7463

Вариантное проектирование фундаментов промышленного здания

Курсовая

Архитектура, проектирование и строительство

Тема: Вариантное проектирование фундаментов промышленного здания 1. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства 1.1.Определение наименования грунтов, их состояния, величины условного расчетного сопротивления Рассмотрим грунты, данн...

Русский

2013-01-24

160.5 KB

10 чел.

Тема: Вариантное проектирование фундаментов

промышленного здания

1. Оценка инженерно-геологических условий

площадки строительства

1.1.Определение наименования грунтов, их состояния,

величины условного расчетного сопротивления

Рассмотрим грунты, данные о свойствах которых представлены в задании.

Образец грунта №1, шурф 1 насыпь неслежавшаяся.

Образец грунта №2, шурф 1.

Тип песка определяется по гранулометрическому составу, приведенному в соответствующей строке исходных данных о свойствах грунтов.

В исследуемом грунте вес частиц крупнее 0,25 мм составляет 18,4+32,4=50,8%, что больше 50%.

Таким образом, данный песок средней крупности.

Вид песка определяется по коэффициенту пористости:

е = (s/)*(1+W)-1 = (27,01/20,5)*(1+0,19)-1 = 0,57.

По таблице ГОСТ 25100-82 для песка средней крупности рассчитанное значение находится в пределах 0,55<е<0,7. Следовательно, исследуемый песок средней плотности.

Разновидность песка определяется по степени влажности, как:

Sr = (W*s)/(e*w) = (0,19*27,01)/(0,57*10) = 0,9

что в соответствии с ГОСТ 25100-82 находится в интервале 0,8<Sr1. Следовательно, песок насыщенный водой.

При e=0,57 условное расчетное сопротивление для песка средней крупности, средней плотности R0=400 кПа.

Полное наименование исследуемого грунта: песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой, R0=400 кПа.

Образец грунта №3, шурф 1.

Для определения грунта вычисляется число пластичности:

Ip = WL – Wp = 20,6-16,3 = 4,3;

следовательно, исследуемый грунт супесь.

Разновидность грунта определяется по показателю текучести:

IL = (W-Wp)/(WL-Wp) = (19,1-16,3)/(20,6-16,3) = 0,65;

следовательно, супесь пластичная.

Дополнительно вычисляем коэффициент пористости:

e = (s/)*(1+W)-1 = (27,2/20,8)*(1+0,191)-1 = 0,56.

В соответствии с прил. 3 при IL=0,65 и e=0,56 условное расчетное сопротивление R0=240 кПа.

Полное наименование исследуемого грунта: супесь пластичная, R0=240 кПа.

Образец грунта №4, скважина 2.

Тип грунта определяется по гранулометрическому составу, приведенному в соответствующей строке исходных данных о свойствах грунтов.

В исследуемом грунте вес частиц крупнее 0,25 мм составляет: 25,45+15,4+17,7=58,55%,

что больше 50%.

Таким образом, данный песок средней крупности.

Вид песка определяется по коэффициенту пористости:

e = (s/)*(1+W)-1 = (27,31/21,5)*(1+0,184)-1 = 0,5

что находится в пределах e<0,55. Следовательно, исследуемый песок плотный.

Разновидность песка определяется по степени влажности, как:

Sr = (W*s)/(e*w) = (0,184*27,31)/(0,5*10) = 1,

что находится в пределах 0,8< Sr ≤1. Следовательно, песок насыщенный водой.

При e=0,5 условное расчетное сопротивление для песка средней крупности R0=500 кПа.

Полное наименование исследуемого грунта: песок средней крупности, плотный, насыщенный водой, R0=500 кПа.

Образец грунта №5, скважина 2.

Для определения грунта вычисляется число пластичности:

Ip = WLWp = 34,1-18,8 = 15,3;

следовательно, исследуемый грунт суглинок.

Разновидность грунта определяется по показателю текучести:

IL = (W-Wp)/(WL-Wp) = (25,2-18,8)/(34,1-18,8) = 0,4

что находится в пределе 0,25≤ IL ≤0,5. Следовательно, суглинок тугопластичный.

Дополнительно вычисляем коэффициент пористости:

e = (s/)*(1+W)-1 = (27,3/20,8)*(1+0,252)-1 = 0,6.

В соответствии с прил. 3 при IL=0,4 и e=0,6 условное расчетное сопротивление R0=280 кПа.

Полное наименование исследуемого грунта: суглинок тугопластичный, R0=280 кПа.

1.2.Оценка геологического строения площадки

Из построенного геологического разреза следует, что грунты строительной площадки имеют слоистое напластование с согласным залеганием слоев, близких к горизонтальным и выдержанных по поверхности.

В толще грунтов залегают грунтовые подземные воды с абсолютной отметкой уровня 159,65 м.

Подземные воды неагрессивны к бетону. Напластование грунтов по оси проектируемого фундамента. С поверхности залегает слой насыпи мощностью 1 м, абсолютная отметка кровли слоя 160,65 м, подошвы 159,65 м. Далее залегает слой песка средней крупности, средней плотности, насыщенный водой мощностью 1,1 м. абсолютная отметка кровли 159,65 м, подошвы 158,55 м. Ниже залегает супесь пластичная мощностью 1,4 м, абсолютная отметка кровли слоя 158,55 м, подошвы 157,15 м. Далее залегает песок средней крупности, плотный, насыщенный водой мощностью 2,2 м, абсолютная отметка кровли 157,15 м, подошвы 159,35 м. Ниже залегает суглинок тугопластичный мощностью 8,3 м, кровли 159,35 м, подошвы 168,65 м. По предварительным данным слой песка средней крупности, средней плотности, насыщенный водой может быть использован в качестве естественного основания фундамента.

2. Фундамент мелкого заложения

на естественном основании

2.1. Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундаментов определяется в соответствии с учетом глубин сезонного промерзания грунта, положения УГВ, теплового режима и конструктивных особенностей сооружения.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов dfn=1 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунтов определяется как:

df = kh*dfn = 1,1*1 = 1,1 м;

где kh  коэффициент влияния теплового режима сооружения; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых зданий kh=1,1.

Из конструктивных требований при отсутствии подвала, минимальная глубина заложения столбчатого фундамента под железобетонную колонну dk определяется как:

dk = h’+0,2м = 1+0,2 = 1,2 м;

где h' глубина заделки колонны в фундамент h'=1,0 м.

0,2 м минимальная толщина дна стакана, м.

Проверяем условие недопущения морозного пучения грунтов основания. Для этого вычисляем глубину расположения УГВ.

d=160,65 159,65=1 м,

и величину df+2,0=3,1 м. В данном случае d< df+2,0 (1 м < 3,1 м). В этом случае для песка средней крупности глубина заложения фундамента не зависит от df. Т.к. верхний слой является насыпью неслежавшейся, то располагаем подошву фундамента в нижележащем слое. Окончательно с учетом всех требований глубина заложения фундамента принимается равной d1=1,5 м. Подошва фундамента в этом случае имеет абсолютную отметку 159,15 м и опирается на слой песка средней крупности, средней плотности.

2.2. Определение размеров подошвы внецентренно-нагруженного фундамента мелкого заложения

под колонну промышленного здания

Определение оптимальных размеров подошвы отдельных внецентренно-нагруженных фундаментов под колоны производится методом последовательных приближений в следующем порядке:

а) определяется требуемая площадь подошвы фундамента как центрально-нагруженного:

A = Np/(R0-*d1) = 1800/(400-20*1,5) = 4,9 м2.

где NP  расчетное значение вертикальной нагрузки на обрез фундамента, которое определяется при коэффициенте надежности по нагрузке f, равным f=1, NP=1800 кН;

R0  ориентировочное значение расчетного сопротивления грунта основания в уровне подошвы фундамента, определяемое по эпюре R0 геологического разреза, R0=400 кПа;

d1  глубина заложения подошвы фундамента, d1=1,5 м.

б) определяются размеры подошвы фундамента в плане, как имеющую квадратную форму:

b = A = 4,9 = 2,2 м.

в) уточняется величина расчетного сопротивления грунта основания для квадратного фундамента с шириной подошвы b=2,2 м:

R = (c1*c2)/k*[M*kz*b*II+Mq*d1*II+(M0-1)*dh*II+Mc*cII] = (1,4*1,2)/1*[1,24*1*2,2*20+5,95*1,5*20+(40-1)*0*20+8,24*0] = 392 кПа.

где k  коэффициент надежности, k=1;

c1, c2  коэффициенты условий работы, c1=1,4; c2=1,2;

M, Mq, Mc  коэффициенты принимаемые по СНиП в зависимости от угла внутреннего трения грунта основания фундамента , для песка средней крупности при =31º, M=1,24; Mq=5,95; Mc=8,24;

kz  коэффициент, принимаемый равным при b<10 м kz=1;

II, 'II  осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента, равные 20кН/м3;

CII=20 кПа;

db  глубина подвала, db=0 м;

b  ширина подошвы фундамента, b=2,2 м.

г) вычисляется эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента как:

ex = Mx/N,

где Mx  Расчетное значение суммарного изгибающего момента, передаваемого фундаментом на основание в уровне подошвы;

N  расчетное значение вертикальной нагрузки на основание включая вес конструкций, грунта на его ступенях и т.п.

Mx = Mp+Qp*d1,

где Mp, Qp – соответственно расчетные значения изгибающего момента и поперечного усилия в основном сочетании при f = 1,0.

Mp = 1*40 = 40кН*м; Qp = 1*90 = 90кН.

d1 = 1,5м.

Mx = 40+90*1,5 = 175 кН*м.

N = Np+G,

где Np = 1800 кН.

G = 1*b2**d1 = 1*2,22*20*1,5 = 145,2 кН.

N = 1800+145,2 = 1945,2 кН.

Тогда:

ex = 175/1945,2 = 0,09 м.

Поскольку:

ex=0,09>0,033l=0,0332,2=0,07 м,

но меньше

l/6 = 2,2/6 = 0,4 м,

Принимается прямоугольная в плане подошва фундамента, для чего увеличивается ее размер в направлении изгибающего момента. Для этого вычисляется коэффициент увеличения k0 по формуле:

k0 = (N+N2+24Mx*(0,4*b*d1+1,2*N/b))/0,8*(b2*d1+3*N) = (1945,2+1945,22+24*175*(0,4*2,2*1,5+(1,2*1945,2/2,2))/0,8*

*(2,22*1,5+3*1945,2) = 1,1.

С учетом вычисленного значения k0 длина подошвы внецентренно-нагруженного фундамента под колонну определяется как:

l = k0*b = 1,1*2,2 = 2,4 м.

Принимаем b=2,4 м. Окончательно принимаем монолитный столбчатый фундамент с размерами подошвы l=2,4 м, b=2,2 м.

д) проверяют краевые напряжения под подошвой фундамента исходя из трапециевидной эпюры давления:

Pmaxmin = Mx/A*(1(6*ex/l),

где N  расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес фундамента, грунта на его ступенях:

N = Np+G = 1*1800+2,2*2,4*20*1,5*1 = 1958,4 кН;

A  площадь подошвы фундамента:

А = 2,4*2,2 = 5,28 м2;

Mx  расчетное значение изгибающего момента относительно центра подошвы фундамента:

Mx = Mp+Qp*d1 = 1*40+90*1,5 = 175 кНм;

еx  эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента:

ex = Mx/N = 175/1958,4 = 0,09 м;

l  размер подошвы фундамента в направлении действия момента = 2,4 м.

Pmaxmin = 1958,4/5,28*(1(6*0,09/2,4) = 370,9 (10,225).

При правильном, экономичном подборе размеров подошвы фундамента должны выполняться условия:

1. Pmax≤1,2 R; 454 кПа≤470 кПа выполняется.

2. Pmin>0, т.е. для минимального давления ограничение не введено, но оно должно быть больше нуля, т.е. не должно быть отрыва части подошвы фундамента от грунта в результате появления растягивающих напряжений, когда Pmin со знаком «минус», 287кПа>0 выполняется.

3. P0<R, т.е. среднее давление под подошвой фундамента должно быть не менее расчетного сопротивления грунта основания 370,9<392 выполняется.

Условия выполняются, а недонапряжение по максимальному краевому давлению составляет:

((470-454)/470)*100% = 3,4%.

Следовательно фундамент запроектирован экономично.

Окончательно принимаем одноступенчатый фундамент с габаритами подошвы l=2,4 м; b=2,2 м; d1=1,5 м и высотой ступени 450мм.


2.3. Сметная стоимость возведения фундамента

Объем земляных работ при разработке котлована:

V1 = 1/3*H*(S1+S2+√S1*S2)

V1 = 1/3*1,6*(10,8+24+√10,8*24) = 27,2 м3.

Расход монолитного бетона:

V2 = 2,4*2,2*0,45+1,6*1,1*1,05 = 4,25 м3.

Расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм:

V3 = 10,88*0,1 = 1,088 м3.

3. Фундамент глубокого заложения

По конструктивным соображениям, условиям производства работ принимается свайный фундамент с забивными железобетонными сваями и ростверком (возможны другие конструктивные решения свай и фундаментов глубокого заложения).

3.1. Определение основных размеров

Предварительно строим геологическую колонку грунтов по оси проектируемого сооружения с указанием их мощности. По эпюре условных расчетных сопротивлений выбираем несущий (опорный) слой грунта с наибольшей величиной R0. Далее производится определение основных размеров свайных фундаментов.

Требуется определить основные размеры свайного фундамента с забивными железобетонными сваями и ростверком для инженерно-геологических условий площадки строительства. Из эпюры следует, что опорным следует считать слой глины тугопластичной R0=500 кПа.

3.1.1. Установление глубины заложения

подошвы ростверка

Устанавливаем глубину заложения подошвы ростверка из конструктивных требований без учета сезонного промерзания грунтов, инженерно-геологических особенностей площадки строительства, положения УГВ. При этом, в первом приближении высота ростверка назначается на 0,40,5 м больше необходимой глубины заделки колонны в фундамент h, т.е.

dк = hf+0,5 м.

dк = 1+0,5 = 1,5 м.

Размеры ростверка по высоте, как правило, принимаются кратными 0,1 м. Принимаем высоту ростверка d1=dk=1,5 м. Полученная величина глубины заложения d1=1,5 м откладывается в масштабе на схеме от планировочной отметки и устанавливается абсолютная отметка низа ростверка, равная 159,15 м.


3.1.2. Заглубление сваи в опорный слой грунта

Задаемся заглублением сваи в опорный (несущий) слой грунта в пределах 12 м и устанавливаем по схеме ориентировочную расчетную длину сваи (hP), исчисляемую как расстояние от дна предполагаемого котлована до начала заострения. Таким образом, принимая заглубление сваи в слой песка средней крупности на 1,0 м, получаем:

hp = h1+h2+h3 = 0,6+1,4+1,2 = 3,2 м.

По ориентировочной расчетной длине, учитывая метод погружения, форму поперечного сечения, вид армирования, выбираем тип сваи.

Выбираем забивную сваю квадратного сечения с ненапрягаемой стержневой арматурой марки С-8-30, т.е. длиной hст=3,5 м и размером поперечного сечения 0,3х0,3 м.

Так как действуют горизонтальные и моментные нагрузки то, эта величина принимается 30 см. В связи с этим, вновь определяется расчетная длина сваи:

hp = hст-0,3 = 3,2 м.

3.1.3. Определение несущей способности сваи

Определяется несущая способность сваи из условия прочности грунта по СНиП, как:

Fd = c*(cR*R*A+ucf*fi*hi) = 1*(1*3340*0,09+1,2*92,88) = 412,1 кН.

где c  коэффициент условий работы сваи в грунте, c=1;

cR, cf  коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, cR=1, cf=1,2;

R  расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, R=3340 кПа;

fi  расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания мощностью hi по боковой поверхности сваи; расчетное сопротивление слоя песка средней крупности, средней плотности на глубине z1 = 1,8 м, будет f1=36,4 кПа; расчетное сопротивление слоя супеси пластичной на глубине z2 = 2,8м - f2=3 кПа; расчетное сопротивление слоя песка средней крупности на глубине z3 = 4,1 - f3=55,7 кПа;

A  площадь поперечного сечения сваи:

м².

u  наружный периметр поперечного сечения сваи:

u = 4*0,3 = 1,2 м;

hi  толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи:

h1 = 0,6; h2 = 1,4; h3 = 1,2.

Таким образом:

fi*hi = (36,4*0,6)+(3*1,4)+(55,7*1,2) = 92,88.

3.1.4. Определение расчетной нагрузки на сваю

Определяется расчетная нагрузка на сваю из условия прочности грунта:

P = Fd/k = 412,1/1,4 = 294,4 кН,

где k  коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным k=1,4.

3.1.5. Определение количества свай в фундаменте

Определяем ориентировочно количество свай в фундаменте:

n = (Np/P)*1,2 = (1980/294,4)*1,2 = 8.

где 1,2 коэффициент, увеличивающий число свай в грунте на 20% вследствие действия изгибающего момента и поперечной силы;

NP  расчетное значение вертикальной нагрузки, при коэффициенте надежности по нагрузке, f=1,1;

Np = 1800*1,1 = 1980 кН.

Принимаем n=8.

3.1.6. Размещение свай и определение

размеров ростверка в плане

Производится размещение свай и определяются размеры в плане. Расстояние от края ростверка до внешней грани сваи назначается 15 см. Размеры ростверка в плане должны быть кратными 0,1 м, и равны 250х220 см.

 


3.1.7. Определение нагрузки на угловые сваи

Проверяется нагрузка на угловые сваи фундамента, как наиболее нагруженные по формуле:

Nсв minmax = (Np+G)/n+(M*x)/xi2 кН,

где x  расстояние от главной оси до оси угловой сваи, x=0,95 м;

G  расчетная нагрузка от собственного веса ростверка и грунта на его ступенях, ориентировочно определяется при f=1,1 как:

G = f*Ap**d1 = 1,1*5,5*20*1,5 = 181,5 кН;

M  расчетное значение изгибающего момента относительно главной подошвы ростверка, при f=1,1 определяемое как:

M = Mp+Qp*d1 = 40*1,1+90*1,5*1,1 = 192,5 кНм;

  сумма квадратов расстояний от главной оси до оси каждой сваи фундамента:

= 0,45+3,61 = 4,06 м2.

Nсвmax = (1800+181,5)/8+(192,5*0,95)/4,06 = 293 кН;

Nсв min = (1800+181,5)/8-(192,5*0,95)/4,06 = 203 кН.

Проверяется выполнение условий:

1. Nсвmax≤1,2 R; 293<1,2294,4=353,3 кН условие выполняется;

2. Nсвmax>0;  203>0 условие выполняется.

Окончательно принимаем 8 свай в одном фундаменте.

3.1.8. Проверка напряжений в грунте

в плоскости нижних концов свай

Проверяются напряжения в грунте в плоскости нижних концов свай. При этом, свайный фундамент условно принимается за массивный жесткий фундамент глубокого заложения, контур которого ограничен сверху поверхностью планировки, снизу плоскостью, проходящей через нижние концы свай, с боков вертикальными плоскостями, отстоящий от наружных граней свай на расстояние . Для слоистой толщи определяется осредненное значение угла внутреннего трения грунта:

II = (IIi*hi)/hp = (31º*0,6+32º*1,4+34º*1,2)/3,2 = 3256’ ,

где i, hi  соответственно расчетное значение угла внутреннего трения и толщина каждого слоя грунта в пределах расчетной длины сваи, град., м;

толщина слоя песка средней крупности, средней плотности h1=0,6 м, 1=31º;

толщина слоя супеси пластичной h2=1,4 м, 2=32º;

толщина слоя песка средней крупности, плотного h3=1,2 м, 3=34º;

φII/4 = 3256’/4 = 8º14' tg8º14' = 0,14.

Исходя из этого, размеры подошвы условного фундамента в плане определяются как:

lусл = 1,9+2*0,15+2*3,2*0,14 = 3,1 м;

bусл = 1,6+2*0,15+2*3,2*0,14 = 2,8 м;

Площадь подошвы условного фундамента:

Аусл = lусл* bусл = 3,1*2,8 = 8,68 м².

Определяется давление под подошвой условного фундамента:

Р = (Np+G)/Aусл = (1800+872,32)/8,68 = 301 кПа,

где NP=1800 кН при f=1;

G  расчетная нагрузка от собственного веса свай, ростверка, грунта в пределах условного фундамента:

G = Aусл*(hp+di)*i = 8,68*(3,2+1,5)*20*1 = 816 кН.

Определяется расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента:

R = (c1*c2)/k*[M*kz*b*II+Mq*(hp+d1)* II+Mc*cII] = (1,4*1)/1*[1,55*1,0*2,8*19,1+7,21*(3,2+1,5)*7,1+0] = 453 кПа,

где с1=1,4; с2=1; k=1; kz=1;

M, Mq, Mc  коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения грунта основания условного фундамента, поскольку таковым является глина тугопластичная с =34º, M=1,55; Mq=7,21; Mc=59,21;

bусл=2,8 м;

II  расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже условного фундамента, для песка средней крупности II=19,1 кН/м³ с учетом взвешивающего действия воды.

'II  среднее значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы условного фундамента, 'II = 7,1 кН/м3.

xi, hi  соответственно удельный вес и толщина каждого слоя грунта по высоте (hP+d1) условного фундамента;

сII  расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента, для песка средней крупности сII = 0.

Проверяется выполнение условия P<R:

294,4 кПа<453 кПа условие выполняется.

3.2. Расчет железобетонного ростверка

Расчет ростверка свайного фундамента производится на продавливание колонной по формуле:

N≤2Rbt*H0[α(hc+c2)+α2*(bc+c1)1],

где N  расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания:

N = Pф*n;

h0  рабочая высота ростверка, принимаемая от дна стакана до верха нижней рабочей арматурной сетки, h0=0,40 м;

bc, hc  ширина и длина сечения колонны 1х0,5 м;

C1, C2  расстояние от соответствующих граней колонн до внутренних граней каждого ряда свай, C1= 0,4; C2=0,3 м;

1, 2  безразмерные коэффициенты, равные:

1 = H0/C1 = 0,4/0,4 = 1;

2 = H0/C = 0,4/0,3 = 1,3.

Rbt  расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, для принятого в проекте класс бетона В25, Rbt=1155 кПа;

Pф  реакция одной сваи фундамента:

Pф = (Nр+G1)/n = (1,1*1800+181,5*1,1)/8 = 272,5 кН.

N = Рф*n = 272,5*6 = 1635 кН.

В правой части условия имеем:

2*1155*0,4[1(1+0,3)+1,3(0,5+0,4)] = 2282,3 кН.

1635≤2282,3 кПа условие выполняется, следовательно, продавливание ростверка колонной не произойдет.


3.3. Сметная стоимость устройства фундамента

Объем земляных работ при разработке котлована:

V1 = 1/3*H*(S1+S2+√S1*S2)

V1 = 1/3*1,6*(11,2+24,48+√11,2*24,48) = 27,9 м3.

Расход монолитного бетона при устройстве ростверка:

V2 = 3,85+1,41 = 5,26 м3.

Объем сборного железобетона сваи:

V3 = 3,5*0,3*0,3*8 = 2,52 м³.

Расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм:

V3 = 11,2*0,1 = 1,12 м3.

4. Технико-экономическое сравнение

вариантов

Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов сводится в таблицу.

Как видно из таблицы экономичнее фундамент мелкого заложения, поэтому расчет по деформациям производится для фундамента мелкого заложения.

Виды работ

Едини-цы измере-ния

Стоимость единицы измерения

Вариант 1

Вариант 2

Фундамент на естественном основании

Свайный фундамент

Объем

Стоимость, тг

Объем

Стоимость, тг

1

Разработка грунта под фундамент

м

10

27,2

272

27,9

279

2

Устройство бетонной подготовки =100мм

м

118,5

1,088

128,9

1,12

132,7

3

Устройство монолитных фундаментов и ростверков

м

148

4,25

629

5,26

778

4

Погружение железобетонных свай

м

426

2,52

1073,5

Общая стоимость фундаментов

1030

2263

Технико-экономическое сравнение вариантов по приведенным затратам

5. Расчет оснований по деформациям

Расчет оснований по деформациям сводится к определению расчетных величин  стабилизированных осадок и сравнению их с предельными. При этом должно соблюдаться следующее условие:

S≤Su,

где S  возможная величина осадки здания, полученная расчетом;

Su  предельно допустимая осадка, зависящая от жесткости здания, эксплуатационных требований.

5.1. Расчет осадки методом послойного

элементарного суммирования

Строим графическую схему, на которой изображаются контуры проектируемого фундамента, напластования грунтов, эпюры природного и садочного давлений, нижняя граница сжимаемой толщи.

5.1.1. Построение эпюры природного давления грунта

Природным называется давление от веса вышележащих слоев грунта, определяемая по формуле:

,

где i  удельный вес грунта;

hi  мощность слоя грунта.

Ниже УГВ необходимо учитывать взвешивающее действие воды на скелет грунта и определять удельный вес грунта, взвешенного в воде по формуле:

,

где s  удельный вес скелета грунта;

  удельный вес воды;

e  коэффициент пористости грунта.

Ординаты эпюры zgi вычисляются для всех характерных точек отметки подошвы фундамента, отметки границ слоев грунта, отметки уровня грунтовых вод. Кроме этого вычисляются ординаты вспомогательной эпюры 0,2zg0.

На поверхности земли:

zg0=0; 0,2zg0=0;

На контакте 0 и I слоев (мощность 1,0 м):

zg1= h1*γ1 = 18*1 = 18 кПа;

0,2zg1 = 0,2*18 = 3,6 кПа.

На уровне подошвы условного фундамента (мощность 0,5 м):

zg2=zg1+h2*γ2 = 18+10,8*0,5 = 23,4 кПа;

0,2zg2 = 0,2*23,4 = 4,68 кПа.

На контакте II и III слоя (мощность 0,6 м):

zg3=zg2+h3*γ3 = 23,4+10,8*0,6 = 29,88 кПа;

0,2zg3 = 0,2*29,88 = 5,976 кПа.

На контакте III и IV слоев (мощность 1,4 м):

zg4=zg3+h4*γ4 = 29,88+11,03*1,4 = 45,28 кПа;

0,2zg4 = 0,2*45,28 = 9,056 кПа.

На контакте IV и V слоев (мощность 2,2м):

zg5=zg4+h5*γ5 = 45,28+11,54*2,2 = 70,7 кПа;

0,2zg3 = 0,2*70,7 = 14,136 кПа.

Т.к. шестой слой является водоупорным (суглинок тунопластичный), тогда:

zg5=zg5+hw*γw = 70,7+4,7*10 = 117,7 кПа;

0,2zg3 = 0,2*117,7 = 23,54 кПа.

Полученный скачок 47 кПа, откладывается на кровле водоупорного слоя.

На подошве VI слоя (мощность 9,3м):

szg6=szg5+h6*γ6 = 117,7+20,8*9,3 = 311,14 кПа;

0,2szg3 = 0,2*311,14 = 62,2 кПа.

Полученные значения ординат эпюры природного давления и вспомогательной эпюры наносим на графическую схему.


5.1.2. Построение эпюры осадочных давлений

Осадочным называется давление, передаваемое фундаментом на грунт основания и вызывающее его уплотнение. Величина осадочного давления непосредственно под подошвой фундамента определяется как:

σzp = р - σzg кПа,

где P  среднее давление под подошвой фундамента, P =370,9 кПа;

zg  природное давление в уровне подошвы фундамента на естественном основании, zg=23,4 кПа.

При построении эпюры осадочных давлений толща грунта ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои толщиной 0,4b, где b  ширина подошвы фундамента.

0,4b = 0,4*2,4 = 0,96 м.

Каждый слой грунта ниже условного фундамента разбиваем на слои толщиной 0,96 м.

Ординаты эпюр осадочного давления на глубине zi ниже подошвы фундамента определяем как:

,

где   коэффициент рассеивания, определяемый по таблице.

Вычисление ординат эпюры осадочных давлений производим по табличной форме.

Ординаты эпюр осадочных давлений.

z, м

ξ = 2z1/b

1

2

3

4

0

0

1

347,5

0,6

0,5

0,92

319,7

1,56

1,3

0,57

198,1

2

1,7

0,42

145,95

2,96

2,5

0,245

85,1

3,92

3,3

0,15

52,1

4,2

3,5

0,14

48,65

5,16

4,3

0,095

33

6,12

5,1

0,0725

25,2

7,08

5,9

0,0525

18,2

8,04

6,7

0,04125

14,3

9

7,5

0,03125

10,9

9,96

8,3

0,03

10,4

10,92

9,1

0,02125

7,4

11,88

9,9

0,02

6,95

12,84

10,7

0,0165

5,7

13,5

11,25

0,014

4,9

5.1.3. Определение нижней границы сжимаемой толщи

Толща грунта, практически влияющая на осадку фундамента называется сжимаемой. Сжимаемая толща ограничена сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через подошву фундамента, а снизу горизонтальной плоскостью, в которой осадочного давление в пять раз меньше природного, т.е. . Величиной сжатия грунта ниже уровня обычно пренебрегают, вследствие незначительности.

Мощность сжимаемой толщи легко определяется с помощью графического построения, которое заключается в наложении эпюры природных давлений zg, вычерченной справа от оси с пятикратным уменьшением масштаба, на эпюру осадочных давлений zp. Точка пересечения этих эпюр будет соответствовать нижней границе сжимаемой толщи (НГСТ). НГСТ располагается на глубине 7,7 м от подошвы условного фундамента.


5.2. Определение деформационных характеристик грунтов,

входящих в сжимаемую толщу

Деформационные характеристики каждого слоя грунта в составе сжимаемой толщи определяются по данным, приведенным в задании на курсовой проект, путем построения соответственно компрессионной кривой или графика зависимости осадки штампа от давления на него.

Для песка средней крупности (шурф№1) глубина 2,1 м. По имеющимся данным строим кривую пробной нагрузки е=f(P) и определяем соответственно природное давление полное P2 (сумма природного и осадочного давлений) в его средней части. Тогда P1=26,65 кПа, P2=360,25 кПа. Значения P1 и P2 наносится на ось давлений диаграммы и по графику определяется соответствующее значение коэффициентов пористости e1=0,56, e2=0,55. Далее определяется модуль общей деформации грунта:

Тогда коэффициент сжимаемости:

m0 = (e1-e2)/(P2-P1) = (0,56-0,55)/(360,25-26,65) = 3*10-5 кПа1;

коэффициент относительной сжимаемости:

mv = m0/(1+e0) = 3*10-5/(1+0,567) = 2*10-5 Па1;

модуль деформации грунта:

E0 = β/mv = 0,8/2*10-5 кПа.

Супесь пластичная (шурф №1) глубина 3,5 м. По имеющимся данным строим кривую пробной нагрузки S=f(P) и определяем соответственно природное давление полное P2 (сумма природного и осадочного давлений) в его средней части. Тогда P1=37,6 кПа, P2=268,6 кПа. Значения P1 и P2 наносится на ось давлений диаграммы и по графику определяется соответствующее значение осадок S1 и S2. Далее определяется модуль общей деформации грунта:

Е0 = р*ω*b*(1- 2)/ ∆S = 231*0,8*1*(1-0,32)/0,01021 = 16471 кПа,

где P=P2P1=268,637,6=231 кН;

S=S2S1=11,10,895=10,21 м;

b  ширина прямоугольного штампа = 1м;

  коэффициент Пуассона для песков =0,30;

  коэффициент формы подошвы штампа = 0,8.

Коэффициент относительной сжимаемости определяется как:

m = β/ Е0 = 0,8/16471 = 5*10-5.

Для песка средней крупности (шурф№1) глубина 5,7 м. По имеющимся данным строим кривую пробной нагрузки S=f(P) и определяем соответственно природное давление полное P2 (сумма природного и осадочного давлений) в его средней части. Тогда P1=58 кПа, P2=138,25 кПа. Значения P1 и P2 наносится на ось давлений диаграммы и по графику определяется соответствующее значение осадок S1 и S2. Далее определяется модуль общей деформации грунта:

Е0 = р*ω*b*(1- 2)/ ∆S = 80,25*0,8*0,277*(1-0,32)/0,00041 = 39470,5 кПа,

где P=P2P1=138,2558=80,25 кН;

S=S2S1=0,70,29=0,41 м;

b  ширина прямоугольного штампа = 0,277м;

  коэффициент Пуассона для песков =0,30;

  коэффициент формы подошвы штампа = 0,8.

Коэффициент относительной сжимаемости определяется как:

m = β/ Е0 = 0,8/39470,5 = 2*10-5.

Для суглинка тугопластичного (шурф№1) глубина 15 м. По имеющимся данным строим кривую пробной нагрузки е=f(P) и определяем соответственно природное давление полное P2 (сумма природного и осадочного давлений) в его средней части. Тогда P1=132,65 кПа, P2=169,55 кПа. Значения P1 и P2 наносится на ось давлений диаграммы и по графику определяется соответствующее значение коэффициентов пористости e1=0,634, e2=0,633. Далее определяется модуль общей деформации грунта:

Тогда коэффициент сжимаемости:

m0 = (e1-e2)/(P2-P1) = (0,634-0,633)/(169,55-132,65) = 2,7*10-5 кПа1;

коэффициент относительной сжимаемости:

mv = m0/(1+e0) = 2,7*10-5/(1+0,643) = 1,6*10-5 Па1;

модуль деформации грунта:

E0 = β/mv = 0,8/1,6*10-5 = 48501,4кПа.


5.3. Расчет осадки фундамента

Полная осадка фундамента определяется как сумма осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи, т.е.:

,

где Si  осадка каждого элементарного слоя грунта определяется как:

,

где   среднее давление в середине рассматриваемого элементарного слоя;

hi  толщина элементарного слоя;

  безразмерный коэффициент, =0,8;

E0  модуль деформации грунта.

Тогда:

S1 = ((347,5+319,7)/2)*(0,8*0,6/41820) = 0,004 м;

S2 = ((319,7+198,1)/2)*(0,8*0,96/16471) = 0,01 м;

S3 = ((198,1+145,95)/2)*(0,8*0,44/16471) = 0,0037 м;

S4 = ((145,95+85,1)/2)*(0,8*0,96/39470,5) = 0,002 м;

S5 = ((85,1+52,1)/2)*(0,8*0,96/39470,5) = 0,001 м;

S6 = ((52,1+48,65)/2)*(0,8*0,28/39470,5) = 0,00029 м;

S7 = ((48,65+33)/2)*(0,8*0,96/48501,4) = 0,0006 м;

S8 = ((33+6,6)/2)*(0,8*0,445/48501,4) = 0,0001 м.

Полная осадка фундамента:

Si = 0,004+0,01+0,0037+0,002+0,001+0,00029+0,0006+0,0001 = 0,02м = 2см<8см.

2см<8 см условие выполняется.


6. Литература

  1.  Веселов В.А. «Проектирование оснований и фундаментов».
  2.  Справочник проектировщика «Основания, фундаменты и подземные сооружения». Под общ. ред. д-ра тех. наук проф. Сорочана Е.А. и канд. тех. наук Трофименкова Ю.Г.
  3.  Методическое указание к курсовому проекту «Механика грунтов, основания и фундаменты».
  4.  Лекция по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты».


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48520. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРАВО 31 KB
  Основные понятия окружающей природной среды и экологии. Механизм природопользования и охраны окружающей природной среды. Понятие механизма природопользования и охраны окружающей природной среды. Структура механизма природопользования и охраны окружающей природной среды.
48521. Экономика недвижимости 737 KB
  Для эффективного ведения бизнеса предприниматель должен хорошо разбираться в вопросах экономики недвижимости. Предметом экономики недвижимости как научной дисциплины является изучение теории и практики проведения операций с недвижимостью а также изучение организации и функционирования хозяйственного механизма в этой области деятельности. Учебная дисциплина Экономика недвижимости преследует следующие цели: 1.
48522. Стратегічний аналіз, його місце в управлінні економікою підприємства 479.5 KB
  Стратегічний аналіз його місце в управлінні економікою підприємства Зміст завдання і організація стратегічного аналізу Стратегічний аналіз це комплексне дослідження позитивних і негативних факторів які можуть вплинути на економічне становище підприємства в перспективі а також шляхів досягнення стратегічних цілей підприємства. За допомогою стратегічного аналізу готується комплексний стратегічний план розвитку підприємства здійснюється науково обґрунтована всебічна і своєчасна підтримка прийняття стратегічних управлінських рішень....
48523. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ 1.02 MB
  Способы представления знаний Численность населения на земном шаре 30 октября 2011 г. По данным Xerox 46 специальных знаний компаний не использующих систем управления знаниями заключены в документации разного рода. Для любой организации желающей преуспеть в сегодняшней глобальной информационной экономике необходима интеллектуальная исчерпывающая и простая в использовании система для управления знаниями а также система доступа к знаниям и система приобретения новых знаний. Тематика управления и представления знаний получает...
48524. ФИНАНСОВЫЙ РЫНОК 163.5 KB
  Понятие финансового рынка и его структура Финансовый рынок это совокупность экономических отношений связанных с распределением финансовых ресурсов куплейпродажей временно свободных денежных средств и ценных бумаг. Итак финансовый рынок это отношения между населением производителями и государством по поводу перераспределения свободных денежных средств на основе полной экономической самостоятельности механизма саморегуляции рыночной экономики внутрии межотраслевого движения финансовых ресурсов. Как экономическая категория...
48525. ОСНОВЫ ЭКОНОМЕТРИКИ 4.15 MB
  Эконометрические модели Оценивание неизвестных параметров модели: Верификация модели Прогноз на основе линейной модели
48526. ВВЕДЕНИЕ В ЭКОНОМИКУ. СУЩНОСТЬ ЭКОНОМИКИ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, КАТЕГОРИИ, ОБЪЕКТЫ, СУБЪЕКТЫ, ПРЕДМЕТЫ ЭКОНОМИКИ 1.23 MB
  Экономика это совокупность отношений между людьми возникающих в процессе производства распределения обмена и потребления совокупно-общественного продукта СОП материальных и нематериальных благ. Для того чтобы произвести большее количество более качественных Т Р У необходимо знать необходимые экономические зны и закономерности и следовать им в процессах производства потребления обмена распределения т. Экономикс -– это наука об эффективном и рациональном использовании редких и ограниченных ресурсов с целью производства полезного СОП...
48527. Базы данных. Конспект лекций 1.95 MB
  Базы данных. Лукин Базы данных конспект лекций Хранение данных Системы хранения данных на основе файлов
48528. Немецкая классическая философия, онтология как раздел метафизики 95.89 KB
  Биография Канта очень проста и бедна внешними событиями. Лейбниц утверждал тождество оснований мышления и оснований бытия. Кант разработал последовательную философскую систему в которой дал ответы на кардинальные вопросы...