Целью курсового проекта по дисциплине «Основания и фундаменты» является ознакомление с принципами проектирования оснований и фундаментов и закрепление теоретических знаний. Тематика проектирования отвечает учебным задачам подготовки инженеров и связана с решением практических вопросов – выполнением проектов фундаментов сооружений.
В ходе разработки курсового проекта необходимо рассчитать ленточный фундамент.
Для фундаментов мелкого заложения проводятся расчеты: определение физико-механических свойств грунтов, оценка грунтовых условий строительной площадки, расчет размеров и выбор вариантов фундаментов, расчет оснований по деформациям, расчет осадки.
Исходные данные
В соответствии с заданием необходимо запроектировать сборный железобетонный ленточный фундамент под стену жилого дома.
Здание представляет собой бескаркасную конструкцию, имеющую жесткую конструктивную схему. Конструктивная схема с продольными несущими стенами и опиранием панелей перекрытия по двум сторонам.
Наружные кирпичные стены толщиной 510 мм, внутренние несущие стены толщиной 380 мм, перегородки выполнены из пазогребневых гипсовых блоков. Перекрытия – сборные железобетонный многопустотный настил. Лестница – сборные железобетонные площадки и марши. Крыша плоская чердачная с холодным чердаком. Водосток внутренний.
Классификация и оценка состояния грунтов производится в результате сопоставления их физических и механических характеристик с классификационными, приведенными в нормативных документах. Такое сопоставление позволяет оценить свойства грунтов и выявить возможность их использования в основании сооружения.
В задании на курсовой проект имеется паспорт грунтов строительной площадки, в котором указаны нормативные значения основных показателей физических свойств грунтов, определённых в лабораторных условиях.
Данные геологических изысканий по исходным физическим характеристикам грунтов:
|
Наименование грунта |
Мощность слоя, м |
Исходные физические характеристики грунта |
||||
|
Удельный вес, кН/м 2 |
Влажность |
|||||
|
Естественный |
частиц грунта |
Природная |
на границе текучести |
на границе раскатывания |
||
|
1. Глинистый грунт |
3,70 |
19,3 |
27,0 |
0,23 |
0,30 |
0,18 |
|
2. Песок |
4,90 |
20,0 |
26,6 |
0,24 |
— |
— |
|
3. Глинистый грунт |
3,80 |
19,9 |
27,1 |
0,26 |
0,30 |
0,20 |
|
4. Глинистый грунт |
1,20 |
20,0 |
27,4 |
0,265 |
0,44 |
0,24 |
|
Глубина заложения грунтовых вод 6,3 метра от поверхности земли |
||||||
Таблица 1
|
№ пп |
Характеристика |
Формула для вычисления |
Наименование структурного слоя |
||
|
Слой 1 |
Слой 2 |
Слой 3 |
|||
|
Физические характеристики |
|||||
|
1. |
Коэффициент пористости, e |
0,72 |
0,65 |
0,71 |
|
|
2. |
Степень влажности, S r |
0,86 |
0,98 |
0,99 |
|
|
3. |
Число пластичности, I p |
0,12 |
— |
0,1 |
|
|
4. |
Показатель текучести, I L |
0,416 |
— |
0,6 |
|
|
5. |
Наименование грунта и его физическое состояние |
Определить вид и разновидность грунта |
Суглинок тугопластичный |
Пески крупные, средней плотности, водонасыщенные |
Суглинок мягкопластичный |
|
Механические характеристики |
|||||
|
6. |
Угол внутреннего трения , .. 0 |
Мет.указ. таб. Б.1,Б.2 [1]* |
23 |
38 |
18 |
|
7. |
Удельное сцепеление, С, кПа |
Мет.указ. таб. Б.1,Б.2 [1]* |
27 |
— |
21 |
|
8. |
Модуль деформации ,МПа |
Мет.указ. таб. Б.1,Б. 3 [1]* |
16 |
30 |
14 |
|
9. |
Условное расчетное сопротивление R 0 , кПа |
Мет.указ. таб. В.2 и В.3 [1]* |
230 |
500 |
220 |
Рис.1. Геологический разрез строительной площадки
Запроектировать ленточный фундамент под стену крупноблочного жилого дома, возводимого в г. Котлас. Грунтовые условия и геологический профиль строительной площадки приведены на рис.1. Здание представляет собой бескаркасную конструкцию, имеющую жесткую конструктивную схему высотой Н=26.92м, длиной L =33.6м. Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, равна 15. Здание имеет подвал с отметкой пола- -2,6 метра. Уровень подземных вод находиться на отметке -6,3м.
Под стены бескаркасных зданий наиболее целесообразно применять ленточные фундаменты, при возведении которых на дно котлована подсыпают слой песчаной подготовки 6…10 см, который в дальнейшем выравнивают с установкой на него типовых блоков-подушек, распределяющих нагрузку от стен здания на основание. На блоки-подушки устанавливают в несколько рядов типовые стеновые фундаментные блоки.
Целью проектирования является выбор такого оптимального решения, которое позволило бы запроектировать надежную и экономичную конструкцию фундамента и его основания.
Глубина заложения фундаментов назначается с учетом:
-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки;
-климатических особенностей района строительства;
-величин и характера нагрузок, действующих на основание;
-назначения и конструктивных особенностей возводимых и примыкающих к ним сооружений;
-способов производства работ по возведению фундаментов.
При выборе глубины заложения исходят из общих требований, предъявляемых к фундаментам. Они включают обеспечение прочности, устойчивости и долговечности сооружения при наиболее экономичном решении (по стоимости, расходу материалов, трудозатратам)
Определим глубину заложения фундамента, учитывая климатические условия на строительной площадке. Для этого по карте находим, что нормативная глубина промерзания для г. Котлас составляет 170 см.
Данная глубина промерзания соответствует глинистым и суглинистым грунтам.
Найдем значение коэффициента влияния теплового режима здания Глубину сезонного промерзания грунта , определяем по формуле: Расчетная глубина сезонного промерзания грунта , м, определяется по формуле:
Определим величину По табл. выясняем, что для суглинка с показателем глубина заложения фундамента фундамента назначается не менее .
В соответствии с конструктивными требованиями при глубине пола в подвале на отметке -2,6 м примем толщину пола в подвале 0,1 м, а расстояние от низа конструкции пола в подвале до подошвы фундамента назначим равным 0,5 м, имея в виду, что высота типового блока подушки составит 0,3 м, тогда глубина заложения подошвы фундамента от спланировочной отметки земли будет равна
-3,200 м.
При проектировании фундамента после назначения глубины его заложения приступают к определению ширины подошвы, которая назначается на основании ограничения давления в основании расчетным сопротивлением грунта, обеспечивая тем самым выполнение требований второй группы предельных состояний.
Горизонтальную составляющую давления грунта на стену подвала не учитываем, так как она будет восприниматься конструкциями перекрытий и полом подвала.
По табл. 1 для суглинка находим . Определяем ориентировочную площадь подошвы фундамента по оси Б:
Поскольку в рассматриваемом случае рассчитывается ленточный фундамент, площадь которого равна м, принимаем требуемую ширину подошвы фундамента По каталогу сборных железобетонных конструкций выбираем (ГОСТ 13580-85) по размерам типовой сборный блок- подушку шириной:
высотой длинной и весом Конструкцию стены фундамента назначим из пяти фундаментных стеновых блоков шириной длинной и весом
Вычислим вес 1 м длины фундамента:
Принимая удельный вес грунта обратной засыпки равным 0,018, определим вес 1 м длины грунта на обрезе фундамента:
Рассматривая условие статического равновесия фундамента, из которого следует, что нагрузка от веса здания, веса грунта обратной засыпки на обрезах фундамента и веса самого фундамента должна уравновешиваться средним реактивным давлением по подошве фундамента, получим:
Определим расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента по формуле:
R=,
-осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3);
-то же, залегающих выше подошвы;
-расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);
d1- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле
где толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
— толщина конструкции пола подвала, м;
-расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3 (тс/м3);
-глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B 20 м и глубиной свыше 2 м принимается = 2 м, при ширине подвала B 20 м — = 0).
и
Безразмерные коэффициенты найдем по значению угла внутреннего трения:
, , , подвала составит:
Глубина подвала составляет , поэтому принимаем , , так как значения и получены по табличным данным, , так как ширина подошвы фундамента
Расчетное сопротивление грунта составит:
Основное условие Условие выполняется.
Определяем ориентировочную площадь подошвы фундамента по оси «А»:
Поскольку в рассматриваемом случае рассчитывается ленточный фундамент, площадь которого равна м, принимаем требуемую ширину подошвы фундамента По каталогу сборных железобетонных конструкций выбираем (ГОСТ 13580-85) по размерам типовой сборный блок- подушку шириной:
высотой длинной и весом Конструкцию стены фундамента назначим из пяти фундаментных стеновых блоков шириной длинной и весом
Вычислим вес 1 м длины фундамента:
Определим вес 1 м длины грунта на обрезе фундамента:
Рассматривая условие статического равновесия фундамента, из которого следует, что нагрузка от веса здания, веса грунта обратной засыпки на обрезах фундамента и веса самого фундамента должна уравновешиваться средним реактивным давлением по подошве фундамента, получим:
Определим расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента по формуле:
R=,
-осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3);
-то же, залегающих выше подошвы;
-расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);
d1- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле
где толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
— толщина конструкции пола подвала, м;
-расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3 (тс/м3);
-глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B 20 м и глубиной свыше 2 м принимается = 2 м, при ширине подвала B 20 м — = 0).
и
Безразмерные коэффициенты найдем по значению угла внутреннего трения:
, , , подвала составит:
Глубина подвала составляет , поэтому принимаем , , так как значения и получены по табличным данным, , так как ширина подошвы фундамента
Расчетное сопротивление грунта составит:
Основное условие Условие выполняется.
Определяем ориентировочную площадь подошвы фундамента по оси «1»:
Поскольку в рассматриваемом случае рассчитывается ленточный фундамент, площадь которого равна м, принимаем требуемую ширину подошвы фундамента По каталогу сборных железобетонных конструкций выбираем (ГОСТ 13580-85) по размерам типовой сборный блок- подушку шириной:
высотой длинной и весом Конструкцию стены фундамента назначим из пяти фундаментных стеновых блоков шириной длинной и весом
Вычислим вес 1 м длины фундамента:
Определим вес 1 м длины грунта на обрезе фундамента:
Рассматривая условие статического равновесия фундамента, из которого следует, что нагрузка от веса здания, веса грунта обратной засыпки на обрезах фундамента и веса самого фундамента должна уравновешиваться средним реактивным давлением по подошве фундамента, получим:
Определим расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента по формуле:
R=,
-осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3);
-то же, залегающих выше подошвы;
-расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);
d1- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле
где толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
— толщина конструкции пола подвала, м;
-расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3 (тс/м3);
-глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B 20 м и глубиной свыше 2 м принимается = 2 м, при ширине подвала B 20 м — = 0).
и
Безразмерные коэффициенты найдем по значению угла внутреннего трения:
, , , подвала составит:
Глубина подвала составляет , поэтому принимаем , , так как значения и получены по табличным данным, , так как ширина подошвы фундамента
Расчетное сопротивление грунта составит:
Основное условие Условие выполняется.
Рис. 2 – Уточненный геологический разрез (с новой отметкой подошвы фундамента).
В соответствии с инженерно-геологическими условиями строительной
площадки (рис. 2 ) грунт первого слоя – суглинок тугопластичный.
Далее находим вертикальное напряжение от собственного веса грунта по формуле:
По формуле ,
где толщина пласта го слоя грунта.
Эти напряжения на уровне подошвы фундамента
=0,0183,2=0,0576 МПа,
где -напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (0,018 Мн/м- удельный вес грунта обратной засыпки)
Напряжение от собственного веса грунта на глубине , действующее на кровлю слабого слоя грунта:
=0,0183,2+0,0193х0,5=0,0672 МПа.
Дополнительное давление под подошвой фундамента:
=(Р-)=0,260-0,0672=0,193 МПа.
Дополнительное вертикальное напряжение, действующее на кровлю слабого грунта от нагрузки на фундамент на глубине z =0,5 м, определяем по данным табл. Г.3 (МУ).
Для и , интерполируя, находим значение .
Напряжение определяется как:
Полные вертикальные напряжения на кровлю слабого слоя будут равны:
Находим ширину условного ленточного фундамента по формуле:
,- для ленточного фундамента
;
Тогда ширина подошвы условного ленточного фундамента составит: (для ленточного фундамента).
Определяем расчетное сопротивление песка на глубине 0,5 м от подошвы фундамента.
Безразмерные коэффициенты найдем по значению угла внутреннего трения (для ИГЭ 2:
и
=
Приведенная глубина заложения фундамента от уровня пола подвала до подстилающего слоя составит:
Тогда расчетное сопротивление грунта подстилающего слоя:
R=
. Следовательно размеры фундамента подобраны удовлетворительно.
Для данных грунтовых условий строительной площадки требуется расчет осадки.
Чтобы убедиться, что размеры фундамента подобраны правильно, выполним расчет осадки фундамента.
По формуле определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного действия грунта и вспомогательной эпюры 0,2;
на поверхности земли:
=0; 0,2=0;
в уровне подошвы фундамента:
=0,01933,2=0,0618МПа; 0,2=0,0124МПа;
на границе первого слоя:
=0,01933,7=0,0714МПа 0,2=0,0143МПа;
на границе второго слоя:
=0,01х5,4 +0,0714=0,129МПа; 0,2=0,0258МПа;
(0,01 -плотность грунта ниже отм. -6.3 с учетом взвешенного действия воды)
Определим дополнительное давление по подошве фундамента, которое равно разности среднего давления и вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:
— дополнительное вертикальное давление на основание;
p – среднее давление под подошвой фундамента;
σzp,0-вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при отсутствии планировки и планеровке подсыпкой
р0=0,260-0,0576=0,202 МПа
Соотношение Примем высоту элементарного слоя hi=0,4 м.
Далее строим эпюру дополнительных напряжений в сжимаемой толще основания рассчитываемого фундамента.
Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересечения вспомогательной эпюры и эпюры дополнительного напряжения, так как для вычисления осадок необходимо выполнение условия 0,2.
Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:
где — безразмерный коэффициент, равный 0,8;
zp,i -среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;
hi и Еi соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;
n -число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
=3,1 см.
В рассматриваемом случае s=3,1см < su=10 cм. Следовательно, полная осадка фундамента не превышает предельно допустиму СНиП 2.02.01-83 «Основания здания и сооружений».
Рис. 3 Расчет осадки фундамента
Литература:
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/lentochnyiy-fundament-2/
- Свод Правил СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений.
Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* (2010г.)
- Механика грунтов / Под общ. ред. проф. Б.И. Далматов. М.: Изд-во АСВ, СПб.; СПбГАСУ, 2000. 201 с.
- Основания и фундаменты. М.: Изд-во АСВ, СПб.; СПбГАСУ, 2002. 385 с.
- Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений / Под общ. ред. проф. Б.И. Далматов. М.: Изд-во АСВ, СПб.; СПбГАСУ, 2001. 437 с.
n
h
f
d
k
d
=
