Расчет оснований и фундаментов промышленного здания (место строительства - город Барабинск, грунт - супесь, песок пылеватый, мелкий песок)

                Новосибирский  Государственный   Архитектурно –

                                  Строительный   Университет

Кафедра    инженерной             

                                                                                          геологии, оснований  и     

                                                                                          фундаментов

                        Пояснительная  записка

                                     к  курсовому  проекту

Выполнил: Гришаева  Н.В.

                                                                                   Специальность:  ПГС

                                                                                   Шифр: 201140

                                                                                   Группа: 521-з

                                                                                   Проверил:

                                          Новосибирск   2004

1.Исходные  данные

1.1План  и  разрез  здания.

М  1:600

1.Толщина стеновых  панелей –250 мм

2.Температура  воздуха  в  помещениях  +16º

3.Балки (фермы) в  среднем  пролете (ось Г, В)  в  осях 2, 4, 6  и т.д.  опираются  над  подстропильные  конструкции

4.Пол  бетонный  по  грунту

5.Q1,Q2,Q3-грузоподъемность  мостовых  кранов

6.Конструкции здания  не  рассчитаны  на  усилия, возникающие  в  них  при  деформации  основания

Географический  пункт  строительства – г. Барабинск

Вариант  объемно-планировочного  решения  №12

Пролеты :  L1=36м.;   L2=36м.;   L3=36м.;

Высоты :  H1=14,4м.;  H2=18,0м.;  H3=17,4м.;

Грузоподъемность :  Q1=200кН ; Q2=350кН ; Q1=150кН ;

Физико - механические  свойства  грунтов:

№  Грунта	Наименование   грунта	Плот-ность твердых частиц ρs,т/м³	Плот-ность грунта ρ,т/м³	Влаж- ность W ,%	Влаж- ность на гра- нице раскатыв. Wp,%	Влаж- ность на гра- нице текучести WL,%	Угол внутрен- него трения φ ,град	Сцеп- ление С, МПа	Модуль дефор- мации Е, МПа
I	Супесь	2,71	1,70	8,0	19,5	24,0	19	0,024	13
II	Песок пылеватый	2,66	1,77	6,9	-	-	29	0,005	13
III	Песок мелкий	2,63	1,97	25,5	_	_	32	0,002	14

Посадка  осей  расчетных  фундаментов на  геологический  разрез

Выбор  колонн  и  привязка  их  к  осям

Привязка  колонн  средних  осей

Привязка  колонн  к  торцевой  стене

Нагрузки, действующие  на  фундаменты

(Размерности :N- кН, М- кНм, Q –кН)

           Фундамент    Ф1 (угловой)

Nк	Мк	Qк	Nст1	Nст2
900	91,5	9,2	145,8	291,6

           Фундамент    Ф2

Nк	Мк	Qк	Nст
1580	161,0	16,1	291,0

           Фундамент    Ф3

Nк1	Nк2	Мк1	Мк2	Qк1	Qк2
2930	2310	295	234	29,5	23,4

           Фундамент    Ф4

Nк1	Nк2	Мк1	Мк2	Qк1	Qк2
1230	1230	143	143	14,3	14,3

2. Анализ  инженерно –геологических  условий

1.Супесь (№23)

а) число  пластичности:

Iр=WL-WP=0,24-0,195=0,045

0,01< Iр0,07- супесь

Содержание  глинистых  частиц  по  массе  10%… 3%

б)показатель  текучести

IL===-0,95

IL<0 - супесь  твердая

в)коэффициент  пористости

е= ρs/ ρ(1+W)-1=2,71/1,7(1+0,08)-1=0,722

R0=250кПа  при  е=0,722  и      IL=0

г)оценка  просадочности

Iss===-0,0485

eL===0,65

при  0,01 Iр<0,1         Iss=0,1

при  -0,0415<0,1   -грунт  не  просадочный

при  -0,0415<0,3   -грунт  не набухающий

Вывод : исследуемый  грунт – супесь  твердая, непросадочный, не набухающий  с 

R0=250кПа 

2.Суглинок(24)

а) число  пластичности:

Iр=WL-WP=0,29-0,219=0,071

0,071< Iр0,17- супесь

Содержание  глинистых  частиц  по  массе  30%… 10%

б)показатель  текучести

IL===-2,96

IL<0 - суглинок  твердый

в)степень  влажности  (по  коэффициенту  пористости)

Sr===0,406

e===0,83

ρd===1,486

0,83<S<1  - насыщен  водой

г)оценка  просадочности

Sr<0,8 – грунт  непросадочный

д)IL>0,6 –не  нормируется

Вывод: суглинок  твердый, насыщен  водой, непросадочный.

3. Песок  пылеватый (№10)

а)коэффициент  пористости

е= ρs/ ρ(1+W)-1=2,65/2,0(1+0,249)-1=0,655

при  0,550,7 –песок  средней  плотности

б) степень  влажности  (по  коэффициенту  пористости)

Сr===1,0

где  =1,0 т/м³ -плотность  воды

при 0,8 <Сr1 – насыщен  водой

R0=100 кПа

( таблица 2  приложение 3 СниП 2.02.02-83*)

Вывод : исследуемый  грунт –песок пылеватый, средней  плотности, насыщен 

водой  с  R0=100 кПа

Выбор  глубины  заложения  фундамента

а) определение  нормальной  глубины  промерзания  грунта

dfn=d0 ,

где  d0 =28 – для супеси

Мt=34  по  таблице 1.2 (метод.)

dfn=28 =1,63м

б)расчетная  глубина  сезонного  промерзания

df=kh· dfn ;

kh=0,7  ^{при  t=16º}_{пол  по  грунту}                 (таблица1  СниП 2.02.01-83)

df=0,7·1,63=1,14м

Фундамент  Ф3

d=1200+50+300=1550, принимаем  кратно  300мм  ≈ d=1800

Принимаем  глубину  заложения  фундамента      dy=1,8м

Сбор  нагрузок  на  фундаменты

Фундамент    Ф1

  lст1=650+30+250/2=805

  lст2=500+30+250/2=655

N^н₀=∑Р(z)=N^н_к+ N^н_ст1+ N^н_ст2=900+145,8+291,6=1337,4 кН

М^н_оy==∑M(oy)=M^н_к+ N^н_ст1∙e_ст1+Q^н_к∙d=91,5+145,8∙0,805+9,2∙0,655=222,4 кНм

М^н_ох==∑M(oх)= N^н_ст2∙e_ст2=291,6∙0,655=182,3 кНм

Фундамент  Ф2

N^н₀=∑Р(z)=N^н_к+ N^н_ст=1580+291,0=1871,0 кН

М^н_оy==∑M(oy)=M^н_к+ N^н_ст1∙e_ст1+Q^н_к∙d=161,0+291∙0,805+16,1∙1,8=424,23кНм

М^н_ох==∑M(oх)= 0кНм

Фундаменты        Ф3, Ф4

Фундамет   Ф3

N^н₀=∑Р(z)=N^н_к1+ N^н_к2=2930+2310=5240 кН

М^н_оy==∑M(oy)=M^н_к1+ N^н_к1∙e₁+Q^н_к∙d+ M^н_к2- N^н_к2∙e₂+Q^н_к2∙d =295+2930∙0,9+29,5∙1,8+234-2310∙0,9+23,4∙1,8=1182,22кНм

М^н_ох==∑M(oх)= 0кНм

Фундамет  Ф4

N^н₀=∑Р(z)=N^н_к1+ N^н_к2=1230+1230=2460 кН

М^н_оy==∑M(oy)=M^н_к+ N^н_ст1∙e_ст1+Q^н_к∙d+ M^н_к2- N^н_к2∙e₂+Q^н_к2∙d =143+1230∙0,9+14,3∙1,8+143-1230∙0,9+14,3∙1,8=337,48кНм

М^н_ох==∑M(oх)= 0кНм

Определение  условного  расчетного  сопротивления  грунтов

По  таблице 3.4. СниП 2.02.01-83*  формула 7

R=

γ_c1=1,25                коэффициенты    условия   работы

γ_c1=1

k=1,0  - коэффициент, если  прочностные  характеристики  грунта φ  и  с определены  непосредственно  испытаниями.

М_ν=0,47              коэффициенты  принимаемые  по таблице4 

М_g=2,89              и  зависящие  от  угла         φ=19º

М_с=5,48

γ_п=17,0кН/м³ - среднее  расчетное  значение  удельного  веса  грунта  ниже  подошвы  фундамента

γ_п^´=17,0кН/м³ - тоже, залегающего  выше  подошвы  фундамента

d₁=1,8 – глубина  заложения  фундамента  от  уровня  планировки

k_z=1   так  как  в<10м

с_II=24кг/м² ≈ 0,024Мпа

R==296,0 кН/м²

Определяем  необходимую  площадь  фундамента  по  формуле:

А= ,

где  γ_mt= 20 кН/м³ - средний  удельный  вес  материала  фундамента  и  грунта  на  его  обрезах

1)для  фундамента  Ф2: N=1871,0 кН; М=424,2 кНм

А==7,2м²          принимаем  А=2,13,6=7,56м²

G=а·в·d· γ_mt=2,1·3,6·1,8·20=272,2кН

= ,

где     Wx==4,54м³

=       

<1,2R=1,2·296,0=355,2                       условие  не  соблюдено

Увеличиваем  подошву  фундамента:                А=2,13,9=8,19м²

G=а·в·d· γ_mt=8,19·1,8·20=294,8кН

= ,

где     Wx==5,32м³

=         

<1,2R=1,2·296,0=355,2кН/м²                    условие  соблюдено

=184,7 кН/м²    >0

Принимаем  подошву  фундамента  Ф2 : 2,13,9 1,8

2) для фундамента   Ф3 :  N=5240 кН; М=1182,2 кНм

А==20,1м²                   принимаем  А=3,66,0=21,6м²

Пересчитываем  R  при   в=3,6м

R==310,9 кН/м²

G=а·в·d· γ_mt=6,0·3,6·1,8·20=777,6кН

= ,

где     Wx==21,6м³

=       

<1,2R=1,2·310,9=373,1   кН/м²              условие  соблюдено                 

=223,9 кН/м²   >0

Принимаем  подошву  фундамента  Ф3 : 3,66,0 1,8

3) для фундамента   Ф4 :  N=2460 кН; М=337,5 кНм

А==9,46м²          принимаем  А=2,14,8=10,08м²

G=а·в·d· γ_mt=10,08·1,8·20=362,9кН

= ,

где     Wx==8,06м³

=

<1,2R=1,2·296,0=355,2   кН/м²                условие  соблюдено               

=238,13 кН/м²   >0

Принимаем  подошву  фундамента  Ф3 : 2,14,8 1,8

4) для  фундамента  Ф1: N=1337,4 кН; Му=222,4 кНм ; Мх=182,3кНм

А==5,14м²          принимаем  А=2,12,7=5,67м²

G=а·в·d· γ_mt=5,67·1,8·20=204,12кН

= ,

где     Wx==2,55м³;                 Wу== 1,98 м³;

==271,87± 71,79± 87,22      

<1,2R=1,2·296,0=355,2                       условие  не  соблюдено

Увеличиваем  подошву  фундамента:           А=2,13,3=6,93м²

G=а·в·d· γ_mt=6,93·1,8·20=249,5кН

= ,

где     Wx==2,42м³;                 Wу== 3,81 м³;

==228,9± 75,3± 58,4

<1,2R=1,2·296,0=355,2кН/м²                    условие  соблюдено

=95,1 кН/м²    >0

Принимаем  подошву  фундамента  Ф2 : 2,13,3 1,8

Размеры  фундаментов  приняты  рационально, так  как  не  превышают  20%  от  величины  расчетного  сопротивления  грунта   <1,2R

Проверка  подстилающего  слоя

Фундамент   Ф4                                                        Рср=280

Под  подошвой  фундамента – грунт  супесь         Z=1,8м

σ_zp+σ_zg<R_z

P0= Рср- σ_zg0 =280-30,6=249,4кН/м²  

σ_zg0=d·γ₁=1,8·17,0=30,6кН/м²  

ξ=2Z/в=2·1,8/2,1=1,7              приложение 2  по  таблице 1 СниП 2.02.01-83*

                                        }        α=0,367

е/в=4,8/2,1=2,28         

дополнительное  напряжение  на  глубине          Z

σ_zp=P0 ·α  =249,4   ·0,367=91,5кН/м²  

А_Z==28,6м²

В_Z===5,4м²

а==1,35

σ_zg=30,6+1,8·17,0=61,2кН/м²  

RZ=1,25[0,47·5,4·17,0+2,89·1,8·17,0+5,48·24]=328,9кН/м²  

σ_zp+σ_zg=91,5+61,2=152,7  RZ=328,9кН/м²   -

условие  выполняется

Расчет  осадок  фундаментов  мелкого  заложения

№№ точек	Z м	ξ=2Z/B	α	σzp кН/м²	σzg кН/м²	0,2σzg кН/м²	σzpi кН/м²	Е кН/м²
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	0	0	1	249,4	30,6	6,12		13000
2	1,0	0,95	0,77	192,04	47,6	9,52	220, 4	13000
3	2,0	1,9	0,525	130,94	64,6	12,92	161,49	13000
4	3,0	2,86	0,34	84,8	81,6	16,32	107,87	19000
5	4,0	3,81	0,225	56,1	98,6	19,72	83,2	19000
6	5,0	4,76	0,152	37,91	115,6	23,12	47,0	19000
7	6,0	5,7	0,116	28,93	132,6	26,52	33,42	19000
8	7,0	6,67	0,087	21,69	149,6	29,92	25,31	10000

Дано: l=4,8м; в=2,1м; Рср=280кН/м²

Осадка  основания  (S)  методом  послойного  суммирования  для  фундаментов  шириной  менее  10 м   определяется  по  формуле:

S=  (таблица 1  приложение 2  СниП 2.02.01-83*) ,

где  β=0,8

σ_zpi – cреднее  вертикальное  напряжение  в  i- м  слое  грунта

hi  и  Еi – толщина  и  модуль  деформации  i-го  слоя

n – число  слоев

Толщину  грунта  ниже  подошвы  фундамента  разбиваем  на  слои :

hi=0,4в=0,4·2,1=0,84 ≈ 1

Разбиваем  грунты  на  слои  высотой  1м.

σ_zg(1)=γ1·h1=17,0·1,8=30,6 кН/м²

σ_zg(2)= σ_zg(1)+ γ2·h2=30,6 + 17,0·1=47,6   и  т.д.

ξ=2Z/b=2·1/2,1=0,95             ξ=l/b=4,8/2,1=2,3                  α=0,77

(таблица 6.2  учебник  «Механика  грунтов « Долматов)

  σ_zp1=Рср- σ_zg(1)=280-30,6=249,4 – удельный  вес  грунта, залегающего  ниже  грунтовых  вод

σ_zp1=α1· σ_zp1=1·249,4=249,4 кН/м²

σ_zp2=α2· σ_zp1=0,77·249,4=192,04 кН/м²  и т. д.

σ_zpi===220,42 кН/м²    и  т. д.

Осадка

S=0,8()=

=0,37м<8см

условие  соблюдено, осадка  не  превышает допустимую.

Расчет  свайного  фундамента.

Глубину  заложения  ростверка  принимаем  равной  глубине  заложения  d=1,8м  фундамента  мелкого  заложения. Глубину  погружения сваи  назначается  из  рекомендаций  СниП  и  инженерно- геологических  условий  площадки.

Определение  несущей  способности  сваи

Длина   свай :

l=0,25+2,0+4+1,75=8м

сечение  сваи   300 300

Определение  несущей способности  сваи

Fd= γc(γcr·R·А+ u∑ γcf ∙fi∙hi)(CниП), где

γc=1 – коэффициент  условия  работы;

R – расчетное  сопротивление  грунта  под  нижним  концом  сваи

 по  таблице 1 СниП  R=6000кПа = 600т/м²

А- площадь  опирания  сваи    0,30,3=0,09 м²

u – наружный  периметр  поперечного  сечения  сваи  1,2м

fi -расчетное  сопротивление  i-го слоя  грунта основания  на  боковой  поверхности  по  таблице 2  СниП

hi –толщина   i-го слоя 

γcr, γcf –коэффициенты  условий  работы  по  таблице  3  СниП 2.02.01-85  «Свайные  фундаменты»

Fd= 1(1·600·0,09+ 1,2(2·4,9+2·2,9+2·3,2+1,95·6,3)=83т

Для  супесей  с  IL=0,6  на  глубине  l1=2,3+2/2=3,3м       f1=4,9т/м²

Для  суглинков  на  глубине  l2=2,3+2,0+2/2=5,3м          f2=2,9т/м²

l3=2,3+2,0+2+2/2=7,3м     f3=3,2т/м²

Для  песков                    l1=2,3+2,0+2+2+1,75/2=9,2м     f4=6,3т/м²

Расчетная  нагрузка  на  сваю

Np= Fd/kn=83/1,4=59,3т

Ростверк              Рсм –4

Np=2460 ·1,2=2952 кНм=295,2т

Мру=1,2·337,5=4055кНм=40,5тм

Количество  свай  в  ростверке   п=295,2/59,3=8 свай

Принимаем   8 свай

G=а·в·d· γ=4,2·1,5·1,8·2=22,7т

N===39,7±14,6=54,3т

N=54,3< Np=59,3т                 условие  соблюдено    принимаем  куст  из  8  свай

Ростверк                  Рсм – 3

Np=1871 ·1,2=628,8т

Мру=1,2·118,2=141,8тм

Количество  свай  в  ростверке   п=628,8/59,3=12,6  свай   ≈ 15  свай

Принимаем   15  свай

G=а·в·d· γ=4,2·2,4·1,8·2=36,3т

N===44,3±5,25=49,3т

N=49,3< Np=59,3т                   условие  соблюдено

Ростверк                  Рсм – 2

Np=524 ·1,2=2245,2кН=224,5т

Мру=1,2·424=50,9тм

Количество  свай  в  ростверке   п=224,5/59,3=3,8  свай   ≈ 6  свай

Принимаем   6  свай

N==39,6±14,1=51,7т

N=51,7< Np=59,3т                   условие  соблюдено

Ростверк                  Рсм – 1

Np=1337 ·1,2=1677кН=167,7т

Мру=1,2·222,4=27,4тм

Мрх=1,2·182,3=21,9тм

Количество  свай  в  ростверке   п=167,7/59,3  ≈ 4  сваи

Принимаем   4  свай

N==45,1±14,1±15,2=74,4т

N=74,4< Np=59,3т      условие  не  соблюдено   примем   ростверк  из  6  свай

N==25,6±6,08±10,1=42,7т

N=42,7< Np=59,3т                   условие  соблюдено

Расчет  осадки  свайного  фундамента

Проверяем  самый  нагруженный  ростверк

Вычисляем  средневзвешенное  значение  угла внутреннего  трения :

φ_ср= =20º          φ_ср/4=20º/4=5º     tg5º  = 0,0875

Размеры  свайного  ростверка  в  пределах  периметра  куста  свай :

4,21,5 ; А1=4,2м; В1=1,5м;

А2= А1+2·l· tg5º =4,2+2·7,75·0,0875=5,6м

В2=В1+2·l· tg5º =1,5+2·7,75·0,0875=2,9м

V  объем  условного  массива: V=Fм·l=5,6·2,9·7,75=125,9м³

γ_ср- среднее  значение  объемного  веса: γ_ср==1,8т/м³

Gсвай=п·lсв·A·γсв=15·7,75·0,09·2,4=25,1т

Gусл. Ф-та=А2·В2·Нусл·γ=5,6·2,9·7,75·1,8=226,548т

Gрост=4,2·1,5·1,8·2=22,7т

    =22,7+226,548+25,1=274,348т

==49,2т/м²

= А2·В2=5,6·2,9=16,24 м²

R=  ==68,6

=49,2<R=68,6   условие  соблюдается

Вычисляем  осадку  методом  послойного  суммирования. Толщину  сжимаемой  толщи (Нz) рекомендуется   принимать  до  глубины  на  которой  напряжение  

σ_zp  не  превышает  20%  природного  напряжения. Разбиваем  слои   толщиной  Z  не  более  0,4в            Z  =0,4 ·5,6=2,24м

принимаем  толщину   Z  =2м

ξ=2Z/bусл=2·1/2,9=0,67

σ_zg(0)=γср·h1=9,5·1,8=17,4 кН/м²                σ_zg(1)= σ_zg(0)+ γ1·h1=17,4 + 2·2=21,4   и  т.д. σ_zp0=Pср - σ_zg(1)=48,5-21,4=271кН/м²        σ_zp1=α σ_zp0=1·27,1=271кН/м²  и т. д.

Осадка  S=0,8()=0,02=2см<8см   условие   выполняется

№№ точек	Z м	ξ=2Z/B	α	σzp кН/м²	σzg кН/м²	0,2σzg кН/м²	σzpi кН/м²	Е кН/м²
0	0	0	1	271	174	34,8		10000
1	1	0,67	0,15	40,65	214	42,8	154,8	10000
2	2	1,38	0,35	90,8	254	50,8	64,7	10000
3	3	2,0	0,46

Расчет  прочности  свайного  ростверка

1)  расчет  на  продавливание  колонной

Рсм - 1

Сечение  колонны : Qк  вк=1300 · 500

Nр=1337кН                   Мру=222,4кНм                      Мрх=182,3кНм

с1=0,9-0,65-0,15=0,05м                                с2=0,45-0,25-0,15=0,05м      

h0=0,55-0,05=0,5м    рабочая  высота  сечения

по  k1=c1/ h0=0,1/0,5=0,2  определяем   α

k2=c2/ h0=0,05/0,5=0,1

Расчет  производится  из  условия :

Р  ,где

Р – расчетная  продавливающая  сила равная  сумме   реакций  свай, расположенных  за  пределами  нижнего  основания  пирамиды  продавливания;

R0 – расчетное  сопротивление  бетона  растяжению   т/м²;

при   с/h<0,3  принимаем   k1,k2   равными   0,3 , а  с1   и  с2 =0,3h1=0,3·0,5=0,15

Р =415тс

Р=2∑Рфi – продавливающая  сила

Рфi==279,5±10,1±60,8

Рфmax=247кН=42,7тс                      Р=2·42,7=85,4т<415тс    

    Условие   соблюдено, следовательно  прочность  ростверка  на  продавливание  колонной  обеспечена

2) расчет  на  продавливание   угловой  сваей

Р фi ,где

Р фi–расчетная  нагрузка  на  сваю;

в01=0,45;в02=0,45 –расстояние  в  метрах  от  внутренних  граней  угловой  сваи  до  наружных  граней  плиты  ростверка;

h0 – высота  нижней  ступени  от  верха свай;

 с01=0,1ми  с02 =0,05м  -  расстояние  в  метрах  от  плоскости  внутренних