,

— удельное сцепление С_ll=0,001

находим: M_г=1,68; M_q=7,71; M_c=9,58.

В зависимости от отношения длины здания к его ширине определяем коэффициент г_с1 и г_с2. L/H=27,7/18=1,5 по таблице 1,4 определяем г_с1=1,4 и г_с2=1,4, k=1.

Определяем удельный вес грунта несущего слоя в пределах 4 метров Удельный вес грунта выше подошвы фундамента

Найдем расчетное сопротивление грунта основания по формуле:

где определяется как Определение основных размеров и конструкций ленточного сборного фундамента.

Исходные данные:

Нагрузка от конструкций приходящаяся на 1 метр основания из расчета длины стены между осями -2,6 метров.

N=3782,3/2,6=1,45MH/м Определяем вес конструкций приходящихся на 1 метр основания:

Подбираем ФЛ-24.12 с характеристиками b=2,4, l=1,18 м., М=1758кг.

Определяем вес конструкций приходящихся на 1 метр основания:

Вес от подушки фундамента приходящаяся на 1 метр:

Вес грунта на одном срезе фундамента:

Расчетное сопротивление грунта основания:

Полная нагрузка, условие соблюдается.

5. Подбор и расчет фундамента мелкого заложения под внутреннюю стену Определение основных размеров и конструкций ленточного сборного фундамента.

Исходные данные:

Нагрузка от конструкций приходящаяся на 1 метр основания из расчета длины стены между осями -2,6 метров.

N=4094,64 /2,6=1,5MH/м

Определяем вес конструкций приходящихся на 1 метр основания:

Подбираем ФЛ-24.12 с характеристиками b=2,4, l=1,18 м., М=1758кг.

Определяем вес конструкций приходящихся на 1 метр основания:

Вес от подушки фундамента приходящаяся на 1 метр:

Вес грунта на одном срезе фундамента:

Расчетное сопротивление грунта основания:

Полная нагрузка, условие соблюдается.

6. Расчет осадки фундамента под нуружную и внутреннюю стену Расчет будем производить методом упругого полупространства с послойным суммированием.

Осадка фундамента по оси 1.

Ширина фундамента 2,4 метра. Среднее давление под подошвой фундамента Р=0,620 МПа., d=1.5м.

Плотность первого слоя г₁=0,019МНм³

Плотность второго слоя г₁=0,0132МНм³

Плотность третьего слоя г₁=0,0187МНм³

Плотность 4-го слоя г₁=0,0187МНм³

Плотность 5-го слоя г₁=0,0193МНм³

Определяем давление по формуле

— плотность i-го слоя, — мощность i-го слоя.

Природное давление на уровне поверхности земли у_zg^o=0 МПа; 0.2*у_zg^o =0 МПа Природное давление на контакте 1 и 2 слоев у_zg1=0,02*2,0=0,04 МПа; 0.2*у_zg1 =0,008 МПа Природное давление на контакте 2 и 3 слоев у_zg2=0,008+0,0132*4,3=0,065 МПа; 0.2*у_zg2 =0,0130 МПа Природное давление на контакте 3 и 4 слоев у_zg3=0,065+0,0187*6=0,177МПа; 0.2*у_zg3 =0,035 МПа Природное давление на контакте 4 и 5 слоев у_zg4=0,177+0,187*7,2=1,52 МПа; 0.2*у_zg4 =0,3 кПа Дополнительное давление на основание по подошве фундамента:

Р₀=Ру_zg^o =0,620−0,04=0,58 кПа Строим эпюру природного давления под фундаментом по формуле:

у_zgn=г₁*h₁+г₂*h₂+ …+ г_n*h_n ,

где г_1, г_2, г_n -удельные веса вышележащих слоев грунта

h_1, h_2, h_n — мощности вышележащих слоев грунта.

Для определения нижней границы сжимаемой толщи строим вспомогательную эпюру 0.2*у_zg

Эпюру дополнительного давления на грунт строим по формуле у_zр=б*Ро, б — коэффициент рассеивания напряжения, зависящий от вида нагружения.

Вычисление у_zр ведём в табличной форме, разбивая толщу грунтов на слои. Величина h_i должна быть не более 0.4В=0.4*0,5=0,2 м, и в пределах h_i =0,4b

0.2<0,4*1,6=0,64., принимаем h_i =0,4 м Грунт в слое должен быть однородным.

Определяем осадку фундамента по формуле

S=вУ[у_zрi+у_zр(i+1)]*h_i/2*Е_i,

Где h_i -толщина рассматриваемого слоя в=0.8-безразмерный коэффициент (относительный коэффициент сжимаемости)

Таблица 7

Определяем осадку грунта основания:

Величина предельно допустимой осадки по табл. Д. 1. приложения Д, СП 24.13 330.2011 «Свайные фундаменты» для данного здания: = 18 см. В рассматриваемом случае S = 2,2 см < S_u = 18 см, следовательно, основное условие расчета по второй группе предельных состояний удовлетворяется.

7. Проектирование свайных фундаментов Свайный фундамент проектируем с висячими сваями. Свайный фундамент проектируем из свай железобетонных сплошного сечения длиной 8 метров, размерами сечения 300×300 мм.

Определяем несущую способность сваи.

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи для глубины Z=8,25 метра, R=2,57 МПа. По таблице 11.1 (1).

Толщину грунта, прорезаемого сваей, разбиваем на слои не более 2 метров.

Определим сопротивление грунта по боковой поверхности сваи по таблице IV (2), прил. IV в зависимости от I_L, и от глубины слоя Z_i -берется от поверхности до центра тяжести слоя.

Z₁ = 1,5 м f₁ =0,0145МПа

Z₂ = 3,3 м f₁ =0,0256МПа

Z₃ = 5,1 м f₁ =0,0561МПа

Z₃ = 6,8 м f₁ =0,043МПа Определяем коэффициент условий работы:

г_с =1 — коэффициент условий работы сваи.

г_сR =1 — коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи.

г_сf =1 — коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи.

Несущая способность сваи определяется по формуле:

F_d = г_с*(г_сR R*A+ u *У г_сf * f_i h_i) ,

где А=0,3*0,3=0,09 м²-площадь поперечного сечения сваи;

u=0,3*4=1,2 м — периметр поперечного сечения сваи.

F_d =1(1*2,57*0,1225+1,6*1*(1*0,0145+1,6*0,0256+2*0,0562)=0,564МПа.

Расчётная нагрузка на сваю

N= F_d / г_k

где г_k=1.4- коэффициент надежности

N=0,564/1,4=0,403 кН.

Нагрузка на фундамент N= 0,54 МН./м. Принимаем ростверкБетон марки Б25 R_bt=1,05МПа. Глубина расположения подошвы ростверка 1.5м.

Требуемое количество свай находим по формуле …(6.2)

1.4*0,54/[0,564 -1,15*1,4² *1,5*0,02]=1,52 шт./м., принимаем n=2 шт/м.

0,02- осредненное значение веса грунта и ростверка.

Находим расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи в соответствии с конструктивными требованиями или назначаем

l_p = 0,3×35 + 5 = 15,5 см Принимаем l_p = 155 мм.

Принимаем двухрядное расположение свай.

Ширина ростверка b=2d+0,9+2 l_p =1,05 м.

Найдём толщину ростверка:

h_р = - = 0,18 (м) По конструктивным соображениям высота ростверка должна быть не менее: h_р = 0,05 + 0,25 = 0,3 (м), что больше полученной в результате расчёта на продавливание. Следовательно, окончательно принимаем высоту ростверка 0,3 м.

Уточняем нагрузку, приходящуюся на каждую сваю, и проверяем условие Вес ростверка _б=25 кН./м³ G_f=1,1*0.035*0,3*2,06*1,4=0,033 МН/м.

Вес грунта на обрезе фундамента G_g =1,15*0,018*0,73*1,2*1=0,018 МН/м

G_с=1,1*((3*1960*10/2,38)+(480*10*1,18))=0,032 МН/м

N=[0,54+0,033+0,018+0,032]/2 =0,3115 кН.

0,3115<0,403 Условие выполнено.

Проверяем несущую способность грунта основания.

Ширина условного фундамента: b_y = a + 0,35 +

В_у=1,4+0,35+2*8,25*tg28.3 є=10.63м

Вес двух свай С_с=2*(8*350*10+60*10)=0,0492МН Вес грунта в объеме АБВГ: С_g=0.018*1.2*(10.63−0.6)*½+0.02*10.63*1*1+1*10.63*0,0199*1+0.01*0.6*10.63*1+0.0098*10.63*2*1+0.011*10.63*3.4*1=0.989МН (определяется по разрезу фундамента) Вес ростверка и четырех стеновых блоков по второй группе предельных состояний:

С_рII=0,035*0,3*1*2,06=0,0216МН С_сII=3*0,0196*½, 38+0,492*1/1,18=0,0289МН Давление под подушкой условного фундамента Р=(0,54+0,0492+0,989+0,0216+0,0289+0,153)/10,63=0,153МПа Определяем несущую способность слоя на который опирается условный фундамент:

Для песка мелкого на который опирается подошва условного фундамента при ц = 34°; С = 0,003 МПа; M_г = 1,55; M_q = 7,22; M_c = 9,22;

г_II^I = 0,018 кН/м³.

Приведенная глубина заложения подошвы условного фундамента от отметки пола d₁ = 1+0,1*0,022/0,0188=1,117 м d_b =1,5−0,5=1м г_с1 = 1,2, г_с2 = 1,1 для отношения L/H=40/38,2=1,05

k = 1, т.к. прочностные характеристики определены по СНиП K_z = 1 т.к. b > 10 м; b = 10,63 м Определяем расчетное сопротивление грунта основания несущего слоя под подошвой условного фундамента

=0,63МПа Основное требование расчета по второй группе предельных состояний выполняется, т.к. P? R :0,153МПа < 0,63МПа

8. Определение осадки свайных фундаментов Осадку свайных фундаментов определяем методом послойного суммирования.

Ширина фундамента (условного) b=10,63 м.

Среднее давление на основание под подошвой фундамента Р₀=Ру_zg^o= 0,153-(0,112+0,011*3,4)=0,153−0,1494=0,0036 МПа.

Эпюру дополнительного давления на грунт строим по формуле у_zр =б* Р₀

Чтобы избежать интерполяции зададимся соотношением = 0,4, тогда высота элементарного слоя грунта будет:

h_i = 0,410,63 / 2 = 2,126 (м), h_i <0,4b=10,63*0,4=4,252

Примем h=2,126 м Определяем давление по формуле

— плотность i-го слоя, — мощность i-го слоя.

Природное давление на уровне поверхности земли у_zg^o=0 МПа; 0.2*у_zg^o =0 МПа Природное давление на контакте 1 и 2 слоев у_zg1=0,02*2,5=0,05 МПа; 0.2*у_zg1 =0,01 МПа Природное давление на контакте 2 и 3 слоев у_zg2=0,05+0,01*1,6=0,066 МПа; 0.2*у_zg2 =0,0132 МПа Природное давление на контакте 3 и 4 слоев у_zg3=0,066+0,098*2=0,0856 МПа; 0.2*у_zg3 =0,1 712 МПа Природное давление на контакте 4 и 5 слоев у_zg4=0,0856+0,011*3,4=0,112 МПа; 0.2*у_zg4 =0,0224 кПа у_zgn=г₁*h₁+г₂*h₂+ …+ г_n*h_n ,

где г_1, г_2, г_n -удельные веса вышележащих слоев грунта

h_1, h_2, h_n — мощности вышележащих слоев грунта.

Определяем осадку фундамента по формуле

S=вУ[у_zрi+у_zр(i+1)]*h_i/2*Е_i,

Где h_i -толщина рассматриваемого слоя в=0.8-безразмерный коэффициент Таблица 9

Определяем осадку грунта основания:

Полная осадка фундамента Величина предельно допустимой осадки по табл. Д. 1. приложения Д, СП 24.13 330.2011 «Свайные фундаменты» для данного здания: = 18 см. В рассматриваемом случае S = 1 см < S_u = 18 см, следовательно, основное условие расчета по второй группе предельных состояний удовлетворяется.

1. Ухов С. Б. Механика грунтов, основания и фундаменты — Учебник М.:1994г.

2. Основания, фундаменты и подземные сооружения: Справочник проектировщика. Под ред. Сорочана Е. А., Трофименкова ЮГ/ М.:1985г.

3. СП 24.13 330.2011 «Свайные фундаменты»

4. СП 20.13 330.2011 «Нагрузки и воздействия» .