Материал: Расчет основания фундаментов мелкого заложения и свайного фундамента

Расчет основания фундаментов мелкого заложения и свайного фундамента

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО ЮУрГУ

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра «Строительные конструкции и инженерные сооружения»

Семестровая работа

по дисциплине «Основания и фундаменты»

на тему

«Расчет основания фундаментов мелкого заложения и свайного фундамента»

Челябинск 2014г.

АННОТАЦИЯ

«Расчет основания фундаментов мелкого заложения и свайного фундамента». - Челябинск: ЮУрГУ, 2014. страниц - 31 и 14 иллюстраций.

В данной семестровой работе по дисциплине «Основания и фундаменты» выполнен расчет основания фундаментов мелкого заложения и свайного фундамента.

ВВЕДЕНИЕ

Фундаменты являются опорной частью здания и предназначены для передачи нагрузки от всех вышерасположенных конструкций на основание. От надежной работы фундамента в большой степени зависят эксплуатационные качества здания, его капитальность и долговечность.

В последние годы под строительство все чаще отводятся площадки со сложными для строительства инженерно-геологическими условиями. В то же время вследствие увеличения пролетов в промышленном строительстве резко возрастают нагрузки на фундаменты. Эти обстоятельства повышают ответственность проектировщиков при выборе и расчете фундаментов.

Поэтому цель данного курсового проекта: закрепление теоретических знаний по дисциплине «Механика грунтов. Основания и фундаменты» и их практическое применение.

Исходные данные

Рис 1. Схема грунтовых условий

Рис.2. Тип здания

1. Анализ грунтовых условий

Нам предоставлен образец грунтов залегающих под предполагаемым местом строительства. Для получения представления о пригодности тех или иных слоев грунта к строительству и восприятию нагрузки необходимо классифицировать их. На схеме 1 представлен разрез основания.

) ИГЭ 1-почвенно растительный слой мощностью 1500мм.

) ИГЭ 2- глинистый грунт мощностью 2500мм.

ρs=2.73т/м3; ρ=1.75т/м3; W=0.3; Wp=0.17; WL=0.37; Kф=30; Е=20мПа; ν=0.42; φ=19град; с=71кПа.

Наименование

Jp= WL- Wp Jp=0.37-0.17=0.2

Согласно ГОСТ 25100-95 "Грунты. Классификация" данный глинистый грунт относится к глинам, так как Jp>0.17

Консистенция

 JL=(0.3-0.17)/0.2=0.65

.5<JL<0.75-глина мягкопластичная

Влажность, коэффициент пористости, поведение при замачивании

 ρd=1.75/(1+0.3)=1.346т/м3

e=(2.73-1.346)/1.346=1.028

Sr=(0.3*2.73)/(1.028*1)=0.797

Таким образом, можно сделать вывод: согласно ГОСТ 25100-95 "Грунты. Классификация, данный грунт обладает рыхлым скелетом( 2.1< ρd< 1.2) , и является влажным. Данный грунт не является хорошим основанием.

) ИГЭ 3- глинистый грунт мощностью 3500мм.

ρs=2.7т/м3; ρ=1.7т/м3; W=0.2; Wp=0.13; WL=0.27; Kф=40; Е=20мПа; ν=0.35; φ=23град; с=35кПа.

Наименование

Jp= WL- Wp Jp=0.27-0.13=0.14

Согласно ГОСТ 25100-95 "Грунты. Классификация" данный глинистый грунт относится к суглинкам, так как 0,17>Jp>0.07

Консистенция

 JL=(0.2-0.13)/0.14=0.5

.5<JL<0.75-глина мягкопластичная

Влажность, коэффициент пористости, поведение при замачивании

 ρd=1.7/(1+0.2)=1.417т/м3

e=(2.7-1.417)/1.417=0,907

Sr=(0.2*2.7)/(0,907*1)=0.596

Таким образом можно сделать вывод: согласно ГОСТ 25100-95 "Грунты. Классификация, данный грунт обладает рыхлым скелетом (2.1< ρd< 1.2) , и является влажным. Данный грунт не является хорошим основанием.

) ИГЭ 4-скалистое основание. Прочность R = 80МПа

Согласно ГОСТ 25100-95 "Грунты. Классификация" данное основание относится к прочным, так как 120< R<50. Данный ИГЭ является хорошим основанием, но залегает слишком глубоко.

. СБОР НАГРУЗОК НА ФУНДАМЕНТ

Нагрузки и конструкции здания

Рис3. Конструктивная схема сооружения и исходные данные

Рис4. Схема грузовых площадей

Фундамент под пилястру с участком стены.

Общая нагрузка на фундамент рассчитывается по формуле:

N1 = Nст+Nпер+Nпокр+Nпол

где: Nст- собственный вес пилястра с участком стены:

Ncт = (Ап+Аст)*Hст*γмат,

где: Ап = 0,51*0,51 = 0,26 м2 - площадь сечения пилястры;

Аст = 0,51*1 = 0,51 м2 - площадь сечения участка стены;

Нст = 7,9 м - высота стены;

γмат = 18 кН/м3 - удельный вес материала - кирпич;

Nпер - нормальная нагрузка от перекрытия:

Nпер = Агр*(qпост+qврем)

где: Агр = 3,0*6,0=18,0 м2 - грузовая площадь;

qпост = 3,5 кН/м2 - постоянная нормальная нагрузка;

qврем = 5,0 кН/м2 - временная нормальная нагрузка;

Nпокр - нормальная нагрузка от покрытия:

Nпокр = Агр*(qпост+qснег)

где: Агр = 6,0*6,0 = 36,0 м2;

qпост = 3,5 кН/м2;

Полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять из СНиП 2.01.07-85* «НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ» по формуле

где Sg - расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии с картой снеговых районов РФ. Курган относится к III зоне и соответственно:

Sg =1.8 кПа

коэффициент следует принимать в соответствии с обязательным приложением 3, при этом промежуточные значения коэффициента   необходимо определять линейной интерполяцией.

Для двускатной крыши зависит от £.

Принимаем 

Nпол - вес пола на отметке +0.000

Nпол= Агр*(qпост+qснег)

Агр = 3,0*6,0=18,0 м2 - грузовая площадь;

qпост = 0 кН/м2 - постоянная нормальная нагрузка;

qврем = 2,0 кН/м2 - временная нормальная нагрузка;

Тогда, получаем:

N1 = (0,26+0,51)*7,9*18+18*(3,5+5)+36*(3,5+1,8*1,25)+18*2 = 487,7 кН = 48,8 т

Фундамент под колонну.

Общая нагрузка на фундамент рассчитывается по формуле:

N2 = Nк+Nпер+ Nпол

где: Nк - собственный вес колонны:

Nк = Асеч*Hк*γмат

где: Асеч = 0,4*0,4 = 0,16 м2 - площадь сечения колонны;

Нк = 4,38 м - высота колонны (с подземной частью);

γмат = 24,5 кН/м3 - удельный вес материала - железобетон;

Nпер - нормальная нагрузка от перекрытия:

Nпер = Агр*(qпост+qврем)

где: Агр = 6,0*6,0=36,0 м2 - грузовая площадь;

qпост = 3,5 кН/м2 - постоянная нормальная нагрузка;

qврем = 5,0 кН/м2 - временная нормальная нагрузка;

Nпол - вес пола на отметке +0.000

Nпол= Агр*(qпост+qснег)

Агр = 6,0*6,0=36,0 м2 - грузовая площадь;

qпост = 0 кН/м2 - постоянная нормальная нагрузка;

qврем = 2,0 кН/м2 - временная нормальная нагрузка;

Тогда, получаем:

N2 = 0,16*4,38*24,5+36*(3,5+5) )+36*2 = 395,2 кН = 39,5 т

Ветровая нагрузка для данного типа зданий не учитывается.

3. Назначение глубины заложения фундамента мелкого заложения

Под пилястр с участком стены устраивается комбинированный ленточный фундамент из сборных элементов, под колонну - столбчатый

Слой ИГЭ1 - почвенно растительный, мощностью 1500мм. При устройстве фундамента этот слой убирается.

Слой ИГЭ2 - мягко пластичная глина. Он не является хорошим основанием, поэтому нужно либо проходить его , либо делать более широкую подошву фундамента. С учетом того что мы уже убираем 1500мм. почвенно-растительного слоя убирать еще 2500мм. глины не целесообразно, учитывая что под ней находится слой ИГЭ 3 состоящий из мягкопластичного суглинка, который так же не является хорошим основанием. Поэтому вариантов 2: устраивать свайный фундамент до ИГЭ 4, являющегося скальным основанием, либо устраивать более широкую подошву фундамента. Выбираем 2ой вариант исходе из технико-экономических соображений.

dfn = d0

dfn - нормативная глубина сезонного промерзания грунта.

d0 - коэффициент, который для глин и суглинков принимается равным 0.23м.

Mt- безразмерный коэффициент численно равный сумме среднемесячных отрицательных значений температуры за зиму для данного региона, принимаемое по СНиП с учетом данных по климатологии за последние 10 лет.

Средняя месячная и годовая температура воздуха, °С

dfn =0,23·  = 0,23·6,97 = 1,6м

df = dfn·kh

df - расчетная глубина сезонного промерзания грунта.

kh- коэффициент учитывающий влияние теплового режима здания. Принимается по СНиП 2.02.01-83 равным 0.5.

df = 1,6·0,5 = 0,8м

Под сборные железобетонные колонны используется сборный стаканный фундамент.

Под несущие стены закладывается ленточный фундамент.

Рис5 Глубина заложения фундаментов

dк2 = hт.з. + hф = 150 + 1500 = 1650 мм

Отметка низа подошвы фундамента = hcf + 1650 = 150 + 1650 = 1800 мм

dк1 = 1800 - 300 = 1500 мм

dк1 ≥ df : 1,5 м ≥ 0.8 м - условие выполнено.

4. Расчет основания фундаментов мелкого заложения по деформациям

При расчёте должны быть выполнены следующие условия:

. по напряжениям, действующим на слои грунтов: p ≤ R (±5%)

. по деформациям основания: S ≤ Su

Наружный фундамент (Ф-1) под кирпичный столб.

ое приближение

Фундамент выполняется из блоков ФБС. Для подбора ширины фундамента примим ее равной 1000мм. И проверим условие P<R

- нагрузка на фундамент (487,7 кН)- вес фундамента и грунта на его обрезах;= γmtBLdк, где γmt - удельный осреднённый вес грунта и бетона (20 кН/м3), B - ширина подошвы фундамента, принимается 1 м, dк - глубина заложения фундамента (1,5 м);

А - площадь подошвы фундамента;

А = BL, где L - условная длина подошвы фундамента = 1 п.м.

P=(487,7+20*1*1*1.5)/1*1=517,7кПа- расчётное сопротивление основания

 (MγkzBγII + Mqd1γ'II + (Mq - 1)dbγ'II + MccII)

γС1, γС2 - коэффициенты условий работы, принимаются по табл. 3 СНиП 2.02.01-83*: γС1=1,1; γС2=1;

k - коэффициент надёжности, принимается k=1, так как были проведены ИГИ;

Mγ, Mq, Mc - коэффициенты, принимаются по табл.4 СНиП 2.02.01-83*: Mγ=0,47; Mq=2,89; Mc=5,48;

kz - коэффициент, принимается kz=1;

γII - осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента до глубины z = B/4: γII= 13,192 кН/м3

γ'II - осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента: γ'II = 13,192 кН/м3

сII - расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента: сII = 71кПа- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки: d1= 1,5 м

db - глубина подвала: db = 0

R=(1.1*1)/1*(0.47*1*1*13,192 + 2.89*1,5*13,192 + (2.89 - 1)*0*13,192 + 5.48*71) = 497,71 кПа

,7 кПа > 497,71 кПа → условие не выполнено

ое приближение

Принимаем ширину подошвы фундамента равной 1200мм.

P=(487,7+20*1,2*1*1.5)/1,2*1=436,42кПа

R=(1.1*1)/1*(0.47*1,2*1*13,192 + 2.89*1,5*13,192 + (2.89 - 1)*0*13,192 + 5.48*71) = 499,08 кПа

,42 кПа > 499,08 кПа → условие выполнено

Внутренний фундамент (Ф-2) под сборные железобетонные колонны

N =395,2 кН

G = γmtBLdк

где γmt = 20 кН/м3, B =1м, dк =1,65м

А - площадь подошвы фундамента; A=B2

P=(395,2+20*1*1*1.65)/1*1= 428,2 кПа

 (MγkzBγII + Mqd1γ'II + (Mq - 1)dbγ'II + MccII)

γС1=1,1; γС2=1;

k=1;

Mγ=0.47; Mq=2.89; Mc=5.48;

kz=1;

γII = γ'II = 8.261 кН/м3

сII = 71кПа= 1,65 м

db = 0

R=(1.1*1)/1*(0.47*1*1*13,192 + 2.89*1,5*13,192 + (2.89 - 1)*0*13,192 + 5.48*71) = 497,71 кПа

,2 кПа < 497,71 кПа → условие выполнено

Проверим в целях экономии материала ширину столбчатого фундамента равную 800мм.

P=(395,2+20*0,8*0,8*1.65)/0,8*1= 520,4 кПа

R=(1.1*1)/1*(0.47*0,8*0,8*13,192 + 2.89*1,65*13,192 + (2.89 - 1)*0*13,192 + 5.48*71) = 501,55кПа

Условие не выполняется. Принимаем ширину столбчатого фундамента, с запасом прочности, равной 1000мм.