Реферат: Основания и фундаменты

Реферат: Основания и фундаменты

1.2 Краткая характеристика проектируемого здания

Здание промышленное с размерами в плане 36 * 72 м. Высота до низа стропильной конструкции 12 м. Производственный корпус с мостовыми кранами грузоподъемностью 120 тон. Сетка колон  6 * 18 м. Выбираем два расчетных фундамента по осям «А» и «В» ( крайний и средний ряд ).

2  Сбор нагрузок на фундаменты.

2.1 Фундамент крайнего ряда.

Горизонтальная нагрузка от крана  0,005  1440 =72 кН

Момент на фундаменте  М= 10 1440 = 0,72 МНм

2.2 Фундамент среднего ряда

Горизонтальная нагрузка от крана  0,05  2880 = 144 кН

Момент на фундаменте  М=  10  1,44 =  1,44 Мпа

3   Инженерно-геологические условия площадки строительства.

3.1 Определение физико-механических характеристик грунтов площадки строительства.

1 СЛОЙ - Песок крупнозернистый

 а)  Коэффициент пористости           

   е = (zs - zd ) / zd = (2660 - 1606 ) / 1606 = 0.66

  zd = z / ( 1 + w ) = 1950 / ( 1 + 0.214 ) = 1606

Песок крупнозернистый средней плотности

б)  Степень влажности

Sr = w   zs / ( e  zw ) = 0.214  2660 / ( 0.66  1000 ) = 0.86

в)  Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды

gsw = ( gs - gw ) / (1 + e ) =  (2660 - 1000 ) / ( 1 + 0.66 ) =1000

Песок крупнозернистый средней плотности,влажный                              j = 38    С - нет    E0 = 30

2 СЛОЙ - Песок крупнозернистый

 а)  Коэффициент пористости           

   е = (zs - zd ) / zd = (2680 - 1522 ) / 1522 = 0.76

  zd = z / ( 1 + w ) = 1800 / ( 1 + 0.183 ) = 1522

Песок крупнозернистый в рыхлом состоянии

б)  Степень влажности

Sr = w   zs / ( e  zw ) = 0.183  2680 / ( 0.76  1000 ) = 0.65

в)  Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды

gsw = ( gs - gw ) / (1 + e ) =  (2680 - 1000 ) / ( 1 + 0.76 ) = 954,5

Песок крупнозернистый в рыхлом состоянии,влажный                            j - нет    С - нет    E0 - нет

3 СЛОЙ - Песок среднезернистый

 а)  Коэффициент пористости           

   е = (zs - zd ) / zd = (2670 - 1590 ) / 1590 = 0.68

  zd = z / ( 1 + w ) = 1860 / ( 1 + 0.17 ) = 1590

Песок среднезернистый средней плотности

б)  Степень влажности

Sr = w   zs / ( e  zw ) = 0.17  2670 / ( 0.68  1000 ) = 0.67

в)  Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды

gsw = ( gs - gw ) / (1 + e ) =  (2670 - 1000 ) / ( 1 + 0.68 ) = 994

Песок среднезернистый средней плотности ,влажный                              j = 38    С - нет    E0 = 25

4 СЛОЙ - Суглинок

 а)  Число пластичности

Jp = Wl - Wp = 0.219 - 0.100 = 0.119

б)  Показатель консистенции

Jl = ( W - Wp ) / ( Wl - Wp ) = ( 0.193 -0.100 ) / ( 0.219 - 0.100 ) = 0.78

Суглинок текуче-пластичный

в)   Коэффициент пористости           

   е = (zs - zd ) / zd = (2700 - 1685 ) / 1685 = 0.6

  zd = z / ( 1 + w ) = 2010 / ( 1 + 0.193 ) = 1685

Суглинок текуче-пластичный

      j = 19    С = 25    E0 = 17

5 СЛОЙ - Суглинок

 а)  Число пластичности

Jp = Wl - Wp = 0.299 - 0.172 = 0.127

б)  Показатель консистенции

Jl = ( W - Wp ) / ( Wl - Wp ) = ( 0.15593 -0.172 ) / ( 0.299 - 0.172 ) = - 0,13

Суглинок твердый

в)   Коэффициент пористости           

   е = (zs - zd ) / zd = (2730 - 1610 ) / 1610 = 0.7

  zd = z / ( 1 + w ) = 1860 / ( 1 + 0.155 ) = 1610

Суглинок твердый

j = 23    С = 25    E0 = 14

Сводная таблица физико-механических свойств грунта

3.2 Определение отметки планировки земли

Данные о напластовании грунтов по осям  «А» и «Б»

            Отметку планировки земли  DL  назначаем исходя из минимума земляных работ на площадке.

DL = ( Hскв 1 + Нскв 2 ) / 2 = ( 134,2 + 134,6 ) / 2 = 134,4 м.

            Относительно уровня чистого пола  DL = -0,1 м., тогда абсолютная отметка пола составит 134,5 м.

            По данным наплоставания грунтов строим инженерно-геологический разрез по оси скважин  1  и  2.

3.3 Выводы

            В целом площадка пригодна для возведения здания . Рельеф площадки ровный с небольшим уклоном в сторону скважины 1. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов ( уклон кровли грунта не превышает 2 % ). Подземные воды расположены на достаточной глубине.

            В качестве несущего слоя для фундамента на естественном основании может быть принят 1 слой - песок крупнозернистый.  2 слой песка по своему состоянию    ( е = 0,76 )   песок рыхлый ( е > 0,7 ).  Нормы проектирования не допускают использования  в качестве естественного основания песчанных грунтов в рыхлом состоянии без их предварительного уплотнения.

            В качестве альтернативного варианта может быть рассмотрен свайный фундамент с заглублением свай в 5 слой - суглинок твердый.  2 слой - не может быть использован, потому что песок находится в рыхлом состоянии.  3 слой - не рационально использовать, так как он рыхлее  1 слоя.  4 слой - Суглинок - находится в текуче-пластичном состоянии (  0.75 < Jl =0.78 < 1 ).  5 слой -Суглинок  ( Jl < 0 )  находится в твердом состоянии и может выступать в качестве несущего слоя.

4  Проектирование фундамента на естественном основании

4.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента.

            Согласно СНиП 2.02.01-83 (п.2.29а) глубина заложения фундамента на крупных песках не зависит от глубины промерзания.  Глубину заложения фундамента принимаем  из конструктивных соображений.

4.2 Определение размеров подошвы фундамента.

Расчетное сопротивление грунта в основании

R = (gc1 gc2 / k) ( Mg  Kz  b  g11 + Mg  d1  g11` + ( Mg - 1 )  db  g11` + Mc  c11 )

gc1 = 1.4      gc2 = 1    К = 1,1

при  j = 38          Мg = 2,11       Мg = 9.44     Mc = 10.8

Kz = 1       b = 2.5

g11 = 1000       g11` = 1000       c11 = 0

d1 = 2 м       db = 0

R = ( 1.4  1 / 1.1 ) ( 2.11  1  2.5  1000   + 9.44  2  1000 + 0 + 0 ) = 1.27 ( 5275 + 18880 ) = 307 кПа

задаемся   L/b = 1.5

а)  Крайний ряд

Aф =  N / ( R - g  d ) = 2.34 / ( 0.307 - 0.02  2 ) = 8.76 м2

Увеличиваем на 20 %  получаем   Аф = 10,5 м2

Принимаем размеры фундамента    2,5  на  4,0 м  (Аф = 10 м2 )

Конструирование фундамента

при Rбетона = 0,19 Мпа

и при марке     М 100

a = 31    tg a = 0.61 

h = ( b - b0 ) / 2 tg a =

= (4.0 - 1.2 ) / 2  0.61 = 2.4 м

            Необходимо принять в качестве несущего слоя  2 слой - песок крупнозернистый, но так как он находится в рыхлом состоянии ( е = 0,76 ) необходимо выполнить мероприятия  по его уплотнению.

( еmax = 0.65 )       j = 38      E = 30      C - нет

пересчитываем расчетное сопротивление

R = ( 1.4  1 / 1.1 ) ( 2.11  1  2.5  1000  + 9.44  2,4  1000 + 0 + 0 ) = 1.27 ( 5275 + 22656)  = 354,72  кПа

Aф =  N / ( R - g  d ) = 2.34 / ( 0.354 - 0.02  2 ) = 7,5 м2

Увеличиваем на 20 %  получаем   Аф =  9 м2

Оставляем размеры фундамента    2,5  на  4,0 м  (Аф = 10 м2 )

Vф = 0,7  1,2  0,4 + 0,5 ( 1,6  1,1 + 2,4  1,5 + 3,2  1,9 + 4  2,5) = 11,06 м3

Vгр =  2,5  4  2,4 - 11,06  = 12,94 м3

Gф = 11,06  2400 = 0,265 МН

Gгр = 12,94  1900 = 0,246 МН

Р max ( min ) = ( N + Gф + Gгр ) / А  ±  М / W = ( 2.34 + 0.265 + 0.246 ) / 10  ±  0.72 / 6.67 =  0.40  ( 0.18 ) Мпа

W = b  L2  / 6 =2.5  42  / 6 = 6.67 м3

Р max  £  1,2 R

0.4 Мпа  £  0,42 Мпа

Рср = 0,29  £  R = 0.354

б)  Средний ряд

Aф =  N / ( R - g  d ) = 3,98 / ( 0.307 - 0.02  2 ) = 14,9 м2

Увеличиваем на 20 %  получаем   Аф = 17,9 м2

Принимаем размеры фундамента    3,5  на  5,0 м  (Аф = 17,5 м2 )

Конструирование фундамента

пересчитываем расчетное сопротивление

R = ( 1.4  1 / 1.1 ) ( 2.11  1  3.5  1000  + 9.44  2,4  1000 + 0 + 0 ) = 1.27 ( 7385 + 22656)  = 380  кПа

Aф =  N / ( R - g  d ) = 3,98 / ( 0.38 - 0.02  2 ) = 11,64 м2

Увеличиваем на 20 %  получаем   Аф =  14 м2

Оставляем размеры фундамента    3,5  на  5,0 м  (Аф = 17,5 м2 )

Vф = 0,7  1,2  0,4 + 0,5 ( 2  1,3 + 3  1,9 + 4  2,5 +5  3,5 ) = 18,236 м3

Vгр =  3,5  5  2,4 - 18,236  = 23,764 м3

Gф = 18,236  2400 = 0,437 МН

Gгр = 23,764  1900 = 0,452 МН

Р max ( min ) = ( N + Gф + Gгр ) / А  ±  М / W = ( 3,98 + 0.437 + 0.452 ) / 17,5  ±  1,92 / 14,6 =  0.41  ( 0.15 ) МПа

W = b  L2  / 6 = 3.5  52  / 6 = 14,6 м3

Р max  £  1,2 R

0,41 МПа  £  0,46 МПа

Рср = 0,28  £  R = 0.38

4.3 Расчет осадки фундамента по методу послойного

 суммирования осадок.

            Вся толща грунтов ниже подошвы фундамента разбивается на отдельные слои толщиной 0,2  bf

            Для подошвы каждого слоя определяется :

n дополнительное напряжение от нагрузки на фундамент

szp i = ai + P0      Р0 = Р - szg 0

n природное напряжение от собственного веса грунта

szg i = szg i -1 +Hi  gi

            Если  szp i < 0,2  szg i  то нижняя граница сжимаемой толщи грунтов основания принимается расположенной на уровне подошвы  i - го слоя.  В противном случае принимается  i = i + 1  и продолжается поиск границы сжимаемой толщи грунтов.

            Расчет осадки фундаментов производим в табличной форме, как сумму осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи грунтов основания.

а)  Крайний ряд  ( ось «А» , скв.1 )

0,2  bf  = 0,2  2,5 = 0,5 м     

szp i = ai + P0      Р0 = Р - szg 0 = 290 - 45,6 = 244,4

szg 0 = g  d = 1900  2.4 = 45.6

szg i = szg i -1 +Hi  gi

          Осадка фундамента    S = 0.8  21,8 = 17,44 мм. <  80 мм.

Граница сжимаемой толщи грунта на отм.126,00 м.

(мощность сжимаемой толщи грунтов  6 м. ).

При наличии в сжимаемой толще грунта меньшей прочности, чем вышележащие слои, необходимо проверить условие

szp + szg  £  Rz

z = 5 м      szp + szg  = 35,44 + 140,6 = 176,04

R = ( 1.4  1 / 1.1 ) ( 0,47  1  8,25  2010  + 2,89  2,4  1860 + 0 + 5,48  25 ) = 1.27 ( 7794 + 12900 + 137 )  = 264  кПа

bz =   Az + a2  - a =   80.4 + 0.752  - 075 = 8.25

Az = N / szp  = 2.85 / 35.44 = 80.4

a = ( L - b ) / 2 = ( 4 - 2.5) / 2 = 0.75

szp + szg  = 176.04 кПа  £   Rz = 264 кПа

Условие выполнилось

б)  Средний ряд  ( ось «Б» , скв.2 )

0,2  bf  = 0,2  3,5 = 0,7 м     

szp i = ai + P0      Р0 = Р - szg 0 = 280 - 45,6 = 234,4

szg 0 = g  d = 1900  2.4 = 45.6

szg i = szg i -1 +Hi  gi

          Осадка фундамента    S = 0.8  28.19 = 22.55 мм. <  80 мм.

Граница сжимаемой толщи грунта на отм.125,00 м.

(мощность сжимаемой толщи грунтов  7 м. ).

D S = 2.55 - 1.75 = 0.8 cм = 0,008 м

L = 18 м

D S / L =  0.008 / 18 = 0.00044  <  0.002

5   Проектирование свайного фундамента из забивных призматических свай (вариант 2)

            В качестве несущего слоя выбираем 5 слой - Суглинок твердый. В этом случае минимальная длина свай равна 12 м. ( так как сваи должны быть заглублены в несущем слое не менее чем на 1 метр ).  Принимаем сваи размером сечения      400 * 400 мм.  Глубину заделки свай в ростверке принимаем 0,1 м. ( шарнирное сопряжение свай с ростверком ). 

5.1  Расчет на прочность

а) Крайний ряд (скв. 1 )

Несущая способность сваи

Fd = gc ( gcr  R  A + U  S gcf   fi  hi )

gc = 1      gcr = 1    gcf = 1

R = 10740 кПа       А = 0,16 м2        U = 1.6 м

Fd =  1 ( 1  10740  0,16 + 1,6 ( 1  38,5  1,4 + 46,8  1,2 + 53  1,2 + 56,3  2 + 59,5  0,5 +   + 9  2 + 9  1,7 +66,4  1,9 ) = 2,48 МН

Определяем число свай

n = gr  N / Fd = 1.4  2.34 / 2.48 = 1.32

Принимаем  2 сваи

Определяем нагрузку на 1 сваю

Vр = 0,4 ( 0,7  1,2 + 0,7  2,3 ) = 0,98 м3

Vгр = 0,8  0,7  2,3 - 0,98 = 0,31 м 3

Gр =  0,98  2400 = 23 кН

Gгр = 0,31  1900 = 0,6 кН

Nd = 2.34 + 0.023 +  0,006 = 2,37 МН

N =  Nd /n  ±  Mx  y / S yi2   ±  My  x / S xi2 =

= 2.37 / 2  ±  0.72  0.8 / 0.82 + 0.82 = 1.64  (0.74 )

y = 0

N = 1.64 МН  £  Fd / gr =  2.48 / 1.4 = 1.77 МН

б) Средний ряд (скв. 2 )

Несущая способность сваи

Fd = gc ( gcr  R  A + U  S gcf   fi  hi )

gc = 1      gcr = 1    gcf = 1

R = 10740 кПа       А = 0,16 м2        U = 1.6 м

Fd =  1 ( 1  10740  0,16 + 1,6 (  36,75  0,9 + 46,2  2 + 51,5  0,6 + 56,6  2 + 58,6  1,8 +      + 9  2 + 9,1  1,5 + 68,1  1,1 ) = 2,49 МН

Определяем число свай

n = gr  N / Fd = 1.4  3,98 / 2.49 = 2,49

Принимаем  3 сваи

Определяем нагрузку на 1 сваю

Vр = 0,4 ( 0,7  1,2 + 2,3  2,3 ) = 2,45 м3

Vгр = 0,8  2,3  2,3 - 2,45 = 1,78 м 3

Gр =  2,45  2400 = 59 кН

Gгр = 1,78  1900 = 34 кН

Nd = 3,98 + 0.059 +  0,034 = 4,1 МН

N =  Nd /n  ±  Mx  y / S yi2   ±  My  x / S xi2 =

= 4,1 / 3  ±  1,99  0.8 / 0.82 + 0.82  ±  0,72  0.8 / 0.82 + 0.82 + 0.82  = 2,87  ( -0,13 )

N = 2,87 МН  >  Fd / gr =  2.49 / 1.4 = 1.78 МН

Необходимо увеличить количество свай до 4

N =  Nd /n  ±  Mx  y / S yi2   ±  My  x / S xi2 =

= 4,1 / 4  ±  1,99  0.8 / 4  0.82   ±  0,72  0.8 / 4  0.82  = 1,88  ( -0,19 )

N = 1,88 МН  >  Fd / gr =  2.49 / 1.4 = 1.78 МН

Необходимо увеличить расстояние между сваями

N =  Nd /n  ±  Mx  y / S yi2   ±  My  x / S xi2 =

= 4,1 / 4  ±  1,99  1 / 4  12   ±  0,72  1 / 4  12  = 1,71  ( 0,35 )

N = 1,71 МН  £  Fd / gr =  2.49 / 1.4 = 1.78 МН

5.2 Расчет свайного фундамента по деформациям

j 11,mt = S j 11,i  hi  / S  hi

а) Крайний ряд ( скв. 1 )

j 11,mt = S j 11,i  hi  / S  hi = ( 38  1.4+ 0 + 38  2.5 + 19  3.7 + 23  1.9 ) / ( 2.2 + 2.4 + 2.5+ + 3.7 + 1.9 ) = 22

L =  h tg ( j 11,mt / 4 ) = 11.9  tg 5.5 = 11.9  0.096 = 1.14

b = 2  a + 2  0.4 + 1.2 = 4.28 м

б) Средний ряд ( скв. 2 )

j 11,mt = S j 11,i  hi  / S  hi = ( 38  0,9+ 0 + 38  3,8 + 19  3.5 + 23  1.1 ) / ( 2.2 + 2.4 + 2.5+ + 3.7 + 1.9 ) = 22,7

L =  h tg ( j 11,mt / 4 ) = 11.9  tg 5.7 = 11.9  0.0998 = 1.19

b = 2  a + 2  0.4 + 1.6 = 4.78 м

Определение осадки

а)  Крайний ряд  ( ось «А» , скв. 1 )

Vусл.ф = 4,28  2,98  12,7 = 161,98 м3

Gусл.ф = 161,98  20 кН/м3 = 3240 кН

N = 1640  2 = 3280 кН

Рср =  ( G + N ) / A = ( 3240 + 3280 ) / 4.28  2.98  = 511.4 кПа

 Расчетное сопротивление грунта в основании

R = (gc1 gc2 / k) ( Mg  Kz  b  g11 + Mg  d1  g11` + ( Mg - 1 )  db  g11` + Mc  c11 )

gc1 = 1.4      gc2 = 1    К = 1,1

при  j = 23          Мg = 0,69      Мg = 3,65     Mc = 6,24

Kz = 1       b = 2.98

g11 = 1860       g11` = 2010       c11 = 25

d1 = 12,7 м       db = 0

R = ( 1.4  1 / 1.1 ) ( 0,69  1  2,98  1860 + 3,65  12,7  2010 + 0 + 6,24  25 ) = 1.27 ( 3825 + 93174 + 156 ) = 1233,9 кПа

Рср = 511,4 кПа  <  R = 1233.9 кПа

0,2  bf  = 0,2  4,28 = 0,8 м     

Р0 = Р - szg 0 = 511,4 - 241,3 = 270,1

szg 0 = g  d = 1900  12.7 =  241,3

szg i = szg i -1 +Hi  gi

szp i = ai + P0

          Осадка фундамента    S = 0.8  84,22 = 67,38 мм. <  80 мм.

Граница сжимаемой толщи грунта на отм.113,00 м.

(мощность сжимаемой толщи грунтов  8 м. ).

б) Средний ряд ( ось «Б», скв. 2 )

Vусл.ф = 4,78  4,78 12,7 = 290,17 м3

Gусл.ф = 290,17  20 кН/м3 = 5804 кН

N = 1710  4 = 6840 кН

Рср =  ( G + N ) / A = ( 5804 + 6840 ) / 4.78  4,78  =  553,39 кПа

 Расчетное сопротивление грунта в основании

R = (gc1 gc2 / k) ( Mg  Kz  b  g11 + Mg  d1  g11` + ( Mg - 1 )  db  g11` + Mc  c11 )

gc1 = 1.4      gc2 = 1    К = 1,1

при  j = 23          Мg = 0,69      Мg = 3,65     Mc = 6,24

Kz = 1       b = 4,78

g11 = 1860       g11` = 2010       c11 = 25

d1 = 12,7 м       db = 0

R = ( 1.4  1 / 1.1 ) ( 0,69  1  4,78  1860 + 3,65  12,7  2010 + 0 + 6,24  25 ) =                    = 1.27 ( 6134,65 + 93174 + 156 ) = 1263,2 кПа

Рср = 553,39 кПа  <  R = 1263,2 кПа

0,2  bf  = 0,2  4,78 = 0,9 м     

Р0 = Р - szg 0 = 553,39 - 241,3 = 312,09

szg 0 = g  d = 1900  12.7 =  241,3

szg i = szg i -1 +Hi  gi

szp i = ai  P0

          Осадка фундамента    S = 0.8  72,41 = 57,93 мм. <  80 мм.

Граница сжимаемой толщи грунта на отм.115,40 м.

(мощность сжимаемой толщи грунтов  6,3 м. ).

D S = 67,38 - 57,93  = 0.95 cм = 0,0095 м

L = 18 м

D S / L =  0.0095 / 18 = 0.00052  <  0.002

Экономическое сравнение вариантов

ВЫВОД  :  Экономически целесообразнее применить в  данных условиях свайный фундамент.

Список литературы

            1    СНиП 2.02.01-83    «  Основания зданий и сооружений  »

            2    СНиП 2.02.03-85    «  Свайный фундамент  »

            3    СНиП  2.02.02-83    «  Нагрузки и воздействия  »

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

Ижевский Государственный Технический Университет

Кафедра «Геотехника и строительные материалы»

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине

«Основания и Фундаменты»

Выполнил :   Павлов К.В.                                                                                                                                                                                            группа 8-10-2

                                                      Проверил: Турчин В.В

                                          ИЖЕВСК  1998