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

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.

Ø   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.

Ø   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. d ³ 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

 кНм  кН

  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.

 кПа              м      

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

 кПа кПа

 кПа кПа

    кПа

    кПа

              кПа

4 слой-глина      м     

 кПа  кПа

 кПа кПа

     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

 м  м  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   м  м

 м  м  м  м  м  м

 кПа  кПа  кПа  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_сR = 1, g_cf = 1,

u – периметр одной сваи.

А – площадь поперечного сечения.

Определяем допустимую расчетную нагрузку на одну сваю

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

Определяем необходимое число свай

  n=3.508  шт.

принимаем шт.

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

 м       м

 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»