Основания и фундаменты промышленного здания

Курсовая работа

Исходные данные для проектирования оснований и фундаментов

1.1 Инженерно-геологические условия строительной площадки

Вариант №9

Место строительства г. Новосибирск

Рис.1 Грунтовые условия

За относительную отметку 0.000 принята отметка уровня пола первого этажа , соответствующая абсолютной отметке 28.50

Физико-механические свойства грунтов

Наименование грунта

Плотность частиц сs, (т/м3)

Плотность грунта с, (т/м3)

Природная влажность W,

Влажность на границе раскатывания Wс, %

Влажность на границе текучести WL, %

Угол внутреннего трения, град.

Удельная сила сцепления, кПа

Модуль деформации Е, МПа

цII

цI

cII

cI

I Глина

2,73

1,952

0,292

0,210

0,347

16

14

21

14

8,4

II Песок пылеватый

2,69

1,994

0,260

28

25

4,8

0

15,0

III Супесь

2,71

1,980

0,264

0,220

0,280

20

18

9,6

5

11,2

1.2 Объемно-планировочное решение здания

1. Стены здания из панелей д=300 мм

2. Стены бытовых помещений из обыкновенного кирпича д=510 мм

3. Балки (фермы) в средних пролётах опираются на подстропильные фермы, в крайних пролётах- на колонны.

4. Температура внутри производственного корпуса +160, в бытовых — +180

5. В бытовых помещениях нагрузки 6 кН/м2

Рис. 2. Конструктивная схема здания план здания, разрезы I-I

Вариант здания 9:

Пролеты (м) L1=24

L2=24

L3=24

Отметки (м) Н1=12,60

Н2=14,40

Н3=16,20

Н4=10,20

Нагрузки (кН/м2) I-12

II-15

III-12

Грунтовые условия: ИГЭ-I-24, ИГЭ-II-8, ИГЭ-III-13, WL- 25-50

1.3 Сбор нагрузок на обрез фундамента

Р=В*Н*g*Кпр , где

Р- нагрузка от собственного веса стен,

В-ширина стенового пояса,

Н-высота стены,

g-вес стен панелей,

Кпр- коэффициент просветленности.

Формулы для вычисления моментов (М II) и горизонтальных сил (Q II)

Промышленные здания

Бытовые помещения

одноэтажные

многоэтажные

колонны

колонны

колонны

колонны

колонны

колонны

QII

0,006N

0,01N

0,006N

0,008N

0

0,005N

Фундамент №4

Р=24*12,6*3*0,6=544,32 кН

N=А*g=12*3*12+12*3*15=432+540=972кН

М=N*0,05= 972*0,05=48,6кН*м

Q=N*0,006=972*0,006=5,832кН

Фундамент №5

Р=0

N=А*g=12*6*12+12*6*15=1080+864=1944кН

М=N*0,05=1944*0,05=97,26 кН*м

Q=N*0,006=1944*0,006=11,66кН

Фундамент №7

Р=В*Н*g*Кпр+В*h*д*?*К+ В*Н*g*Кпр = 12*12,6*3*0,6+3*10,2*0,51*18*0,8+3*12,6*3*0,6=272,16+224,73+68,04==564,93кН

N=А*g=3*12*12+3*3*6=432+54=486кН

М= N*0,08+N*0,03=432*0,08+54*0,03=34,56+1,62=36,18кН*м

Q=N*0,01+ N*0,005=432*0,01+54*0,005=4,32+0,27=4,59кН

Фундамент №8

Р=3*10,2*0,51*18*0,8=224,73кН

N=А*g=12*6*12+3*6*6=864+108=972кН

М= N*0,08+N*0,03=864*0,08+108*0,03=69,12+3,24=72,36кН

Q= N*0,01+ N*0,005=864*0,01+108*0,005=8,64+0,54=9,18кН

№ фунда-мента

Нагрузки от колонн

Нагрузки от стен

Грузовая площадь, м2

единичная нагрузка

Nн, кН

Мн, кН

Qн, кН

Грузовая площадь,

м2

единичная нагрузка

k

Pн ст,

кН

Ф4 (1-Б)

36

12

972

48,6

5,83

302,4

0,9

0,6

544,32

15

Ф5 (3-Б)

144

12

1944

97,26

11,66

0

0,6

0

15

Ф7 (1-Г)

36

12

432

34,56

4,32

0,9

0,6

340,2

Ф7 (1-Д)

9

6

54

1,62

0,27

9,18

0,8

224,73

Ф8 (2-Г)

72

12

864

69,12

8,64

0,9

0,6

224,73

Ф8 (2-Д)

18

6

108

3,24

0,54

9,18

0,8

Подбор колонн.

Для пролета 24 м, шаг 6 м, отметка верха колонн 12,6 м выбираем колонну 1000*400 (мм)

Фахверковая колонна 400*400 (мм)

1.4 Сбор нагрузок на подошву фундамента., Фундамент 5.

N0=Nk=1944

Mox=0

Moy=Mk-Q*1,8=97,2-11,66*1,8=76,21

Q=Qk=11,66

Фундамент

N0=Nk+Рст=972+544,32=1516,32

Mox =- Рст*0,8=-544,32*0,8= — 435,46

Moy = -Mk-Q*1,8= -48,6-5,38*1,8= -58,28

Q =Qk=5,83

Фундамент 7

N0=Nk+ NkI+Pст1+ Pст2+ Pст3=272,16+224,73+68,04+432+54=1050,93

Mox = Pст1*0,54- Pст2*0,225+ Pст3*0,645+ NkI*0,195- Nk*0,385=146,97+144,95-15,31+10,53-166,32=120,83

Moy =Mk+ MkI+(Qk+QkI)*d- Nk*0,35- Pст1*0,225+ Pст2*0,3+ NkI*0,65+ Pст3*0,9=36,18+8,262-151,2-61,24+20,41+35,1+202,26=89,77

Q=Qk + QkI=4,32+0,27=4,59

Фундамент 8

N0=Nk+ NkI+Pст1=864+108+224,73=1196,73

Mox= 0

Moy= — N*0,35+ NkI*0,65+(Qk+Qk)*d+ Mk+ MkI= -846*0,35+108*0,65+9,18*1,8+69,12+3,24=

  • 302,4+70,2+16,52+69,12+3,24=

-143,32

Q =Qk+ QkI=8,64+0,54=9,18

1.5 Анализ инженерно-геологических условий

При оценке инженерно-геологических условий на основании имеющихся исходных данных, освещены следующие вопросы:

1. Географическое положение площадки.

2. Геологическая характеристика площадки (расположение и глубина скважин, описание грунтов в порядке их залегания сверху вниз, мощность пластов и особенности их залегания, гидрогеологические условия)

Проанализируем каждый из пластов грунта с точки зрения его пригодности в качестве основания для фундаментов по его прочностным, деформационным и другим свойствам:

2. Расчет фундаментов мелкого заложения

2.1Определение глубины заложения фундамента

1) Определим нормативную глубину сезонного промерзания грунта.

dfn=d0*vMt=0,23*v(-71,9)=1,95

d0=0,23-для суглинка

Mt — сумма отрицательных температур за весь зимний период : -71,9

2) Определим расчетную глубину сезонного промерзания грунта:

df=Кh* dfn=0,55*1,95=1,073

3) Определяем глубину заложения подошвы фундамента.

dw-глубина подземных вод

dw=28,50-25,5-0,15=2,85

dw?df+2

2,85 <1,073+2

2,85<3,073

Принимаем глубину заложения подошвы фундамента d=1,8м

2.2 Определение размеров подошвы фундамента (Ф5)

1). Первоначально принимаем размеры подошвы фундамента, конструктивно, исходя из размеров колонны

l=1800 мм, b=1200мм.

Определим условное расчетное сопротивление грунта.

где г с1 и гс2 — коэффициенты условий работы

k — коэффициент, принимаемый k = 1,0, т.к. прочностные характеристики грунта (ц и с) определены непосредственными испытаниями;

Mг, Mq, Mc — коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения

kz — коэффициент, принимаемый равным при

b — ширина подошвы фундамента

гII — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента

г’II — то же, залегающих выше подошвы

сII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента

d1 — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки ();

Определим максимальное, среднее и минимальное напряжение под подошвой фундамента от действующих нагрузок и сравним эти давления с расчетным сопротивлением грунта:

Требуемая площадь фундамента.

А=0,7*L*L

м

B=0,7*4,16=2,91=3,0м

Gcрф=b*L*d*?ср=3*4,2*1,8*,21=476,28

Аф=b*L=3*4,2=12,6м2

Проверка:

кН — условие выполнено

183,45>0 — условие выполнено.

Окончательно принимаем размеры подошвы фундамента: lф=4200мм , bф=3000мм.

2.3 Расчет осадок фундамента

Расчет осадки фундамента Ф-5

N

zi

о=2z/b

б

уzg=уzg,0+Угihi

уzp=б*p0

уzp(ср)

0,1(0,2)

уzg

E

0

0,00

0,00

1,000

34,47

157,62

148,09

6,89

8,4

1

1,05

0,7

0,879

44,20

138,55

136,11

8,84

8,4

2

1,2

0,8

0,848

45,59

133,66

108,76

9,12

8,4

3

2,4

1,6

0,532

69,06

83,85

67,54

13,81

15,0

4

3,6

2,4

0,325

92,53

51,23

42,16

18,51

15,0

5

4,8

3,2

0,210

116,00

33,1

31,68

23,2

15,0

6

5,16

3,44

0,192

123,04

30,26

27,11

24,61

15,0

7

5,86

3,91

0,152

136,63

23,95

27,32

11,2

?561,45

где уzp — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта, равное полу сумме напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

  • hi и Ei — соответственно толщина и модуль деформации i-того слоя грунта;
  • б — коэффициент, принимаемый по СНиП 2.02.01-83* в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной о=2z/b;
  • p0=рср- уzg,0 — дополнительное вертикальное давление на основание;
  • рср — среднее давление под подошвой фундамента;
  • уzg,0=гII*z0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Если грунт обводненный то в расчете учитывается удельный вес грунта во взвешенном состоянии:

гw-удельный вес воды(гw=10кН/м3)

Проверка:

,условие выполнено, осадка допустима

2.4 Определение размеров подошвы фундаментов («razmer»)

Исходные данные:

Исходные данные для расчета:

Количество фундаментов: 4

Коэффициент надежности грунтового основания: 1

Удельный вес материала фундамента и грунта: 21

Коэффициент условий работы грунтового основания: 1,1,1,1

Коэффициент условий работы здания или сооружения: 1,1,1,1

Угол внутреннего трения грунта 16,16,16,16

Удельный вес грунта выше подошвы :19,15; 19,15; 19,15; 19,15;

  • Удельный вес грунта ниже подошвы: 19,15;
  • 19,15;
  • 19,15;
  • 19,15;
  • Удельное сцепление грунта:21,0;
  • 21,0;
  • 21,0;
  • 21,0;
  • Начальный размер большей стороны подошвы фундамента: 1,8;1,8;2,7;2,7

Принятый размер шага увеличения подошвы фундамента: 0,05; 0,05; 0,05; 0,05;

Глубина заложения подошвы ф-та от уровня планировки: 1,8

Вертикальная нагрузка на фундамент: 1516,32; 1944;1050,93;1196,73

Отношение меньшей стороны ф-та к большей:1;0,7; 0,7; 0,7;

Расстояние от уровня планировки до пола подвала: 0,0,0,0

Момент нагрузок вдоль большей стороны: -435,46;0;120,83;0

Момент нагрузок вдоль меньшей стороны:-58,28;76,21;89,77;-143,32

Результат расчета

Больший размер подошвы, м

Меньший размер подошвы, м

Среднее давление, т/кв.м

Расчетное сопр. грунта

Макс. Краевое давлени Б

1

3,000

3,000

206,280

209,111

193,329

2

4,050

2,835

207,112

207,981

221,160

3

3,050

2,135

199,190

203,186

237,932

4

3,250

2,275

199,657

204,145

148,534

Минимал. Краевое давление Б, т/кв.м

Максим. Краевое давлен. Д, т/кв.м

Минимал. Краевое давлен. Д, т/кв.м

Максим. Угловое давление, т/кв.м

Минимал. Угловое давление, т/кв.м

1

219,231

109,511

303,049

96,560

316,000

2

193,065

207,112

207,112

221,160

193,065

3

160,447

235,693

162,687

274,435

123,944

4

250,779

199,657

199,657

148,534

250,779

Принимаемые размеры подошвы фундаментов.

Ф№4

L.=3,0м; b.=3,0м

Ф№5

L.=4,2 м; b.=3,0м

Ф№7

L.=3,0м; b.=2,1м

Ф№8

L.=3,3м; b.=2,4м

2.5 Определение расчетных осадок фундаментов («osadka»)

1)3,8см<8см

2)4,2см<8см

3)2,4см<8см

4)2,8см<8см

2.6 Конструирование фундаментов МЗ

Ф4

Ф5

Ф7

Ф8

3.Свайные фундаменты

3.1 Определение расчетных нагрузок в уровне подошвы ростверка

Глубина заложения ростверков

Глубину заложения подошвы ростверков принимаем

Размеры ростверков

Ф№4

Lобр.=1,8м; bобр.=1,8м

Ф№5

Lобр.=1,8м; bобр.=1,2м

Ф№7

Lобр.=2,7м; bобр.=1,8м

Ф№8

Lобр.=2,7м; bобр.=1,8м

Расчетные нагрузки в уровне подошвы ростверка

Расчетные нагрузки получаем путем умножения нормативных нагрузок на коэффициент

Для фундамента Ф№4

Для фундамента Ф5

Для фундамента Ф№7

Для фундамента Ф№8

3.2 Выбор типа, длины и марки свай

фундамент свая строительный

Нижний конец сваи следует заглублять в прочные грунты, прорезая более слабые

Рабочая длина сваи

Заказная длина сваи с учетом высоты головы и бетонной подготовки

Принимаем Марку С7-30

3.3 Определение несущей способности свай

Несущую способность , , висячей забивной сваи работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле[1 п.4.2]:

  • где — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый ;
  • расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, , принимаемое по табл.1[1];
  • площадь опирания на грунт сваи, , принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто, А=0,32=0,09 м2;
  • наружный периметр поперечного сечения сваи, u=4*a=4*0,3=1,2 м;
  • расчетное сопротивление слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, , принимаемое по табл.2 [1];
  • толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, ;
  • , — 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 табл. 3 [1].

3.4 Определение количества свай в ростверке

Количество свай в каждом фундаменте определим по формуле:

  • где — сумма вертикальных составляющих расчетных нагрузок на фундамент;
  • коэффициент надежности, принимается по п.3.10 [1] =1,4;

Определение нагрузки max, min нагруженной сваи :

  • где — расчетная сжимающая сила, кН;
  • расчетные изгибающие моменты, кН·м, относительно главных центральных осей х и у плана свай в плоскости подошвы ростверка;
  • число свай в фундаменте;
  • расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;
  • расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м;

Для наиболее и наименее нагруженных свай должно выполняться условие:

Фундамент Ф-5

с

Li

fi

Fi* fi

1

1,05

2,33

12,5

13,13

2

0,15

2,93

14

2,1

3

1,98

3,99

53

104,94

4

1,98

5,97

53

104,94

5

1,39

7,66

10

13,9

?239,01

=4,5*1,8*1,8*21*1,2=367,42

Фундамент Ф-4

с

Li

fi

Fi* fi

1

1,06

2,33

13

13,78

2

0,23

2,97

14

3,22

3

1,99

4,09

53

105,47

4

1,99

6,08

58,5

116,42

5

1,3

7,72

10

13

251,89

=3,9*2,4*1,8*21*1,2=424,57

Фундамент Ф-7

с

Li

fi

Fi* fi

1

0,8

2,2

13

10,4

2

0,24

2,72

48

11,52

3

2,01

3,85

53

106,53

4

2,01

5,86

58

116,58

5

1,48

7,6

10

14,8

?259,83

=2,7*1,8*1,8*21*1,2=220,45

  • Условие не выполняется

Принимаем 8 свай.

=3,3*1,8*1,8*21*1,2=269,43

Фундамент Ф-8

с

Li

fi

Fi* fi

1

0,78

2,19

12

9,36

2

0,27

2,72

48

12,96

3

2,01

3,86

53

106,53

4

2,01

5,87

58

116,58

5

1,46

7,6

10

14,6

?260,03

=2,7*1,8*1,8*21*1,2=220,45

3.5 Расчет свайных фундаментов по деформациям

Данный расчёт произведён для фундаментов №5.

Подготавливаем данные для компоновки условного массива:

Вычисляем средневзвешенное значение угла внутреннего трения :

?mtII= ц1*h1+ц2*h2+ц3*h3=

(16*1,2+28*3,96+20*1,39)/6,55=157,88/6,55=24,10

h1+h2+h3

h*tg ?mtII/4=0.7<2*d=0,9

3.6 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента

3.7 Определение фактического давления под подошвой условного фундамента

Русл= (N0+Gгр,рост+Gсваи+Gгр )/(Aусл);

Gсвай=n*A*Vcв*гсв=11*0,63*24=166,32кН

Gгр = (Vусл.ф+Vр+Vсв*n)* гII.mt =(121,38-31,21-0,63*11)=892,3 кН

Gгр,рост=bp*Lp*dp* гср =4,5*1,8*1,8*21=306,18

Русл= 2332,84+306,18+166,32+892,3 = 213,24 кН

3*5,78

Проверка:

  • =213,24 < Ryсл = 430,43 — Условие выполнено.

Условие выполняется , ранее подобранные габариты ростверка и количество свай верны.

3.8 Определение расчетной осадки фундамента

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия S?Su,

где S — совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом в соответствии с указаниями обязательного приложения 2[1],

Su- предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с указаниями пп.2.51-2.55[1].

Осадка основания S c использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле,

— безразмерный коэффициент, равный 0,8;

— среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i — ом слое грунта, равное полу сумме указанных напряжений на верхней Zi-1 и нижней Zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

и — соответственно толщина и модуль деформации i — ого слоя грунта;

— число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

N

zi

о=2z/bусл

б

уzg=уzg,0+Угihi

уzp=б*p0

уzp(ср)

0,1(0,2)

уzg

E

0

0

0

1

90,05

123,19

103,35

18,01

11,2

1

2,08

1,39

0,678

112,35

83,52

63,75

22,47

11,2

2

4,16

2,77

0,357

135,23

43,98

35,29

27,05

11,2

3

6,24

4,16

0,216

157,53

26,6

31,51

11,2

?202,39

Проверка выполнения условия

S=0.8 ? (202.39*14.64)/56*103=0.042

4.2см<8см — условие выполняется.

3.9 Конструирование ростверков

Ф4

Ф5

Ф7

Ф8

3.10 Расчет ростверка на продавливание колонной

На продавливание колонной ростверк рассчитывается по формуле (8.12)

где — расчетная продавливающая нагрузка, равная удвоенной сумме реакций всех свай, расположенных с одной наиболее нагруженной стороны от оси колонны за пределами нижнего основания пирамиды продавливания; подсчитывается от усилий, действующих в плоскости верха фундамента;

  • рабочая высота ростверка, принимаемая от верха нижней рабочей арматурной сетки до дна стакана;
  • , — ширина и высота сечения колонны;
  • , — расстояние от соответствующих граней колонн до внутренних граней каждого ряда свай;
  • ,- безразмерные коэффициенты, равные и принимаемые от 2,5 до 1;
  • расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

Nu=2*750*0,45(1(0,4+0,3)+1(1+1,39))=2085кН

N=n*Nmax=8*253.87=2030.96

Проверка условия:

N< Nu

2030.96<2085 — условие выполнено

3.11 Расчет ростверка на продавливание угловой сваей

Nmax ? Nрасч

Nрасч=Rbt*h2[в1(b02+c02/2)+ в2(b01+c01/2)]=0.75*0.4(1(0.36+0.99/2)+0.73(0.4+0))=344.1

Проверка условия:

253,87<344,1 — условие выполнено.

3.12 Подбор нижней арматуры по изгибающим моментам.

Расчет на прочность нормальных сечений производится на момент от нормальных нагрузок.

Сечение выполняется в стороне наиболее загруженных свай (Nmax).

Образующиеся изгибающие моменты вызывают необходимость постановки разного количества арматуры, но ставим постоянную по длине арматуру по Mmax.

Nmax=253.87

n=4

ab=50мм

aL=240мм

Мизгb=4*253.87*0.05=50.774

МизгL=2*253,87*0,24=121,86

Подбор площади сечения продольной арматуры

где Rs-расчетное сопротивление арматуры растяжению;

  • н- коэффициент =0,9;

h0- рабочая высота сечения

мм

мм

Принимаем 17D12 Аs=452мм2, m=0,888кг

7D12 Аs=905мм2, m=0,888кг

3.13 Выбор сваебойного оборудования и расчет проектного отказа

Выбор молота для погружения свай по п.8.5.2

Выбор массы ударной части молота

Mn?1,25Мсв

Мсв=сV=0,3*0,3*7*2500=1575кг

Mn=1,25*1575=1968,75кг

Определение минимальной энергии удара

где а — коэффициент, равный 25 Дж/кН

Fv — расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

Принимаем трубчатый дизель-молот (с водяным охлаждением) по табл.8.31[2] С-1047:

  • масса ударной части молота, кг 2500;
  • высота подскока ударной части, мм :

наибольшая 2800

наименьшая 2000(200);

  • энергия удара, 37.0;
  • число ударов в 1мин, не менее 44;
  • масса молота с кошкой, кг 5500;

Габариты, мм:

  • Длина 840;
  • Ширина 950;
  • Высота 4970.

Определение проектного отказа

?-к-т для ж/б 1500кН/м2

А-площадь поперечного сечения сваи

?g-к-т безопасности=1

N-рач. Нагрузка на сваи Fv

М-к-т для забивных свай 1

?-к-т восстановления удара 0,2

m1-полный вес молота

m2-вес сваи с оголовком, 5% от веса сваи* на кол.

M3-вес подбабка=0

Еd-расч. энергии удара=68,67кДЖ

Gh-вес ударной части молота

hm-фактическая высота падения молота

Отказ 28мм, больше 2мм, условие выполнено.

Поз

Наименование

Кол-во

масса