Исходные данные
Общая оценка конструктивных особенностей проектируемого здания
Разработка вариантов фундаментов и их экономическое сравнение
Расчет фундамента мелкого заложения
Определение глубины заложения фундамента
Определение расчетного сопротивления грунта основания при ширине подошвы 1 м.
Определение размеров подошвы фундамента
Конструирование фундамента
Определение давления на грунт основания под подошвой фундамента
Проверка давления, действующего на грунт основания
Расчет основания по несущей способности (по первому предельному состоянию)
Расчет свайного фундамента
Определение глубины заложения подошвы ростверка
Выбор вида и материала свай
Определение несущей способности сваи
Определение несущей способности сваи по материалу
Определение необходимого количества свай
Конструирование ростверка и его расчет
Проектирование оснований и фундаментов является неотъемлемой
составной частью проектирования сооружения в целом.
Работу оснований и фундаментов необходимо рассматривать как единую систему «основание-фундамент-сооружение». При проектировании оснований и фундаментов решаются две задачи: первая – выбор типа основания и фундамента и определение основных размеров фундаментов, вторая – подбор и расчёт отдельных элементов фундаментов.
Проектирование начинают с изучения факторов, определяющих выбор проектных решений. Среди них первостепенную значимость имеют
следующие:
– уровень ответственности здания или сооружения, их конструктивные и архитектурно-планировочные особенности;
– нагрузки, учитываемые в расчётах;
– данные инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий на строительной площадке;
– местные условия строительства.
Основная задача при проектировании оснований и фундаментов заключается в подборе типа фундамента, определении его размеров и выборе
несущего слоя грунта основания, чтобы обеспечить надёжную эксплуатацию здания или сооружения. Проектирование ведется на основании действующих нормативных документов.
Фундаменты зданий и сооружений устраиваются для восприятия нагрузок от надземных конструкций и передачи их на прочные слои грунта. Основание под действием нагрузок претерпевает деформации.
Грунт – горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.
Основание – напластование грунтов под подошвой фундамента, воспринимающее давление от сооружения. Различают два типа оснований: естественное и искусственное.
Естественное основание – обычный природный грунт, используемый под подошвой фундаментов без предварительной подготовки. Искусственное основание выполняется заменой грунта или изменением его свойств.
Исходные данные
Рисунок 2.1 – Экспериментальный цех.
Рисунок 2.11 – Геолого-литологический разрез.
Размер сооружения и нагрузки
3.Общая оценка конструктивных особенностей проектируемого здания
Целевое назначение здания (сооружения) – Экспериментальный цех
Экспериментальный цех - это подразделение, где проводятся исследования, выполняются опытно-конструкторские работы, ведётся разработка технологических процессов, изделие доводится до готовности по требованиям стандартов.
4.Разработка вариантов фундаментов и их экономическое сравнение
Технико-экономическое обоснование выбора фундамента является основным вопросом его рационального проектирования. Разработка вариантов – важнейший этап выполнения курсовой работы.
Для любых грунтовых условий можно предложить несколько вариантов устройства оснований и фундаментов. При выборе вариантов можно изменять глубину заложения фундаментов, принимать разные типы оснований (естественное и искусственное), различные типы фундаментов (отдельные, ленточные, сплошные), разные виды свай. Намечать и рассматривать нужно только целесообразные варианты. Явно нецелесообразные варианты (дорогие, трудоемкие в производстве работ) рассматривать не следует. В курсовом проекте в качестве обязательных необходимо проработать варианты устройства фундамента из забивных железобетонных свай.
Необходимо рассмотреть два варианта одного из наиболее нагруженных и характерных фундаментов, выбрав наиболее экономичный из них.
Технико-экономическое сравнение вариантов необходимо производить по приведенным затратам применительно к району строительства, однако в курсовой работе сравнение вариантов можно провести с использованием укрупненных единичных расценок.
В качестве основного необходимо принять вариант фундамента, имеющий меньшую стоимость.
К разработке вариантов нужно отнестись с особым вниманием. Выбор типа основания и фундамента – один из самых сложных вопросов фундаментостроения. Глубина проработки вариантов в значительной степени свидетельствует о глубине проработки всей работы.
4.1. Расчёт основания по деформациям (по II предельному состоянию)
Расчёт осадки фундамента выполняется методом послойного суммирования. Основание разбивается на элементарные слои толщиной hi ≤ 0.4b.
Определение допустимой толщины слоя
hi ≤ 0.4 b
Подстановка:
hi ≤ 0.4 × 2.3 = 0.92 м
Толщина каждого элементарного слоя принимается не более 0.92 м.
Разбивка грунта на элементарные слои
По геологическому разрезу:
Глина пылеватая: 0.5–3.0 м → h = 2.5 м
Супесь лёгкая: 3.0–10.0 м → h = 7.0 м
Суглинок тяжёлый: 10.0–12.0 м → h = 2.0 м
Разбиваем:
Глина (2.5 м):
0.83 м + 0.83 м + 0.84 м
Супесь (7.0 м):
0.88 × 8 слоёв
Суглинок (2.0 м):
1.0 м + 1.0 м
Всего 13 расчётных точек.
Природные напряжения σzg,0 в точке 0
σzg,0 = γ × z
где γ = 18.5 кН/м³ (глина), z = 0.5 м
σzg,0 = 18.5 × 0.5 = 9.25 кПа
Природные напряжения в последующих точках σzg,i
σzg,i = σzg,0 + Σ(γi · hi)
Рассчитываем последовательно:
1-й слой:
σzg,1 = 9.25 + 18.5×0.83 = 24.6 кПа
2-й слой:
σzg,2 = 24.6 + 18.5×0.83 = 39.9 кПа
3-й слой:
σzg,3 = 39.9 + 18.5×0.84 = 55.4 кПа
Супесь γ = 18.0 кН/м³:
4-й: σzg,4 = 55.4 + 18×0.88 = 71.2 кПа
5-й: σzg,5 = 71.2 + 18×0.88 = 87.0 кПа
6-й: σzg,6 = 87.0 + 18×0.88 = 102.8 кПа
7-й: σzg,7 = 102.8 + 18×0.88 = 118.6 кПа
8-й: σzg,8 = 118.6 + 18×0.88 = 134.4 кПа
9-й: σzg,9 = 134.4 + 18×0.88 = 150.2 кПа
10-й: σzg,10 = 150.2 + 18×0.88 = 166.0 кПа
11-й: σzg,11 = 166.0 + 18×0.88 = 181.8 кПа
Суглинок γ = 20.0:
12-й: σzg,12 = 181.8 + 20×1.0 = 201.8 кПа
13-й: σzg,13 = 201.8 + 20×1.0 = 221.8 кПа
Дополнительные напряжения σzp,0 под центром подошвы
σzp,0 = PII / A
где PII = 1270 кН,
A = 10.49 м²
σzp,0 = 1270 / 10.49 = 121 кПа
Дополнительные напряжения в глубине σzp,i
σzp,i = α ⋅ σzp,0
Коэффициенты α зависят от:
l/b = 4.6 / 2.3 = 2
z/b = глубина / 2.3
По таблице (для прямоугольного фундамента):
Приближённые значения α:
Глубина z = Σhi:
z=0.83 → z/b = 0.36 → α≈0.90
σzp,1 = 0.90×121 = 108.9 кПа
z=1.66 → z/b=0.72 → α≈0.78
σzp,2 = 0.78×121 = 94.4 кПа
z=2.50 → z/b=1.09 → α≈0.68
σzp,3 = 0.68×121 = 82.3 кПа
Супесь:
z=3.38 → α≈0.58 → σzp,4=70.2
z=4.26 → α≈0.50 → σzp,5=60.5
z=5.14 → α≈0.44 → σzp,6=53.2
z=6.02 → α≈0.39 → σzp,7=47.2
z=6.90 → α≈0.35 → σzp,8=42.4
z=7.78 → α≈0.32 → σzp,9=38.7
z=8.66 → α≈0.29 → σzp,10=35.1
z=9.54 → α≈0.26 → σzp,11=31.5
Суглинок:
z=10.54 → α≈0.23 → σzp,12=27.8
z=11.54 → α≈0.21 → σzp,13=25.4
Деформация слоя (осадка) Si
Формула послойного суммирования:
Si = (σzp,i − σzg,i) × hi / Ei
где Ei:
Глина E=12 МПа=12000 кПа
Супесь E=9 МПа=9000 кПа
Суглинок E=18 МПа=18000 кПа
Глина (E=12000 кПа)
1ый слой:
S1 = (108.9 − 24.6) × 0.83 / 12000
S1 = 84.3 × 0.83 / 12000
S1 = 70.0 / 12000
S1 = 0.0058 м = 5.8 мм
2ой слой:
S2 = (94.4 − 39.9) × 0.83 / 12000
S2 = 54.5×0.83 /12000
S2 = 45.2 /12000
S2 = 0.0038 м = 3.8 мм
3ий слой:
S3 = (82.3 − 55.4) × 0.84 / 12000
S3 = 26.9×0.84 /12000
S3 = 22.6 /12000
S3 = 0.0019 м = 1.9 мм
Супесь (E=9000 кПа)
4: S4 = (70.2−71.2)×0.88/9000 = −1.0×0.88/9000 = −0.000097 м = −0.10 мм
5: S5 = (60.5−87.0)×0.88/9000 = −26.5×0.88/9000 = −2.6 мм
6: S6 = (53.2−102.8)×0.88/9000 = −49.6×0.88/9000 = −4.9 мм
7: S7 = −6.3 мм
8: S8 = −7.4 мм
9: S9 = −7.8 мм
10: S10 = −8.0 мм
11: S11 = −8.0 мм
Суглинок (E=18000 кПа)
12:
S12 = (27.8−201.8)×1.0 /18000
S12 = −174 /18000 = −0.0097 м = −9.7 мм
13:
S13 = (25.4−221.8)×1.0 /18000
S13 = −196.4 /18000 = −0.0109 м = −10.9 мм
Суммарная осадка S
S = ΣSi
Суммирование:
Глина: +5.8 +3.8 +1.9 = +11.5 мм
Супесь: −0.1 −2.6 −4.9 −6.3 −7.4 −7.8 −8.0 −8.0 = −45.1 мм
Суглинок: −9.7 −10.9 = −20.6 мм
Общая:
S = 11.5 − 45.1 − 20.6 = −54.2 мм
Модуль осадки:
S = 54 мм
