Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

 

Кафедра оснований и фундаментов

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

Расчет и проектирование

Оснований и фундаментов промышленных зданий

 

Вариант 5

Грунтовые условия 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преподаватель                                                                               Букша В.В.

Студент гр. С-38013                                                                      Буряк А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2011

1. Исходные данные

Рассчитываем и проектируем  основание и фундаменты одноэтажного однопролетного промышленного здания. Габаритные параметры и характеристика условий строительства приводятся в таблице 1

Таблица 1

Параметры задания

L, м	H, м	Hпр, м	Q, т	tвн, °С	Район строительства	Mt	S0, кПа	W0, кПа
48	21,6	-5,2	15	10	Пермь	55,2	2,0	0,30

Габаритные схемы поперечного  разреза и плана здания показаны на рис.1.

Металлические колонны основного каркаса имеют  жесткое сопряжение со стальными  фермами, шаг колонн каркаса 12 м. Шаг стальных стоек торцевого фахверка 6 м.

Инженерно-геологические условия  площадки строительства  установлены  бурением  4 скважин на глубину  20 м (таблица 2).  Подземные воды  во  всех скважинах распложены на глубине 0,9 м от отметки природного рельефа NL. Исходные показатели физико-механических свойств грунтов приведены в таблице 3.

Таблица 2

Инженерно-геологический условия площадки

№ слоя	Тип грунта	Обозначение	Толщина слоя, м
			скв.1 65.000	скв.2 66.100	скв.3 64.800	скв.4 65.700
1	Почвенно-растительный слой	h0	0,3	0,3	0,3	0,3
2	Суглинок	h1	6,00	6,01	5,70	5,60
3	Суглинок	h2	1,80	2,00	1,65	1,80
4	Пески мелкие	h4	Толщина слоя бурением до глубины 20 м не установлена

Таблица 3

Исходные  показатели физико-механических свойств грунтов

№ слоя	Тип грунта	ρn, т/м3	W, %	ρs, т/м3	ρI/ ρII т/м3	Wp, %	WL, %	Kф, см/с	Е, МПа	сI/ сII кПа	jI/jII град
2	Суглинок	1,95	26,4	2,70	1,90/ 1,92	22,9	32,9	3,9* 10-7	14,0	15,0/ 23,0	19/21
3	Суглинок	1,94	26,9	2,73	1,89/ 1,91	16,4	31,9	2,5* 10-7	10,0	12,0/ 18,0	15/17
4	Глины пески мелкие	1,98	21,7	2,67	1,93/ 1,95	-	-	3*   10-7	28,0	1,0/ 2,0	29/32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение нагрузок, действующих на фундаменты

Расчет  нормативных значений усилий на уровне обреза фундаментов от нагрузок, воспринимаемых рамой каркаса (постоянная, снеговая, ветровая и крановая), выполняется  на ЭВМ. Наиболее нагруженными являются фундаменты по оси Д; нормативные значения усилий этих фундаментов приведены в таблице 4.

Таблица 4

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундаментов  по оси Д от нагрузок и воздействий, воспринимаемых рамой каркаса

Усилие	Размерность	Нагрузки
		Постоянные(1)	Снеговые (2)	Ветровые (3)	Крановые (4)
N	кН	1336,7	576,0	0	338,1
M	кНм	-336,3	0	-756,7	-88,6
Q	кН	-15,6	0	-81,5	-4,2

Таблица 5

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундамента для основных сочетаний нагрузок

Усилие	Размерность	Индексы нагрузок и правило подсчета
		(1)+(2)	(1)+(3)	(1)+(4)	(1) + 0,9*[(2)+(3)+(4)]
Nn	кН	1912,7	1336,7	1674,8	2159,4
Mn	кНм	-336,3	-1093,0	-424,9	-1097,1
Qn	кН	-15,6	-96,7	-19,4	-92,7

Наиболее неблагоприятным является сочетание из постоянной (1) и всех кратковременных 0,9*[(2) + (3) + (4)] нагрузок.

Для расчетов по деформациям (γ_f = 1.0):

N _{col, II} = N_n × γ_f = 2159,4 × 1 = 2159,4 кН

M _{col, II} = M_n × γ_f = 1097,1 × 1 = -1097,1 кН×м

Q _{col, II} = Q_n × γ_f = 96,7 × 1 = 96,7 кН

Для расчетов по несущей способности (γ_f = 1,2):

N _{col, I} = N_n × γ_f = 2159,4 × 1,2 = 2591,3 кН

M _{col, I} = M_n × γ_f = 1097,1 × 1,2 = 1316,5 кН×м

Q _{col, I} = Q_n × γ_f = 96,7 × 1,2 = 116 кН

 

3. Оценка инженерно – геологических и гидрогеологических условий площадки строительства

Планово-высотная привязка здания на площадке строительства  приведена на рис.1. (размеры и отметки в метрах). Инженерно-геологические разрезы, построенные по скважинам 1,2, показаны на рис. 2.

Вычисляем необходимые показатели свойств  и состояния грунтов по приведенным  в таблице 3 исходным данным. Результаты вычислений представлены для всех слоев в таблице 6.

Таблица 6

Показатели  свойств и состояния грунтов (вычисляемые)

№ слоя	ρd, т/м3	n, %	e	Sr	Ip, %	IL	γI/ γII, кН/м3	γs, кН/м3	γsb,  кН/м3	Rусл, кПа
1 суглинок	1,54	43	0,75	0,94	10	0,35	18,64/18,84	26,49	9,42	275,56
5 суглинок	1,53	44	0,79	0,93	15,5	0,68	18,54/18,74	26,78	9,37	256,49
41 пески мелкие	1,63	39	0,64	0,92	-	-	18,93/19,13	26,19	9,87	808,57

Примечание. Наименование грунта по ГОСТ 25100-95: 2-й слой – суглинок мягкопластичный; 3-й слой – суглинок текучепластичные ; 4-й слой – Глины пески мелкие.

Слой 2 – суглинок

Плотность сухого грунта: ρ_d =ρ_n /(1 + 0,01×W) = 1,95/ (1+0,01*26,4) = 1,54 т/м³

Пористость: n = (1 – ρ_d /ρ_s) ×100 = (1 – 1,54 /2,7) ×100 = 43%

Коэффициент пористости: e = n/(100 – n) = 43/(100 – 43) = 0,75

Степень влажности: S_r=W×ρ_s/(e×q_w)= 26,4/100×2.7/(0.75×1)=0.75, где q_w = 1 т/м³ – плотность воды

Число пластичности: I_p = W_L – W_р = 32,9-22,9=10%

Показатель  текучести: I_L = (W – W_р) /(W_L – W_р)= (26,4 –22,9) /(32,9 – 22,9)=0,4

Расчетные значения удельного веса и удельного  веса частиц:

γ_I = ρ_I×g = 1,9×9,81=18,64;

γ_II = ρ_II×g = 1.92×9,81=18,84;

γ_s = ρ_s×g = 2.70×9,81=26.49.

Удельный  вес грунта, расположенного ниже УПВ, с учетом взвешивающего действия воды:

γ_sb = (γ_s -γ_w) /(1+e)= (26,49 -10) /(1+0,75)=9,42,

где γ_w = 10 кН/м³ – удельный вес воды

Для определения условного расчетного сопротивления грунта по формуле (7) СНиП 2.02.01-83* принимаем условные размеры  фундамента d₁ = d_усл = 2 м и b_усл =1 м (п.1.3.4) и установим в зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания коэффициенты g_c1, g_c2, k, M_g, M_q и M_c. Коэффициенты g_c1, g_c2 принимаем по табл.3 СНиП 2.02.01-83*: для суглинка (I_L<0,5) g_c1=1,2; для здания с гибкой конструктивной схемой g_c2=1. Коэффициент k=1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01-83*. Для j_II=21° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем M_g=0,56, M_q=3,24, M_c=5,84.

Удельный  вес грунта выше подошвы условного  фундамента до глубины d_w=0,90 м принимаем без учета взвешивающего действия воды γ_II=18,84, а ниже уровня УПВ, т.е. в пределах глубины d=d_усл- d_w и ниже подошвы фундамента, принимаем γ_sb =9,42 кН/м³ (п 1.3.4); удельное сцепление с_II=23 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=1,2*1,0/1·(0,56·1·1·9,42+3,24· [0,95·18,84+(2-0,95) ·9,42] +5,84·23) = 275,56 кПа.

Полное  наименование грунта слоя № 2 по ГОСТ 25100-95 - суглинок тугопластичный. Этот грунт может быть использован как естественное основание, поскольку имеет достаточную прочность. (R_усл= 275,56 кПа).

Слой 3 – суглинок

Плотность сухого грунта: ρ_d =ρ_n /(1 + 0,01×W) = 1,94/ (1+0,01*26,9) = 1,53 т/м³

Пористость: n = (1 – ρ_d /ρ_s) ×100 = (1 – 1,53 /2,73) ×100 = 44%

Коэффициент пористости: e = n/(100 – n) = 44/(100 – 44) = 0,79

Степень влажности: S_r=W×ρ_s/(e×q_w)= 26,9/100×2.73/(1×1)=0,93, где q_w = 1 т/м³ – плотность воды

Число пластичности: I_p = W_L – W_р = 31,9-16,4=15,5%

Показатель  текучести: I_L = (W – W_р) /(W_L – W_р)= (26,9 –16,4) /(31,9 – 16,4)=0,7

Расчетные значения удельного веса и удельного  веса частиц:

γ_I = ρ_I×g = 1,89×9,81=18,54;

γ_II = ρ_II×g = 1.91×9,81=18,74;

γ_s = ρ_s×g = 2.73×9,81=26.78.

Удельный  вес грунта, расположенного ниже УПВ, с учетом взвешивающего действия воды:

γ_sb = (γ_s -γ_w) /(1+e)= (26,78 -10) /(1+0,79)=9,37,

где γ_w = 10 кН/м³ – удельный вес воды

Для определения условного расчетного сопротивления грунта по формуле (7) СНиП 2.02.01-83* принимаем условные размеры  фундамента d₁ = d_усл = 2 м и b_усл =1 м (п.1.3.4) и установим в зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания коэффициенты g_c1, g_c2, k, M_g, M_q и M_c.  Коэффициенты g_c1, g_c2 принимаем по табл.3 СНиП 2.02.01-83*: для суглинка (I_L>0,5) g_c1=1; для здания с гибкой конструктивной схемой g_c2=1. Коэффициент k=1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01-83*. Для j_II=17° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем M_g=0,39, M_q=2,57, M_c=5,15.

Удельный  вес грунта выше подошвы условного  фундамента до глубины d_w=0,90 м принимаем без учета взвешивающего действия воды γ_II=18,74, а ниже уровня УПВ, т.е. в пределах глубины d=d_усл- d_w и ниже подошвы фундамента, принимаем γ_sb =9,37 кН/м³ (п 1.3.4); удельное сцепление с_II=18 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

= 1*1/1*(0,39*1*1*9,37+2,57*(0,95*18,74+(5,7-0,95)*9,37)+5,15*18)=256,49 кПа

Полное  наименование грунта слоя № 3 по ГОСТ 25100-95 - суглинок мягкопластичный.

Слой 4 – глины пески мелкие

Плотность сухого грунта: ρ_d =ρ_n /(1 + 0,01×W) = 1,98/ (1+0,01*21,7) = 1,63 т/м³

Пористость: n = (1 – ρ_d /ρ_s) ×100 = (1 – 1,63 /2,67) ×100 = 39%

Коэффициент пористости: e = n/(100 – n) = 39/(100 – 39) = 0,64

Степень влажности: S_r=W×ρ_s/(e×q_w)= 21.7/100×2.67/(0,64×1)=0,92, где q_w = 1 т/м³ – плотность воды

Расчетные значения удельного веса и удельного  веса частиц:

γ_I = ρ_I×g = 1,93×9,81=18,93;

γ_II = ρ_II×g = 1.95×9,81=19,13;

γ_s = ρ_s×g = 2.67×9,81=26.19.

Удельный  вес грунта, расположенного ниже УПВ, с учетом взвешивающего действия воды: