Расчет фундаментов мелкого заложения, песчаной подушке, свайных фундаментов

 

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Пензенский Государственный Университет Архитектуры и Строительства

Инженерно- Строительный Институт

 

Кафедра “Основания и фундаменты”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

 

 

К курсовому проекту по дисциплине: “Основания и фундаменты”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автор проекта    _____________ Погодин Д. В.

Специальность : “ Промышленное и гражданское строительство”

Обозначение : КП–2069059–27.01–050148–2008 группа ПГС – 43

Руководитель проекта ____________Чичкин А. Ф.

Проект защищён          ____________

Оценка                           ____________                  

 

 

 

 

 

 

 

 

Пенза 2008

 

Содержание

 

 

Введение

1. Определение физико-механических показателей грунтов и сбор

     нагрузок на фундаменты

1. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства
2. Оценка конструктивных особенностей здания и сбор нагрузок

 на фундаменты

2.  Проектирование фундаментов мелкого заложения

2.1.  Расчет ленточного фундамента на естественном основании

1. Расчет деформации основания фундамента
2. Расчет отдельно стоящего фундамента под колонну на естественном основании

3. Проектирование свайных фундаментов

1. Расчет свайного фундамента под колонну
2. Расчет ленточного свайного фундамента под несущую стену

4.   Технико-экономическое сравнение и выбор основного варианта фундамента

5.   Список литературы

 

Введение

 

На основании задания на проектирование (приложение 1) и инженерно-геологических условий строительной площадки (приложение 2) разработаны два варианта фундаментов жилого дома.

Расчеты основания жилого дома выполнены в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 /1/ и СНиП 2.02.03-85 /2/, СНиП 2.01.07-85 /3/.

Пояснительная записка состоит из четырех разделов.

В первом разделе выполнен анализ инженерно-геологических условий и собраны нагрузки на фундамент здания. При сборе нагрузок на фундамент использован СНиП 2.01.07-85. Нагрузки собраны от собственной массы конструкций здания и полезных нагрузок в пределах соответствующих грузовых площадей. Во втором разделе рассмотрен вариант фундаментов мелкого заложения. Расчеты выполнены с использованием СНиП 2.02.01-83.

В третьем разделе выполнены расчеты свайного фундамента. Проект свайных фундаментов разработан в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85.

Рабочие чертежи вариантов фундаментов представлены на листе формата А1 (приложение 3).

Проектирование оснований и фундаментов заключается в выборе основания, типа конструкции и основных размеров фундамента, в совместном расчете основания и фундамента, как одной из частей сооружения. Определив нагрузки на фундамент и учитывая вес фундамента, и грунта на его обрезах выполнен расчет основания по деформациям, в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.

 

1. Определение физико-механических  показателей грунтов и сбор  нагрузок на фундаменты

 

1.1 Оценка  инженерно-геологических условий  площадки строительства

 

Площадка строительства находится в г.Тверь. Рельеф спокойный. Инженерно-геологические условия площадки строительства выявлены бурением пяти скважин на глубину 14-15 м.

При бурении вскрыто следующее напластование грунтов (сверху вниз):

слой 1-почвенно-растительный слой (толщина слоя 0,5 м)

слой 2 - супеси (толщина слоя – 1,9 м);

слой 3 - суглинок (мощность пласта – 6,1 м);

слой 4 - песок ср. крупности (вскрытая мощность слоя - 10 м);

Глубина сезонного промерзания - 1,5 м.

Физико-механические характеристики слоев грунта с исходными данными инженерно-геологических изысканий приведены в табл.1.

Используя данные табл.1 определяем производные физико-механические характеристики грунтов.

Супеси:

- коэффициент пористости:

; (1.1)

• число пластичности

Ip=wl-wp; (1.2)

 

Ip=29-22=7% - супесь.

-  показатель текучести:

; (1.3)

-тугопластичные 

где Wp - влажность на границе раскатывания, WL – влажность на границе текучести.

- коэффициент относительной сжимаемости:

(1.4)

;

где mo – коэффициент относительной сжимаемости.

 

- модуль деформации:

  , (1.5)

где - коэффициент Пуассона;

n = 0,3 пески, супеси;

n = 0,35 - суглинки,

n = 0,42 - глины;

 

 

Используя приведенные значения находим:

 

;

- степень влажности:

; (1.6)

- насыщенный водой

где s – удельный вес сухого грунта; w – удельный вес воды.

Суглинки:

-коэффициент  пористости:

e=

• число пластичности

Ip=30-20=10% -суглинок.

- показатель текучести:

• коэффициент относительной сжимаемости:

 

• модуль деформации:

;

• степень влажности:

  - насыщенный водой

Песок ср. крупности:

• коэффициент пористости:

 

 

• коэффициент относительной сжимаемости:

,

 

 

• модуль деформации:

;

         

 - степень влажности:

 

     , - насыщенный водой

 

Исходные данные и определенные физико-механические показатели грунтов, необходимые для дальнейших расчетов, сводим в табл.1.

Анализ физико-механических свойств грунтов строительной площадки, приведенные в табл. 1 показывает на то, что основанием фундаментов мелкого заложения может служить слой суглинки, так как они имеют модуль деформации более 5 МПа. В то же время возможно устройство и свайного фундамента, так как суглинок находится в твердом состоянии и несущая способность свай будет достаточной для восприятия внешних нагрузок. В данной ситуации выбор первого или второго варианта фундаментов следует определить на основании технико-экономического сравнения проектных решений.

 

 

 

 

 

 

 

Физико-механические показатели грунтов

 

 

 

Таблица 1

 

Наименование грунта	Мощность слоя, м	Удельный вес частиц, g,	Удельный вес частиц, gs,	Природная влажность, w, %	Пределы пластичности		Показатель текучести, IL	Коэффициент пористости, e	Коэффициент сжимаемости, mV, МПа-1	Модуль деформации, Е, МПа	Степень влажности Sr	Угол внутреннего трения, j, град	Удельное сцепление, C, кПа
					wL, %	wp, %
Насыпной слой	0,5	15	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Супеси	1,9	19,2	26,3	25	29	22	0,428	0,712	0,1226	6,056	0,92	20	4
Суглинок	6,1	19	26,6	30	36	20	0,625	0,82	0,109	5,67	0,97	16	15
Песок ср. крупности	10	18,8	26,6	20	-	-	-	0,697	0,041	18,01	0,76	32	-

 

 

 

Примечание. Расчетное значение удельного веса грунта g, определяется умножением расчетного значения плотности грунта на ускорение свободного падения g = 10 ,

 

 

1.2 Оценка конструктивных особенностей здания и сбор нагрузок на фундаменты

Фундаменты рассчитываются для наиболее характерных участков здания (наружные и внутренние стены). При проектировании фундаментов здания или сооружения необходимо на плане первого этажа указать основные несущие конструкции подземной части и определить расчетные нагрузки, действующие в уровне обреза фундаментов. Расчетные величины действующих нагрузок определяются, как произведение нормативных значений на коэффициенты надежности по нагрузке gf, которые должны соответствовать рассматриваемому предельному состоянию и учитывать возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений.Сбор нагрузок на сечении фундаментов определяется в общем случае статическим расчетом методами строительной механики расчетной схемы здания или сооружения. Допускается и приближенный метод грузовых площадей с учетом основного сочетания постоянных и временных нагрузок. Усилия в сечениях фундамента определяется на верхний обрез фундамента. Вес фундамента и вес грунта на его обрезах вычисляется отдельно и каждый раз уточняется при определении размеров подошвы фундамента. Для расчета основания вычисляются нормативные (для расчета оснований по деформациям) и расчетные (для расчета оснований по несущей способности). При определении значений расчетных нагрузок нормативные их значения умножаются на коэффициент надежности по нагрузке.gf>1, значения нормативных нагрузок и gf берем по СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" /1/.

Составим таблицу нормативных и расчетных нагрузок приходящихся на 1 м2 от конструкции покрытий и перекрытий.

Таблица 2

№ п/п	Вид нагрузки	Един изм.	Норм зн.	gf	Расчетн. знач.
1	2	3	4	5	6
1	Постоянная
1.1	От покрытия
1.1.1	4-х слойный рубероидный ковер на битумной мастике	КН/м3	0,2	1,3	0,26
1.1.2	ц/п стяжка dср=15мм g=20кН/м3	КН/м3	0,3	1,3	0,39
1.1.3	Теплоизоляция из ячеистого бетона d=120мм g=6кН/м3	КН/м3	0,72	1,3	0,94
1.1.4	Керамзит для разуклонки dср=60мм g=8кН/м3	КН/м3	0,48	1,3	0,62
1.1.5	Пароизоляция	кН/м3	0,03	1,3	0,04
1.1.6	Ц/п. затирка d=10мм g=20кН/м3	кН/м3	0,2	1,3	0,26
1.1.7	Ж/б плита покрытия	кН/м3	3	1,1	3,3
	Итого	кН/м3	4,93	1,2	5,81
1.2	От перекрытия
1.2.1	От конструкции пола: линолеум d=6мм g=18кН/м3	кН/м3	0,11	1,3	0,14
1.2.2	Ц/п. стяжка d=20мм g=20кН/м3	кН/м3	0,4	1,3	0,52
1.2.3	Звукоизоляция из ячеистого бетона d=100мм g=8кН/м3	кН/м3	0,8	1,3	1,04
1.2.4	Собственный вес перегородок	кН/м3	1	1,1	1,1
1.2.5	Ж/б плита перекрытия	кН/м3	3	1,1	3,3
	Итого	кН/м3	5,21	1,7	6,1
2	Временная
	От покрытия
	Снеговая нагрузка	кН/м3	1,5	1,1	2,1
	Монтажная нагрузка	кН/м3	0,75	1,3	0,98
	Итого	кН/м3	2,25	1,3	3,08
2.2	От перекрытия
2.2.1	Полезная нагрузка	кН/м3	2	1,2	2,4
	Итого	кН/м3	2	1,2	2,4

 

Дополнительно к распределенным нагрузкам, еще надо учесть вес колонны и вес ригелей на всех этажах.

G нк=0,4×0,4×24×25=96 кН; G рК= G нк×gf=96×1,1=105,6 кН

lр=6-0,4=5,6 м; G нр=(0,45×0,25+0,2×0,15) 5,6×25=20 кН;

G рр= G нр×gf=20×1,1=22кН (см. Рис. 2).

Рис.2 Схема ригеля.

 

Вычисление нормативного и расчетного значений продольной силы в нижнем сечении колонны.

NII,л=qпостпокр×Aгр,к+qпостперекр×Aгр,к×5+qвремпокр×Агр.к×0,7+qвремпер×Агр,к×5×0,534+Gк+Gр×6 (1.8) при Агр,к=6×6=36 м2

(для фундаментов мелкого заложения)

при вычислении продольной силы от временных нагрузок по пунктам 3.9 и 3.8 /2/ необходимо вычислить снижающие коэффициенты yА1 и yN1 по формуле:

;           (1.9) при А1=9м2

;

     (1.10)

n- количество перекрытий при n³2

NII,k=4,93×36+5,21×36×5+2,25×36×0,7+2×36×5×0,534+96+20×6=1580,22 кН

Вычисление нагрузки на внешнюю стену:

NII,внеш.ст.=qпостпокр×A+qпостперекр×A×5+qвремпокр×А×0,7+qвремпер×А×5×0,534+Gст (1.11)

А=6×3=18 м2

Gст=dст×6×H×h×gср; (1.12)

при gср=18 ;h-коэффициент проёмности

h= ; Аст.нетто=lок×hок=1,8×2=3,6 м2;

Аст. брутто=hэт×6=4,2×6=25,6 м2;

Gст=0,6×6×22×18×0,14=203,57 кН.

NII,внеш.ст=4,93×18+5,21×18×5+2,25×18×0,7+2×18×0,534+203,57=885,68кН.

NII,внеш.ст=

Для свайных фундаментов нагрузка на колонну будет определятся по формуле (1.8) от действия расчетных нагрузок:

NI,к=5,81×36+6,1×36×5+3,08×36×0,7+2,4×36×5×0,534+22+105,6=1743,064 кН.

Для свайных фундаментов нагрузка на внешнюю стену будет определятся по формуле (1.18) от действия расчетных нагрузок:

NI,внеш.ст.=5,81×18+6,1×18×5+3,08×18×0,7+2,4×18×0,534+203,57=919,026 кН.

Получим:

NI,к=1743,064 кН

NI,внеш.ст.=153.177 кН/м.

NII,внеш.ст=147,61 кН/м

NII,k=1580,22 кН

 

 

2 Проектирование фундаментов  мелкого заложения.

Вычисление расчетного сопротивления грунта по подошве фундамента с учётом особенностей конструктивного решения подземной части здания(подвала).

 

Фундаменты мелкого заложения проектируются, как правило, расчетом основания по второй группе предельных состояний (по деформациям). Расчет фундаментов и их оснований по деформациям должен производиться на основные сочетания расчетных нагрузок NII, MII, QII с коэффициентами надежности, равными единице, в соответствии с [1].

Предварительные размеры подошвы фундамента вычисляются на основе сравнения среднего давления под подошвой фундамента и расчетного сопротивления грунта основания [2, п.2.41]:

, (2.1)

где Р – давление под подошвой фундамента, а R – расчетное сопротивление грунта основания, контактирующего с подошвой фундамента. Значение R определяется по формуле (7) /2/.

Затем определяется величина расчетной осадки, которая сопоставляется с предельно допустимой,  для данного типа здания или сооружения