Основание и фундамент - Курсовая работа

Содержание

Введение 4

Исходные данные для проектирования 5

1. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки. 8

2. Фундамент мелкого заложения 13

3. Фундамент мелкого заложения под колонну №3 30

4. Расчет и конструирование свайного фундамента 46

6. Расчет и конструирование свайного фундамента 73

7 Технико-экономическое сравнение 85

8. Расчет всех фундаментов здания 88

Введение (выдержка)

Проектирование фундаментов является одним из сложных вопросов проектирования конструкций зданий и сооружений. При проектировании фундаментов, инженер в большинстве случаев должен считаться с имеющимися грунтами на площадке строительства и использовать их строительные качества, с тем, чтобы принять наиболее рациональное решение.

Вопросом проектирования фундаментов, в частности оценкой грунтов как оснований сооружений, а так же оценкой работы основных несущих конструкций сооружений (фундамента, стен, каркаса, перекрытий и т.д.) совместно с работой грунтов основания требуется заниматься при выборе площадки строительства, размещения сооружений на этой площадке, назначение ее конфигурации, этажности и выборе основных несущих конструкций.

Для получения наиболее экономичного решения при проектировании фундамента задачу следует рассматривать комплексно, одновременно оценивая следующие вопросы:

1) Выбор несущих конструкций сооружений, удовлетворительно работающих при фактических грунтовых условий.

2) Возможные деформации грунтов основания сооружения

3) Способ производства земляных работ и возведения фундамента, обеспечивающий необходимое сохранение грунтов.

Задача проектирования сводится к выбору несущего слоя грунта, глубины заложения и конструкции фундамента, определение размеров фундамента, при которых характеризуется гарантируется надежное существование сооружения, допустимые деформации и устойчивость грунтов в основании, а так же назначают способ постройки фундамента, обеспечивающий сохранение природной структуры грунтов в основании. При проектировании фундаментов в сложных грунтовых условиях необходимо учитывать совместную работу грунтов основания и надземных конструкций. В случае устройства фундаментов с относительно небольшой глубиной заложения сохранение структуры грунтов основания обычно обеспечивается защитным слоем, удаляемым непосредственно перед устройством фундаментов и т. п. Вследствие этого при проектировании указывают лишь на характер мер, направленных на сохранение структуры грунтов без деталировки и расчетов, которые выполняют в проекте производства работ.

Основная часть (выдержка)

1. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки.

Площадка строительства расположена в городе Ульяновск. На площадке расположено 5 скважин, образующих разрезы I – I и которые пересекаются между собой в скважине скв.2.

Сама строительная площадка расположена между скважинами скв.1 и скв.2, так как это наиболее удобное место для строительства, со слоистым напластованием, когда все слои грунта относительно однородны и горизонтальны

1.1 Описание слоев

1. Географическое положение площадки – г. Ульяновск;

2. Геологическая характеристика площадки – глубина скважин 10 метров расположенных в пяти местах, данная площадка состоит из четырёх видов грунтов (сверху в низ):

а) Почвенно-растительный слой – мощность слоя 1 метр;

б) Песок серовато-желтый, пылеватый – мощность слоя 4 метра;

в) Глина коричневато-серая, пылеватая, ленточная – мощность слоя

3 метра;

г) Суглинок серый, пылеватый, с линзами песка и гравия – мощность слоя бурением не установлено.

3. Гидрогеологические условия – уровень грунтовых вод расположен в пределах 2 метров от поверхности земли.

1.2 Расчет дополнительных характеристик грунтов (физико-механические свойства).

1 слой-глина

Определяем физико-механические свойства, если w = 40 %; wP = 28 %; wL = 46 %; γS = 27.1 кН/м3; Е = 5 МПа , СII=18 кПа , φ=15 град , γII=18,2 кН/м3

1. Число пластичности:

JP = wL - wP = 46-28 = 18 %.

2. По показателю текучести определяем состояние глины:

Данная глина является мягкопластичной, т.к. 0,50 < JL = 0,666 ≤ 0,75

3. Определяем удельный вес грунта в сухом состоянии:

4. Определяем коэффициент пористости грунта по формуле:

e=(s - γd)/ γd =27.1-13/13=1.08

5. Определяем степень влажности

Sr = ws/(e•w) = 0,4*27,1/( 1.08*10)=1

6. Расчетное сопротивление R0 = 160 кПа.

2 слой-супесь

Определяем физико-механические свойства, если w = 22 %; wP = 18 %; wL = 24 %; γS = 26,5 кН/м3; Е = 14 МПа , СII=8 кПа , φ=24 град , γII=19,2 кН/м3

1. Число пластичности:

JP = wL - wP = 24-18 = 6 %.

2. По показателю текучести определяем состояние глины:

Супесь является пластичной, т.к. 0 ≤ JL = 0,666 ≤ 1

3. Определяем удельный вес грунта в сухом состоянии:

4. Определяем коэффициент пористости грунта по формуле:

e=(s - γd)/ γd =26.5-15.738/15,738=0.68

5. Определяем степень влажности

Sr = ws/(e•w) = 0,22*26,5/( 0.68*10)=0.857

6. Расчетное сопротивление: R0 = 230 кПа.

3 слой-суглинок

Определяем физико-механические свойства, если w = 15 %; wP = 11 %; wL = 24 %; γS = 26,5 кН/м3; Е = 22 МПа , СII=40 кПа , φ=24 град , γII=21,5 кН/м3

1. Число пластичности:

JP = wL - wP = 24-11 = 13 %.

2. По показателю текучести определяем состояние глины:

Данный суглинок является тугопластичным, т.к. 0,25 < JL = 0,3 ≤ 0,5

3. Определяем удельный вес грунта в сухом состоянии:

d = /(1+w)=21,5/1,15=18,69

4. Определяем коэффициент пористости грунта по формуле:

e = (s – d)/d =(26,5-18,69)/18,69=0,42

sb = (s – w)/(1+e)=(26,5-10)/(1+0,42)=11,62

5. Определяем степень влажности

Sr = ws/(e•w) = 0,15*26,5/( 0,42*10)=0,95

6. Расчетное сопротивление: R0 =360 кПа.

Заключение по строительной площадке

Площадка в целом пригодна для строительства. Почвенно-растительный слой в качестве естественного основания служить не может. В качестве естественного основания могут служить глина мягкопластичная, супесь пластичная и суглинок тугопластичный. Здание можно спроектировать на участке между скважинами 4-2.

2. Фундамент мелкого заложения

2.1 Выбор глубины заложения фундамента

При этом следует учитывать следующие факторы:

1. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки строительства

2. Климатические условия района строительства

3. Особенности возводимого и соседних сооружений

4. Способ производства работ

5. По отрывке котлованов и возведению фундаментов

1) Влияние климата.

d1 = df

-Место строительства – г. Ульяновск. По схематической карте нормативных глубин промерзания находим значение dfh = 1,6 м. Расчетную глубину промерзания грунта

Где dfn нормативная глубина промерзания (dfn = 1,6) г.Ульяновск;

kn коэффициент, учитывающий влияния теплового режима сооружения, принимаемый по таблице . 5.2 СП 22.13330.2011; kn = 0,5 ( t=20o C и более)

df = 0.5 •1.6 = 0,8 м.

d1 = 0,8м.

2) Инженерно-геологические особенности.

Используется таблица 2 СНиП 2.02.01-83. Глубина заложения фундамента в зависимости от глубины залегания грунтовых вод. Глубина заложения должна быть не менее df

d2 = 0,8м.

3) Конструктивные особенности.

Здание имеет подземные коммуникации на отметке -3.0м. с фундамента выбираем на 0.3÷0,5м ниже уровня подземных коммуникаций

d3 = 3,5м

Фундаменты здания закладываются на одинаковой глубине, при этом глубина заложения – это максимальный из трех параметров.

d1; d2; d3

Глубина заложения 3,5м

2.2 определение площади подошвы фундамента мелкого заложения

2.2.1 Предварительное назначение площади подошвы фундамента

Размеры подошвы назначаются на основании давления в основании расчетным сопротивлением грунта основания, обеспечивая тем самым выполнение требований второй группы предельных состояний. Предварительное назначение площади подошвы фундамента произведем для фундамента № 6, который является внецентренно нагруженным.

Внецентренно нагруженным фундаментом называют фундамент, равнодействующая всех внешних нагрузок которого не проходит через цент тяжести площади подошвы.

Для фундамента № 6:

= 3500 кН

M0II = 240 кН•м

F0II = 20 кН

Назначение площади подошвы фундамента предварительно выполняется по формуле:

где - вертикальная нагрузка; R – расчетное сопротивление грунта ( нес. слоя); d – глубина заложения фундамента; - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах ( = 19 кН/м3 ); А – площадь подошвы фундамента.

м²;

Так как фундамент внецентренно нагруженный, то подошву принимаем прямоугольной с соотношение сторон b/l = 0.6÷0.85.

Принимаем

b/l = 0,7

b = 5.4м (принимаем 4,6 из-за конструктивных соображений и экономии строительных материалов )

А = 4,6 * 4,6 = 21,2м2

2.2.2 Предварительное конструирование фундамента.

Данный фундамент имеет своеобразное применение: он возводится под установку высокой трубы.

2.2.3 Проверочный расчет по давлению

Согласно п.2.49 СНиП 2.02.01-83 произведем проверку условий:

где - максимальное и минимальное значение давления по краям фундамента, кПа;

R – расчетное сопротивление грунта, кПа.

где А – площадь подошвы фундамента м2;

- вертикальная расчетная нагрузка на уровне подошвы фундамента кН;

l – длина подошвы фундамента, м;

e – эксцентриситет;

Заключение (выдержка)

8. Расчет всех фундаментов здания

8.1 Расчет фундамента № 1.

= 580 кН; = -290 кН•м;

Фундамент Внецентренно нагруженный.

1) Глубина заложения ростверка 3,5 м.

8.1.1 Определение размеров подошвы фундамента

= 6,3 м2

Принимаем b/l = 0,6 b•l = 6,3 l = 3,2 м

b = 1,9 м

А = 3,2 * 1,9 = 6,1 м2

8.1.2 Проверочный расчет по давлению

Условия:

= 8,9*25 =222,5 кН,

= 580+222,5+97,2 = 899,7 кН,

Р = = = 147,5 кН, е = 0,32

= 59 кН; - условие выполнено

= 236кН; - условие выполнено

Для расчета R: = 1,2; = 1,1; k = 1; = 0,43; = 2,73; = 5,31; = 1; b = 1,9; d1 = 3,5м; = 19,32; 18,7; db = 0; = 28.

= 452,9кПа

(67%) Расхождение между величинами давления и расчетного сопротивления превышает допустимые 5-7% ,уменьшаем размеры подошвы фундамента.

= 6,8*25 =170 кН,

= 580+170= 750 кН,

Р = = = 217,4 кН, е = 0,38

= 1,89 кН; - условие выполнено

= 432,9кН; - условие выполнено

Для расчета R: = 1,2; = 1,1; k = 1; = 0,43; = 2,73; = 5,31; = 1; b = 1,5; d1 = 3,5м; = 19,32; 18,7; db = 0; = 28.

= 448,8кПа

(52%) Расхождение между величинами давления и расчетного сопротивления превышает допустимые 5-7% , уменьшаем размеры подошвы фундамента

= 6,3*25 =157,5 кН,

= 580+157,5= 737,5 кН,

Р = = = 409,7 кН, е = 0,39

= -229,4 кН; - условие не выполнено

= 1048,8 кН - условие не выполнено

Так как условия не выполняются, принимаем подошву с шириной b = 1,5 м.

8.2 Расчет фундамента № 2.

= 590 кН; = 300 кН•м;

Фундамент Внецентренно нагруженный.

1) Глубина заложения ростверка 3,5 м.

8.2.1 Определение размеров подошвы фундамента

= 6,3 м2

Принимаем b/l = 0,6 b•l = 6,3 l = 3,2 м

b = 1,9 м

А = 3,2 * 1,9 = 6,1 м2

8.2.2 Проверочный расчет по давлению

Условия:

= 8,9*25 =222,5 кН,

= 590+222,5+97,2 = 909,7 кН,

Р = = = 149,1 кН, е = 0,32

= 59 кН; - условие выполнено

= 236кН; - условие выполнено

Для расчета R: = 1,2; = 1,1; k = 1; = 0,43; = 2,73; = 5,31; = 1; b = 1,9; d1 = 3,5м; = 19,32; 18,7; db = 0; = 28.

= 452,9кПа

= 6,8*25 =170 кН,

= 590+170= 760 кН,

Р = = = 220,4 кН, е = 0,38

= 1,89 кН; - условие выполнено

= 432,9кН; - условие выполнено

Для расчета R: = 1,2; = 1,1; k = 1; = 0,43; = 2,73; = 5,31; = 1; b = 1,5; d1 = 3,5м; = 19,32; 18,7; db = 0; = 28.

= 448,8кПа