Расчет и проектирование оснований и фундаментов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Самарская Государственная АрхитектурноСтроительная Академия Белебеевский Филиал

Кафедра: Инженерная геология, основания и фундаменты

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту

Тема: РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ Белебей 2002

Введение

Задание на проектирование

1. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

1.1. Построение ситуационного плана и инженерно геологического разреза

1.2. Определение производных и классификационных характеристик грунтов

1.3. Строительная классификация грунтов

1.4. Определение нормативных значений показателей, характеризующих механические свойства грунтов

1.5. Определение условного значения сопротивления грунтов основания

1.6. Составление сводной ведомости нормативных значений физико механических характеристик грунтовых свойств

1.7. Определение расчетных значений физико-механических характеристик грунта

2. Сбор нагрузок в характерных сечениях

2.1. Общие положения

2.2. Определение расчетных значений нагрузок

3. Расчет фундаментов мелкого заложения на естественном основании по предельным состояниям

3.1. Расчет столбчатого центрально-нагруженного фундамента

3.1.1. Выбор глубины заложения подошвы фундамента

3.1.2. Подбор площади подошвы фундамента

3.1.3. Расчет осадки основания фундамента

3.1.4. Расчет осадки фундамента во времени

3.1.5. Расчет тела фундамента по несущей способности

3.2. Расчет столбчатого внецентренно-нагруженного фундамента

3.2.1. Выбор глубины заложения подошвы фундамента

3.2.2. Подбор площади подошвы фундамента

3.2.3. Определение крена фундамента

3.2.4. Расчет основания по несущей способности

3.3. Расчет ленточного центрально-нагруженного фундамента под внутреннюю стену в подвальной части здания

3.3.1. Выбор глубины заложения подошвы фундамента

3.3.2. Подбор площади подошвы фундамента

3.3.3. Расчет осадки основания фундамента

3.3.4. Расчет осадки фундамента во времени

3.3.5. Расчет тела фундамента по несущей способности

3.4. Расчет ленточного внецентренно-нагруженного фундамента под наружную стену в подвальной части здания

3.4.1. Выбор глубины заложения подошвы фундамента

3.4.2. Подбор площади подошвы фундамента

3.4.3. Расчет основания по несущей способности

3.5. Расчет ленточного центрально-нагруженного фундамента под внутреннюю стену в бесподвальной части здания

3.5.1. Выбор глубины заложения подошвы фундамента

3.5.2. Подбор площади подошвы фундамента

3.6. Расчет ленточного внецентренно-нагруженного фундамента под наружную стену в бесподвальной части здания

3.6.1. Выбор глубины заложения подошвы фундамента

3.6.2. Подбор площади подошвы фундамента

4. Расчет свайных фундаментов по предельным состояниям

4.1. Общие сведения

4.2. Расчет кустового свайного фундамента под центрально-нагруженную колонну

4.2.1. Подбор свай

4.2.2. Расчет осадки основания фундамента

4.3. Расчет кустового свайного фундамента под внецентренно-нагруженную колонну

4.3.1. Подбор свай

4.4. Расчет ленточного свайного фундамента под центрально нагруженную стену

4.4.1. Подбор свай в сечении 3−3

4.4.2. Расчет осадки основания фундамента

4.4.3. Подбор свай в сечении 5−5

4.4.4. Подбор свай в сечении 6−6

4.5. Расчет ленточного свайного фундамента под внецентренно нагруженную стену

5. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов Приложение Список использованной литературы

В данном курсовом проекте по дисциплине Механика грунтов, основания и фундаменты рассчитаны и запроектированы фундаменты мелкого заложения и свайные фундаменты. Приведены необходимые данные по инженерно-геологическим изысканиям, схемы сооружений и действующие нагрузки по расчетным сечениям. Расчет оснований и фундаментов произведен в соответствии с нормативными документами:

СНиП 2.02.01−83 Основания и фундаменты;

СНиП 2.02.03−85 Свайные фундаменты;

СНиП 2.03.01−84 Бетонные и железобетонные конструкции.

Схема сооружения Инженерно-геологические сведения о площадке строительства Таблица I

Основные физико-механические характеристики свойств грунтов Таблица 2

Технические данные по административно-бытовому корпусу Таблица 3

Технические данные по производственному корпусу

Таблица 4

1. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

1.1 Построение ситуационного плана и инженерно-геологического разреза

Рис. 1.1 Ситуационный план Рис. 1.2 Инженерно-геологический разрез

1.2 Определение производных и классификационных характеристик грунтов

Определение производных и классификационных характеристик грунтов производится в соответствии с рекомендациями ГОСТ {1}. При определении данных характеристик в расчетах принимают участие основные физические показатели грунтов, приведенные в задании (см. табл. 2)

1.) Плотность сухого грунта:

1) для верхнего слоя: г/см³;

2) для среднего слоя: г/см³;

3) для нижнего слоя: г/см³.

2.) Пористость грунта:

1) для верхнего слоя: ;

2) для среднего слоя: ;

3) для нижнего слоя: .

3.) Коэффициент пористости грунта:

1) для верхнего слоя:;

2) для среднего слоя: ;

3) для нижнего слоя: .

4.) Коэффициент пористости грунта при влажности на границе текучести ():

1) для верхнего слоя: ;

2) для среднего слоя: .

5.) Степень влажности — степень насыщенности под водой: ;

1) для верхнего слоя: ;

2) для среднего слоя:;

3) для нижнего слоя: .

6.) Число пластичности: ,;

1) для верхнего слоя: ;

2) для среднего слоя: .

7.) Показатель текучести: ,

1) для верхнего слоя: ;

2) для среднего слоя: .

8.) Показатель J_SS: ;

1) для верхнего слоя: ;

2) для среднего слоя: .

9.) Удельный вес грунта в природном состоянии:

где — ускорение свободного падения на земле;

1) для верхнего слоя: ;

2) для среднего слоя: ;

3) для нижнего слоя: .

10.) Удельный вес частиц грунта: ;

1) для верхнего слоя: ;

2) для среднего слоя: ;

3) для нижнего слоя: .

11.) Удельный вес сухого грунта: ;

1) для верхнего слоя: ;

2) для среднего слоя: ;

3) для нижнего слоя: .

12.) Удельный вес грунта в насыщенном водой состоянии: ,

где — удельный вес воды;

1) для среднего слоя: .

13.) Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии: ,

1) для нижнего слоя: .

14.) Степень неоднородности песков: ,

где d₆₀, d₁₀ — диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10% (по массе) частиц.

1) для нижнего слоя: .

15.) Высота капиллярного поднятия воды: ;

1) для нижнего слоя: .

Данные для построения кривых гранулометрического состава Таблица 1.1

Интегральная кривая гранулометрического состава грунта Таблица 1.2

1.3 Строительная классификация грунтов

Строительная классификация заключается в определении полного наименования грунтов, характеризующего их строительные свойства. Классификация производится в соответствии с рекомендациями {1} и указаниями {2}.

Схема классификации грунтов.

Рис. 1.3 Схема классификации грунтов

I. Несвязные грунты.

1. Песок

2. По гранулометрическому составу {1}, табл. Б.10: d > 0,25 мм, =56% > 50% - средней крупности.

3. По степени влажности {2}, табл. 4: 0 < S_r=0,37 5 — маловлажный.

4. По плотности сложения {2}, табл. 6: 0,55 l=0,65 0,7 — средней плотности.

5. По степени неоднородности {2}, стр. 6: C_U3=2,85 3 — однородный.

II. Связные грунты.

1. По виду пылевато-глинистого грунта {2}, табл. 2: J_P1 = 12% 17% - суглинок;

J_P1 = 14% 17% - суглинок.

2. По консистенции грунта {2}, табл. 3: 0,75 J_L1=1 1,0% - текучепластичный;

0 J_L1=0,21 0,25% - полутвердый.

3. По набуханию грунта {2}, стр. 6: при J_ss 0,3 — набухающий; J_ss1 = -0,05 — ненабухающий;

J_ss2 = -0,11 — ненабухающий.

4. По просадочности грунта {2}, табл. 7: S_r 0,8 и, если оба условия, выполняются, то грунт считается просадочным;

S_r1 =0,68 0,8; ;

S_r2 =0,57 0,8; .

Вывод: ИГЭ 1 — Суглинок текучепластичный, просадочный, ненабухающий;

ИГЭ 2 — Суглинок полутвердый, просадочный, ненабухающий;

ИГЭ 3 — Песок средней крупности, средней плотности, маловлажный, однородный.

1.4 Определение нормативных значений показателей, характеризующих механические свойства грунтов

Нормативные значения механических характеристик грунтов на стадии принятия проектного решения допускается определять по таблицам СНиП {3}.

Для определения нормативных показателей механических свойств грунтов воспользуемся таблицами 1−3 прил. 1 {3}.

Для пылевато-глинистых грунтов прочностные показатели определяем по табл. 2 прил. 1 {3}, для песчаных грунтов по табл. 1 прил. 1 {3}.

Нормативные коэффициенты сжимаемости грунтов определяются по формуле:

Нормативные значения коэффициентов фильтрации грунтов определяются по данным справочника {4}:

1.5 Определение условного значения сопротивления грунтов основания

Значение R₀ определяется в соответствии с рекомендациями {3} по табл. 1−6 прил. 3.

1.6 Составление сводной ведомости нормативных значений физико-механических характеристик грунтовых свойств

Таблица 1.3

Сводная ведомость нормативных значений характеристик физико механических свойств грунтов

1.7 Определение расчетных значений физико-механических характеристик грунта

Определение расчетных значений физико-механических характеристик грунта производится в соответствии с рекомендациями {3} по формуле:

В расчетах основания по деформациям для всех грунтовых характеристик .

В расчетах основания по несущей способности:

Значения основных расчетных показателей представлены в табл. 1.4

Расчетные значения основных физико-механических свойств грунта Таблица 1.4

2. Сбор нагрузок в характерных сечениях

2.1 Общие положения

Сбор нагрузок для проектируемого сооружения ведется на обрез фундамента в характерных сечениях, указанных в задании. При сборе нагрузок учитываются указания и рекомендации СНиП {5}. Сбор нагрузок выполняется на основное сочетание нагрузок. Для упрощения расчетов при сборе нагрузок учитываются только наиболее характерные виды вертикальных нагрузок. Ветровая нагрузка не учитывается. Расчетные значения нагрузок по 2-м группам предельных состояний определяются по формуле:

— расчетное значение любого вида нагрузки, где x_n — нормативное значение соответствующей нагрузки, определяется расчетом по формулам или по табл. {5};

— коэффициент надежности по нагрузке, определяется по указаниям {5}.

При определении расчетного значения нагрузки учитывают класс ответственности здания введением коэффициента. Проектируемое сооружение относится ко II классу (=0,95). При определении расчетных значений временных нагрузок их значения принимаются с коэффициентом сочетания нагрузок =0,9.

;

;

Коэффициент, учитывающий одновременность загруженности перекрытий не используется.

Расчет производится в табличной форме.

Сбор нагрузок на столбчатый фундамент производится на 1 м² площади подошвы, а на ленточный фундамент на 1 погонный метр длины фундамента.

Сбор нагрузок учитывает следующие объемно-планировочные и конструктивные особенности сооружения:

— плиты перекрытия и покрытия приняты с опиранием по 2-м сторонам, одинаковые.

— стены подвалов устраиваются из сборных бетонных фундаментных блоков.

— стены надземной части административно-бытового корпуса устраиваются из обыкновенного глиняного кирпича.

2.2 Определение расчетных значений нагрузок

Рис. 2.2 Сбор нагрузок в характерных сечениях

3. Расчет фундаментов мелкого заложения на естественном основании по предельным состояниям

3.1 Расчет столбчатого центрально-нагруженного фундамента

3.1.1 Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Рис. 3.1 Расчетная схема столбчатого центрально-нагруженного фундамента

3.1.2 Подбор площади подошвы фундамента

1) Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:

где — суммарная расчетная нагрузка на фундамент по II п.с. (табл. 2.1),

значение расчетного сопротивления грунта, усредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, глубина заложения фундамента.

2) Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

3) Уточняем размеры фундамента:

4) Находим значение расчетного сопротивления грунтов основания:

где — коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием, определяемые по табл. 3 {3};

— коэффициент надежности, принятый равным 1,1 т.к. прочностные характеристики грунта приняты по табл. 1−3 прил. 1 {3};

— коэффициенты, принимаемые по табл. 4 {3} в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента;

— коэффициент, при ;

кН/м³ — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;

— осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;

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

— глубина заложения подошвы фундамента бесподвальных зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле: ;

— расстояние от уровня планировки до пола подвала.

5) Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

где — расчетная нагрузка от веса фундамента и грунта на его уступах.

6) Проверяем условие :

.

Так как условие не выполняется, необходимо увеличить размеры подошвы фундамента, определить значения R и P для новых размеров фундамента.

Проверяем условие :

— условие выполняется, следовательно размеры фундамента достаточны.

7) Проверяем экономичность принятого решения:

.

Следовательно, ширина подошвы фундамента запроектирована достаточно экономично.

3.1.3 Расчет осадки основания фундамента

Расчет осадки оснований производится в соответствии с рекомендациями {3} исходя из условия S_U ,

где S_U — предельно-допустимая осадка, определяемая по прил. 4. {3};

S — расчетная осадка, определяемая методом послойного суммирования.

1) Строим расчетную схему.

2) Разбиваем грунтовый массив ниже подошвы фундамента на элементарные слои, исходя из следующих условий:

— мощность любого элементарного слоя ,

— слои должны быть однородными по своим свойствам

3) Строим эпюру природных давлений: ,

,

где d_n — расстояние от нулевой отметки до низа подошвы фундамента.

Природные давления определяются на границах элементарных слоев.

Рис. 3.2 Эпюры природных и дополнительных давлений от фундамента

4) Строим эпюру дополнительных давлений от фундамента.

Значения напряжений определяются на границах элементарных слоев. Начало эпюры от уровня подошвы.

,

где — дополнительное давление на уровне подошвы фундамента,

— среднее давление под подошвой фундамента;

— коэффициент, учитывающий убывание с глубиной дополнительных давлений, прил. 2, табл. 1 {3}.

Расчет осадки фундамента ведется в табличной форме и представлен в табл. 3.1

Расчет эпюр природных и дополнительных давлений

Таблица 3.1

5) Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи, которая на такой глубине от подошвы фундамента, на которой выполняется условие: ,

.

6) Определяем осадку основания в пределах сжимаемой толщи:

где — коэффициент, учитывающий боковое расширение;

n — количество элементарных слоев, вошедших в сжимаемую толщу;

— мощность соответствующего элементарного слоя, м;

E_i — модуль деформации соответствующего элементарного слоя, кПа;

— дополнительное вертикальное давление от сооружения в середине элементарного слоя, кПа.

.

7) Проверяем условие SU :

S=1,46 см < S_U=10 см.

Предельно допустимая осадка для зданий рассматриваемого типа составляет 10 смпри принятом размере фундамента требования СНиП выполняются.

3.1.4 Расчет осадки фундамента во времени

В основу расчета осадок во времени положена теория фильтрационной консолидации. Скорость затухания осадок в значительной степени зависит от коэффициента фильтрации.

1) Задаемся определенными значениями степени консолидации Q. Расчет ведем в табличной форме (табл. 3.2).

2) По таблицам справочника для принятых значений Q в соответствии со схемой фильтрации и характером нагрузки выбираем значения N.

Таблица 3.2

3) Определяем параметр М:

где — мощность сжимаемой толщи, м;

— коэффициент консолидации, м²/год.

;

— коэффициент относительной сжимаемости, кПа^-1;Рис 3.3

;

где — коэффициент сжимаемости каждого элементарного слоя, кПа^-1;

z_i — расстояние от центра элементарных слоев до нижней границы сжимаемой толщи;

— коэффициент фильтрации (м/год);

где — коэффициент фильтрации каждого элементарного слоя, (м/год).

4) Определяем время, за которое происходит заданная величина осадки: t=MN, год.

5) Определяем величину осадки в определенный интервал времени:, см.

6) Строим график развития осадки во времени.

Рис. 3.4 График развития осадки во времени

3.1.5 Расчет тела фундамента по несущей способности

Рис. 3.5 Расчетная схема для расчета на продавливание

Расчет на продавливание

1) Из условия прочности определяем :

где — коэффициент материала фундамента (- для тяжелого бетона);

— расчетное сопротивление бетона осевому растяжению (- для бетона B15);

— средний периметр пирамиды продавливания, м;

;

где ;

.

2) Проверяем условие: :

условие выполняется, рабочая высота фундамента достаточна, прочность на продавливание обеспечена.

Расчет на изгиб

Рис. 3.6 Расчетная схема для расчета на изгиб

1) Определяем значение поперечной силы:

где ;

где .

2) Определяем значение изгибающего момента:

.

3) Определяем минимальную рабочую высоту плитной части из условия работы на изгиб:

.

4) Проверяем условие: :

— рабочая высота плитной части достаточна.

5) Определяем площадь сечения рабочей арматуры:

6) Принимаем сетку из 23 стержней диаметром 10 мм (A_S=18,01 см²), шагом S=200 мм.

3.2 Расчет столбчатого внецентренно-нагруженного фундамента

3.2.1 Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Рис. 3.7 Расчетная схема столбчатого центрально-нагруженного фундамента

3.2.2 Подбор площади подошвы фундамента

1) Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:

2) Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

где .

3) Уточняем размеры фундамента:

.

4) Находим значение расчетного сопротивления грунтов основания:

где

5) Определяем давления под краями подошвы фундамента:

6) Проверяем условия:

Так как одно из условий не выполняется, необходимо увеличить размеры подошвы фундамента.

Заново производим проверку условий пункта 6:

Размеры фундамента достаточны.

7) Проверяем экономичность принятого решения:

— решение экономичное.

3.2.3 Определение крена фундамента

Крен фундамента при действии внецентренной нагрузки в соответствии с рекомендациями {3} определяется по формуле:

где — коэффициент бокового расширения грунта, прил. 2 {3}, (- для суглинков);

E — модуль деформации, кН/м²;

k_m — коэффициент, учитываемый при расчете крена фундамента по схеме линейно-деформируемого слоя, табл. 3 прил. 2 {3};

K_l — коэффициент, определяемый по табл. 5 {3};

N — вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы;

e — эксцентриситет N;

a — сторона фундамента, в направлении которой действует момент.

Проверяем условие i i_пр ,

где i_пр — предельно-допустимая величина крена, прил.4 {3};

i=0,362 < i_пр=0,5 000. Условие выполняется, устойчивость фундамента обеспечена.

3.2.4 Расчет основания по несущей способности

Расчет производится по первому предельному состоянию в соответствии с рекомендациями {3}, исходя из условия .

Рис. 3.8 Расчетная схема к расчету основания по I п.с.

1) Проверяем условие :

Условие выполняется, расчет ведем по схеме глубинного сдвига.

2) Определяем вертикальную составляющую силы предельного равновесия по формуле:

где

— приведенная длина фундамента;

— безразмерные коэффициенты несущей способности, табл. 7 {3},

();

— коэффициенты формы фундамента, ();

— соответственно удельные веса грунтов, находящихся в пределах возможной призмы выпирания ниже и выше подошвы фундамента, кН/м³;

3) Проверяем условие: :

Размеры фундамента достаточны, несущая способность основания обеспечена.

3.3 Расчет ленточного центрально-нагруженного фундамента под внутреннюю стену в подвальной части здания

3.3.1 Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Рис. 3.9 Расчетная схема ленточного центрально-нагруженного фундамента под внутреннюю стену

3.3.2 Подбор площади подошвы фундамента

1) Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:

;

2) Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

3) Уточняем размеры фундамента:

4) Определяем расчетное сопротивление грунтов основания:

;

5) Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

6) Проверяем условие :

.

Так как условие не выполняется, необходимо увеличить размеры подошвы фундамента.

— условие выполняется, следовательно размеры фундамента достаточны.

7) Проверяем экономичность принятого решения:

— следовательно, ширина подошвы фундамента запроектирована достаточно экономично.

3.3.3 Расчет осадки основания фундамента

1) Строим расчетную схему (см. рис. 3.10).

2) Разбиваем грунтовый массив ниже подошвы фундамента на элементарные слои, исходя из следующих условий:

— мощность любого элементарного слоя ,

— слои должны быть однородными по своим свойствам Рис. 3.10 Эпюры природных и дополнительных давлений от фундамента

3) Строим эпюру природных давлений: ,

4) Строим эпюру дополнительных давлений от фундамента.

Значения напряжений определяются на границах элементарных слоев. Начало эпюры от уровня подошвы.

Расчет осадки фундамента ведется в табличной форме и представлен в табл. 3.3

Расчет эпюр природных и дополнительных давлений

Таблица 3.3

5) Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи, которая находится на такой глубине от подошвы фундамента, на которой выполняется условие: ,

.

6) Определяем осадку основания в пределах сжимаемой толщи: ,

.

7) Проверяем условие SU :

S=0,67 см < S_U=10 см.

Предельно допустимая осадка для зданий рассматриваемого типа составляет 10 смпри принятом размере фундамента требования СНиП выполняются.

3.3.4 Расчет осадки фундамента во времени

1) Задаемся определенными значениями степени консолидации Q. Расчет ведем в табличной форме (табл. 3.4).

2) По таблицам справочника для принятых значений Q в соответствии со схемой фильтрации и характером нагрузки выбираем значения N.

Таблица 3.4

3) Определяем параметр М:

где ;

Рис. 3.11

;

где ,

4) Определяем время, за которое происходит заданная величина осадки: t=MN, год.

5) Определяем величину осадки в определенный интервал времени:, см.

6) Строим график развития осадки во времени.

Рис. 3.12 График развития осадки во времени

3.3.5 Расчет тела фундамента по несущей способности

Расчет на изгиб

Рис. 3.13 Расчетная схема для расчета на изгиб

1) Определяем значение поперечной силы:

где ;

2) Определяем значение изгибающего момента:

.

3) Определяем минимальную рабочую высоту плитной части из условия работы на изгиб:

.

4) Проверяем условие: :

.

Рабочая высота плитной части недостаточна, следовательно увеличиваю размеры фундамента. Принимаю фундамент шириной b=4000 мм и высотой h_f=600 мм.

5) Определяем значение поперечной силы:

где ;

6)

7) Определяем значение изгибающего момента:

.

8) Определяем минимальную рабочую высоту плитной части из условия работы на изгиб:

.

9) Проверяем условие: :

— рабочая высота плитной части достаточна.

10) Определяем площадь сечения рабочей арматуры:

Принимаем сетку из 8 стержней диаметром 10 мм (A_S=6,28 см²), шагом S=200 мм.

3.4 Расчет ленточного внецентренно-нагруженного фундамента под наружную стену в подвальной части здания

3.4.1 Выбор глубины заложения подошвы фундамента

1) Определяем расчетную глубину сезонного промерзания грунтов (см. рис. 3.14):

2) Проверяем условие :

.

3.4.2 Подбор площади подошвы фундамента

1) Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:

;

2) Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

3) Уточняем размеры фундамента:

Рис. 3.14 Расчетная схема ленточного внецентренно-нагруженного фундамента

4) Определяем расчетное сопротивление грунтов основания:

;

5) Определяем момент в сечении с наружной стеной подвала:

а.) Строим расчетную схему (см. рис. 3.15)

б.) Определяем приведенную высоту условного слоя грунта эквивалентного распределенной нагрузке:

в.) Определяем активное давление грунта на стену подвала:

Рис. 3.15 Расчетная схема

г.) Определяем момент относительно точки О:

6) Определяем момент сопротивления:

7) Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

8) Проверяем условие :

;

.

Так как одно из условий не выполняется, и размеры фундамента слишком велики, то увеличиваем глубину заложения, предусматривая заглубление подошвы фундамента в следующий слой грунта не менее, чем на 10−15 см.

3.16 Расчетная схема ленточного внецентренно-нагруженного фундамента*

9) Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:

;

10) Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

11) Уточняем размеры фундамента:

12) Определяем расчетное сопротивление грунтов основания:

;

13) Определяем момент в сечении с наружной стеной подвала:

а.) Определяем приведенную высоту условного слоя грунта эквивалентного распределенной нагрузке:

б.) Определяем активное давление грунта на стену подвала:

в.) Определяем момент относительно точки О:

14) Определяем момент сопротивления:

15) Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

16) Проверяем условия:

Так как одно из условий не выполняется, необходимо увеличить размеры фундамента.

Проверяем условия:

17) Проверяем экономичность принятого решения:

Решение неэкономичное, но уменьшать ширину подошвы фундамента нецелесообразно.

3.4.3 Расчет основания по несущей способности

Расчет производится по первому предельному состоянию в соответствии с рекомендациями {3}, исходя из условия .

1) Проверяем условие :

Условие выполняется, расчет ведем по схеме глубинного сдвига.

Рис. 3.18 Расчетная схема к расчету основания по I п.с.

2) Определяем вертикальную составляющую силы предельного равновесия по формуле:

где

;

3) Проверяем условие: :

Размеры фундамента достаточны, несущая способность основания обеспечена.

3.5 Расчет ленточного центрально-нагруженного фундамента под внутреннюю стену в бесподвальной части здания

3.5.1 Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Рис. 3.19 Расчетная схема ленточного центрально-нагруженного фундамента

3.5.2 Подбор площади подошвы фундамента

1) Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:

;

2) Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

3) Уточняем размеры фундамента и его марку:

Ф40−16: 4,0*1,6*0,6; бетон кл. В25; .

4) Определяем расчетное сопротивление грунтов основания:

5) Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

6) Проверяем условие: .

Так как условие не выполняется и размеры фундамента слишком велики, то увеличиваем глубину заложения, предусматривая заглубление подошвы фундамента в следующий слой грунта не менее, чем на 10−15 см.

Рис. 3.20 Расчетная схема ленточного центрально-нагруженного фундамента*

7) Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:

;

8) Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

9) Уточняем размеры фундамента:

10) Определяем расчетное сопротивление грунтов основания:

11) Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

12) Проверяем условие: .

13) Проверяем экономичность принятого решения:

.

Решение неэкономичное, но уменьшать ширину подошвы фундамента нецелесообразно.

3.6 Расчет ленточного внецентренно-нагруженного фундамента под наружную стену в бесподвальной части здания

3.6.1 Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Рис. 3.21 Расчетная схема ленточного внецентренно-нагруженного фундамента

1) Определяем расчетную глубину сезонного промерзания грунтов:

2) Проверяем условие :

.

3.6.2 Подбор площади подошвы фундамента

1) Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:

2) ;

3) Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

4) Уточняем размеры фундамента и его марку:

5) Определяем расчетное сопротивление грунтов основания:

6) Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

7) Проверяем условие :

.

Так как условие не выполняется и размеры фундамента велики, то увеличиваем глубину заложения.

8) Уточняем размеры фундамента:

9) Определяем расчетное сопротивление грунтов основания:

10) Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

11) Проверяем условие :

.

Условие выполняется, следовательно размеры фундамента достаточны.

12) Проверяем экономичность принятого решения:

.

Фундамент запроектирован экономично.

4. Расчет свайных фундаментов по предельным состояниям

4.1 Общие сведения

Расчет свайных фундаментов производится в соответствии с рекомендациями СНиП {7}.

Сваи приняты готовые, сборные, железобетонные, призматические, сплошного квадратного сечения. Способ устройства свай — забивка дизель-молотом. По характеру передачи нагрузки на грунт — сваи висячие. Ростверки приняты монолитные железобетонные в сечениях 1−1 и 2−2 в виде плиты с подколонником; в остальных сечениях — в виде балки (ленты). Сопряжение свай с ростверком — шарнирное. Тип ростверка — низкий.

4.2 Расчет кустового свайного фундамента под центрально-нагруженную колонну

4.2.1 Подбор свай

Рис. 4.1 Конструкция кустового свайного фундамента

1) Задаемся количеством и размером поперечного сечения свай:

n=4 шт.; axb=0,3×0,3 м².

2) Конструируем ростверк (рис. 4.1)

3) Определяем допускаемую нагрузку на одну сваю:

4) Определяем требуемую несущую способность сваи по грунту:

;

где — коэффициент надежности, зависящий от способа определения несущей способности сваи {7}.

5) Изменяя длину сваи, подбираем такое значение несущей способности сваи, при котором выполняется условие .

Рис. 4.2 Расчетная схема фундамента для определения R и f

где — коэффициент условия работы сваи в грунте {7};

— коэффициент условия работы грунта соответственно под нижним концом сваи и на боковой поверхности, табл.3 {7};

A — площадь поперечного сечения сваи, м²;

u — периметр сваи, м;

n — количество грунтовых элементов, которые соприкасаются с боковой поверхностью сваи;

h_i -толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

f_i -расчетное сопротивление i-того слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, табл. 2, прим. 3 {7};

R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, табл. 1, прим. 3 {7};

6) Проверяем условие :

.

7) Проверяем конструкцию свай по прочности материала:

Условие выполняется. Прочность свай по прочности материала обеспечена.

где ;

— коэффициент, зависящий от размеров поперечного сечения сваи;

— дополнительный понижающий коэффициент условия работы;

— расчетные сопротивления сжатию для I п.с. бетона и арматуры соответственно;

— площади поперечного сечения соответственно сваи и сжатой арматуры;

— коэффициент продольного изгиба {6}.

8) Проверяем экономичность принятого решения:

.

Решение экономичное.

4.2.2 Расчет осадки основания фундамента

1) Определяем размеры грунтового массива:

;

где ;

Рис. 4.3 Расчетная схема условного массива

где к — количество рядов свай;

а — расстояние между осями свай, м;

;

;

2) Определяем расчетное сопротивление под подошвой условного массива:

3) Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

4) Проверяем условие :

.

5) Определяем осадку условного массива методом послойного суммирования:

а) Строим расчетную схему.

4.4 Эпюры природных и дополнительных давлений от фундамента

б) Разбиваем толщу грунтов под подошвой фундамента, исходя из условия:

;

в) Строим эпюру природных давлений:

г) Строим эпюру дополнительных давлений :

Расчет осадки фундамента ведется в табличной форме (табл. 4.1)

Расчет эпюр природных и дополнительных давлений

Таблица 4.1