Курсовая работа (т): Проектирование фундаментов
Проектирование фундаментов
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»
Инженерно-строительный институт
Кафедра:
«Строительство уникальных зданий и сооружений»
Курсовая работа
«Проектирование фундаментов»
по
дисциплине: «Основания и фундаменты»
Работу выполнил:
Ногинская Агния Валентиновна
Санкт-Петербург
Оглавление
1. Исходные данные
. Проектирование фундамента мелкого заложения
.1 Определение расчетных характеристик грунтов основания
.2 Определение размеров подошвы фундамента
.3 Определение осадки фундамента, выбор окончательных размеров фундамента
. Проектирование фундамента мелкого заложения
.1 Выбор типов и размеров свай и ростверка фундамента
.2 Определение несущей способности сваи
.3 Определение количества свай
.4 Определение осадки свайного
фундамента
1. Исходные данные
. Схема сооружения - жилое здание.
. Географический район строительства - d=2,05 м.
. Характеристики грунтов и мощности
слоев, слагающих грунтовое основание, представлены в таблице 1. Геологический
разрез грунтового основания представлен на рисунке 2.
Таблица 1
№
слоя
Наименование
грунта
Толщина
слоя
сs
с
W
IL
ϕ
c
E
м
т/м3
грд
МПа
1
Супесь
7,7
2,71
1,94
0,19
0,4
20
0,005
15
2
Суглинок
12,0
2,71
2,00
0,18
0,4
20
0,025
22
2. Проектирование фундамента мелкого заложения
Для фундаментов мелкого заложения отношение
глубины заложения фундамента d к ширине по подошве b не должны превышать двух,
т.е. d / b ≤2.
.1 Определение расчетных характеристик грунтов
основания
Все расчеты оснований должны выполняться с
использованием расчетных значений характеристики грунтов Х, определяемой по
формуле
Х=Хn*гg,
где Хn - нормативное значение данной
характеристики,
гg - коэффициент надежности по
грунту.
Коэффициент надежности по грунту гg
при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (удельного
сцепления c, угла внутреннего трения ϕ
нескальных грунтов) устанавливается следующим:
. В расчетах оснований по деформациям гg
=1;
. В расчетах оснований по несущей
способности: Для угла внутреннего трения:
- песчаных грунтов гg = 1,1;
- пылевато-глинистых гg =1,15.
Для прочих характеристик грунта допускается
принимать гg =1.
Таблица 2
№
слоя
Наименование
грунта
сs
с
W
IL
ϕ
c
E
гg(с)
с
гg(ϕ)
ϕ
т/м3
грд
МПа
1
Супесь
2,71
1,94
0,19
0,4
20
0,005
15
1,5
0,0075
1,15
23
2
Суглинок
2,71
2,00
0,18
0,4
20
0,025
22
1,5
0,0375
1,15
23
.2 Определение размеров подошвы фундамента
. Находим среднее давление по подошве
фундамента.
P= II - внешняя
расчетная нагрузка, равная 98 тс,
гср
- среднее значение удельного веса бетона и грунта по нижнему обрезу фундамента,
равная 2 т/м3,- глубина заложения фундамента, равная 2,05м,- ширина
фундамента.
Подошва
фундамента квадратная в плане, поэтому площадь равна A=b2.
Оптимальные
размеры фундамента определяем графически, построив графики зависимости P(b) и
R(b).cp(b)= (98+1,94*2,05*b2)/ b2=(98+3,977*b2)/
b2
Сопротивление
определяем по формуле
=((гc1*гc2)/k)*(Mг*kz*гII*b+
Mq * где
R - расчетное сопротивление грунта основания;
гc1
и гc2 - коэффициент условий работы, принимаем гc1=1,25
и определяем соотношение между длиной и высотой здания L/H=15000/10200=1,47,
далее интерполируем
гc2=((1-1,1)/(4-1,5))*(1,47-1,5)+1,1=1,1
(по т.3 СНиП 2.02.01-83*);- коэффициент, принимаем равным k1=1, если
прочностные характеристики грунта (ϕ и с) определяются непосредственными
испытаниями, принимаем 1; и k = 1,1, если указанные характеристики приняты по
таблицам;г, Mq, Mc - коэффициенты, принимаемые
Mг=0,69, Mq=3,65, Mc=6,24 (по т.4 СНиП
2.02.01-83*);z - коэффициент, принимаемый равным 1, зависит от
способа определения характеристик грунта;- ширина подошвы фундамента, м;
гII
- удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии
подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды),кН/м3(тс/
м3)
гII=1,94
(тс/ м3);
=1,375*(1,34*b+14,516+4,68)=1,375*(1,34*b+19,196)=1,84*b+26,39.
Таблица
3. Значения функций:
b,м
1
2
3
4 101,97
28,47
14,865
10,1
R,
тс/м2
28,23
30,07
31,91
33,75
Графики пересекаются в точке с абсциссой b=1,9
м. Принимаем ширину подошвы фундамента 1,9 м, тогда соответственно длина -
l=b=1,9 м.
Рисунок 1.
Среднее давление в центре тяжести подошвы.
=NпII/ A≤ R
=98/(1,9)2= 27,14 (тс/ м2)=1,84*1,9+26,39=29,88
(тс/ м2)=27,14≤ R=29,88 - условие выполняется.
.3 Определение осадки фундамента, выбор
окончательных размеров фундамента
Определение осадки подошвы фундамента мелкого
заложения ведется с использованием схемы в виде линейно-деформируемого
полупространства методом послойного суммирования по формуле:
S= в* Где в=0,8 - безразмерный
коэффициент;
уz,pi - среднее значение
вертикального нормативного давления;i - толщина i-го слоя;i
- модуль деформации i-го слоя;- число слоев, на которые разбивается сжимаемая
толща.
Осадка не должна превышать
допустимую осадку по СНиП 2.02.01-83* равную S=8 см.
Для определения осадки применяем
графический метод.
Вертикальная сила на подошву
фундамента определяется по формуле:
nII = NoII+Gф+гр
Давление на грунт подошвой
фундамента определяется по формуле:
=NпII/ A
Необходимо определить давление с
учетом напряжений после открытия котлована:
o= P- уzg
= P- Где
Напряжение,
возникающее в грунте основания от указанного выше давления на грунт,
определяется по формуле:
уzpo,i=
б*Po
где б - коэффициент, принимаемый из СНиП
2.02.01-83* по таблице 1, б зависит от заглубления в грунт Z через коэффициент
ж. Для зависимости б(ж) составляется таблица.
Размеры: b=l=1,9 м,oII’=
98 тс,= 27,14 тс/ м2,o=27,14 - 1,94*2,05 = 23,17 тс/ м2
уzpo,i= 23,17
Разбиваем толщу на элементарные слои.
Коэффициент б для соотношения l/b=1 находим интерполяцией.
Вертикальные напряжения от собственного веса
грунта считаем по формуле:
уzg= Расчет от отметки природного
рельефа.
Таблица 4. Расчет значений уzpo,i
в зависимости от заглубления Z.
zi,
м
(2*z)/b
l/b
б
уzp,
тс/ м2
уzg,
тс/ м2
0,2*уzg,
тс/ м2
0
0,00
1
1
23,17
3,977
0,79
0
0,7
0,74
1
0,82
18,99
5,335
1,07
0,7
1,4
1,47
1
0,5
11,585
6,693
1,34 2,1
2,21
1
0,29
6,72
8,051
1,61
0,7
2,8
2,95
1
0,185
4,28
9,409
1,88
0,7
3,5
3,68
1
0,12
2,78
10,767
2,15
0,7
4,2
4,42
1
0,09
2,08
12,125
2,425
0,7
4,9
5,16
1
0,068
1,575
13,483
2,69
0,7
5,65
5,95
1
0,052
1,2
14,938
2,98
0,75
Таблица 5. Определение суммарной осадки
фундамента.
уzр,
тс/ м2
21,09
0,8
1500
0,0089
13,82
0,8
1500
0,0059
7,17
0,8
1500
0,003
4,28
0,8
1500
0,0018
2,7
0,75
1500 уzр определяем по графику в середине
каждого слоя.
Осадка не превышает допустимую.
Оставляем размер подошвы фундамента
b=l=1,9 м.
3. Проектирование свайных фундаментов
Свайный фундамент состоит из:
свай;
ростверка, объединяющего все сваи.
По способу заглубления в грунт надлежит
различать следующие виды свай:
а) забивные железобетонные, деревянные или
стальные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов,
вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств, в также
железобетонные сваи - оболочки, заглубляемые вибропогружателями без выемки или
с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью;
б) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые
вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые бетонной смесью частично или
полностью;
в) набивные бетонные и железобетонные,
устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в
результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;
г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте
путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них
железобетонных элементов;
д) винтовые.
В данной курсовой работе будут рассматриваться
забивные сваи.
.1 Выбор типов и размеров свай и ростверка
фундамента
Выбираем тип свай - забивные. Размер свай
определяем согласно указанной в задании глубины заложения подошвы фундамента
d=2,05 м, а также по СНиП 2.02.03-85 п.7.10 и заданным мощностям слоев грунта.
Lp= z-d =8,7 - 2,05 = 6,65 м
Где
Lp - расчетная длина сваи, - глубина от поверхности до начала
заострения сваи,- глубина заложения подошвы ростверка.
В
соответствии с п.7.4. СНиП 2.02.03-85 заделка сваи в ростверк составляет 5-10
см.
С
учетом заделки сваи в ростверк Lконстр = 6,65+0,1 = 6,75 м.
Принимаем
длину сваи Lсв = 7,0 м.
Определив
необходимую длину, выбираем по сортаменту сечение сваи.
Для
свай до 12 м сечение 30х30 см.
Размер
подошвы ростверка определяем исходя из: по периметру свай отступаем по 0,2 м,
между осями свай не менее 3*dсв. Т.о. принимаем размер ростверка р=
3*0,3+2*0,2+0,3= 1,6 м.
Рисунок
2
3.2
Определение несущей способности сваи
Несущая
способность Fd забивной висячей сваи определяется по формуле:
Fd =гс*(гсR*R*A+u* Где R - расчетное сопротивление
фундамента под нижним концом сваи по т.1 СНиП 2.02.03-85;- площадь поперечного
сечения сваи;=d2=0,3*0,3= 0,09 м2
u - наружный периметр поперечного
сечения сваи;=0,3*4= 1,2 мi - толщина i-го слоя грунта,
соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;i - расчетное
сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи по т.2
СНиП 2.02.03-85;
гс - коэффициент условия
работы сваи в грунте, принимаем гс=1;
гсR, гсR = 1, 3.3 Определение количества свай
Определение количества свай производим при
условии центрального нагружения, т.е. при отсутствии моментов, по следующей
зависимости:
n= где Nd - суммарная
нагрузка, передаваемая на свайное поле и определяемая по формуле:
d= NII
+ G
где NII - нагрузка от
верхнего строения приведенная к обрезу фундамента;- собственный вес плиты
ростверка, определяется по формуле:
= hp*Ap* гж/б
- сила расчетного сопротивления по
грунту
≤ где Округляем значение n до 4 и таким
образом принимаем 4 сваи.
Рисунок 3
3.4 Определение осадки свайного фундамента
Расчет фундамента будет производиться для
условного фундамента на естественном основании в соответствии с СНиП
2.02.01-83*
Границы условного фундамента определяются (по
СНиП 2.02.03-85):
усл.ф.=
b’+2*h*tg(ϕII,mt/
4)
где ϕII,mt
- осредненное значение углов внутреннего трения толщи грунтов, в которых
находятся сваи;
ϕII,mt=
(ϕ1*l1+
ϕ2*l2+
ϕ3*l3+
ϕ4*l4)/
(l1+ l2+ l3+ l4)
h - длина сваи;
усл.ф.=
l’+2*h*tg(ϕII,mt/
4);
Аусл.ф.= b усл.ф.* l усл.ф.;усл.ф.=
гприв* Аусл.ф.*(lзагл+dр) - вес
условного фундамента;= Qф/ Аусл.ф o= P- гприв*
(lзагл+dр)
уzpo,i= б*Po
б= ϕII,mt
/
4
ϕII,mt= б= 20 / 4=5 град.
гприв= Аусл.ф.= 2,82*2,82= 7,95
м2усл.ф.=1,97*7,95*(7+2,05)= 141,74 тсф=
98+141,74= 239,74 тс= Задаваясь Z, определяем б, затем по
формуле уzpo,i= б*Po дополнительные вертикальные
напряжения. Результаты расчетов сводим в таблицу 6.
Определение осадки подошвы условного
фундамента, как фундамента мелкого заложения, ведется с использованием схемы в
виде линейно-деформируемого полупространства методом послойного суммирования по
формуле:
S= в* Где в=0,8 - безразмерный
коэффициент;
уz,pi - среднее значение
вертикального нормативного давления;i - толщина i-го слоя (hi=0,4*b);i
- модуль деформации i-го слоя;- число слоев, на которые разбивается сжимаемая
толща.
Осадка не должна превышать
допустимую осадку по СНиП 2.02.01-83* равную S=8см. грунт фундамент свая
здание
Таблица 6. Расчет значений уzpo,i
в зависимости от заглубления Z.
zi,
м
(2*z)/b
l/b
б
уzp,
тс/ м2
уzg,
тс/ м2
0,2*уzg,
тс/ м2
0
0,00
1
1
12,32
17,83
3,566
0
1,1
0,78
1
0,81
9,97
19,997
3,99
1,1
2,2
1,56
1
0,465
5,73
22,164
4,43
1,1
3,3
2,34
1
0,268
3,3
24,331
4,86
1,1
4,4
3,12
1
0,168
2,07
26,498
5,29
1,1
5,5
3,9
1
0,114
1,4
28,665
5,733
1,1
6,6
4,68
1
0,081
0,99
30,832
6,16
1,1
7,7
5,46
1
0,061 32,999
6,59
1,1
8,8
6,24
1
0,047
0,58
35,166
7,03
1,1
9,9
7,02
1
0,038
0,47
37,333
7,46
1,1
10,65
7,55
1
0,0325
0,4
38,81
7,76
0,75
Таблица 7. Определение суммарной осадки
фундамента.
уzр,
тс/ м2
12,1
0,9
1900
0,0045
8,75
0,9
1900
0,0033
5,62
0,9
1900
0,0021
уzр определяем по графику в середине
каждого слоя.
Условие расчета по деформации
основания и фундамента выполнено.
*d+Mc*cII),
- то же, залегающих выше подошвы
фундамента (тс/ м3)
= 1,94 (тс/ м3);II
- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно
под подошвой фундамента, кПа (тс/ м3).II= 0,0075*100=0,75
(тс/ м3).= ((1,25*1,1)/1)*(0,69*1*1,94*b+ 3,65 *
*2,05+6,24*0,75)
=
*d
удельный вес грунта, расположенный
выше подошвы;=2,05 м - глубина заложения фундамента.
*d+ 
, м
, м
, тс/м2Si=
в* 
, м
0,0207 м = 2,07 см.≤S=8 см.
*fi*hi)
- коэффициенты условий работы
грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи,
учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и
принимаемые по т.3 СНиП 2.02.03-85.
=1.1= 2,51 тс/м2,
при z1= 3,05 м;2= 2,71 тс/м2, при z1=
4,05 м;3= 2,91 тс/м2, при z1= 5,05 м;4=
3,105 тс/м2, при z1= 6,05 м;5= 3,205 тс/м2,
при z1= 7,05 м;6= 3,3025 тс/м2, при z1=
8,05 м;7= 3,3525 тс/м2, при z1= 9,05 м.=233,65
тс/м2 (методом интерполяции,при IL=0,4)d=1*(1*233,65*0,09+1,2*(2,51*1+2,71*1+2,91*1+3,105*1+3,205*1+3,3025*1+3,3525*1))d=46,34
тс.
- несущая способность грунта
основания одиночной сваи;
- коэффициент запаса, зависящий от
способа определения несущей способности сваи, принимаемый равным 1,4.II=98
тс.= 2,05*1,6*1,6*2,5= 13,12 тс.d= 98+13,12= 111,12 тс.= 46,34/1,4=
33,1 тс.= 111,12/ 33,1 = 3,35
= 20 град.=7 м;
= 1,97 тс/м2усл.ф.=1,6+2*7*0,0874=
2,82 мусл.ф.= b усл.ф=2,82 м
= 30,15 тс/м2o=30,15-1,97*9,05=
12,32 тс/м2
, м
, м, тс/м2Si=
в* , м
0,0099 м = 1 см ≤S=8 см.