Основания и фундаменты промышленного здания

Новосибирский Государственный Архитектурно-Строительный Университет (Сибстрин) Кафедра ИГОФ

Курсовой проект

«Основания и фундаменты промышленного здания»

Выполнил: студент 511 гр.

Медведева Анна

Проверил: Криворотов А.П.

Новосибирск 2012 г.

• 1. Исходные данные для проектирования оснований и фундаментов
• 1.1 Инженерно-геологические условия строительной площадки
• 1.2 Объемно-планировочное решение здания
• 1.3 Сбор нагрузок на обрез фундамента
• 1.4 Сбор нагрузок на подошву фундамента
• 1.5 Анализ инженерно-геологических условий
• 2. Расчет фундаментов мелкого заложения
• 2.1 Определение глубины заложения фундамента
• 2.2 Определение размеров подошвы фундамента
• 2.3 Расчет осадок фундамента
• 2.4 Определение размеров подошвы фундаментов с использованием ЭВМ
• 2.5 Пределение расчетных осадок фундаментов с использованием ЭВМ
• 2.6 Конструирование фундаментов мелкого заложения
• 3. Свайные фундаменты
• 3.1 Определение расчетных нагрузок в уровне подошвы ростверка
• 3.2 Выбор типа, длины и марки свай
• 3.3 Определение несущей способности свай
• 3.4 Определение количества свай в ростверке
• 3.5 Расчет свайного фундамента по деформациям
• 3.6 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента
• 3.7 Определение фактического давления под подошвой фундамента
• 3.8 Определение расчетной осадки фундамента
• 3.9 Конструирование ростверков
• 3.10 Расчет ростверков на продавливание колонной
• 3.11 Расчет ростверка на продавливание угловой сваей
• 3.12 Подбор нижней арматуры по изгибающим моментам
• 3.13 Выбор сваебойного оборудования и расчет проектного отказа
• Список литературы

1. Исходные данные для проектирования оснований и фундаментов

1.1 Инженерно-геологические условия строительной площадки

Вариант № 9

Место строительства г. Новосибирск Рис. 1 Грунтовые условия

За относительную отметку 0.000 принята отметка уровня пола первого этажа, соответствующая абсолютной отметке 28.50

Физико-механические свойства грунтов

1.2 Объемно-планировочное решение здания

1. Стены здания из панелей д=300 мм

2. Стены бытовых помещений из обыкновенного кирпича д=510 мм

3. Балки (фермы) в средних пролётах опираются на подстропильные фермы, в крайних пролётахна колонны.

4. Температура внутри производственного корпуса +160, в бытовых — +180

5. В бытовых помещениях нагрузки 6 кН/м2

Рис. 2. Конструктивная схема здания план здания, разрезы I-I

Вариант здания 9:

Пролеты (м) L1=24

L2=24

L3=24

Отметки (м) Н1=12,60

Н2=14,40

Н3=16,20

Н4=10,20

Нагрузки (кН/м2) I-12

II-15

III-12

Грунтовые условия: ИГЭ-I-24, ИГЭ-II-8, ИГЭ-III-13, WL- 25−50

1.3 Сбор нагрузок на обрез фундамента Р=В*Н*g*Кпр, где Рнагрузка от собственного веса стен, В-ширина стенового пояса, Н-высота стены,

g-вес стен панелей, Кпркоэффициент просветленности.

Формулы для вычисления моментов (М II) и горизонтальных сил (Q II)

Фундамент № 4

Р=24*12,6*3*0,6=544,32 кН

N=А*g=12*3*12+12*3*15=432+540=972кН М=N*0,05= 972*0,05=48,6кН*м

Q=N*0,006=972*0,006=5,832кН Фундамент № 5

Р=0

N=А*g=12*6*12+12*6*15=1080+864=1944кН М=N*0,05=1944*0,05=97,26 кН*м

Q=N*0,006=1944*0,006=11,66кН Фундамент № 7

Р=В*Н*g*Кпр+В*h*д*?*К+ В*Н*g*Кпр = 12*12,6*3*0,6+3*10,2*0,51*18*0,8+3*12,6*3*0,6=272,16+224,73+68,04==564,93кН

N=А*g=3*12*12+3*3*6=432+54=486кН М= N*0,08+N*0,03=432*0,08+54*0,03=34,56+1,62=36,18кН*м

Q=N*0,01+ N*0,005=432*0,01+54*0,005=4,32+0,27=4,59кН Фундамент № 8

Р=3*10,2*0,51*18*0,8=224,73кН

N=А*g=12*6*12+3*6*6=864+108=972кН М= N*0,08+N*0,03=864*0,08+108*0,03=69,12+3,24=72,36кН

Q= N*0,01+ N*0,005=864*0,01+108*0,005=8,64+0,54=9,18кН

Подбор колонн.

Для пролета 24 м, шаг 6 м, отметка верха колонн 12,6 м выбираем колонну 1000*400 (мм) Фахверковая колонна 400*400 (мм)

1.4 Сбор нагрузок на подошву фундамента.

Фундамент 5.

N0=Nk=1944

Mox=0

Moy=Mk-Q*1,8=97,2−11,66*1,8=76,21

Q=Qk=11,66

Фундамент 4

N0=Nk+Рст=972+544,32=1516,32

Mox=- Рст*0,8=-544,32*0,8= - 435,46

Moy= -Mk-Q*1,8= -48,6−5,38*1,8= -58,28

Q=Qk=5,83

Фундамент 7

N0=Nk+ NkI+Pст1+ Pст2+ Pст3=272,16+224,73+68,04+432+54=1050,93

Mox= Pст1*0,54- Pст2*0,225+ Pст3*0,645+ NkI*0,195- Nk*0,385=146,97+144,95−15,31+10,53−166,32=120,83

Moy=Mk+ MkI+(Qk+QkI)*dNk*0,35- Pст1*0,225+ Pст2*0,3+ NkI*0,65+ Pст3*0,9=36,18+8,262−151,2−61,24+20,41+35,1+202,26=89,77

Q=Qk+ QkI=4,32+0,27=4,59

Фундамент 8

N0=Nk+ NkI+Pст1=864+108+224,73=1196,73

Mox= 0

Moy= - N*0,35+ NkI*0,65+(Qk+Qk)*d+ Mk+ MkI= -846*0,35+108*0,65+9,18*1,8+69,12+3,24=

-302,4+70,2+16,52+69,12+3,24=

-143,32

Q=Qk+ QkI=8,64+0,54=9,18

1.5 Анализ инженерно-геологических условий При оценке инженерно-геологических условий на основании имеющихся исходных данных, освещены следующие вопросы:

1. Географическое положение площадки.

2. Геологическая характеристика площадки (расположение и глубина скважин, описание грунтов в порядке их залегания сверху вниз, мощность пластов и особенности их залегания, гидрогеологические условия) Проанализируем каждый из пластов грунта с точки зрения его пригодности в качестве основания для фундаментов по его прочностным, деформационным и другим свойствам:

Для глинистых грунтов:

1) ?=?*?=1,952*9,81=19,15

2) ?s= ?s*?=2,73*9,81=26,78

3) ?d= ?/1+щ=1,952/1+0,294=1,51

4) е= (?s- ?d)/ ?d=(2,73−1,51)/1,51=0,81

5) Sr= ?s*щ/е* ?щ=2,73*0,294/0,81*1=0,99

6) Ip=WL-Wp=0,347−0,210=0,137*100%=13,7%

7) IL=(W-Wp)/(WL-Wp)=(0,29−0,210)/(0,347−0,210)=0,584

0,5< IL >0,75 — мягко пластичный суглинок

8) 05< Е=8,4 < 20 — средне сжимаемый

Для песков:

1) ?=?*?=1,994*9,81=19,56

2) ?s= ?s*?=2,69*9,81=26,39

3) ?d= ?/1+щ=1,997/1+0,26=1,58

4) е= (?s- ?d)/ ?d=(2,69−1,58)/1,58=0,7

5) Sr= ?s*щ/е* ?щ=2,69*0,26/0,7*1=0,98

8) 05< Е=15,0 < 20 — средне сжимаемый

Песок средней крупности

Для супеси:

1) ?=?*?=1,98*9,81=19,42

2) ?s= ?s*?=2,73*9,81=26,78

3) ?d= ?/1+щ=1,98/1+0,264=1,57

4) е= (?s- ?d)/ ?d=(2,73−1,57)/1,57=0,74

5) Sr= ?s*щ/е* ?щ=2,73*0,264/0,74*1=0,97

6) Ip=WL-Wp=0,28−0,22=0,06*100%=6%

7) IL=(W-Wp)/(WL-Wp)=(0,264−0,22)/(0,28−0,22)=0,73

0,5< IL >0,75 — мягко пластичная супесь

8) 05< Е=11,2< 20 — средне сжимаемый

2. Расчет фундаментов мелкого заложения

2.1Определение глубины заложения фундамента

1) Определим нормативную глубину сезонного промерзания грунта.

dfn=d0*vMt=0,23*v (-71,9)=1,95

d0=0,23-для суглинка

Mt — сумма отрицательных температур за весь зимний период: -71,9

2) Определим расчетную глубину сезонного промерзания грунта:

df=Кh* dfn=0,55*1,95=1,073

3) Определяем глубину заложения подошвы фундамента.

dw-глубина подземных вод

dw=28,50−25,5−0,15=2,85

dw?df+2

2,85 <1,073+2

2,85<3,073

Принимаем глубину заложения подошвы фундамента d=1,8 м

2.2 Определение размеров подошвы фундамента (Ф5)

1).Первоначально принимаем размеры подошвы фундамента, конструктивно, исходя из размеров колонны

l=1800 мм, b=1200мм.

Определим условное расчетное сопротивление грунта.

где г с1 и гс2 — коэффициенты условий работы

k — коэффициент, принимаемый k = 1,0, т.к. прочностные характеристики грунта (ц и с) определены непосредственными испытаниями;

Mг, Mq, Mc — коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения

kz — коэффициент, принимаемый равным при

b — ширина подошвы фундамента гII — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента г’II — то же, залегающих выше подошвы сII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента

d1 — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки ();

Определим максимальное, среднее и минимальное напряжение под подошвой фундамента от действующих нагрузок и сравним эти давления с расчетным сопротивлением грунта:

Требуемая площадь фундамента.

А=0,7*L*L

м

B=0,7*4,16=2,91=3,0 м

Gcрф=b*L*d*?ср=3*4,2*1,8*, 21=476,28

Аф=b*L=3*4,2=12,6 м²

Проверка:

кН — условие выполнено

183,45>0 — условие выполнено.

Окончательно принимаем размеры подошвы фундамента: lф=4200мм, bф=3000мм.

2.3 Расчет осадок фундамента

Расчет осадки фундамента Ф-5

где уzp — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта, равное полу сумме напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

hi и Ei — соответственно толщина и модуль деформации i-того слоя грунта;

б — коэффициент, принимаемый по СНиП 2.02.01−83* в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной о=2z/b;

p0=рсруzg, 0 — дополнительное вертикальное давление на основание;

рср — среднее давление под подошвой фундамента;

уzg, 0=гII*z0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Если грунт обводненный то в расчете учитывается удельный вес грунта во взвешенном состоянии:

гw-удельный вес воды (гw=10кН/м3)

Проверка:

условие выполнено, осадка допустима

2.4 Определение размеров подошвы фундаментов («razmer»)

Исходные данные:

Исходные данные для расчета:

Количество фундаментов: 4

Коэффициент надежности грунтового основания: 1

Удельный вес материала фундамента и грунта: 21

Коэффициент условий работы грунтового основания: 1,1,1,1

Коэффициент условий работы здания или сооружения: 1,1,1,1

Угол внутреннего трения грунта 16,16,16,16

Удельный вес грунта выше подошвы :19,15; 19,15; 19,15; 19,15;

Удельный вес грунта ниже подошвы: 19,15; 19,15; 19,15; 19,15;

Удельное сцепление грунта:21,0; 21,0; 21,0; 21,0;

Начальный размер большей стороны подошвы фундамента: 1,8;1,8;2,7;2,7

Принятый размер шага увеличения подошвы фундамента: 0,05; 0,05; 0,05; 0,05;

Глубина заложения подошвы ф-та от уровня планировки: 1,8

Вертикальная нагрузка на фундамент: 1516,32; 1944;1050,93;1196,73

Отношение меньшей стороны ф-та к большей:1;0,7; 0,7; 0,7;

Расстояние от уровня планировки до пола подвала: 0,0,0,0

Момент нагрузок вдоль большей стороны: -435,46;0;120,83;0

Момент нагрузок вдоль меньшей стороны:-58,28;76,21;89,77;-143,32

Результат расчета

Принимаемые размеры подошвы фундаментов.

Ф№ 4

L.=3,0 м; b.=3,0 м Ф№ 5

L.=4,2 м; b.=3,0 м Ф№ 7

L.=3,0 м; b.=2,1 м Ф№ 8

L.=3,3 м; b.=2,4 м

2.5 Определение расчетных осадок фундаментов («osadka»)

1)3,8см<8см

2)4,2см<8см

3)2,4см<8см

4)2,8см<8см — Условие выполнено

2.6 Конструирование фундаментов МЗ Ф4

Ф5

Ф7

Ф8

3.Свайные фундаменты

3.1 Определение расчетных нагрузок в уровне подошвы ростверка

Глубина заложения ростверков Глубину заложения подошвы ростверков принимаем

Размеры ростверков Ф№ 4

Lобр.=1,8 м; bобр.=1,8 м Ф№ 5

Lобр.=1,8 м; bобр.=1,2 м Ф№ 7

Lобр.=2,7 м; bобр.=1,8 м Ф№ 8

Lобр.=2,7 м; bобр.=1,8 м Расчетные нагрузки в уровне подошвы ростверка Расчетные нагрузки получаем путем умножения нормативных нагрузок на коэффициент

Для фундамента Ф№ 4

Для фундамента Ф5

Для фундамента Ф№ 7

Для фундамента Ф№ 8

3.2 Выбор типа, длины и марки свай

фундамент свая строительный Нижний конец сваи следует заглублять в прочные грунты, прорезая более слабые напластования грунтов, при этом заглубление забивных свай в грунты, принятые за основание под их нижние концы, должно быть не менее чем 1 м. Требуемая длина сваи:

Рабочая длина сваи

Заказная длина сваи с учетом высоты головы и бетонной подготовки Принимаем Марку С7−30

3.3 Определение несущей способности свай

Несущую способность, , висячей забивной сваи работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле[1 п. 4.2]:

где — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый ;

— расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи,, принимаемое по табл.1[1];

— площадь опирания на грунт сваи,, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто, А=0,32=0,09 м²;

— наружный периметр поперечного сечения сваи, u=4*a=4*0,3=1,2 м;

— расчетное сопротивление слоя грунта основания на боковой поверхности сваи,, принимаемое по табл.2 [1];

— толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, ;

 — 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.

3.4 Определение количества свай в ростверке

Количество свай в каждом фундаменте определим по формуле:

где — сумма вертикальных составляющих расчетных нагрузок на фундамент;

— коэффициент надежности, принимается по п. 3.10 =1,4;

Определение нагрузки max, min нагруженной сваи :

где — расчетная сжимающая сила, кН;

— расчетные изгибающие моменты, кН· м, относительно главных центральных осей х и у плана свай в плоскости подошвы ростверка;

— число свай в фундаменте;

— расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

— расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м;

.

Для наиболее и наименее нагруженных свай должно выполняться условие:

Фундамент Ф-5

=4,5*1,8*1,8*21*1,2=367,42

Фундамент Ф-4

=3,9*2,4*1,8*21*1,2=424,57

Фундамент Ф-7

=2,7*1,8*1,8*21*1,2=220,45

— Условие не выполняется Принимаем 8 свай.

=3,3*1,8*1,8*21*1,2=269,43

Фундамент Ф-8

=2,7*1,8*1,8*21*1,2=220,45

3.5 Расчет свайных фундаментов по деформациям Данный расчёт произведён для фундаментов № 5.

Подготавливаем данные для компоновки условного массива:

Вычисляем средневзвешенное значение угла внутреннего трения :

?mtII= ц1*h1+ц2*h2+ц3*h3=

(16*1,2+28*3,96+20*1,39)/6,55=157,88/6,55=24,10

h1+h2+h3

h*tg ?mtII/4=0.7<2*d=0,9

3.6 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента

3.7 Определение фактического давления под подошвой условного фундамента

Русл= (N0+Gгр, рост+Gсваи+Gгр)/(Aусл);

Gсвай=n*A*Vcв*гсв=11*0,63*24=166,32кН

Gгр = (Vусл.ф+Vр+Vсв*n)* гII. mt =(121,38−31,21−0,63*11)=892,3 кН

Gгр, рост=bp*Lp*dp* гср =4,5*1,8*1,8*21=306,18

Русл= 2332,84+306,18+166,32+892,3 = 213,24 кН

3*5,78

Проверка:

=213,24 < Ryсл = 430,43 — Условие выполнено.

Условие выполняется, ранее подобранные габариты ростверка и количество свай верны.

3.8 Определение расчетной осадки фундамента

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия S? Su,

где S — совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом в соответствии с указаниями обязательного приложения 2[1],

Suпредельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с указаниями пп.2.51−2.55[1].

Осадка основания S c использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле,

— безразмерный коэффициент, равный 0,8;

— среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i — ом слое грунта, равное полу сумме указанных напряжений на верхней Zi-1 и нижней Zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

и — соответственно толщина и модуль деформации i — ого слоя грунта;

— число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Проверка выполнения условия

S=0.8? (202.39*14.64)/56*103=0.042

4.2см<8см — условие выполняется.

3.9 Конструирование ростверков

Ф4

Ф5

Ф7

Ф8

3.10 Расчет ростверка на продавливание колонной

На продавливание колонной ростверк рассчитывается по формуле (8.12)

где — расчетная продавливающая нагрузка, равная удвоенной сумме реакций всех свай, расположенных с одной наиболее нагруженной стороны от оси колонны за пределами нижнего основания пирамиды продавливания; подсчитывается от усилий, действующих в плоскости верха фундамента;

— рабочая высота ростверка, принимаемая от верха нижней рабочей арматурной сетки до дна стакана;

 — ширина и высота сечения колонны;

 — расстояние от соответствующих граней колонн до внутренних граней каждого ряда свай;

— безразмерные коэффициенты, равные и принимаемые от 2,5 до 1;

— расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

Nu=2*750*0,45(1(0,4+0,3)+1(1+1,39))=2085кН

N=n*Nmax=8*253.87=2030.96

Проверка условия:

N< Nu

2030.96<2085 — условие выполнено

3.11 Расчет ростверка на продавливание угловой сваей

Nmax? Nрасч

Nрасч=Rbt*h2[в1(b02+c02/2)+ в2(b01+c01/2)]=0.75*0.4(1(0.36+0.99/2)+0.73(0.4+0))=344.1

Проверка условия:

253,87<344,1 — условие выполнено.

3.12 Подбор нижней арматуры по изгибающим моментам.

Расчет на прочность нормальных сечений производится на момент от нормальных нагрузок.

Сечение выполняется в стороне наиболее загруженных свай (Nmax).

Образующиеся изгибающие моменты вызывают необходимость постановки разного количества арматуры, но ставим постоянную по длине арматуру по Mmax.

Nmax=253.87

n=4

ab=50мм

aL=240мм

Мизгb=4*253.87*0.05=50.774

МизгL=2*253,87*0,24=121,86

Подбор площади сечения продольной арматуры

где Rs-расчетное сопротивление арматуры растяжению;

нкоэффициент =0,9;

h0- рабочая высота сечения

мм

мм

Принимаем 17D12 Аs=452мм2, m=0,888кг

7D12 Аs=905мм2, m=0,888кг

3.13 Выбор сваебойного оборудования и расчет проектного отказа

Выбор молота для погружения свай по п. 8.5.2

Выбор массы ударной части молота

Mn?1,25Мсв Мсв=сV=0,3*0,3*7*2500=1575кг

Mn=1,25*1575=1968,75 кг Определение минимальной энергии удара

.

где, а — коэффициент, равный 25 Дж/кН

Fv — расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

Принимаем трубчатый дизель-молот (с водяным охлаждением) по табл.8.31[2] С-1047:

— масса ударной части молота, кг 2500;

— высота подскока ударной части, мм :

наибольшая 2800

наименьшая 2000(200);

— энергия удара, 37.0;

— число ударов в 1мин, не менее 44;

— масса молота с кошкой, кг 5500;

Габариты, мм:

Длина 840;

Ширина 950;

Высота 4970.

Определение проектного отказа

?-к-т для ж/б 1500кН/м2

А-площадь поперечного сечения сваи

?g-к-т безопасности=1

N-рач. Нагрузка на сваи Fv

М-к-т для забивных свай 1

?-к-т восстановления удара 0,2

m1-полный вес молота

m2-вес сваи с оголовком, 5% от веса сваи* на кол.

M3-вес подбабка=0

Еd-расч. энергии удара=68,67кДЖ

Gh-вес ударной части молота

hm-фактическая высота падения молота Отказ 28 мм, больше 2 мм, условие выполнено.

1. СНиП 2.02.01 — 83*. Основания зданий и сооружений / Госстрой России. — М.: ГУП ЦПП. 2003. — 48 с.

2. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01 — 83) / НИИОСП им. Герсеванова. — М.: Стройиздат, 1986. — 415 с.

3. СНиП 2.02.03 — 85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. — 48 с.

3. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01 — 83) / НИИОСП им. Герсеванова. — М.: Стройиздат, 1986. — 415 с.

4. Основания, фундаменты и подземные сооружения/М. И. Горбунов-Посадов, В. А. Ильичев, В. И. Крутов и др.; Под общ. Ред. Е. А. Сорочана и Ю. Г. Трофименкова. — М.: Стройиздат, 1985. — 480с., ил. — (Справочник проектировщика).

Спецификация

Ф4