Проектирование фундамента под крайнюю рядовую колонну одноэтажного промышленного здания

Федеральное государственное  образовательное учреждение  
высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

инженерно-строительный институт

Институт

 

 

 

ГОРОДСКИЕ ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ И  ФУНДАМЕНТЫ

Кафедра

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Проектирование фундамента под  крайнюю рядовую колонну одноэтажного промышленного здания

тема проекта 

 

 

Пояснительная записка

 

Руководитель        __________                                    С.А.Ханаков

                                            подпись, дата                должность, ученая степень  инициалы, фамилия

 

Студент     ЗСФ 08-21К     410809488                                      Н.Д.Калинникова

                           номер группы    № зачетной книжки        подпись,дата   инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2013

 г.

Содержание

	Введение	3
1.	Задание на проектирование	4
2.	Проектирование столбчатого  фундамента	5
2.1.	Оценка инженерно-геологических  условий площадки строительства	5
2.2.	Определение глубины заложения  фундамента	9
2.3.	Определение нагрузок, действующих  на фундамент и основание	10
2.4.	Определение размеров подошвы  фундамента	11
2.5.	Определение расчетного сопротивления  грунта основания	12
2.6.	Проверка условий расчета  основания по деформациям	13
2.7.	Проверка давления на кровлю слабого грунта	16
2.8.	Определение средней осадки основания методом послойного суммирования	16
2.9.	Конструирование столбчатого  фундамента	19
3.	Проектирование свайного фундамента	24
3.1.	Назначение вида сваи и ее параметров	24
3.2.	Определение несущей способности  забивной сваи	25
3.3.	Определение числа свай в  фундаменте и эскизное конструирование  ростверка	28
3.4.	Расчет свайного фундамента по несущей способности грунта основания	32
3.5.	Определение осадки свайного фундамента	33
3.6.	Выбор сваебойного оборудования. Назначение расчетного отказа	36
3.7	Конструирование свайного фундамента	37
4.	Расчет стоимости  и трудоемкости возведения столбчатого  и свайного фундаментов	44
	Заключение	47
	Список литературы	48

 

 

Введение

 

Любое здание или сооружение строится на грунтовом основании, возводится из грунта как строительного материала или располагается в его толще. Его прочность, устойчивость и нормальная эксплуатация определяются не только конструктивными особенностями здания или сооружения, но и свойствами грунта, условиями взаимодействия здания или сооружения и основания.

Проектирование оснований  и фундаментов заключается в  выборе основания, типа конструкции  и основных размеров фундамента и  в их совместном расчете как одной  из частей сооружения. Эта, на первый взгляд, простая задача имеет ряд особенностей, значительно осложняющих ее решение.

Основание, фундамент и  наземная конструкция неразрывно связаны, влияют друг на друга и должны рассматриваться как единая система.  Деформация и устойчивость грунтов зависят от особенности приложения нагрузки, размеров и конструкции фундамента и всего сооружения. В свою очередь, основные размеры фундамента и конструктивная схема сооружения определяются геологическим строением сжимающих грунтов, а также воспринимаемым давлением. Задача осложняется еще и особенностями строительной площадки и условиями производства работ, причем для одной и той же площадки могут быть приняты несколько вариантов решений.

Стоимость фундаментов составляет в среднем 12% от стоимости сооружения, трудозатраты достигают 15% от общих  затрат труда, а продолжительность  работ по возведению фундаментов  доходит до 20% срока строительства  здания или сооружения, поэтому совершенствование  проектных и технологических  решений в области фундаментостроения приводит к большой экономии материальных и трудовых ресурсов, сокращению сроков строительства зданий и сооружений.

 

2. Проектирование  столбчатого фундамента

 

Выполняется проектирование в следующей последовательности операций:

1. оценка инженерно-геологических условий площадки строительства;
2. назначение глубины заложения фундамента;
3. предварительное определение размеров подошвы фундамента и его веса;
4. приведение нагрузки к подошве фундамента;
5. установление расчетного сопротивления грунта основания;
6. проверка соблюдения условий расчета по деформациям и корректировка размеров подошвы фундамента;
7. проверка давления на кровлю слабого слоя;
8. определение средней осадки основания фундамента методом послойного суммирования;
9. конструирование фундамента, расчет его железобетонной конструкции;
10. определение объемов работ и стоимости столбчатого фундамента;
11. оформление чертежа и расчетно-пояснительной записки.

 

2.1. Оценка инженерно-геологических  условий площадки строительства

 

Проектирование начинается с ознакомления с грунтовыми условиями, расчета показателей. При этом необходимо руководствоваться следующими рекомендациями. Число строк в заполняемой таблице должно соответствовать числу слоев грунта в задании. При наличии уровня подземных вод, находящегося в водопроницаемом слое, число строк увеличивают на одну, чтобы обозначить части слоя грунта, находящегося над и под горизонтом подземных вод. В последнем случае грунт считается насыщенным водой, т.е. коэффициент водонасыщения грунта S_r=1.

Физические характеристики грунта находят по формулам:

ρ_d =ρ_s/(1+e), (1);

ρ=ρ_d(1+w), (2);

S_r = wρ_s/eρ_w, (3);

где ρ_s - плотность частиц грунта, значение которой принимают для песчаных  и крупнообломочных грунтов равным 2,66 т/м³, для пылевато-глинистых грунтов равным 2,7 т/м³; ρ_w - плотность воды (равна 1 т/м³);

r_d = r/(1+w), (4) ;

е = (r_s- r_d)/r _d , (5);

Для грунтов, находящихся  выше уровня подземных вод, а также  для водонепроницаемых грунтов (ил, суглинок, глина), расположенных под водой удельный вес рассчитывают по формуле:

γ=ρ∙g, (6);

где g – ускорение свободного падения.

В тех случаях, когда водопроницаемый  грунт расположен ниже горизонта  подземных вод, определяют удельный вес с учетом взвешивающего действия воды γ_sb по формуле:

  g_sb = g(r_s – 1) / (1 + e), (7).

Для водонепроницаемых грунтов  дополнительных значений не находят, заносят  значения r, γ, С, φ , E . В остальных случаях ставится прочерк.

Полное наименование грунта принимают для песчаных грунтов  в зависимости от плотности сложения, табл.4 /1/ и степени влажности , табл.5/1/, для глинистых – по показателю текучести , табл.6/1/, который определяют по формуле: 

 J_L = (w-w_Р)/(w_L-w_P), (8);

где w_L и w_P – влажности соответственно на границе текучести и на границе пластичности.

Нормативные значения характеристик  С_II, φ_II, E принимают по табл.7 и табл.8 /1/.

Расчетное сопротивление  грунта R_o для предварительного определения размеров подошвы фундамента принимают по табл.9 /1/.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В ходе выполнения оценки грунтовых  условий было выявлено:

1. наличие пучинистых грунтов – супесей, а также суглинков;

2. наличие слабых грунтов  (супесей) которые не могут  служить основанием для фундаментов  мелкого заложения и песков  мелких, слой которых желательно  прорезать сваями;

3. заглубить сваи необходимо  в более сильные грунты –  песок крупный, а песок мелкий  может служить основанием для  столбчатого фундамента.

 

2.2. Определение глубины заложения фундамента

 

Глубина заложения фундамента принимается как наибольшая из следующих трех условий:

1. конструктивного;
2. промерзания в пучинистых грунтах;
3. заглубления подошвы фундамента в слой грунта с лучшими строительными свойствами (более прочный и менее деформационный).

Конструктивная глубина  заложения зависит от обеспечения заделки для фундаментов под колонны наименьшей толщины плиты фундамента, наличия подвала, прокладок инженерных сетей, а также нагрузки.

В пучинистых грунтах глубина заложения фундамента должна быть больше расчетной глубины промерзания, чтобы исключить воздействие нормальных сил пучения грунта на подошву фундамента.

Расчетная глубина промерзания  грунта определяется по формуле:

d_f=к_n∙d_fn, (9) ;

где k_n – коэффициент влияния теплового режима сооружения, составляющий для наружных стен отапливаемых промышленных зданий с полами по

грунту 0,7;

d_fn – нормативная глубина промерзания суглинков и глин (г. Красноярска – 3,13).

d_fn=3,13;

d_f=к_n∙d_fn=0,7∙3,13=2,2м.

Так как грунты, песок пылеватый, является пучинистым, то необходимо заложить фундамент ниже уровня промерзания грунта. При этом следует предусматривать, чтобы расстояние от подошвы фундамента до подошвы грунта, в котором он залегает было более 0,5м, а заглубление подошвы фундамента в кровлю нижележащего грунта не менее чем на

0,3м 

Целесообразно также размещать подошву столбчатого фундамента выше уровня грунтовых вод не менее чем на 0,5 м, поскольку работы в водонасыщенных грунтах не возможны без водоотлива (водопонижения) и ограждения котлована.

Слой грунта, в котором можно было бы заложить фундамент, исходя из минимальных конструктивных требований и условий размещения фундамента в просадочных грунтах–песок пылеватый

основания предпочтителен слой более прочного (малосжимаемого) грунта, залегающий выше подземных вод и не ниже 5м. В виду того, что он является просадочным, фундамент закладывается ниже уровня промерзания грунта.

Для обеспечения заглубление подошвы фундамента в кровлю данного грунта (песка мелкого) не менее чем на 0,3м, необходимо выполнить вычисление:

d=2,2+0,3=2,3м (2,0 – отметка кровли грунта – песок мелкий).

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что наиболее подходящая глубина заложения фундамента по трем условиям составляет 2550 мм (кратна 150мм), при этом высота фундамента будет равняться 2400мм (кратна 300мм). При этом соблюдается расстояние от подошвы фундамента до уровня грунтовых вод (3,35>0,5м).

 

2.3. Определение нагрузок, действующих на фундамент и основание

 

Согласно заданию на проектирование  на обрез  фундамента    (на отметке – 0,15м) действуют две самые неблагоприятные комбинации нагрузок:

1) N_max, M_соотв., Q_соотв., N_ст.,

2) M_max, N_соотв., Q_соотв., N_ст.

Значения этих нагрузок даны для расчета по первой группе предельных состояний. При расчете по второй группе предельных состояний значения N, M, Q необходимо разделить на коэффициент надежности по нагрузке 1,15, а величину N_ст – на коэффициент 1,1.

Сбор нагрузок осуществляется следующим образом. Для расчета  тела

фундамента нагрузки принимаются  по заданию. При этом к значениям  нагрузки N_max и N_соотв. прибавляется значение N_ст.. Для расчета основания по деформациям все нагрузки приводят к подошве фундамента. К вертикальной нагрузке добавляют вес фундамента G, а к моментам, действующим на обрезе фундамента – моменты, возникающие от N_ст. и Q, с плечом соответственно равным a,м и (d-0,15),м.  

Определение нагрузок

Таблица 2.

Расчетная схема	Вид расчета	Комбинация	N, кН	M, кН∙м	Q, кН
	Для расчета тела фундамента по I предельному состоянию	I	Nmax+Nст.= 1550+140= 1410	Mсоот.-Nст.∙а=75-140*0,45= -30	Qсоот.=20
		II	Nсоотв.+Nст.= 1500+140= 1360	-Mmax-Nст.∙а=95-140*0,45=32	-Qсоот.= 20
	Для расчета основания  по II предельному состоянию	I	Nmax/1,15+    +Nст./1,1+G= 1550/1,15+140/1,1+261,36=1645,35	Mсоотв/1,15+Q(d-0,15)/1,15-Nст.a/1,1=75/1,15+20(2,55-0,15)/1,15-140*0,45/1,1= 49,66	Q/1,15= 20/1,15=17,39
		II	Nсоотв./1,15+ +Nст./1,1+G= 1440/1,15+145/1,1+261,36=1523,61	-Mmax/1,15-Q(d-0,15)/1,15-Nст.a/1,1=95/1,15+20(2,55-0,15)/1,15-140*0,45/1,1= 67,05	-Q/1,15= 20/1,15=17,39

 

2.4. Определение размеров подошвы фундамента

 

Площадь подошвы определяется по формуле:

А = N_OII/(R_o-γ_mt∙d), (10);                                       

где N_OII – максимальная сумма нормативных вертикальных нагрузок действующих на обрезе фундамента, кН;