Расчёт здания АТС

Расчёт здания АТС

1. Оценка конструктивной характеристики здания

— Функциональное назначение — промышленное здание.

— Конструктивное решение — каркасное.

— Размеры в плане (в осях) -12Ч66 м.

— Шаг колонн — 6 м,

— количество пролетов — 2, размеры пролетов — 6 м.

— Сечение колонн — крайних -400Ч400 мм, средних — 400Ч400 мм.

По конструктивной жесткости сооружение относится к относительно-жестким сооружениям, по таблице МУ, определяем предельные деформации основания:

1. Относительная разность осадок = 0,002.

2. Максимальная осадка =10 см.

2. Оценка грунтовых условий участка застройки

На площадке пробурены 3 скважины глубиной 20 м на расстоянии 50 м и 55 м. По результатам бурения установлен следующий порядок залегания ИГЭ:

Слой-1 — Насыпной слой грунта ИГЭ-2 — Суглинок с песчаными прослойками ИГЭ-3 — Песок мелкий илистый ИГЭ-4 — Глина иловатая ИГЭ-5 — Песок крупнозернистый.

Оцениваем каждый инженерно-геологический элемент (ИГЭ) и определяем ИГЭ, пригодные для использования их в качестве естественного основания и для опирания свайных фундаментов.

По приведенным основным показателям физических свойств определяются производные показатели по формулам

1. Плотность сухого грунта

г/см³

с_d,2 = 1,78/(1+0,22)=1,46 г./см³

с_d,3 = 1,83/(1+0,2)=1,52 г./см³

с_{d, 4} = 1,96/(1+0,28)=1,53 г./см³

с_{d, 5} = 2,02/(1+0,2)=1,68 г./см³

2. Коэффициент пористости е₂ = (2,67/1,46) — 1=0,83

е₃ = (2,65/1,52) — 1=0,74

е₄ = (2,7/1,53) — 1=0,76

е₅ = (2,65/1,68) — 1=0,58

3. Пористость

n₂ = 1 — (1,46/2,67)=0,45

n₃ = 1 — (1,52/2,65)=0,42

n₄ = 1 — (1,53/2,7)=0,44

n₅ = 1 — (1,68/2,65)=0,366

4. Степень влажности

Sr₂ = (0,22Ч2,67)/(0,83Ч1)=0,7

Sr ₃ = (0,2Ч2,65)/(0,74Ч1)=0,71

Sr ₄ = (0,28Ч2,7)/(0,76Ч1)=0,99

Sr ₅ = (0,2Ч2,65)/(0,58Ч1)=0,91

5. Число пластичности

I_{p, 2} = 0,29−0,2=0,09

I_p,4 = 0,4−0,22=0,18

6. Показатель текучести

I_{L, 2} = (0,22−0,2)/0,09=0,22

I_L,4 = (0,28−0,22)/0,18=0,34

7. Удельный вес

кН/м³

г₁ = 10Ч1,6=16

г₂ = 10Ч1,78=17,8

г₃ = 10Ч1,83=18,3

г₄ = 10Ч1,96=19,6

г₅ = 10Ч2,02=20,2

Результаты расчетов и анализа характеристик каждого инженерно-геологического элемента сводятся в таблицу.

Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства показывает, что грунты насыщенны водой из-за высокого уровня залегания подземных вод. Под насыпным слоем залегает суглинок с песчаными прослойками, слой 2 средне-сжимаемый (_d =1,46 г/см³; Е = 8,5 МПа), может быть рекомендуемый к использованию в качестве естественного основания для фундаментов. Он подстилается песком мелким илистым, слой 3 средне-сжимаемый (_d = 1,52 г/см³; Е = 11 МПа), который является также хорошим основанием для столбчатых фундаментов и свайных фундаментов. Слой 4, — глина иловатая является хорошим основанием под фундаменты. Принимаем в качестве несущего слой 2 (песчаная подушка) средне-сжимаемый для столбчатых фундаментов или 4 слой для свайных фундаментов из буронабивных свай.

3. Проектирование фундаментов мелкого заложения

К фундаментам мелкого заложения относятся: ленточные, столбчатые, плитные и др. Их назначение — передача нагрузки от сооружения на естественные или искусственные основания.

При проектировании определяются конструкция и размеры фундаментов, глубина заложения подошвы, производится расчет оснований по деформациям. По выполненным расчетам производится конструирование. В данном курсовом проекте под промышленное здание проектируем столбчатые фундаменты.

3.1 Глубина заложения подошвы фундаментов

Зависит от целого ряда факторов:

1. Фундамент заглубляется на отметку — 4,2 м.

2. Глубина сезонного промерзания грунта. Подошва фундамента заглублена ниже глубины промерзания не менее чем на 0,1 м.

Расчетную глубину сезонного промерзания определяют по формуле:

d_f = k_h d_fn

где d_fn — нормативная глубина промерзания;

k_h — коэффициент, который учитывает влияние теплового режима сооружения.

Для г. Львов нормативная глубина промерзания равна 0,8 м,

k_h =0,5 (таблица 7.1)

d_f = 0,5 0,8 = 0,4 м Т.к. в проекте есть подвал, то уровень заложения подошвы фундамента принимаем d_n=4,2+1,5+0,2−0,6=5,3 м, что значительно больше глубины промерзания грунта.

3. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительной площадки.

Грунты, залегающие в соответствии с проектной отметкой 5,3 м, не обладают достаточной прочностью и не могут быть использованы как несущие, под подошвой фундамента запроектирована песчаная подушка из крупнозернистого песка плотностью с_d=1,65 т/мі и расчетным сопротивлением .

3.2 Расчет фундаментов

- Определяем площадь подошвы А, м² по формуле:

где — условное расчетное сопротивление для предварительных расчетов принимается по таблице 5.3; М.У. R₀=300 кПа.

— среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах.

— глубина заложения подошвы фундамента, м м Нагрузки на обрезе фундаментов составляют:

Площадь центрально нагруженного отдельно стоящего фундамента определяется по формуле:

принимаем м²

lЧb=2,1Ч1,8 м

1 ступень lЧb=1,5Ч0,9 м Объем бетона V=2,3 мі

Вес =2,3 міЧ25 кН/ мі=57,5 кН Подколонник для колонн сечением 400Ч400 мм имеет размеры:

— высота 900 мм

— поперечный разрез 900Ч900 мм

— глубина 800 мм

— размер стакана внизу 500Ч500 мм, вверху 550Ч550 мм Площадь внецентренно нагруженных фундаментов определяются по формуле

принимаем м²

lЧb=2,4Ч2,1 м

1 ступень lЧb=1,5Ч1,5 м Объем бетона V=2,9 мі

Вес =2,9 міЧ25кН/ мі=72,5 кН Зная размеры фундамента, проверяем давление по подошве:

=300 кПа = 300 кН/ мІ

Условие выполняется Максимальное и минимальное давления под краем фундамента мелкого заложения при действии момента сил относительно одной из главных осей для прямоугольных фундаментов определяется по формуле:

Где — момент сопротивления подошвы фундамента, мі;

— эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, м;

l — размер подошвы фундамента в направлении действия момента, м.

1) м;

кН/мІ;

кН/мІ;

условие выполняется;

условие выполняется.

2) м;

кН/мІ;

кН/мІ;

условие выполняется;

условие выполняется.

3.3 Определение осадок оснований интегральным методом на основе закона Гука

Интегральным этот метод называется потому, что он учитывает целый единый объем зоны деформации, в пределах которого действуют эффективные давления, вызывающие деформацию грунта. Граница объема зоны деформации определяется равенством нулю эффективных давлений и вызываемых ими деформаций.

Конечная осадка однослойного основания:

Где: k — коэффициент, принимаемый по графику (рис. 8.4 МУ);

— среднее значение эффективного давления в пределах зоны деформаций,

Эффективное давление действует в пределах зоны деформаций и вызывает деформацию грунта, определяемую по формуле:

1) кПа;

2) кПа;

где Р — среднее давление в подошве фундамента;

— структурное сопротивление грунта уплотнению, значение которого зависит от природы и прочности связей на контактах между частицами грунта и определяется по графикам (на рис 4.1 МУ) плотность песка ;

1) кПа;

2) кПа;

— глубина зоны деформации, определяемая по формуле:

Коэффициент =1,2 при =200 кПа, =1,5 при =300 кПа.

1) кПа, отсюда

2) кПа, отсюда

при т/мі

при т/мі при т/мі

1) м

2) м Коэффициент при =1,; при =2,

1), отсюда

2), отсюда

— среднее значение модуля деформации грунта в пределах зоны деформации, определяемое по графику 4.2 МУ, в обоих случаях кПа, т.к. Е песка = 12 мПа.

Осадка основания равна:

1)

2)

Условие выполняется.

4. Расчет и проектирование свайных фундаментов

здание фундамент свайный грунтовый

4.1 Определение несущей способности сваи

— Определяем длину сваи, исходя из следующих условий:

а) ее подошва должна быть заглублена не менее 0,5−1,0 м в несущий слой ().

б) над дном котлована сохраняется недобитый участок сваи длиной 0,5 м, для последующего сопряжения ее с ростверком.

Несущий слой 4 Глина иловатая, отметка подошвы сваи 30,5 м по геологическому разрезу в соответствии с геологическим разрезом. Длина сваи вычисляется по формуле:

гдезаглубление сваи в грунт, принятый за основание;

а — длина верхнего конца сваи, равного 0,5 м и расположенного выше дна котлована.

Принимаем сваю марки С8−30.

— Определяем несущую способность свай.

Для этого вычерчиваем а) геологический разрез с параметрами оснований.

б) участок котлована с отметкой глубины заложения фундамента.

в) продольный разрез сваи.

Несущую способность висячих свай (свай трения) определяется по формуле:

где: — коэффициенты условий работы сваи, грунта под подошвой и по боковой поверхности, по таблице 9.4 МУ, .

R — расчетное сопротивление грунта под подошвой сваи, по таблице 9.2 МУ R= 2900 кПа.

А — площадь (м²), 0,3Ч0,3=0,09 м²

u — периметр (м) поперечного сечения сваи, u = 4d =4Ч0,3=1,2 м.

— толщина условного слоя, на которые делятся И.Г.Э, пройденные сваей, принимается не более 2 м;

— расчетное сопротивление трению грунта по боковой поверхности сваи,, по таблице 9.3 МУ.

Определяем сопротивление сваи по боковой поверхности в табличной форме:

Таблица

1669,9

Расчетная вертикальная нагрузка на сваю определяется по формуле:

895,2/1,4=639,43 кН.

где — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4.

Определение сопротивления сваи по материалу на сжатие для железобетонных свай:

=0,55 по т. 9.5. — коэффициент продольного изгиба;

=1 — коэффициент условий работы;

А=0,3Ч0,3=0,09 мІ - площадь поперечного сечения сваи;

=400 000 кПа — расчетное сопротивление сжатию арматуры по т. 9.7;

=11 500 кПа — расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;

=3,14Ч0,022І=0,152 мІ - площадь сечения рабочей арматуры Ш22 мм;

условие выполняется.

Количество свай в свайном фундаменте:

Для крайнего ф-та: 1,1Ч700/639,43=1,2

Для среднего ф-та: 1,1Ч900/639,43=1,55

Исходя из конструктивных соображений и действия момента принимаем:

Для крайнего фундамента — 2 сваи, для среднего фундамента — 2 сваи.

где N-расчетная нагрузка на фундамент от сооружения, кН;

1,1 — коэффициент, учитывающий массу ростверка.

Минимальное расстояние между осями смежных свай принимается 3d= 3Ч0,3=0,9 м.

5. Технико-экономическое обоснование принятых вариантов устройства фундаментов

Для окончательного выбора проектного решения оснований и фундаментов необходимо рассмотреть все разработанные варианты с точки зрения их технико-экономической целесообразности.

Сравнение вариантов фундаментов по стоимости

Данный курсовой проект разрабатывался с целью научиться правильно оценивать инженерно-геологические условия и совместную работу оснований, фундаментов и надфундаментной конструкции. Проектирование заключалось в выборе основания, основных размеров фундаментов. На основе конкретного расчета можно сделать вывод, что устройство столбчатых фундаментов есть более рациональным и экономичным.

Используемая литература

1. Методические указания А. И. Догадайло «Проектирование оснований и фундаментов» г. Киев 1993 г.

2. ДСТУ Б.В.2 1−2-96. Грунти. Класифікація. — Укрархбудінформ — Київ 1997. — 42 с.

3. ДБН В.1.2−2:2006. Нагрузка и воздействия. Нормы проектирования. Минстрой Украины, — Киев. 2006. — 80 с.

4. Проектування основ та фундаментів: Навч. посібник / А.І. Догадайло.-К.: НМК ВО, 1993. — 136 с.