Проектирование фундаментов здания

2) Оцениваем нагрузки:

,

3) Определяем несущую способность основания, так как состояние грунта стабилизированное и , то проверяют возможность возникновения глубокого сдвига по формуле 11 [2].

,

где коэффициент условий работы для песков пылеватых, а также пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии равен 0,9;

  коэффициент надёжности по назначению сооружения, принимаемый для зданий и сооружений II класса -.

, кПа;

 – вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания, определяется по формуле 16 [2], кПа,

 ,

где  и - соответственно приведённые ширина и длинна фундамента, м, вычисляемые по формулам:

;  

, т.к.

 безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по таблице 7 [2] в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта φI и угла наклона к вертикали δ равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента - ;

коэффициенты формы фундамента ;

; ;

 и  - расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м3, находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды);

с1 - расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа;

; ; .

          Далее проверяем выполнение условия формула 11[2]:

Проверим выполняется ли условие:

; ,

Условие выполняется  несущая способность основания обеспечена.

4.3 Проверка слабого подстилающего слоя

Поверка необходима, когда в основании фундамента на некоторой глубине залегает слой более слабого грунта, физико-механические характеристики которого и величина R значительно меньше, чем у грунта несущего слоя, для которого определены размеры подошвы фундамента. В этом случае приближенным расчетом в соответствии с [3, п. 2.48, формула (9)] выясняют возможность развития зон пластических деформаций в пределах слоя слабого грунта, т. е. соблюдение принципа линейной деформированности основания по условию:.

В данном КП такая проверка не требуется, т.к. фундамент заглублен в суглинок и ниже него других грунтов нет.

5. Свайный фундамент

В России известно более 150 видов свай, которые классифицируются по материалу конструкции, виду армирования, способу изготовления и погружения, по характеру работы в грунте.

В настоящее время в строительстве наибольшее применение нашли следующие виды свай:

·                   Сваи забивные ж/б, погружаемые в грунт в готовом виде с помощью молотов, вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов;

·                   Сваи оболочки ж/б;

·                   Сваи буронабивные, устраиваемые заполнением пробуренных скважин бетонной смесью или ж/б элементами.

·                   Сваи набивные, устраиваемые в скважинах, образованных уплотнением грунта;

Рациональная область применения различных видов свай определяется в первую очередь инженерно-геологическими условиями строительной площадки и характером нагрузок передаваемых от сооружения на фундамент.

Свайные фундаменты рационально применять при большой толщине слабых грунтов, залегающих сверху (текучепластичных и текучих глинистых грунтов, заторфованных, насыпных), а также при высоком горизонте грунтовых вод и при глубоком промерзании грунтов, для понижения трудоемкости, увеличения степени механизации работ нулевого цикла и экономической их целесообразности.

В нашем случае свайный фундамент принимаем в виде кустов свай, объединенных общим железобетонным ростверком квадратной формы в плане. Количество свай в кусте определяет величиной и видом нагрузки и несущей способностью свай. Принимаем жесткое сопряжение свайного ростверка со сваями.

Свайные фундаменты рационально применять при большой толщине слабых грунтов, залегающих сверху (текучепластичных и текучих глинистых грунтов, заторфованных, насыпных), а также при высоком горизонте грунтовых вод и при глубоком промерзании грунтов, для понижения трудоемкости, увеличения степени механизации работ нулевого цикла и экономической их целесообразности.

5.1 Глубина заложения ростверка

Ростверк пытаются заложить как можно выше, так как это обеспечивает более экономичное решение.

При установлении глубины заложения подошвы ростверка руководствуются теми же соображениями, что и при определении глубины заложения подошвы фундаментов, возводимых на естественном основании (п 3. 1).

Расчетная глубина промерзания грунтов, определенная в п 3. 1. 1 -

При наличии подвала ростверк, как правило, следует располагать ниже пола подвала и глубину заложения его подошвы определять по формуле:

где dn – глубина подвала (расстояние от уровня планировки до пола подвала);

hp – высота ростверка;

hcf – толщина конструкции пола подвала;

Высота ростверка под стены здания определяется из конструктивных соображений:

Принимаем ростверк высотой  (глубина заделки сваи в ростверк ), тогда глубина заложения ростверка будет равна

Рис. 4. Схема определения глубины заложения ростверка и свай

5.2 Выбор вида и размеров свай

Согласно СНиП 2.02.03 – 85 (п. 2.2.) сваи по характеру работы в грунте разделяют на сваи-стойки и сваи трения (висячие). К сваям-стойкам относят сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а, кроме того, забивные сваи на малосжимаемые грунты. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также твердые глины с модулем деформации Е > 50 МПа.

Сваи, передающие нагрузку острием и боковой поверхностью на сжимаемые грунты, называются сваями трения (висячими).

Длина сваи определяется глубиной залегания слоя хорошего грунта, в который заглубляется свая, отметкой заложения подошвы ростверка и величиной заделки сваи в ростверк. При назначении длины сваи слабые грунты (насыпные, торф, грунты в текучем и рыхлом состоянии) необходимо прорезать и острие сваи заглублять в плотные грунты. При очень мощной толще слабых грунтов нижние концы свай оставляют в них.

Обычно заглубление сваи в крупнообломочные гравелистые, крупные и средней крупности песчаные грунты, а также глинистые грунты с показателем консистенции IL ≤ 0,1 должно быть не менее 0,5 м, а прочие нескальные грунты – не менее 1 м.

Выбираем висячую забивную сваю с заглублением в суглинок (IL = 0,46) на 1 м:

Определив тип и требуемую длину сваи, выбираем по сортаменту рациональное сечение и марку сваи табл. 1[1(2)]. Выбираем сваю С 6 – 30 длинной 6 м, с размером поперечного сечения b=30х30 см и длинной острия 0,25м.

5.3 Определение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю

Допускаемая нагрузка на сваю определяется из условий работы сваи по грунту и по материалу. В расчетах используется меньшее значение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, полученное по двум указанным условиям.

5.3.1 Определение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, по грунту

Расчётная нагрузка Fd, кН, допускаемая на висячую забивную сваю, определяется по формуле

,

где γc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимается γc =1;

R - расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по табл. 1 [3] с помощью двойного интерполирования, в зависимости от вида грунта, его состояния и глубины заложения несущего слоя, кПа.

 кПа;

A - площадь опирания сваи на грунт, м2 (А = 0,3ּ0,3 = 0,09 м2);

U - наружный периметр поперечного сечения сваи, м (U = 0,3ּ4 = 1,2 м);

fi - расчётное сопротивление i – го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, определяемое по табл. 2 [3] в зависимости от глубины расположения, вида и состояния грунта i - го слоя;

Разделим слой песка средней крупности, который проходит свая, на слои толщиной < 2м и обозначим их. Получаем следующие слои: 1–ый слой ил h1 = 1,3 м, 2–ой слой ил толщиной h2 = 1,3 м, 3-ий слой – песок средней крупности: h3 = 1,9 м, h4 = 1,25 тогда:

hi - толщина i - го слоя грунта, м;

- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения свай на расчётные сопротивления грунта, определяемые по табл. 3 [3] в зависимости от вида и состояния грунта,

5.3.2 Определение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, по сопротивлению материала (сваи)

Расчетная нагрузка Рс, допускаемая на сваю, по сопротивлению материала для железобетонной сваи определяется в соответствии со СНиП [4]. В КР применены сваи из бетона марки В 15 со стержневой арматурой (4 стержня АI диаметром 12 мм). Расчетная нагрузка Рс (кПа), допускаемая на сваю (железобетонную, центрально-сжатую, прямоугольного и квадратного сечения с симметричным армированием), по сопротивлению материала определяется по формуле:

где γ с – коэффициент условий работы сваи (γс = 1 при d > 200 мм);

φ – коэффициент продольного изгиба (для низкого ростверка принимается φ = 1);

γb – коэффициент условий работы бетона (для забивных свай γсd = 1);

Rb – расчетное сопротивление бетона сжатию, определяемое по [4], (Rb = 8,5 МПа);

А – площадь поперечного сечения сваи, м2 (А = 0,3ּ0,3 = 0,09 м2);

Rs – расчетное сопротивление арматуры сжатию, определяемое по [4], (Rs = 225 МПа) ;

As – площадь поперечного сечения рабочей арматуры, м2 ()

;

Несущая способность висячей сваи по грунту меньше, чем по материалу (521,6 кПа < 870,7 кПа), следовательно, в дальнейших расчетах используется наименьшее из этих значений, т. е. N = 521,6 кПа.

5.4 Определение количества свай в фундаменте и их размещение

Необходимое количество свай в фундаменте рассчитывают приближенным способом, предполагая равномерное размещение и передачу нагрузки на все сваи в ростверке, из выражения:

где  – расчетная нагрузка, действующая по обрезу фундамента, кН() ;

– расчетная нагрузка, допускаемая на сваю;

а – шаг сваи, принимаемый ориентировочно а = 3b (b – большая сторона или диаметр сваи) а = 3b = 3ּ0,3 = 0,9м;

;

dp – глубина заложения подошвы ростверка, м (dp = 4,1 м);

Продольное расстояние между сваями должно быть не более 1/3,3=0,33 м и кратно 5 см, принимаем 0,3 м.

 пфакт =1/0,3=3,3 свай/м

Принимаем 3 сваи на метр. Сваи в центрально нагруженном свайном фундаменте располагают рядами или в шахматном порядке. Расположим сваи в шахматном порядке таким образом, чтобы .

Рис. 5. Размещение свай в плане n=3,3

5.5 Определение размеров ростверка

Определение ширины ростверка

Ширина ростверка зависит от схемы размещения свай и возможного отклонения свай при забивке. Расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи при однородном их размещении

 с = 0,3b + 5см

где b – ширина сваи, равная 30 см.

с = 0,3b + 5 = 0,3ּ30 + 5 = 14 см  15 см (т.к. должно быть кратно 5).

Ширина ростверка bр равна:

bр =h +2с + b = 0,85 +2ּ0,15 + 0,3 = 1,45 м.

Принимаем ширину ростверка кратной 300 мм, т.е. bр=1,5 м.

5.6 Проверка свай по несущей способности

После размещения сваи и получения размеров ростверка определяют фактическую расчетную нагрузку на сваю N, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.

Для фундаментов промышленных и гражданских сооружений с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю в плоскости подошвы ростверка допускается определять по формуле:

  ,

где  – нагрузка, приходящаяся на одну сваю в плоскости подошвы ростверка,

 .

Mx, My – расчетные изгибающие моменты, кН×м, относительно главных центральных осей х и у плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n – число свай в фундаменте;

xi, yi – расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

В КР , поэтому формула имеет вид:

Определим :

;

;

;

;

;

.

При этом должно выполняться условие:, где γk - коэффициент надёжности, определяемый [4,п.3.10]), γk =1,4. Условие выполняется, так как 358,8 кН < 372,57 кН, .

Принимаем такое расположение свай.

Вычисляем момент действующий в плоскости подошвы ростверка:

,

где

;

;

;

;

;

xi и yi – расстояние от главных осей до оси каждой сваи, ;

x и y – расстояния от главных осей до оси рассматриваемой сваи;

.

Сваи по несущей способности необходимо проверять из условия:

 ,

,  .

, то есть все условия выполняются.

5.7 Расчет свайного фундамента по деформациям

Расчет фундамента из висячих забивных свай и его основания по деформациям (по второй группе предельных состояний) следует производить как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП [3]. Расчет сводится к определению размеров условного фундамента, проверке напряжений, возникающих по его подошве и вычислению осадки.

5.7.1 Определение границ условного фундамента

Границы условного фундамента определяются следующим образом. Первоначально определяют средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунтов, находящихся в пределах длины сваи:

  ,

где  – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi.

Затем проводим наклонные плоскости под углом  от точек пересечения наружных граней свай с подошвой ростверка до плоскости DC, проходящей через нижние концы свай. Путем построения боковых вертикальных плоскостей, проходящих через точки D и C до пересечения с поверхностью планировки грунта, находят очертания условного фундамента ABCD, который включает в себя грунт, сваи и ростверк.

Размеры подошвы условного фундамента (соответственно ширину и длину его) определяют по выражениям:

; ;

;

Площадь условного фундамента:

где  и  – размеры в пределах внешних граней крайних свай, м;

 h – глубина погружения свай в грунт, считая от подошвы ростверка.

Рис.7. Схема к расчету основания по деформациям

5.7.2 Определение интенсивности давления по подошве условного фундамента

Определив площадь условного фундамента и глубину его заложения, определяют интенсивность давления по его подошве и сравнивают ее с расчетным сопротивлением грунта, установленным на этой глубине аналогично фундаментам мелкого заложения [1, п. 4.2.4]. Тогда:

 ,

где – расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента, ();

– вес свай, ростверка и грунта в пределах условного фундамента ABCD, кН, с площадью Аy, м2;

;

;

;

R – расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента, кПа [3, ф. (7)].

Расчетное сопротивление грунта основания:

;

где gс1 и gс2 - коэффициенты, условий работы, принимаемые по табл. 3 [2]; ; ;

; b=1,5 м;

- коэффициенты, вычисляются путем интерполирования:

;

;

5.7.3 Определение осадки условного свайного фундамента

Определяют по формулам, приведенным в [3, п. 5.1.2].

1) hi ≤ 0,4ּb, т. е. hi = 0,4ּb = 0,4ּ1,5 = 0,6 м 2)

 и т.д.

3)

 и т.д.

4)

 и т.д.

5) Полная осадка основания определяется как сумма осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи по формуле:

где β – безразмерный коэффициент, учитывающий условность расчетной схемы, принимаемый равным 0,8.

;

- условие выполняется, так как .

Результаты расчета сведены в таблицу 3.см. приложение 3.

рис. 8. Графики

6. Вывод

В данной курсовой работе мы запроектировали фундаменты жилого здания на основе существующих методов расчета оснований по предельным состояниям с учетом их инженерно-геологических условий площадок строительства и конструктивных особенностей здания.

При выполнении курсовой работы получили следующие данные:

1.     Фундамент мелкого заложения

Глубина заложения фундамента равна .

Размеры подошвы фундамента b=2400 мм, h=500 мм.

Определили основные нагрузки действующие на фундамент:

;;;.

;;.

Провели проверку давлений по подошве фундамента.

Провели расчет основания фундамента по деформациям.

Определили осадку фундамента .

Провели расчет основания фундамента по несущей способности

.

2.     Свайный фундамент

Глубина заложения фундамента равна .

Провели выбор свай С 6-30.

Определили количество свай n=3,3 и разместили их в шахматном порядке, в 2 ряда.

Размеры ростверка bр=1500 мм, h=500 мм.

Определили основные нагрузки действующие на фундамент:

; ;;.

; ;.

Провели проверку давлений по подошве фундамента.

Определили интенсивность давления по его подошве и сравнили ее с расчетным сопротивлением грунта

; - 262,19 кПа < 605,51 кПа .

Провели расчет основания фундамента по деформациям. Определили осадку фундамента .

На основании расчетов двух вариантов фундаментов: фундамента мелкого заложения и свайного фундамента можно сделать вывод - приемлемым и наиболее экономичным является применение рассчитанного в КР свайного фундамента.

Литература:

1.                Учебно-методическое пособие для выполнения курсового проекта по теме «Вариантное проектирование фундаментов сооружений» часть I, II – ЧГУ, 1997 г.

2.                СНиП 2.02.01-83 «Основания здания и сооружений». Стройиздат, 1985 г.

3.                СНиП 2.03.03-85 «Свайные фундаменты» Госстроя СССР,1986 г.

4.                СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции». Стройиздат, 1985 г.

5.                Л.Н. Шутенко, А.Д. Гильман, Ю.Т. Лупан «Основания и фундаменты. Курсовое и дипломное проектирование» Высшая школа, Киев, 1989

6.                «Руководство по проектированию свайных фундаментов» НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР Москва Стройиздат 1980

Страницы: 1, 2, 3