Расчет оснований и фундаментов бытового помещения без подвала (место строительства - город Барнаул, уровень пола первого этажа 0.000-24.000)

Содержание

1. Исходные данные на проектирование                                                               5

1.1 Объемно-планировочное решение здания                                                 5

1.2 Инженерно-геологические условия площадки                                          5

1.3 Подбор колонн и проектирование подколонника                                     6

2. Сбор нагрузок на верхний обрез фундамента                                                  7

3. Анализ инженерно-геологических условий площадки                                    8

3.1 Вычисление производных характеристик физического                       состояния грунтов                                                                                       8

3.2 Классификация грунтов                                                                              10

4. Фундаменты мелкого заложения                                                                 12

4.1 Назначение глубины заложения фундамента (Фундамент Ф3)                12

4.2 Определение приведенных нагрузок                                                         13

4.3 Назначение подошвы фундамента по величине расчетного сопротивления основания                                                                                               14

4.4 Расчет подошвы фундамента на ЭВМ                                                       16

5. Расчет осадок фундамента                                                                                17

5.1 Расчет подошвы фундамента(Ф-3)                                                            17

5.2 Расчет осадок фундамента на ЭВМ                                                           19

5.3 Расчет грунтового основания по деформациям                                        20

6.  Проектирование свайных фундаментов                                                          21

6.1 Определение глубины заложения подошвы ростверка                             21

6.2 Корректировка приведенных нагрузок                                                      21

6.3 Выбор типа длины и марки сваи                                                                22

6.4 Определение несущей способности свай по грунту                                  22

6.5 Определение расчетной нагрузки на сваю                                                 23

6.6 Определение требуемого количества свай в кусте                                   23

6.7 Проверка свайных кустов на внецентренное загружение                         24

6.8 Компановка свайных кустов                                                                      25

6.9 Расчет оснований по деформациям                                                             26

6.10 Осадка фундамента вычисляется                                                             27

7. Расчет тела ростверка по прочности                                                                  29

7.1 Расчет ростверка на продавливание колонной                                          29

7.2 Расчет ростверка на изгиб                                                                            29

7.3 Расчет ростверка на продавливание угловой сваей                                   30

8. Подбор сваебойного оборудования                                                                  31

9. Определение расчетного отказа сваи                                                                32

Список используемой литературы                                                                        33

1. Исходные данные на проектирование.

1.1. Объемно-планировочное решение здания.

                                                                                                                                     Рис 1.1

Примечания:

1.  Стены производственного корпуса из панелей (δ=300 мм), l = 6000мм;

2.  Балки (фермы) в средних пролетах опираются на подстропильные балки (фермы), в крайних пролетах на − колонны

3.  Температура внутри корпуса +16⁰С.

Нагрузка на 1м²:

I пролет – 8 кН/м²

II пролет - 10 кН/м²

III пролет - 8 кН/м²

IV пролет – N₄ = 450 кН – сосредоточенная сила.

Бытовое помещение без подвала.

1.2. Инженерно-геологические условия площадки.

Место строительства – г.Барнаул

Уровень пола 1 этажа 0.000 – 24.00

Рис 1.2                 

Рис 1.3

Физико-механические характеристики грунтов.                Таблица №1

1.3. Подбор колонн и проектирование подколонника.

Колонны подбираются в зависимости от пролета и высоты по [1]

для Ф1 и Ф3                                       для Ф2                            для Ф4

2.  Сбор нагрузок на верхний обрез фундамента.

Для расчета нагрузок на фундаменты используются следующие формулы:

М_К =К₁· N_К ,                        (1)

Где К₁ – коэффициент принимаемый

-  для наружных колонн К₁=0,08

-  для внутренних колонн К₁=0,05

Q_К =К₂· N_К ,                         (2)

Где К₂ – коэффициент принимаемый

-  для наружных колонн К₂=0,01

-  для внутренних колонн К₂=0,006

Нагрузка воспринимаемая колонной от стены

N_СТ=А_ГР·δ·γ_n·γ_k ,             (3)

Где А_ГР – грузовая площадь, м²

δ – толщина стены, м  (0,3)

γ_n – удельный вес стены, кН/м³ (3)

А_ГР=L·H,                          (4)

Где L – шаг (пролет) здания, м

H – высота здания, м

Нагрузка воспринимаемая колонной от перекрытия:

N_К=А_ГР·F ,                      (5)

Где А_ГР – грузовая площадь, м²

F – заданная нагрузка от перекрытия, кН

А_ГР=L·ΔL,                     (6)

Где L – пролет здания, м

ΔL – шаг здания, м

3.  Анализ инженерно-геологических условий площадки.

3.1.  Вычисление производных характеристик физического состояния грунтов

I.  Суглинок (ρ_S, ρ, W, W_P, W_L см. таб.1)

Удельный вес твердых частиц грунта вычисляется по формуле:

γ_s= ρ_s·g,   кН/м³                   (7’)

Удельный вес сухого грунта вычисляется по формуле:

γ_d= ρ_d·g,   кН/м³                   (7)

Где ρ_d – плотность сухого грунта, т/м³

g – ускорение свободного падения, м/с² (10)

ρ – плотность грунта, т/м³

ρ_d= ρ/(W+1),      т/м³                 (8)

γ = ρ·g,              т/м³                (9)

ρ_d=1,897/(1+0,338)=1,418 т/м³

γ=1,897·10=18,97 кН/м³

γ_d=1,418·10=14,18 кН/м³

γ_s=2,75·10=27,5 кН/м³     

Коэффициент пористости грунта вычисляется по формуле:

e = (ρ_s-ρ_d)/ ρ_d                              (10)

e=(2,75-1,418)/1,418=0,939

Пористость грунта вычисляется по формуле:

n=e/(1+e)                              (11)

n=0,939/(1+0,939)=0,484

Объем занимаемый твердыми частицами вычисляется по формуле:

m=1/(1+e)                            (12)

m=1/(1+0,939)=0,52

Полное водонасыщение грунта вычисляется по формуле:

W_sat=e·γ_W/γ_S                   (13)

Где  W_sat – полное водонасыщение грунта;

e – коэффициент пористости грунта;

γ_W – удельный вес воды, кН/м³  (10);

γ_S - удельный вес грунта, кН/м³;

W_Sat=0,939·10/27,5=0,342

Степень влажности грунта вычисляется по формуле:

S_r=W·ρ_S /(e·ρ_W)                     (14)

S_r=0,338·2,75/(0,939·1)=0,99

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды вычисляется по формуле:

γ_sw= γ_S – γ_w/(1+e), кН/м³     (15)

Где γ_W – удельный вес воды, кН/м³  (10);

γ_S - удельный вес грунта, кН/м³;

e – коэффициент пористости грунта;

γ_sw=(27,5-10)/(1+0,939)=9,03 кН/м³

Число пластичности:

I_Р= W_L- W_Р                                       (16)

I_P=0,424-0,218=0,206

Показатель текучести грунта вычисляется по формуле:

I_L=W-W_Р/W_L- W_Р ,              (17)

I_L=(0,338-0,218)/(0,424-0,218)=0,582

II.  Суглинок                      

ρ_d=1,592/(1+0,097)=1,45 т/м³

γ=1,592·10=15,92 кН/м³

γ_d=1,45·10=14,5 кН/м³

γ_s=2,7·10=27 кН/м³     

e=2,7/1,45-1=0,86

n=0,86/(1+0,86)=0,46

m=1/(1+0,86)=0,53

W_sat=0,86·10/27=0,32

S_r=0,097·2,7/(0,86·1)=0,3

γ_sw=(27-10)/(1+0,86)=9,14 кН/м³

I_P=0,225-0,085=0,14

I_L=(0,097-0,085)/0,14=0,086

III.  Песок пылеватый

ρ_d=1,954/(1+0,281)=1,53 т/м³

γ=1,954·10=19,54 кН/м³

γ_d=1,53·10=15,3 кН/м³

γ_s=2,67·10=26,7 кН/м³     

e=2,67/1,53-1=0,75

n=0,75/(1+0,75)=0,43

m=1/(1+0,75)=0,57

W_sat=0,75·10/26,7=0,28

S_r=0,281·2,67/(0,75·1)=1

γ_sw=(26,7-10)/(1+0,75)=9,54 кН/м³

3.2 Классификация грунтов

I.  Суглинок

- По числу пластичности

17 < I_P=20,6 – глина

- По консистенции

I_L=0,5 < 0,582 < 0,75 – глина мягкопластичная

- По предварительной оценке на просадочность

S_r=0,99 > 0,8- грунт непросадочный

- По сжимаемости

5 < E=9,1 МПа <20 – среднесжимаемый грунт.

Определение степени набухаемости грунта.

П = (e_l-e)/(1+e)= (1,166-0,45)/(1+0,45) = 0,494

e_l = (w_l·g_s)/g_w = (0,424·27,5)/10 = 1,166

g_w = r_w·10 = 10

g_s = r_s·10 = 27,5

П = 0,494 > 0,3   грунт набухаемый.

II.  Суглинок

- По числу пластичности

7< I_P=14<17 – cуглинок

- По консистенции

0 < I_L=0,086 < 25 – суглинок полутвердый

- По предварительной оценке на просадочность

S_r = 0,3 < 0,8- вычисляем показатель просадочности

,

Где e_L– коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести: .

.

Грунт с показателем I_ss=-0,1 < 1 является просадочным, что не подтверждается инженерно-геологическими испытаниями.

- По сжимаемости

5  < E=19 МПа  < 20 – среднесжимаемый грунт.

III.  Песок пылеватый

- По предварительной оценке на просадочность

S_r=1>0,8- грунт непросадочный

- По сжимаемости

5 < E=11 МПа <20  грунт является среднесжимаемым.

4. Фундаменты мелкого заложения

4.1.  Определение глубины заложения фундамента

·  Значение конструктивной глубины заложения подошвы фундамента (d_k)

d_k=1,9м                         

·  Определение нормативной глубины сезонного промерзания

;

где d_fn - нормативная глубина промерзания;

d₀ – для глины равна 0,23 м;

M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП «Строительная климатология и геофизика».

;

·  Определение расчетной глубины сезонного промерзания

;

где d_f - расчетная глубина сезонного промерзания;

k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по табл.1 [1].

При внутренней температуре производственного сооружения равной +16⁰, пол по грунту без подвала, k_h принимает значения: при t=+16 ⁰  k_h= 0,58,

м - расчетная глубина сезонного промерзания производственного сооружения.

·  Назначение окончательной глубины заложения подошвы фундамента(d).

Принимаю глубину заложения подошвы фундаментов d для Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 равной 1,9 метра.

4.2. Определение приведенных нагрузок

Ф-1

N^н=N₁+N₂=864+1440=2304 кН

М_x=М₁+М₂ + N₁·e₁-N₂·e₂+Q₁·d+Q₂·d=

=43,2+72-864·0,9+1440·0,9+5,08·1,9+

+8,64·1,9 = 645 кН·м

Ф-2

N^н=N₁+Р_ст= 432 + 110=542 кН

М_x =М + Р_ст·e_ст + Q·d =34,56 + 4,32·1,9+

+ 110,2·0,6=109 кН·м

Ф-3

N^н=N₁+N₂+Р_ст1+Р_ст2 =432+720+55,1+77,8

=1285 кН

М_х=М₁+М₂ +Q₁·d+Q₂·d + N₁·e₁–N₂·e₂+

+ Р_ст1·e_ст1– Р_ст2·e_ст2 =34,56+57,6+4,32·1,9+

+7,2·1,9+720·0,9-432·0,9+55,1·3+

+77,8·3=772кН·м

М_у = 55,1·0,65+77,8·0,65 = 86,4 кН·м

Ф-4

N^н=N₁=450 кН

М_х=36 + 4,5·1,9 = 44,6 кН·м рис 4.2

4.3 Назначение площади подошвы фундамента по величине расчетного сопротивления основания

4.3.1 Определение расчетного сопротивления основания

R=γ_C1·γ_C2·(M_Y·k_Z·b·γ_II+ M_g·d₁·γ^I_II+ M_C·C_II)/k,  кН/м²             (25)

где γ_C1,γ_C2 – коэффициенты условий работы, принимаемый по табл. 3 [2], γ_C1=1; γ_C2=1;

k – коэффициент принимаемый равным k =1, при непосредственном испытании грунта для определения прочностных характеристик (φ,с)

M_Y,M_g,M_C – коэффициенты принимаемые по табл. 4 [2]; M_Y=0,18; M_g=1,73; M_C=4,17;

k_Z – коэффициент принимаемый равным k_Z = 1 при b < 10 м, где b – ширина подошвы фундамента;

γ_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), γ_II=18,14 кН/м³;

γ^I_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, γ^I_II=18,97 кН/м³;

C_II – расчетное значение удельного сцепления, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, C_II=35 кПа;

d₁ – глубина заложения фундамента, d₁ = 1,9м;

R=1·1·(0,18·1·1,25·18,14+1,73·1,9·18,97+4,17·35)/1=212,4 кН/м²

4.3.2 Определение площади подошвы фундамента в 1-м приближении