Проектирование фундамента и основания для водонапорной башни

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

Алтайский Государственный  Аграрный Университет

 

 

Факультет Природообустройства

Кафедра инженерных сооружений

 

Специальность: Механика грунтов, основания и фундаменты

 

 

 

 

 

 

Курсовая  работа

На тему: Проектирование фундамента и основания для водонапорной башни

 

 

 

 

Выполнил:

 

Проверил: Щеглов С.П.

 

 

 

 

Барнаул 2012

 

 

Оглавление

Исходные данные 3

1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГРУНТОВ ПЛОЩАДКИ 4

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА ВОДОНАПОРНОЙ БАШНИ 7

 

Исходные данные

Геологический разрез площадки строительства с  описанием инженерно-геологических  и гидрогеологических условий:

Наименование грунтов напластований	Мощность пласта, м	Влажность, %			Удельный вес ,	Удельный вес частиц грунта ,	Угол внутр. трения , град.	Удельное сцепление , кПа	Модуль  деформации , МПа	УГВ, м	Район строительства
Песок пылеватый	1,9	24			19,0	26,1	28	3	14,5	1,9	Тобольск
Песок ср. крупности	2,5	25			19,0	24,3	34	1,5	35
Глинистый	6,9	20	18,5	26	19,5	27,3	24	28	19,5
Песок крупный	11	23			19,5	23,0	43	2	50

 

 

Проектные размеры водонапорной башни:

Высота ствола башни	Внешний диаметр ствола башни	Высота резервуара	Внешний диаметр резервуара	Толщина стен ствола башни	Толщина стенок и днища резервуара	Высота крыши
20	8,6	9	9,6	0,38	0,15	1

 

 

1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГРУНТОВ ПЛОЩАДКИ

Инженерно-геологические  условия площадки строительства  изучаются для получения сведений о свойствах грунтов.

Сводную таблицу (Табл. 1) литологического состава  и физико-механических характеристик  грунтов составляем на основании  физических характеристик, принятых по исходным данным проектного задания и расчетным, а также механических характеристик, определяемых по таблицам (2-7).

Физические характеристики, определяемые опытным путем

• Влажность грунтов,   , %  или в д.е.
• Удельный вес грунта,   , кн/м³.
• Удельный вес частиц,   , кн/м³.

 

Таблица 1

Физико-механические характеристики грунтов для фундаментов на естественном основании

№ инжен.-геологич. элемента	Наименование  элемента	Влажность природная, , %	Влажность на границе  пластичности, , %	Влажность на границе  текучести, , %	Число пластичности,  , %	Показатель текучести	Удельный вес грунта , кН/м3	Удельный вес частиц, ,  кН/м3	Удельный вес сухого грунта,  ,  кН/м3	Коэфф. пористости	Пористость , %	Степень влажности	Удельный вес грунта взвешенного в воде, , кН/м3	Угол внутреннего трения  , градусы	Удельное сцепление  , кПа	Модуль деформации в естествен. состоянии, , МПа	Условное расчетное сопротивление, , кПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	Песок пылеватый	24					19	26,1	15,3	0,71	41,4	0,88	9,4	28	3	14,5	100
2	Песок ср. крупности	25					19	24,3	15,2	0,6	37,4	1,01	8,9	34	1,5	35	400
3	Глинистый	20	18,5	26	7,5	0,2	19,5	27,3	16,3	0,68	40,5	0,80	10,3	24	28	19,5	236
4	Песок крупный	23					19,5	23	15,9	0,45	31,4	1,18	8,9	43	2	50	600

 

 

• Влажность на границе раскатывания,   w_р, %.
• Влажность на границе текучести,   w_L, %.

Физические характеристики, определяемые расчетом

• Удельный вес сухого грунта, , кн/м³.
• Коэффициент пористости,  .
• Пористость,  .
• Удельный вес грунта взвешенного в воде, , кн/м³ .
• Число пластичности, , %.
• Показатель текучести, .
• Степень влажности, ,

где значения влажности () подставляются в долях единицы; - удельный вес воды.

В процессе расчета  физических характеристик грунтов  должна быть выполнена их классификация  в соответствии с требованиями таблиц, приведенных ниже, в том числе:

• пылевато-глинистых грунтов по виду согласно табл. 2;
• песчаных грунтов по водосодержанию  –  табл. 3;
• пылевато-глинистых грунтов по консистенции  –  табл. 4;
• песчаных грунтов по плотности сложения  -  табл. 5.
• условное расчетное сопротивление песчаных и пылевато-глинистых грунтов – таблицы 6 и 7.

Классификация соответствующих  характеристик элементов грунтов:

1. Песок пылеватый ср. плотности насыщенный водой
2. Песок ср. крупности ср. плотности насыщенный водой
3. Глины полутвердые суглинок
4. Песок крупный плотный насыщенный водой

 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ФУНДАМЕНТА ВОДОНАПОРНОЙ БАШНИ

Расчет оснований и фундаментов производится по расчетным нагрузкам, которые определяются как произведение нормативных нагрузок на соответствующие коэффициенты. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений ведется в основном по II группе предельных состояний по деформациям.

2.1. Установление величины нормативных  и расчетных нагрузок

2.1.1. Нормативная нагрузка - определяется от веса водонапорной башни, от снеговой и ветровой нагрузок:

а) Нагрузка от веса водонапорной башни определяется по формуле:

                                 ,                                       (1)

 

где – вес ствола, кН;

 – удельный  вес материала ствола башни (табл. 8);

 – объем  стен ствола башни;

 

 –  вес резервуара. кН;

 – удельный  вес материала резервуара (табл. 8);

 – объем  стен резервуара;

 

 –  вес воды в резервуаре, кН;

 – удельный  вес воды;

 – объем  воды в резервуаре;

 

При подсчете объема воды в резервуаре принять  наполнение резервуара равным 90 % его  емкости.

 –  вес прочих элементов сооружения, кН.

Вес прочих элементов может быть определен по приближенной формуле:

                                                                      (2)

 

б) Снеговая нагрузка определяется по формуле:

                                                                                                (3)

где - нормативная снеговая нагрузка на 1 площади горизонтальной проекции крыши (табл. 9).

  - площадь горизонтальной проекции крыши, .

 

в) Ветровая нагрузка рассчитывается для каждой высотной зоны наземной части водонапорной башни по формуле:

                                                                                                    (4)                              

где - нормативный ветровой напор на 1 площади вертикальной проекции соответствующей высотной зоны башни, ;

-  площадь вертикальной  проекции соответствующей высотной  зоны башни, .

Нормативный ветровой напор определяется для  каждой высотной зоны по формуле:

                                                                                                     (5)

где - нормативный скоростной напор ветра по высотным зонам (табл. 10);

 - аэродинамический коэффициент.

Для ствола и резервуара башни (как для цилиндра) величина аэродинамического коэффициента . Для крыши аэродинамический коэффициент определяется в зависимости от угла ската по интерполяции между значениями.

Для высотных сооружений, каким является проектируемая  водонапорная башня, первая надземная  ветровая зона принимается равной 10 м, вышележащие зоны не более 10 м каждая.

 

 

 

 

Ветровая нагрузка по высотным зонам:

 

 

 

 

2.1.2. Расчетная нагрузка определяется как произведение нормативной нагрузки на соответствующий коэффициент перегрузки (табл. 10).

;

;

.

 

 

 

 

 

 

2.1.3. Суммарные нагрузки

а) вертикальная, нормативная и расчетная:

                                                                                              (6)      

                                                                                               (7)      

 

 

б) горизонтальная, нормативная и расчетная:

                                                                                                       (8)

                                                                                                        (9)

 

 

2.1.4. Нормативный изгибающий момент

Величина  изгибающего момента определяется в сечении сопряжения ствола башни  с фундаментом от действия ветровой нагрузки.

                      (10)

 

2.1.5. Эксцентриситет суммарной вертикальной нагрузки

                                                                                                         (11)

 

2.2. Определение глубины заложения  фундамента

Глубина заложения фундамента на естественном основании должна приниматься исходя из следующих основных моментов:

1. Конструктивных особенностей проектируемого сооружения. Необходимо рассмотреть наличие в сооружении подвального помещения, приямков, сточных каналов и т.д. Глубину заложения фундамента в этом разделе определяют по формуле

 

где - глубина подвала, приямка и т.д., м.

2. Инженерно-геологических условий площадки строительства: залегание на определенной глубине грунта, обладающего достаточной несущей способностью, наличие слабых подстилающих слоев, характер напластовывания. Кроме этого, необходимо учесть, в каком состоянии находится грунт и каково его расчетное сопротивление. Для предварительной оценки можно считать, что грунт обладает удовлетворительной несущей способностью и пригоден в качестве естественного основания, если расчетное сопротивление его превышает 200 кПа. Нельзя использовать в качестве естественного основания для фундаментов мелкого заложения глинистые грунты, находящиеся в текучем состоянии, и рыхлые пески.
3. Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов.