Привязка проектируемого здания к существующему рельефу строительной площадки

ВЕДЕНИЕ

Целью данного курсового проекта является: для заданных конструкций здания и грунтовых условий площадки строительства на основании вариантного подхода запроектировать (рассчитать, сконструировать и вычислить) оптимальный тип фундаментов в двух расчетных сечениях. Под вариантным подходом подразумевается выбор двух типов фундаментов (фундамент мелкого заложения ФМЗ или свайный фундамент СФ), приемлемых в заданных грунтовых условиях, определение их основных параметров (габариты, число свай в кусте и т.д.) и технико-экономическое сравнение с выявлением наиболее оптимального варианта.

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Задание на проектирование, включает в себя:

1. Бланк задания к курсовому проекту с исходными данными для проектирования, состав здания, график выполнения курсового проекта, список рекомендуемой литературы;

2. Бланк грунтовых условий площадки строительства, включающий схему расположения геологических выработок, геологические колонки и физико-механические характеристики грунтов;

3. Бланк с исходными данными о сооружении (план, разрез), характеристиками конструкции, материалов, наличии подвалов и т.п.

Привязка проектируемого здания к существующему рельефу строительной площадки

Привязка проектируемого здания к существующему рельефу строительной площадки осуществляется в два этапа:

Первый этап – горизонтальная привязка – контур здания в масштабе наносится на инженерно-картографический план стройплощадки так, чтобы выработки, на плане, находились как можно ближе к зданию, его контуру.

Второй этап – вертикальная привязка – определение планировочных отметок узлов строительной площадки, “черных” и “красных” отметок углов здания и “нулевой” отметки здания, т.е. отметка у.ч.п.

Рельеф поверхности грунта строительной площадки, представленный на рис. 1, с размерами в плане ОА ∙ ОВ = 60 ∙ 18 м, без уклона. Перепад высот по абсолютным отметкам составляет около 3м. Такой перепад в пределах здания 161,54 – 159,84 = 1,7 м вызывающий дополнительные сложности (конструктивные, эксплуатационные, технологические). Поэтому в таких случаях принимаются решения по изменению существующего рельефа в пределах контура здания.

Абсолютную отметку планировочной поверхности принимаем равной 76,50 м. Абсолютную отметку ±0,000, соответствующую уровню чистого пола 1-го этажа проектируемого здания, назначаем ±0,000 = 76,50 + 0,45 = 76,95 м

рис.1.1.К определению привязки проектируемого здания администраивно-бытового корпуса

Оценка инженерно-геологичеких и гидрогеологических условий площадки строительства

Общие положения.

Оценка инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства заключается в уточнении наименований каждого заданного ИГЭ, а также в определении производных и классификационных характеристик грунтов и начального расчетного сопротивления R₀. Расчет производим в порядке залегания ИГЭ грунта от поверхности земли по одной из четырех скважин. В сечении I-I (Б-2) – это скважина №3, так как именно к ней оно расположено ближе всего; во втором сечении II-II (А-2) - скважина№3.

Классификация грунтов.

1. ИГЭ-1. Мощность слоя h₁=2,7м. Проба взята с глубины . Грунт несвязный, т.к. влажности отсутствуют.

1.1. По гранулометрическому составу определяем вид песчаного грунта по крупности. Для этого содержания частиц исследуемого грунта последовательно суммируем до тех пор, пока не будет выполняться первое условие, удовлетворяющее показателю наименования:

>2 мм 1%

2¸0,5 мм 21%

0,5¸0,25 мм 25%

0,25¸0,1 мм 20%

<0,1мм 17%

S84%>75%

Грунт - песок пылеватый.

1.2. Определяем вид грунта по значению коэффициента пористости е:

так как 0,6<0,699<0,75, то - песок средней плотности.

1.3. Определяем разновидность грунта по степени влажности:

так как 0,8<0,948<1,0 то - песок насыщенный водой.

1.4. По табл.2.[1], по виду грунта, плотности сложения и степени влажности определяем расчетное сопротивление грунта ИГЭ-3, R_о=200 кПа.

Вывод: ИГЭ-3 – грунт - песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой, с модулем деформации Е_о=11 МПа и начальным расчетным сопротивлением R_о=100 кПа.

2. ИГЭ-2. Мощность слоя h₁=2,1м. Проба взята с глубины . Грунт связный, так как присутствуют влажность на границе текучести и влажность на границе раскалывания.

2.1 Определяем наименование грунта по числу пластичности:

J_p=W_L-W_P=19-13=6%

Так как 1%<6%<7% то согласно табл. 1.8 [6], грунт - супесь.

2.2. Определяем состояние грунта по показателю текучести:

Так как 1,66>1,то согласно табл. 1.9 [6], супесь текучая.

2.3. Определяем значение коэффициента пористости е:

2.4. Определяем разновидность грунта по степени влажности:

2.5. Согласно заданию e_sl=0, то супесь непросадочная.

2.6. Так как показатель текучести 1,66, расчетное сопротивление грунта ИГЭ-5 определить не можем.

Вывод: ИГЭ-2 – грунт – супесь пластичная, непросадочная, с модулем деформации Е_о=4МПа и начальным расчетным сопротивлением R_о=191 кПа.

3. ИГЭ-3. Мощность слоя h₃=2,9м. Проба взята с глубины .

3.1 Определяем наименование грунта по числу пластичности:

J_p=W_L-W_P=32-17=15%

Так как 7%<15%<17% то согласно табл. 1.8 [6], грунт - суглинок.

3.2. Определяем состояние грунта по показателю текучести:

Так как 0,5< J_L < 0,75,то согласно табл. 1.9 [6], суглинок мягкопластичный.

3.3. Определяем значение коэффициента пористости е:

3.4. Определяем разновидность грунта по степени влажности:

3.5. Согласно заданию e_sl=0, то суглинок непросадочный.

После определения производных и классификационных характеристик ИГЭ-1 по плотности грунта в сухом состоянии и по его наименованию согласно табл.4[1], определяем его начальное расчетное сопротивление R_о=189,61 кПа.

Вывод: ИГЭ-1 – грунт - суглинок мягкопластичный, непросадочный, с модулем деформации Е_о=13МПа.

4. ИГЭ-4. Мощность слоя h₁=5,2м. Проба взята с глубины . Грунт связный, так как присутствуют влажность на границе текучести и влажность на границе раскалывания.

4.1 Определяем наименование грунта по числу пластичности:

J_p=W_L-W_P=44-24=20%

Так как J_p >17%, то согласно табл. 1.8 [6] грунт - глина.

4.2. Определяем состояние грунта по показателю текучести:

Так как 0<0,1< 0,25, то согласно табл. 1.9 [6], глина полутвердая.

4.3. Определяем значение коэффициента пористости е:

4.4. Определяем разновидность грунта по степени влажности:

4.5. Так как e_sl=0, то глина непросадочная.

Вывод: ИГЭ-4 – грунт – глина полутвердая, с модулем деформации Е_о=23МПа и начальным расчетным сопротивлением R_о=360,3 кПа.

5. ИГЭ-5. Мощность слоя h₅=6м. Проба взята с глубины .

5.1. Определим вид песчаного грунта по крупности:

>2 мм 4 %

2¸0,5 мм 23%

0,5¸0,25 мм 24%

S51%>50%

Грунт - песок средней крупности.

5.2. Определяем вид грунта по значению коэффициента пористости е:

5.3. Определяем разновидность грунта по степени влажности:

По степени влажности песок так же не определяется.

Вывод: ИГЭ-5 - грунт-песок средней крупности с модулем деформации Е_о=35МПа и начальным расчетным сопротивлением R_о=500кПа.

Таблица 2.1.

Таблица производных и классификационных характеристик грунтов

№ ИГЭ	Наименование грунта и его состояние	Мощность слоя, h_i,м	Число пластичности, J_pi,%	Пока-затель текучести, J_Li %	Коэф. порис-тости, е_i	Степ. влаж- ности, S_ri	Модуль деформ. E_oi, кПа	Расч. сопротив грунта, R_oi, кПа
ИГЭ-1	Песок пылеватый, средней плотности, насыщен водой, непросадочный.	2,7	-	-	0,699	0,948	11000	100
ИГЭ-2	Супесь текучая,непросадочная.	2,1	6	1,66	0,744	0,828	4000	-
ИГЭ-3	Суглинок мягкопластичный, непросадочный	2,9	15	0,66	0,66	0,95	13000	189,6
ИГЭ-4	Глина полутвердая, непросадочная	5,2	20	0,1	0,726	0,98	23000	360,3
ИГЭ-5	Песок средней крупности, плотный, маловлажный, непросадочный.	6,0	-	-	0,462	0,457	35000	500

I - I (Б-2)

4.1. Общие положения.

Строительство ведется в г.Казань.

Расчет и проектирование фундамента (ФМЗ-1) производим по заданной расчетной нагрузке на обрез фундамента: N_II=1350 кН и М_II=70 кН×м. В осях 1-4 и А-Г имеется отапливаемый подвал высотой h _подв=2,5м

Так как грунт в ИГЭ-2, где ставится фундамент, является слабым, то на его месте делаем песчаную подушку с характеристиками ИГЭ-1.

Мощность h₁=4,8м, начальное расчетное сопротивление R_о=100 кПа и модуль деформации Е_о = 11000 кПа ИГЭ-1 является достаточными, чтобы использовать данный слой грунта в качестве несущего.

Назначаем класс бетона фундамента В20. Толщину защитного слоя принимаем а_s=35мм. Железобетонные колонны прямоугольного сечения b_c h_c=0,40,4 м.

4.2.1. Определение высоты фундамента по конструктивным требованиям.

Предварительную высоту плитной части фундамента принимаем d=0,25 м, исходя из того, что d_min=0,2м. А предварительную глубину стакана фундамента h_cf вычислим по формуле:

h_cf= h₃+0,05=0,6+0,05=0,65 м.

где 0,05 м – зазор между нижним торцом колонны и дном стакана;

h₃- глубина заделки колонны в стакан фундамента; определяется из условий:

а) жесткой заделки колонны в стакане фундамента. Колонна двухветвевая, величину заделки принимаем равной:

h₃=1.5h_с=1,50,4=0,6 м

б) анкеровки продольной рабочей растянутой арматуры колонны:

h₃=25d_s=2516=400 мм=0,4 м,

Класс бетона колонн принимаем В15.Окончательно принимаем h₃=0,6 м.

H_f = h_cf + d = 0,65 + 0,25 = 0,9 м – полная высота фундамента по конструктивным требованиям.

4.2.2. Определение расчётной высоты фундамента.

Уточняем требуемую рабочую высоту плитной части фундамента h ₀ _pl по приближенной формуле:

где h_c и b_c- соответственно, высота и нирина колонны; N_I – расчетная нагрузка, передаваемая колонной на уровне обреза фундамента =γ_f *N_II=1.2*1350=1620 кН; γ_f_–коэффициент надежности по нагрузке =1.2; α=0,85; R_bt- расчетное сопротивление бетона растяжению, для бетона кл. В15 R_bt=0.75 МПа; p_гр – реактивный отпор грунта на его уступах, определяется по формуле:

Определяем требуемую расчетную высоту плитной части фундамента h_pl=h₀_pl+a_s=0.5+0.04=0.54 > 0.3/. Условие выполняется. Округляем до 0,6, кратное 0,3.

Определяем расчетную высоту фкндамента H_f = h_pl+h_cf=0.6+0.65=1.25. Так как минимальная высота H_f=1.5м, то такой её и принимаем.

4.3. Определение глубины заложения фундамента.

Определение глубины заложения фундамента производим согласно п. 2.25-2.23 [1] в следующей последовательности.

1. Определяем расчетную глубину промерзания d_f несущего слоя грунта по формуле d_f = k×d_fn =0,4×1,7=0.68м.

где к=0,4 – коэффициент, учитывающий температурный режим здания, принимается табл.1 [1];

d_fn – нормативная глубина промерзания грунта, определяется в зависимости от климатического района строительства по 2.26 [1], для г. Казань d_fn =1,7 м.

2. Выясняем, зависит ли глубина заложения фундамента от глубины промерзания грунтов. Определяем для этого d_f +2=0,68+2=2,68 м.

Так как d_w=2,2 < d_f + 2=2,68 м, то для нашего несущего слоя – суглинок твердый, глубина заложения фундамента назначается не менее расчетной глубины промерзания грунта.

3. Определим глубину заложения фундамента по конструктивным требованиям:

d_f = h_подв+h_cf+h₁+ H_f -0,45 =2.5+0.1+0.21.5-0.45=3.85м,

где H_f =1,5м – высота фундамента;

h_ц = 0,45м - высота цоколя.

Вывод: Так как расчетная глубина промерзания грунта меньше, чем конструктивная глубина заложения фундамента, то в качестве расчетного значения принимаем большую из них, т.е. d_f =3,85м.

Абсолютная отметка подошвы фундамента FL=DL – d_f= 76.5-3.85 = 72.65м

4.4. Определение размеров подошвы фундамента.

Следующая последовательность определения размеров подошвы фундамента:

1. Так как фундамент испытывает воздействие нормальной силы N_II и изгибающего момента М_II, он считается внецентренно нагруженным. Следовательно, фундамент проектируется прямоугольным в плане вытянутым в плоскости действия момента, при этом и соотношение сторон подошвы фундамента принимается в пределах h=b_f /l_f=0.6-0.85. Принимаем h=0.75.

2. Зададимся предварительными размерами подошвы фундамента: b_f =2,1 м и l_f=2,7 м.

3. Соотношение длины здания к его высоте L/H=60/12,85=4,71 м

4. Уточним расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания, с учетом предположения о возможном замачивании просадочного слоя грунта в период эксплуатации здания и использования расчетных значений прочностных характеристик в водонасыщенном состоянии согласно п.3.9.б[1] :

где g_с1и g_с2–коэффициенты условий работы, принимаются по табл. 3[1], g_с1=1,2 и g_с2=1,06;

k=1- коэффициент, т.к. прочностные характеристики грунта определены испытаниями;

М_g, М_q, M_c-коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения j несущего слоя грунта, для

j=27°- М_g=0,91, М_q=4,64, M_c=7,14, принимаются по табл. 4[1];

b_f – ширина подошвы фундамента, b_f =2,1;

k_z=1 – коэффициент, т.к. ширина подошвы фундамента b_f <10 м;

d_b – глубина подвала;

с_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, с_II=1 кПа;

g’_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, определяется по формуле:

здесь g₁=p₁*g - удельный вес грунта ненарушенной структуры ИГЭ-1; р₁=1,95 г/см³ – плотность грунта ненарушенной структуры ИГЭ-1; g=10м/с²- ускорение свободного падения; g_II-то же, ниже подошвы фундамента. Так как расчетное сечение I-I расположено ближе к скважине №3, значит, толщи грунта принимаем по скважине №3. Тогда:

где g_i = p_i×g – удельный вес грунта ненарушенной структуры ИГЭ –2,3,4,5;

g_sb₁- удельный вес грунта ИГЭ-1 с учетом взвешивающего действия воды:

g_sb₂=

здесь g_w - удельный вес воды,

g_s₂= p_s₂×g = 2,65 × 10 = 26,5 кН/м³ - удельный вес твердых частиц;

5. Уточним ширину и длину подошвы фундамента с выше уточненным расчетным сопротивлением R и округляем их кратно 0,3м в большую сторону:

Принимаем b_f =2,1 м и l_f=2.7 м

6. Определяем максимальное и минимальное краевое давление и среднее давление

под подошвой внецентренно нагруженного фундамента в предположение линейного распределения напряжений в грунте.

где - момент сопротивления подошвы фундамента.

7. Для исключения возникновение в грунте пластических деформаций проверяем выполнение следующих условий:

Все условия выполняются, и недонапряжение составляет около 9,4%<10%, что допускается, поэтому принимаем в качестве расчетных размеров размеры плитной части равные b_f =2,1 м и l_f=2.7м.

4.5. Вычисление вероятной осадки фундамента.

Вычисление вероятной осадки ФМЗ-2 в сечении I-I производится методом послойного суммирования в следующей последовательности.

1. Вычислим ординаты эпюр природного давления s_zg и вспомогательной 0,2s_zg :

Точка О – на поверхности земли

s_zg=0; 0,2s_zg=0;

точка 1 - на границе 1 и 2 слоев

s_zg_о=g₁×h₁=19,5×2.2=42.9 кПа; 0,2s_zg_о=8.58 кПа;

точка 2 - на уровне подошвы фундамента

s'_zg₁= s_zg_о+g_1sb×h_2/1=42.9+9.71×1.65=58.9 кПа; 0,2s_zg₁=11.78 кПа;

точка 3 - на границе 2-го и 3-го слоев

s'_zg₃ = s_zg₂ +g_sb₁×h_2/2=58.9+9.71×1.55=73.95 кПа; 0,2s_zg₃=14.79 кПа;

точка 4 - на границе 3-го и 4-го слоев

s'_zg₄ = s_zg₃ +g₃_sb×h₃=73.95+9.59×2,9=101.76 кПа; 0,2s_zg₄=20.35 кПа;

s_zg₄ = s'_zg₄ +g_w×(h₁+ h₂+h₃-h_w)=101.76+10×6.1=162.76 кПа; 0,2s_zg₄=32.55 кПа;

точка 5 - на границе 4-го и 5-го слоев

s_zg₅ = s_zg₄ +g₄×h₄=162.76+20×5.2=266.76 кПа; 0,2s_zg₅=53.35 кПа;

точка 6- вертикальное напряжение по подошве фундамента 5-го слоя

s_zg₆ = s_zg₅ +g₅×h₅=266.76+19.5×6=383.76 кПа; 0,2s_zg₆=76.75 кПа;

2. По полученным значениям ординат на геологическом разрезе в масштабе строим эпюру природного давления s_zg и вспомогательной 0,2s_zg. (рис.4.1)

3. Определим дополнительное вертикальное давление на основание от здания по подошве фундамента: р_о= р - s_zg_о = 315.09-58.9=256.2 кПа

4. Разбиваем толщу грунта под подошвой фундамента на элементарные подслои толщиной _i=(0,2¸0,4)b_f. Принимаем _i=0,2b_f=0,1×2,1=0,42 м.

5. Определим дополнительные вертикальные нормальные s_z_р напряжения на глубине z_i от подошвы фундамента: s_z_р =a_i p_о,

a_i - коэффициент рассеивания напряжений для соответствующего слоя грунта, для его определения принимаем по таб.1[1] x=0,95×z_i и h=1,28

6. По полученным данным строим эпюру дополнительных вертикальных напряжения s_z_р от подошвы фундамента (рис.4.1.)

7. Определим высоту сжимаемой толщи основания H_с, нижняя граница которой ВС принимается на глубине z=H_с, где выполняется условие равенства s_z_р =0,2s_zg (рис.4.1.)

8. Теперь определим величину общей осадки по формуле:

где b=0,8 – безразмерный коэффициент;

s^ср_z_р,_i - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения от подошвы фундамента в i-ом слое грунта;

Таблица 4.1.

Конструирование фундамента.

Конструирование фундамента выполняем в следующей последовательности.

1. Назначим количество и высоту ступней фундамента, принимая их кратно 0,15м (рис.4.2.)

Так как h_opl = 500мм > 450мм, то принимаем фундамент с двумя ступенями, при этом высоту ступеней назначаем h₁=h₂=0.3м. Тогда окончательно высота плитной части фундамента равна h_pl=0,6 м, а окончательная рабочая высота:

h_о_pl = h_pl-а_s=0,6-0,04=0,56 м.

2. Размеры консолей ступени с₁ плитной части фундамента принимаем кратно 0,15 м.

В направлении действия момента – в направлении большей стороны принимаем:

с₁=(1¸2,5) ×h₁= 1,5×0,3=0,45 м.

с₂=(1¸2,5) ×h₂= 1,5×0,3=0,45 м

В направлении перпендикулярном плоскости действия момента принимаем

с₁=(1¸2,5) ×h₁= 1×0,3=0,3 м

с₂=(1¸2,5) ×h₂= 1×0,3=0,3 м

4.6.2. Расчет прочности фундамента на продавливание.

По наклонным сечениям

Расчет прочности подколонника по наклонным сечениям сводится к определению

требуемой площади поперечной арматуры. Однако, так как е_о=0,043м < h_c/6=0,066м, то поперечная арматура ставиться конструктивно.

рис.4.7. Арматурная сетка С-2 рис.4.8. Схема армирования

подколонника арматурной

сеткой С-2

Расчет свайного фундамента

5.1. Общие положения.

1. Глубину заложения подошвы ростверка свайного фундамента принимаем d=3,85м. (см.п.4.3.)

2. Принимаем, что ростверк свайного фундамента выполняется из монолитного железобетона кл. В20. Толщину защитного слоя бетона свайного фундамента принимаем a_s=40 мм. Принимаем кустовой отдельно стоящий тип свайного фундамента.

3. Принимаем сопряжение свай с ростверком жестким. Тогда высота плитной части ростверка свайного фундамента по конструктивным соображениям определяется по формуле:

h_p=h_min+0,25=0,3+0,25=0,55 м.

где h_min - минимальная глубина заделки сваи в ростверк, h_min=0,3 м. Высоту ростверка принимаем кратно 0,15 м, т.е. h_p=0,6 м.

4. За опорный слой принимаем ИГЭ-4 – глина полутвердая, непросадочная, Е_о=23000кПа. В этот слой минимальная глубина погружения сваи должна быть не менее 0,5 м. Тогда предварительная длина сваи должна составлять

h₃+ h_2/2+ h₃+ h_min=0,3+1,55+2,9+0.6=5,35 м.

где h₃- глубина заделки сваи в ростверк свайного фундамента;

h_2/2- расстояние от подошвы свайного ростверка до подошвы второго слоя грунта;

h₃-мощность третьего слоя грунта;

h_min- минимальная глубина погружения сваи в несущий слой грунта (ИГЭ-5). Принимаем сваю марки С6-30.

5. Для заданных грунтовых условий строительной площадки назначаем готовую забивную железобетонную сваю марки С6-30 длиной призматической части L_св=6 м, с размером сторон квадратного поперечного сечения b=0,3 м, длиной острия l_о=0,25 м. Расчетная глубина заложения одиночной висячей сваи принимаем равной

d+ h_2/1+ h₃+h_4/1=3,85+1,55+2,9+0.6=8.9м.

где h_4/1= 1м – глубина погружения сваи в несущий слой грунта.

Принимаем, что свая погружается с помощью забивки дизель – молотом.

5.2. Определение несущей способности одиночной висячей сваи.

Определение несущей способности одиночной висячей сваи производится в следующей последовательности.

1. Для выбранного типа и размера сваи по формуле определяем расчетную несущую способность одиночной висячей сваи:

где g_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, g_с =1;

g_с_R и g_с_f – коэффициент условий работы грунта соответственно под нижней боковой

поверхностью сваи, зависит от способа погружения, принимается по табл. 3[2], g_с_R =1 g_с_f =1.

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимается по табл. 1[2], для пылеватого песка средней плотности R=7206,6 кПа;

А_св- площадь поперечного сечения сваи А_св=0,09 м²;

u-наружный периметр поперечного сечения сваи, u=1,2;

h_i-мощность i-го однородного слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (принимается не более 2 м.);

f_i- расчетное сопротивление сдвигу боковой поверхности сваи i-му слою грунта, принимается по табл. 2[2], при средней глубине расположения:

для 2-го слоя грунта при z₁=4,625 м f₁= 5,625 кПа;

для 3-го слоя грунта при z₂=6,4м f₂= 13,28 кПа;

z₃=7,85м f₃= 13,57 кПа;

для 4-го слоя грунта при z₄=8,6м f₄= 62,9 кПа;

Σf_ih_i=85.22кПа

2. Определяем расчетную нагрузку, допускаемую на сваю N_D:

где g_m-коэффициент надежности по нагрузке, g_m=1,4.

3. Исходя из предположения, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на сваю, расположенные в кусте, определяем требуемое количество свай в фундаменте, по формуле

где k₁=1¸1,2 - коэффициент, для трапецеидальных эпюр, принимаем k₁=1,2;

0,1N₁ – вес ростверка и грунта на его обрезах.

С учетом наличия изгибающего момента окончательно принимаем n=4 шт.

Конструирование ростверка

Размещение свай в плане и конструирование ростверка выполняем конструктивно, опираясь на следующие требования:

- равнодействующая от постоянных нагрузок должна проходить как можно ближе к центру тяжести условной подошвы свайного фундамента;

- минимальное расстояние в плане между осями свай должен быть менее (3¸6)d, где d-диаметр круглой или размер стороны поперечного сечения квадратной сваи, принимаем 5d=5×0,3=1,5 м.;

- расстояние от края ростверка до оси крайнего ряда сваи принимаем равным размеру поперечного сечения сваи, т.е. 0,15 м.;

- с целью использования унифицированной опалубки габаритные размеры ростверка в плане должны быть кратны 0,3 м, а по высоте-0,15 м. Конструирование ростверка свайного фундамента см. рис.

рис.5.1. Конструирование ростверка свайного фундамента

По наклонным сечениям

Расчет прочности подколонника по наклонным сечениям сводится к определению

требуемой площади поперечной арматуры. Однако, так как е_о=0,043м h_c/6=0,066м, то поперечная арматура ставиться конструктивно (рис.5.7., рис.5.8.).

рис.5.7. Арматурная сетка С-2 рис.5.8. Схема армирования

подколонника арматурной

сеткой С-2

6. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов

№ п/п	Ссылка на при-ложение	Вид работ	Фундамент мелкого заложения				Свайный фундамент
			Ед. изм.	Кол.	Стоимость в руб.-коп.		Ед. изм.	Кол.	Стоимость в руб.-коп.
									Ед-цы	Общая
					Ед-цы	Общая
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1 2 3 4 5 6	А-II-1 A-II-2 B-I-4 A-IV-1 7-85 B-IV-14 Б-I-2	Разработка грунта под фундаменты жилых и гражданских зданий: - при глубине выработки до 1.8 м без водоотлива - при глубине котлована более 1.8 м на каждые 0,1 м увеличения глубины стоимость земляных работ повышается на 10% Монтаж сборных железобетонных отдельностоящих фундаментов из бетона кл. В15 Крепление стенок котлована досками при глубине выработки более 3 м Забивка железобетонных полнотелых призматических свай до 10 м Устройство монолитного железобетонного ростверка Устройство песчаной подготовки под фундаменты	м³ м³ м³ м² - - м³	1620 2538 3,59 600,6 - - 0,57	3-03 0-45 21-00 0-77 - - 4-50	4908,6 1142,1 75,4 462,5 - - 2,56	м³ м³ м³ м² - - м³	1620 2538 - 606,6 5,19 3,3 0,44	3-03 0-45 - 0-77 25-91 23-20 4-50	4908,6 1142,1 - 462,5 134,50 76,56 1,98

Вывод: В результате сравнения технико-экономических показателей наиболее дешевым оказался фундамент мелкого заложения, поэтому для второго расчетного сечения надо бы производить расчет только фундамента мелкого заложения, но в учебных целях произведем расчет как фундамента мелкого заложения, так и свайного фундамента.

В сечении II - II (А-2)

7.1. Общие положения.

Расчет и проектирование фундамента (ФМЗ-1) производим по заданной расчетной нагрузке на обрез фундамента: N_II=1070 кН и М_II=100 кН×м. В осях 1-4 и А-Г имеется отапливаемый подвал высотой h _подв=2,5м

7.2.1. Определение высоты фундамента по конструктивным требованиям.

h_cf= h₃+0,05=0,6+0,05=0,65 м.

где 0,05 м – зазор между нижним торцом колонны и дном стакана;

h₃- глубина заделки колонны в стакан фундамента; определяется из условий:

а) жесткой заделки колонны в стакане фундамента. Колонна двухветвевая, величину заделки принимаем равной:

h₃=1.5h_с=1,50,4=0,6 м

б) анкеровки продольной рабочей растянутой арматуры колонны:

h₃=25d_s=2516=400 мм=0,4 м,

Класс бетона колонн принимаем В15.Окончательно принимаем h₃=0,6 м.

H_f = h_cf + d = 0,65 + 0,25 = 0,9 м – полная высота фундамента по конструктивным требованиям.

7.2.2. Определение расчётной высоты фундамента.

Уточняем требуемую рабочую высоту плитной части фундамента h ₀ _pl по приближенной формуле:

где h_c и b_c- соответственно, высота и нирина колонны; N_I – расчетная нагрузка, передаваемая колонной на уровне обреза фундамента =γ_f *N_II=1.2*1070=1284 кН; γ_f_–коэффициент надежности по нагрузке =1.2; α=0,85; R_bt- расчетное сопротивление бетона растяжению, для бетона кл. В15 R_bt=0.75 МПа; p_гр – реактивный отпор грунта на его уступах, определяется по формуле:

Определяем требуемую расчетную высоту плитной части фундамента h_pl=h₀_pl+a_s=0.5+0.04=0.54 > 0.3. Условие выполняется. Округляем до 0,6, кратное 0,3.

7.3. Определение глубины заложения фундамента.

Определение глубины заложения фундамента производим согласно п. 2.25-2.23 [1] в следующей последовательности.

1. Определяем расчетную глубину промерзания d_f несущего слоя грунта по формуле d_f = k×d_fn =0,4×1,7=0.68м.

где к=0,4 – коэффициент, учитывающий температурный режим здания, принимается табл.1 [1];

3. Определим глубину заложения фундамента по конструктивным требованиям:

d_f = h_подв+h_cf+h₁+ H_f -0,45 =2.5+0.1+0.21.5-0.45=3.85м,

где H_f =1,5м – высота фундамента;

h_ц = 0,45м - высота цоколя.

Абсолютная отметка подошвы фундамента FL=DL – d_f= 76.5-3.85 = 72.65м

7.4. Определение размеров подошвы фундамента.

Следующая последовательность определения размеров подошвы фундамента:

2. Зададимся предварительными размерами подошвы фундамента: b_f =2,1 м и l_f=2,7 м.

3. Соотношение длины здания к его высоте L/H=60/12,85=4,71 м

где g_с1и g_с2–коэффициенты условий работы, принимаются по табл. 3[1], g_с1=1,2 и g_с2=1,06;

k=1- коэффициент, т.к. прочностные характеристики грунта определены испытаниями;

М_g, М_q, M_c-коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения j несущего слоя грунта, для

j=27°- М_g=0,91, М_q=4,64, M_c=7,14, принимаются по табл. 4[1];

b_f – ширина подошвы фундамента, b_f =1.8;

k_z=1 – коэффициент, т.к. ширина подошвы фундамента b_f <10 м;

d_b – глубина подвала;

где g_i = p_i×g – удельный вес грунта ненарушенной структуры ИГЭ –2,3,4,5;

g_sb₁- удельный вес грунта ИГЭ-1 с учетом взвешивающего действия воды:

g_sb₂=

здесь g_w - удельный вес воды,

g_s₂= p_s₂×g = 2,65 × 10 = 26,5 кН/м³ - удельный вес твердых частиц;

Принимаем b_f =1.8 м и l_f=2.4 м

6. Определяем максимальное и минимальное краевое давление и среднее давление

где - момент сопротивления подошвы фундамента.

7. Для исключения возникновение в грунте пластических деформаций проверяем выполнение следующих условий:

Все условия выполняются, и недонапряжение составляет около 5.1%<10%, что допускается, поэтому принимаем в качестве расчетных размеров размеры плитной части равные b_f =1.8 м и l_f=2.4м.

7.5. Вычисление вероятной осадки фундамента.

1. Вычислим ординаты эпюр природного давления s_zg и вспомогательной 0,2s_zg :

Точка О – на поверхности земли

s_zg=0; 0,2s_zg=0;

точка 1 - на границе 1 и 2 слоев

s_zg_о=g₁×h₁=19,5×2.2=42.9 кПа; 0,2s_zg_о=8.58 кПа;

точка 2 - на уровне подошвы фундамента

s'_zg₁= s_zg_о+g_1sb×h_2/1=42.9+9.71×1.65=58.9 кПа; 0,2s_zg₁=11.78 кПа;

точка 3 - на границе 2-го и 3-го слоев

s'_zg₃ = s_zg₂ +g_sb₁×h_2/2=58.9+9.71×1.55=73.95 кПа; 0,2s_zg₃=14.79 кПа;

точка 4 - на границе 3-го и 4-го слоев

s'_zg₄ = s_zg₃ +g₃_sb×h₃=73.95+9.59×2,9=101.76 кПа; 0,2s_zg₄=20.35 кПа;

s_zg₄ = s'_zg₄ +g_w×(h₁+ h₂+h₃-h_w)=101.76+10×6.1=162.76 кПа; 0,2s_zg₄=32.55 кПа;

точка 5 - на границе 4-го и 5-го слоев

s_zg₅ = s_zg₄ +g₄×h₄=162.76+20×5.2=266.76 кПа; 0,2s_zg₅=53.35 кПа;

точка 6- вертикальное напряжение по подошве фундамента 5-го слоя

s_zg₆ = s_zg₅ +g₅×h₅=266.76+19.5×6=383.76 кПа; 0,2s_zg₆=76.75 кПа;

2. По полученным значениям ординат на геологическом разрезе в масштабе строим эпюру природного давления s_zg и вспомогательной 0,2s_zg. (рис.7.1)

a_i - коэффициент рассеивания напряжений для соответствующего слоя грунта, для его определения принимаем по таб.1[1] x=0,95×z_i и h=1,33

7. Определим высоту сжимаемой толщи основания H_с, нижняя граница которой ВС принимается на глубине z=H_с, где выполняется условие равенства s_z_р =0,2s_zg (рис.7.1.)

8. Теперь определим величину общей осадки по формуле:

где b=0,8 – безразмерный коэффициент;

Таблица 7.1.

Конструирование фундамента.

Конструирование фундамента выполняем в следующей последовательности.

1. Назначим количество и высоту ступней фундамента, принимая их кратно 0,15м (рис.7.2.)

h_о_pl = h_pl-а_s=0,6-0,04=0,56 м.

2. Размеры консолей ступени с₁ плитной части фундамента принимаем кратно 0,15 м.

В направлении действия момента – в направлении большей стороны принимаем:

с₁=(1¸2,5) ×h₁= 1,5×0,3=0,45 м.

с₂=(1¸2,5) ×h₂= 1,5×0,3=0,45 м

В направлении перпендикулярном плоскости действия момента принимаем

с₁=(1¸2,5) ×h₁= 1×0,3=0,3 м

с₂=(1¸2,5) ×h₂= 1×0,3=0,3 м рис.7.2.

По наклонным сечениям

Расчет прочности подколонника по наклонным сечениям сводится к определению требуемой площади поперечной арматуры A_sw^тр . Для этого в зависимости от значения расчетного эксцентриситета e₀ в сечениях III-III или IV-IV определяем соответствующие значения изгибающих моментов М_А или М_В (рис. 7.7).

Так как h_c/6 = 0,066 < e₀ = 0,078 < 0,5h_c = 0,15, расчёт ведём по наклонному сечению IV-IV, проходящему через точку В. Значение изгибающего момента в этой точке будет определяться по формуле:

M_B = M_I +Qh_cf - 0,7e₀ = 100-0.7*0.078 = 92.2 кН×м. Тогда

Рис. 7.7. К расчету поперечной арматуры подколонника

= 0,000179 м² = 1.79 см²,

где R_s – расчётное сопротивление арматуры растяжению, определяем по прил. 5 для поперечной арматуры кл. A-III R_sw = 285 МПа; – сумма расстояний от каждого ряда поперечной арматуры до нижней грани колонны (учитываем только ряды поперечной арматуры, расположенные выше нижней грани колонны);= z₁ + z₂ + z₃ + z₄ + z₅ + z₆ = 0,05 + 0,15 + 0,25 + 0,35 + 0,45+0.55 = 1,8 м; S_w – шаг поперечной арматуры, принимается исходя из следующих условий: 125 мм и S_w £ 200 мм, где h_cf – высота стакана фундамента. Принимаем S_w = 100 мм.

Деля на число стержней сетки, воспринимающих растягивающие усилия от изгибающего момента, получаем требуемую площадь A_sw^тр одного стержня, по которой, используя сортамент арматуры по прил. 6, подбираем диаметр одного стержня (рис. 7.8). 0,447 см², что соответствует Æ8 (A_sw = 0,503 см²). Здесь n – количество стержней, n = 4 шт. Схема армирования подколонника арматурной сеткой С-2 приведена на рис. 7.9.

рис.7.8. Арматурная сетка С-2 рис.7.9. Схема армирования подколонника арматурной сеткой С-2

Задание №8.

Количество этажей – 55;

Общая высота здания – 167 м;

Толщина плиты ростверка КСП фундамента – 1,5 м;

Сечение колонны – 1x1 м;

Размер плиты ростверка в плане – 33x33 м;

Размер здания по разбивочным осям – 30x30 м;

Количество шагов по буквенным осям/ цифровым осям – 5/5;

Шаг колонн – 6x6;

Нагрузка на обрез – 22220 кН;

Нагрузка от всего здания, с учетом веса плитного ростверка – 960000 кН;

Класс бетона ростверка – В 25.

Список литературы

1. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования. – М.: 1985.-41 с.

2. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. Нормы проектирования. – М.: ЦИТИ Госстроя СССР, 1985.-42 с.

3. СНиП 2.01.01-82. Строительная климотология и геофизика. – М.: Стройиздат. 1983.-136 с.

4. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия./Госстрой СССР. – М.: ЦИТИ Госстроя СССР, 1985.-362с.

5. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции./Госстрой СССР. – М.: ЦИТИ Госстроя СССР, 1985.-79с.

6. Основания и фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика. –М: Стройиздат. 1985.-480 с.

7. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.04-83)/НИИОСП им. Герсеванова: –М: Стройиздат. 1986.-415 с.

8. Берлинов М.В. Основания и фундаменты: Учеб. Для строит. специальностей вузов. –3-е изд., стер: - М.: Высш. шк., 1999:-319с.

9. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии). – 2-е изд., пераб. и доп. –Л.: Стройиздат, 1988.-415 с.;ил.

10. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений: Учеб. Пособие/Под ред. Б.И. Далматова. –М.: Изд-во АСВ;СПб.: СПбГАСУ,1999.-340 с.;ил.

11. Байков В.А., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: учеб. Для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. –М.: Стройиздат, 1991.-767 с.;ил.

12. Авазов Р.Р. Основания и фундаменты: Методические указания к курсовому пректу. –Казань, КИСИ, 1989.

13. Хасанов Р.Р., Нуриева Д.М., Попов А.О. Основания и фундаменты: Методические указания к расчету комбинированных свайно-плитных фундаментов в курсовом и дипломном проектировании для всех строительных специальностей. –Казань: КГАСУ, 2008.-32с

ВЕДЕНИЕ

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Задание на проектирование, включает в себя:

Привязка проектируемого здания к существующему рельефу строительной площадки

Привязка проектируемого здания к существующему рельефу строительной площадки осуществляется в два этапа:

рис.1.1.К определению привязки проектируемого здания администраивно-бытового корпуса

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2019-04-19; Просмотров: 775; Нарушение авторского права страницы