Курсовая работа: Проектирование и расчет фундаментов мелкого и глубокого заложения одноэтажного производственного

КОСТРОМСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра «Строительные конструкции»

Курсовой проект

на тему «Проектирование и расчет

фундаментов мелкого и глубокого заложения одноэтажного

производственного здания»

Выполнил :

студент 4 курса 1 группы

архитектурно-строительного факультета

Виноградов В. С.

Приняла : Примакина Е. И.

Кострома 2003 г.

Оглавление.

1. Краткая характеристика здания

2. Основные сведения о строительной площадке

3. Оценка свойств отдельных пластов грунта

4. Оценка геологического строения площадки

5. Расчет фундаментов мелкого заложения:

расчет первого сечения

расчет второго сечения

6. Расчет фундаментов глубокого заложения:

расчет первого сечения

расчет второго сечения

7. Выбор сваебойного оборудования

8. Устройство котлована

9. Устройство водопонижения

10. Список используемой литературы

1.Краткая характеристика проектируемого здания.

- Назначение и основные особенности проектируемого здания.

Данное здание является промышленным. Оно имеет размеры в плане в осях 96x120 м. Количество этажей в данном здании 1. Полная высота здания от спланированной отметки до карниза 13 м. Условная отметка чистого пола первого этажа 0.000 м выше спланированной отметки земли на 0.15 м.

- Конструктивное решение здания.

Данное здание с полным каркасом, несущие стены – навесные панели. Толщина наружных стен 300 мм. Несущими конструкциями являются колонны. Фундамент в данном здании является нагруженным с эксцентриситетом.

2.Основные сведения о строительной площадке.

Местные условия строительной площадки.

Абсолютные отметки поверхности строительной площадки: 142.99 м, 143.95 м, 144.91 м. Рельеф площадки ровный, спокойный и имеет уклон 1.8 %.

Геологическое строение площадки.

Геологическое строение площадки характеризуется геологическими выработками – скважинами №1, №2, №3 из которых с глубины 1.5 м, 3.5 м, 8 м, 13.5 м, отобраны образцы грунта для лабораторных испытаний.

3.Оценка свойств отдельных пластов грунта

1слой - насыпь.

2слой - пылевато-глинистый грунт.

Определяем число пластичности по формуле

I_p =W_L -W_p =23.5-17.0=6.5 по таблице 1.8 [1]- грунт супесь

т.к. 1 < I_p £ 7

W_L – влажность на границе текучести;

W_p – влажность на границе пластичности.

Определяем показатель текучести:

I_L =(W-W_p )/I_p =(15.4-17)/6.5= -0.246

В соответствии с табл. 1.9 [1] тип грунта супесь, разновидность которого по показателю текучести - твердая т.к. I_L <0.

По степени влажности S_r определяем водонасыщенность грунта.

т/м³

e=(2.68-1.716)/1.716=0.56 - коэффициент пористости грунта.

S_r =0.154*2.68/(0.56*1)=0.737 - грунт влажный, т.к. 0.5< S_r £0.8 по табл. 1.6 [1].

W - природная влажность грунта;

r- природная плотность грунта т/м³ ;

r_s - плотность частиц т/м³ ;

r_d - плотность сухого грунта т/м³ ;

r_w =1 т/м³ - плотность воды.

Для предварительной оценки набухаемости грунта находим показатель просадочности. Этим свойством обладают только пылевато-глинистые грунты. Грунт считается просадочным, если S_r <0.8 и показатель просадочности находится в диапозоне:

П=(0.616-0.56)/(1+0.56)=0.036

e_L - коэффициент, соответствующий влажности на границе текучести.

e - коэффициент пористости природного грунта.

Грунт считается набухающим, если П>0.3(п.10.2.1[1]).

Вывод: грунт- супесь твердая, влажная, непросадочная, ненабухающая, малопучинистая.

3 слой -пылевато-глинистый грунт.

Определяем число пластичности по формуле

I_p =W_L -W_p =34.3-18.0=16.3 по таблице 1.8 [1] – грунт суглинок т.к. 7 < I_p £ 17

Определяем показатель текучести:

I_L =(W-W_p )/I_p =(30-18)/16.3= 0.736

В соответствий с табл. 1.9 [1] тип грунта суглинок, разновидность

которого по показателю текучести - мягкопластичный т.к. 0.5 < I_L £ 0.75

Oпределяем коэфициент пористости грунта.

т/м³

e=(2.54-1.4769)/1.4769=0.7198

Определяем степень влажности грунта. По степени влажности определяем водонасыщенность грунта.

S_r =0.3*2.54/(0.7198*1)=1.058 - грунт насыщенный водой т.к. S_r >0.8 по табл. 1.6 [1].

Находим показатель просадочности.

П=(0.66-0.7198)/(1+0.7198)= -0.035

В соответствие с п.10.2.1[1] – грунт не просадочен.

Вывод: грунт- суглинок мягкопластичный, насыщенный водой, не просадочный, не набухаемый, сильнопучинистый.

4 слой - пылевато-глинистый грунт.

Определяем число пластичности по формуле

I_p =W_L -W_p =40.8-19.8=21 по таблице 1.8 [1] – грунт глина т.к. I_p >17

Определяем показатель текучести:

I_L =(W-W_p )/I_p =(26.3-19.8)/21= 0.3095

В соответствий с табл. 1.9 [1] тип грунта глина, разновидность, которой по показателю текучести – тугопластичная т.к. 0.25 < I_L £ 0.5

Oпределяем коэффициент пористости грунта.

т/м³

e=(2.47-1.59)/1.59=0.55

Определяем степень влажности грунта. По степени влажности определяем водонасыщенность грунта.

S_r =0.263*2.47/(0.55*1)=1.181 - грунт насыщенный водой т.к. S_r >0.8 по табл. 1.6 [1].

Находим показатель просадочности.

П=(0.82-0.55)/(1+0.55)=0.17

В соответствие с п.10.2.1[1] – грунт не просадочен.

Вывод: грунт- глина тугопластичная, насышенная водой, не просадочная, не набухаемая, среднепучинистая.

5 слой - песок

Для определения типа грунта по крупности частиц необходимо суммировать данные процентного содержания частиц по табл.1.5 [1]

Частиц >2 мм - 12.3% в то время как для гравелистого песка частиц должно быть более 25%.

Частиц 2 - 0.5 мм - 12.3+31.9=44.2% - в то время как для крупного песка частиц должно быть более 50%.

Частиц 0.5 - 0.25 мм - 12.3+31.9+22.8=67% >50% - находят песок средней крупности.

Определяем коэффициент пористости грунта.

т/м³

e=(2.74-1.645)/1.645=0.67 – по e - средней плотности т.к. 0.55<0.67<0.7 по табл. 1.7 [1].

Определяем степень влажности:

S_r =0.24*2.74/(0.67*1)=0.988 – грунт насыщенный водой т.к. S_r >0.8 по табл. 1.16 [1].

Вывод: грунт- песок средней крупности, средней плотности, насышенный водой, практически непучинистый.

Сводная таблица физических свойств грунтов.

Сводная таблица механических характеристик грунтов.

4. Оценка геологического строения площадки.

Грунт строительной площадки имеет слоистое напластование, с залеганием слоев, близких к горизонтальным и выдержанным по мощности. В толще грунтов залегают подземные воды.

Геологические изыскания производились в июле.

Абсолютные отметки подземных вод:

Скв.N 1 – 140.30 м

Скв.N 2 – 141.90 м

Скв.N 3 – 143.00 м

Уровень грунтовых вод 2.69, 2.05, 1.91 м, т.е. в неблагоприятный период фундаменты здания могут оказатся в подтоплении, в таком случае необходимо будет предусмотреть усиленную гидроизоляцию и подсыпку из непучинистых материалов.

5.Расчет фундамента мелкого заложения.

Расчет первого сечения под колонну среднего ряда.

Определяем глубину заложения фундаментов.

По конструктивным: особенностям здания и сечению колонны 1400х500 подбираем тип подколонника Д с сечением 2100х1200, с размерами стакана 1500х600 по низу, 1650х650 по верху и глубиной 1250.

Определим расчетную глубину промерзания

d_f =d_fn ·k_n ; k_n =0.56 (т. 5.9 [1]) d_f =1.8·0.56=1.008 м. d ³ 1.008 м.

По геологическим: в качестве естественного основания принимаем 2 слой супесь твердая, влажная, непросадочная, ненабухающая, малопучинистая. d³ 0.78 м.

По гидрогеологическим: d< 2.69 м.

Окончательная глубина заложения фундамента 2.4 м от спланированной отметки земли. Рабочим слоем является грунт – супесь твердая, подстилающими грунтами – суглинок, глина и песок.

Предварительно определяем размеры фундамента условно считая его центрально нагруженным квадратной формы.

кН кПа кН/м3 м

Учтем прямоугольность фундамента

м м

принимаем ФД11-3

м м м3

Учитываем что фундамент внецентренно нагружен и определяем эксцентриситет.

кНм кН кН/м3

Приводим нагрузку к подошве фундамента

Вес фундамента кН

Объем грунта м³

Момент у подошвы фундамента кНм

найдем средний удельный вес грунта выше подошвы фундамента

кН/м³

-вес грунта

кН

м

определим относительный эксцентриситет и сравним его с допустимым

2 – я комбинация

кНмкН

кН

м

Определяем вид эпюры контактных давлений. Эпюра имеет трапециевидную форму т.к.

кПа

кПа

q – нагрузка от оборудования, людей, складируемых материалов и изделий. Согласно п.3.2 [4] принимается не менее 2 кПа.

Проверка под углом подошвы фундамента

т/м³ – удельный вес грунтов залегающих выше подошвы фундамента.

т/м³ – удельный вес грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на глубину 0.5b.

кПам

g_с1 , g_с2 – коэф. условий работы таб.5.11[1].

к – коэф. зависящий от того как были определены с и j.

Мg, Мс и Мq коэф. принимаемые по таб.5.12[1].

k_z – коэф. зависящий от b.

d₁ – глубина заложения фундаментов.

кПа

кПа

Следовательно проверка прочности основания выполняется т.е. размеры фундамента подобраны верно.

Расчет по несущей способности основания.

,

где F=2734.231 кН – расчетная нагрузка на основание; F_u – сила предельного сопротивления основания; g_с – коэф. условий работы принимаемый для глинистых грунтов – 0.9; g_n – коэф. надежности по назначению сооружений принимаемый для сооружения II класса равным 1.15.

F_u =b`×l`×(N_g ×x_g ×l`×g<sub>I</sub> +N<sub>q</sub> ×x<sub>q</sub> ×g<sub>I</sub> `×d+N_c ×x_c ×c_I ),

где b`=b-2×e_b =3-2×0.086=2.828 м – приведенные ширина и длина фундамента

l`=l-2×e_l =3.6-2×0.2=3.2 м

e_b , e_l – эксцентриситеты приложения нагрузок.

N_g , N_q , N_c – безразмерные коэф. определяемые по таб.5.28[1]

N_g =5.87; N_q =10.66; N_c =20.72

x_g =1-0.25/h=1-0.25/(l`/b`)=1-0.25/(3.2/2.828)=0.779 – коэф. формы подошвы фундамента

x_q =1+1.5/h=1+1.5/1.13=2.33

x_c =1+0.3/h=1+0.3/1.13=1.27

F_u =2.828×3.2×(5.87×0.779×3.2×11.052+10.66×2.33×18.5×2.4+20.72×1.27×12)=14301.012 кН

14301.012×0.9/1.15=11192.096 кН>2734.231 кН, т.е. несущая способность основания при принятых размерах фундамента обеспечена.

Расчет осадки основания методом эквивалентного слоя.

Построим эs_zp и эs_zg

кПа

s_zgi = Sg_i ×h_i – где g_i - удельный вес грунта(при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), h_i -мощность слоя.

с учетом взвешивающего действия воды.

кПа

кПа

кПа

кПа

кПа

кПа

кПа

Aw=f(l/b;n) - таб.5.6[5]

м

м

Определим модуль деформации

2 слой-супесь

кПа кПа

кПа кПа

кПа

кПа

кПа

3 слой-суглинок

кПакПа

кПакПа

кПа

кПа

кПа

4 слой-глина м

кПа кПа

кПакПа

кПа

кПа

м м

кПа

d – диаметр штампа d=0.277 м, w=0.79 – коэффициент, b, n – т. 1.15 [1]

м м м

м м м

h – мощность сжимаемого слоя, z- расстояние от середины сжим. слоя до конца распространения осадки.

м

Что гораздо меньше предельной 8 см таб.5.26[1].

Проверяем прочность подстилающего слоя.

кПа кПа кПа

м

кН/м³

кН/м³

кПа

м

кПа

условие выполняется

Расчет второго сечения под колонну крайнего ряда.

Первая комбинация

Предварительно определяем размеры фундамента условно считая его центрально нагруженным квадратной формы.

кН кПа кН/м3 м

м

Учтем прямоугольность фундамента

м

принимаем ФД11-3 м м м3

Учитываем что фундамент внецентренно нагружен и определяем эксцентриситет.

кНм кН кН/м3

кН

м3

кНм

кН/м³

кН

кН

м

Вторая комбинация

кНм кН

кНм

м

Определяем вид эпюры контактных давлений.

кПа

кПа

Проверка под углом подошвы фундамента

кПа

м

кПа

кПа

Следовательно проверка прочности основания выполняется т.е. размеры фундамента подобраны верно.

Расчет осадки основания методом эквивалентного слоя.

Построим эs_zp и эs_zg

кПа

кПа

м

м

мм м

м м м

кПа кПа кПа

м

Что гораздо меньше предельной 8 см таб.5.26[1].

Проверяем прочность подстилающего слоя.

кПа кПа

кПа

м

кН/м³ кН/м³

кПа

м

кПа

Условие выполняется т.е. размеры фундамента подобраны верно.

6. Расчет фундамента глубокого заложения.

Расчет фундамента под первое сечение.

Проектируем свайный фундамент с забивными железобетонными сваями и монолитным ростверком. Глубину заложения верха ростверка принимаем из конструктивных соображений 1.8 м. Высоту ростверка принимаем равной 0.6 м. Величина заделки сваи в ростверк принимаем 0.3 м. В качестве естественного основания принимаем глину тугопластичную.

Предварительно принимаем сваю С10 – 30 длиной 10 м квадратного сечения 0.3х0.3 м. Определим несущую способность одной сваи

кН кНм кН кНм кН

кН/м3 м

длина сваи

длина сваи без учета защемления в ростверке

несущая способность одной сваи

м м м м мм

м м м м м м

кПа кПакПа кПа кПа

кПа

м²

м

кПа м

кН

h_i – мощность итого слоя.

z_i – глубина заложения итого слоя с поверхности до середины слоя.

По т. 9.1 [2] R кПа.

По т. 9.2 [2] f_i кПа

По т. 9.3 [2] g_c = 1, g_{с R} = 1, g_cf = 1,

u – периметр одной сваи.

А – площадь поперечного сечения.

Определяем допустимую расчетную нагрузку на одну сваю

P_CB =766.105кН g_g =1 - коэф. надежности по грунту.

Определяем необходимое число свай

n=3.508шт.

принимаемшт.

Определим нагрузку приходящуюся на каждую сваю во внецентренно нагруженном фундаменте.

кН - вес подколонника;

кН – вес ростверка;

- коэф. надежности по нагрузке;

м³

м³

м³

м³

кН/м³

кН

кН

кНм

кНм

м м –расстояния от центра сваи до осей соответственно.

кН

кН

1.2×P_CB =919.326 кН > P_max

Неравенства выполняются, следовательно проверка условий работы крайних свай показала, что свайный фундамент запроектирован рационально.

Свайный фундамент с висячими сваями условно принимают за массивный жесткий фундамент глубокого заложения, контур которого ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом грунта.

град.

кН

м

м

м³

м³

кН/м³

кН

кН

кНм

кНм

кПа

кПа

кН/м³ кН/м³

кПа

кПа

Неравенства выполняются, значит размеры фундамента подобраны верно.

Расчет осадки основания

кПа

кПа

кПа

м

м

Определим модуль деформации.

4 слой-глина

кПа; кПа; кПа; кПа

; м;

кПа

кПа

м; м

кПа

5 слой-песок

;м;

кПа; кПа; кПа; кПа

кПа

кПа

м; м

кПа

м; м; м; м

; ; кПа; кПа

;

м

Что гораздо меньше предельной 8 см таб.5.26[1].

Расчет фундамента под второе сечение.

Проектируем свайный фундамент с забивными железобетонными сваями и монолитным ростверком. Глубину заложения верха ростверка принимаем из конструктивных соображений 1.8 м. Высоту ростверка принимаем равной 0.6 м. Величина заделки сваи в ростверк принимаем 0.3 м. В качестве естественного основания принимаем глину тугопластичную.

Предварительно принимаем сваю С8 – 30 длиной 8 м квадратного сечения 0.3х0.3 м. Определим несущую способность одной сваи.

кН; кНм; кН; кНм; кН; кН/м3

м

м

м; м; м; м;

м; м; м; м; м;

кПа; кПа; кПа; кПа; кПа

; ; ;

м²

м

кПа

м

кН

Определяем допустимую расчетную нагрузку на одну сваю

P_CB =617.696 кН

Определяем необходимое число свай.

n=2.3 шт.

принимаем шт.

Определим нагрузку приходящуюся на каждую сваю во внецентренно нагруженном фундаменте.

кН

кН

; ;

м³

м³

м³

м³

кН/м³

кН

кН

кНм

кНм

м м

кН

кН

; 1.2×P_CB =741.24 кН > P_max

Неравенства выполняются, следовательно проверка условий работы крайних свай показала, что свайный фундамент запроектирован рационально.

Свайный фундамент с висячими сваями условно принимают за массивный жесткий фундамент глубокого заложения, контур которого ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом грунта.

град.

кН

м

м

м³

м³

кН/м³

кН

кН

кНм

кНм

кПа

кПа

кН/м³

кН/м³

; кПа; ; ;

; ;

кПа

кПа

Расчет осадки основания

м

м

м м

мм

кПа кПа

м

Что гораздо меньше предельной 8 см таб.5.26[1].

7. Выбор оборудования для забивки свай.

Определяем минимальную энергию удара по формуле 8.21 [1].

Дж

а=25 Дж/кН – коэф.;

F_v – расчетная нагрузка, допускаемая на одну сваю.

Из т. 9.5 [5] выбираем дизель молот С – 995 с энергией удара 33 кДж.

Расчет отказа сваи.

формула 9.12 [5]

h = 1500 кН/м² стр. 207 [5], M = 1 стр. 207 [5],

A = 0.09 м² , площадь поперечного сечения сваи

m₁ = 2600 кг, масса молота

m₂ = 2250 кг, масса сваи

m₃ = 1250 кг, масса ударной части

E² = 0.2 коэффициент восстановления удара

м

Что больше допустимого 0.002 м, т.е. сваебойное оборудование подобрано верно.

8. Устройство котлована.

Глубина котлована 2.4 м. При устройстве котлована запроектированы естественные откосы с уклоном 1:1. Размеры котлована понизу – 100.2х123.6 м² , по верху – 105х128.4 м² . На основании стр.26[10] и гл.7 [6] подобрана следующая землеройная машина:

Экскаватор с гидравлическим приводом при работе обратной лопатой ЭО-4121 мощностью 95 кВт, объемом ковша 1 м³ .

9. Защита котлована от подземных вод.

Водопонижение осуществляем с помощью открытого водоотлива и производим в течение всего времени устройства фундаментов и других подземных частей здания, расположенных ниже уровня подземных вод, до тех пор, пока нагрузки от конструкции не превысят возникающее гидростатическое давление и не обеспечат устойчивость подземных сооружений от всплывания.

Открытый водоотлив осуществляется прямо из котлована насосами. Для сохранения природного сложения грунтов оно должно вестись с опережением земляных работ в определенной последовательности. Вода откачивается из приямков, куда она поступает из канавок глубиной 0.3-0.5 м, расположенных по периметру котлована с уклоном i=0.01-0.02 в сторону приямков. Приямки устраивают не ближе 1 метра от граней фундамента. По мере разработки котлована приямки заглубляются вместе с канавками. Приямки заглубляются не менее чем на 0.7-1 м, и уровень воды в них поддерживается на 0.3-0.5 м ниже дна вырытого котлована.

10. Список используемой литературы.

1. Справочник проектировщика «Основания,фундаменты и подземные сооружения ». Под редакцией Е.А. Сорочана, Ю.Г. Трофименкова. М.,1985.

нова, М., Стройиздат, 1984.

2. СНиП 2.02.01 – 83 «Основания зданий и сооружений», М., 1985.

3. СНиП 2.02.03 – 85 «Свайные фундаменты», М., 1986.

4. СНиП 2.01.07 – 85 «Нагрузки и воздействия», М., 1988.

5. Н.А. Цытович «Механика грунтов. Краткий курс», М., 1983.

6. В.А. Веселов «Проектирование оснований и фундаментов» М.,1990.

7. Руководство по выбору проектных решений фундаментов НИИОСП им. Н.М. Герсева

8. Е.Г. Кутухтин «Конструкции промышленных и сельскохозяйственных зданий и сооружений», М., 1995.

9. Примакина Е. И. «Методические указания на расчет оснований под ФМЗ и свайные»

10. Цыбакин С.В. «Методические указания на производство земляных работ»