Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий 2

﻿ Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский Государственный Архитектурно-Строительный Университет»



















Инженерно-Строительный Институт





Кафедра оснований и фундаментов











Курсовой проект

по дисциплине «Основания и фундаменты» на тему

«Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий»













Выполнил студент    ______________________  Красильников А.

				                                                    группа З/05-1

	

			

		

		Проверила преподаватель  _____________________  Жегалова К.П.

		

	

	

	

	

	

	

	Нижний Новгород 2010г.

Содержание





Введение

3

1. Обработка физико-механических характеристик грунта

4



1.1. Определение физических характеристик грунтов

4



1.2. Обработка результатов испытания грунта штампом

7



1.3. Обработка результатов компрессионных испытаний грунта

8

2. Оценка инженерно-геологических условий участка строительства

10



2.1. Инженерно-геологический разрез

10



2.2. Оценка инженерно-геологических условий площадки

11



2.3. Выполнение вертикальной привязки фундаментов здания.

11

3. Определение глубины заложения фундамента.

12

4.Выделение расчетных сечений и определение расчетных нагрузок

13



4.1. Выбор расчетных нагрузок и площадей

13



4.2. Расчет нагрузок, действующих на 1 п.м. площади

14





4.2.1. Расчет нагрузок от конструктивных элементов

14





4.2.2. Расчет нагрузок от собственного веса стен

15





4.2.3. Временная нагрузка

18



4.3. Расчетные нагрузки

20

5. Определение размеров подошвы фундаментов

21

6. Конструирование поперечного сечения фундамента

24

7. Расчет осадки в наиболее нагруженном сечении 

25

8. Расчет свайного фундамента

28



8.1. Определение расчетных нагрузок, допускаемых на сваю

28



8.2. Определение расстояний между сваями

29

9. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов здания

30

10. Расчет и конструирование принятого варианта фундаментов для остальных расчетных сечений

32



10.1. Определение ширины подошвы фундаментов

32



10.2. Конструирование фундаментов

35



10.3. Проверка напряжений под подошвой

37

Список литературы

38













Введение



Целью данной работы является выбор, обоснование и расчет фундаментов жилого здания.

Характеристики сооружения:

Место строительства – город Смоленск.

Учебный кирпичный корпус, состоящий из одной секции, длиной 39,0 м и шириной 15,42 м в осях. Этажность – 5.

В здании имеется подвал с отметкой пола -2,30 м ниже уровня пола первого этажа, технический чердак отсутствует.

Стены, несущие перекрытия (покрытие) по осям А, Б, В, Г, Д, несущие элементы лестниц – по осям 2, 3 и 4, 5. Стены наружные выполнены из глиняного кирпича, внутренние из глиняного кирпича.

План секции жилого дома, разрез, ведомость конструктивных элементов, таблица проемов, прочие исходные данные и указания изложены в задании на проектирование.

Инженерно-геологические условия площадки строительства оцениваются на основе характеристик грунта определенных непосредственным испытанием и приведенных в бланке задания. В ходе работы строится инженерно-геологический разрез, производится его анализ, оценка, в соответствии с чем и делается выбор возможных для заданных условий строительства вариантов фундаментов. Производится их технико-экономическое сравнение и для наиболее выгодного делается расчет для заданных сечений.

































1. Обработка результатов исследования физико-механических свойств



1.1. Определение физических характеристик грунта.



ИГЭ – 1.

В дополнение к определенным в геотехнической лаборатории вычислим необходимые физические характеристики грунта:

ρS =2,65т/м3; ρII = 1,70  т/м3; ω =10 %; φII =33.

Грунт – песок. 

Гран. состав: масса частиц крупнее 0,25 мм 55,2% - песок средней крупности

Коэффициент пористости:

 - песок рыхлый.

Пористость:



Плотность грунта во взвешенном водяном состоянии:



Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии:



Плотность грунта в сухом состоянии:



Удельный вес грунта в сухом состоянии: 

Коэффициент водонасыщения

. Песок маловлажный.

Результаты определений занесем в сводную таблицу 1.



ИГЭ – 2:

ρS =2,71т/м3; ρII =1,77т/м3; ω =15 %; ωp =17%; ωL =29%; φII =22; CII =30кПа.

Название грунта определим по числу пластичности 

IP = ωL - ωp =29-17=12% - суглинок

 - суглинок твердый

Коэффициент пористости:



Пористость:



Плотность грунта во взвешенном водяном состоянии:



Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии:



Плотность грунта в сухом состоянии:



Удельный вес грунта в сухом состоянии: 

Расчетное сопротивление суглинка составит 



ИГЭ – 3:

ρS =2,75т/м3; ρII =1,80 т/м3; ω =18%; ωp =17%; ωL =40%; φII =18; CII =50кПа.

Название грунта определим по числу пластичности 

IP = ωL - ωp =40-17=23% - глина

 - глина полутвердая

Коэффициент пористости:



Пористость:



Плотность грунта во взвешенном водяном состоянии:



Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии:



Плотность грунта в сухом состоянии:



Удельный вес грунта в сухом состоянии: 

Расчетное сопротивление глины составит 



Таблица 1. Физико-механические свойства грунтов.

ТИП

ГРУНТА

Удельный вес твердых частиц, кН/м3

Удельный вес, кН/м3

Удельный вес грунта во взвешен-

ном водой состоянии, кН/м3

Удельный вес сухого грунта, кН/м3

Коэффициент пористости

Пористость

Природная влажность

Коэффициент водонасыщения

Влажность на границе текучести

Влажность на границе раскатывания

Число пластичности

Показатель текучести

Угол внутреннего трения, градус

Удельное сцепление, кПа

Модуль деформации, кПа

Расчетное сопротивление грунта оснований, кПа



































ИГЭ – 1: песок средней крупности

26,00

16,8

9,44

15,16

рыхлый

0,715

0,417

10

маловл

0,371

-

-

-

-

33

-

18254

-

ИГЭ – 2: суглинок 

26,58

17,5

9,53

15,10

0,761

0,432

15

-

29

17

12

тв

-0,167

22

30

20795

-

ИГЭ – 3: глина

26,98

17,8

9,53

14,96

0,803

0,445

18

-

40

17

23

полутв

0,043

18

50

20355

300



1.2. Обработка результатов испытаний грунта штампом



ИГЭ – 1. Супесь пластичная



Таблица 2. Испытания грунта ИГЭ - 1 штампом.



0,0

50

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000



0,0

2

3

6

9

13

23

35

50

68

100

-





Рисунок 1. График испытания грунта штампом.



В соответствии с ГОСТ 12374-77 «Грунты. Методы полевого испытания статистической нагрузки» модуль деформации грунта  вычисляю для прямолинейного участка графика по формуле



где  – коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,30  для песков;

ω – безразмерный коэффициент равный 0,79;

d – диаметр штампа, м;

∆P – приращение давления между двумя точками, взятыми на осредняющей прямой, кПа. За начальное значение принимается давление, равное вертикальному напряжению от собственного веса грунта на уровне заложения подошвы фундамента (в практических расчетах принимаем 50 кПа), за конечное давление, соответствующее конечной точке прямолинейного участка;

∆S – приращение осадки штампа в м между теми же точками, соответствующее ∆P.

Для рассмотрения случая испытания глины стандартным штампом площадью А=5000 см2 , диаметр d=0,798 м, модуль деформации определится:







1.3. Обработка результатов компрессионных испытаний грунта



ИГЭ – 2.  Грунт – суглинок





0

0,761

50

0,740

100

0,720

200

0,700

300

0,690

400

0,685



Рисунок 2. График испытания грунта ИГЭ - 2 в компрессионном приборе.

Используя нормативные рекомендации, определяем коэффициент сжимаемости в интервале давления 100-200 кПа.



Модуль деформации по компрессионным испытаниям определяем по формуле



где β – безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,62 – для суглинков.

Модули деформации Ек, полученные по результатам компрессионных испытаний, из-за несоответствия напряженно-деформированного состояния грунта в приборе и в основании фундамента, имеют заниженные значения. Поэтому для перехода к натурным значениям модуля деформации Е от компрессионных значений Ек при испытании аллювиативных, делювиативных и озерно-аллювиальных глинистых грунтов при показателе текучести 0,5 <IL≤ 1 вводится корректировочный коэффициент mk, при  принимаем .

Значение модуля деформации определяется по формуле



ИГЭ – 3. Грунт – глина





0

0,803

50

0,782

100

0,770

200

0,750

300

0,740

400

0,735





Рисунок 3. График испытания грунта ИГЭ - 3 в компрессионном приборе.



Используя нормативные рекомендации, определяем коэффициент сжимаемости в интервале давления 100-200 кПа.



Модуль деформации по компрессионным испытаниям определяю по формуле



где β – безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,40 – для глин.

Коэффициент mk принимается равным 5,75.

Значение модуля деформации определяется по формуле























2. Оценка инженерно-геологических условий участка строительства.

2.1. Инженерно-геологический разрез.







Рисунок 4. Инженерно-геологический разрез по I-I с вертикальной привязкой фундаментов здания.









2. 2. Оценка инженерно-геологических условий участка строительства.



Участок строительства расположен в городе Смоленск. Площадка характеризуется благоприятными условиями для строительства: имеет относительно ровный рельеф, отмечается горизонтальное простирание слоев грунта. Возможность оползневых смещений отсутствует на данном участке. 

В геологическом отношении площадка строительства представлена следующими инженерно-геологическими элементами:

I – песок средней крупности рыхлый маловлажный. Толщина 1,0  м. Имеет следующие характеристики: γII = 16,8 кН/м3,  е = 0,715,  E =18254кПа, Sr,=0,371. Данный слой не может быть использован в качестве естественного основания для фундаментов здания.

II – суглинок твердый γII = 17,5 кН/м3,  е = 0,761, IL = -0,167, E =20795кПа, толщина 1,0 м, который может быть использован в качестве естественного основания.

III – глина полутвердая. γII = 17,8 кН/м3,  е = 0,803, ,  E = 20355кПа, Ro = 300 кПа, который может быть использован в качестве естественного основания.



2.3. Выполнение вертикальной привязки фундаментов здания.

Выделение рациональных вариантов фундаментов.



I вариант – ленточный фундамент на естественном основании. 

Отметка пола технического подполья для данного здания – минус 2.300; заглубление подошвы фундамента ниже пола технического подполья – на 1,0 м. Таким образом, отметка заложения подошвы фундамента предварительно может быть принята – минус 3.600.

II вариант – свайный фундамент.

Проектированием свайного фундамента предусматривается передача нагрузки от сооружения на нижележащий более прочный грунт – глину полутвердую. Из условия погружения свай в глину на 1,5 метра (обычно 1-2 метра), определится отметка нижних концов свай – минус 6.000 и длина свай 3,0 м.

















3. Определение глубины заложения фундамента



Принимая во внимание наличие технического подполья под всем зданием, равномерное загружение всех фундаментальных нагрузок от здания, отсутствие прикрывающих зданий, спокойного характера напластований отдельных видов грунтов, отсутствие уровней грунтовых вод и верховодки, в данном случае при определении глубины заложения фундамента необходимо учесть особо важный фактор – глубины сезонного промерзания грунтов.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта и фундаментов здания определяю по формуле 



где  – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений по таб. 2.4 пособия [2]; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений –  = 1,1 кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой; в данной работе здание с температурой в техническом подполье 5С коэффициент  = 0,7

 – нормативная глубина промерзания, определяю по формуле 



где – безразмерный коэффициент, числено равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе: для г. Смоленск принимается равной 27,7С [в соответствии с заданием].

– величина, принимаемая равной (м) для: суглинков и глин – 0,23; супесей, песков мелких и пылеватых – 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности – 0,30; крупнообломочных грунтов – 0,34.

Таким образом, расчетная глубина сезонного промерзания для рассматриваемого здания и указанных инженерно-геологических условий определяется:

.

Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства позволяет сделать вывод, что принятая глубина заложения фундаментов в данном примере достаточна.











4. Выделение расчетных сечений при проектировании фундаментов и определение соответствующих расчетных нагрузок.



В соответствии с заданием на курсовой проект произведем расчет оснований и фундаментов 5-этажного кирпичного здания в г. Смоленск.

В соответствии с заданием кафедры оснований и фундаментов на схематическом плане типового этажа этого дома отмечены 4 характерных сечения, в которых следует определить действующие в них расчетные усилия.

Расчёт  оснований  производится  по  двум  группам  предельных состояний:

по первой  группе  предельных  состояний.  Определяется  несущая  способность  свайных  фундаментов,  а  так  же  проверяется  прочность  конструкции  фундамента.  Расчёт  производится  по  расчётным  усилиям,  определяемым  с  коэффициентом  надёжности  по  нагрузке  больше  .

по  второй  группе  предельных  состояний.	Расчёт  производится  по расчётным  усилиям,  определяемым  с  коэффициентом  надёжности  по  нагрузке  f=1.



4.1. Выбор расчетных сечений и площадей.



Расчёт  фундамента  производится  четырех  сечениях,  для  которых  вычисляется  расчётное  усилие  на  фундамент.

Сечение  1-1- внешняя самонесущая стена:





Сечение  2-2 – внешняя несущая стена по оси «Б»:

 



Сечение  3-3 – внутренняя самонесущая стена лестничной клетки:

; 

Сечение  4-4 – внутренняя несущая стена по оси «Г»:









Схема для определения грузовых площадей.



4.2. Расчётные  нагрузки,  действующие  на  1  п. м  грузовой  площади.

4.2.1.Расчетные нагрузки от конструктивных элементов.



Таблица 3. Расчет нагрузок от конструктивных элементов.

№

Характеристики нагрузки

Норматив.

нагр., кН/м

Коэф. надеж-

ности

Расч. нагр.

кН/м

I

Крыша









Панели ж/б сборные по серии 1.141.1 

3,2

1,1

3,52



Утеплитель керамзит 

1,2

1,2

1,44



Стяжка из цементного раствора М – 100 

0,6

1,3

0,78



Кровля: 4 слоя рубероида на мастике, защитный слой –гравий

0,4

1,2

0,48

Итого:

5,4



6,22

II

Междуэтажные перекрытия









Панели многопустотные ж/б по серии 1.141 – 1

3,2

1,1

3,52



Паркет 

0,9

1,3

1,17

Итого:

4,1



4,69

III

Лестничная клетка









Марши ж/б серии 1.151 – 6.в.1, площадки ж/б с. 1.152.1 – 8,в.1

3,8

1,1

4,18

Итого:

3,8



4,18

IV

Перегородки









Гипсобетонные панели по ГОСТ 9574 - 80

0,3

1,2

0,36

Итого:

0,3



0,36

4.2.2. Расчётные  нагрузки  от  собственного  веса  кирпичных  стен



Сечение 1 – 1:

Нормативная нагрузка: 

Где  - удельный вес кирпичной кладки из глиняного кирпича;

 - объем стены (кирпичной кладки)

 - расчетная ширина грузовой полосы стены

 - толщина стены;

 - высота стены;

 - толщина парапета;

 - высота парапета





Расчетная нагрузка:

а) для расчета оснований по первой группе предельных состояний

 , ; 

б) для расчета оснований по второй группе предельных состояний

 , ; 



Сечение 2 – 2:

Кирпичная кладка

Нормативная нагрузка: 

Где  - удельный вес кирпичной кладки

 - объем кирпичной кладки

 - объем стены

 - объем оконных проемов



 - расчетная ширина грузовой полосы стены;

 - ширина простенка;

 - ширина окон;

;

 - толщина стены;

 - высота стены;

 - толщина парапета;

 - высота парапета





 - высота окна

 - ширина окон;

 - число оконных проемов.



.



Расчетная нагрузка:

а) для расчета оснований по первой группе предельных состояний

 , 



б) для расчета оснований по второй группе предельных состояний

 , 



Оконные заполнения

Нормативная  нагрузка 



0,7 – вес  1  м2  двойного  остекления;  

 – площадь окна;

 - количество окон ; 







Расчетная нагрузка:

а) для расчета оснований по первой группе предельных состояний

 , ; 

б) для расчета оснований по второй группе предельных состояний

 , ; 



Сечение 3 – 3:

Нормативная нагрузка: 

 - удельный вес кирпичной кладки из силикатного кирпича;

 - толщина стены;

 - высота стены;

 - расчетная ширина грузовой полосы стены



Расчетная нагрузка:

а) для расчета оснований по первой группе предельных состояний

 , 



б) для расчета оснований по второй группе предельных состояний

 , 





Сечение 4 – 4:

Нормативная нагрузка:



 - удельный вес кирпичной кладки из силикатного кирпича;

 - толщина стены;

 - высота стены;

 - расчетная ширина грузовой полосы стены



Расчетная нагрузка:

а) для расчета оснований по первой группе предельных состояний

 , 



б) для расчета оснований по второй группе предельных состояний

 , 





















4.2.3. Временная нагрузка



1. Снеговая  нагрузка.

Полное  нормативное  значение  нагрузки



– расчетное   значение  веса  снегового  покрова  на  1  м2  горизонтальной  поверхности  земли,  определяется  по  СНиП 2.01.07-85*:

;

 - коэффициент  перехода  от  веса  снеговой  нагрузки  на  земле  снеговой  нагрузки  на  покрытии,  определяется  по  п. 5.3-5.6 приложения  3, литературы 5:

;



Пониженное  значение  нормативной  нагрузки  



- понижающий  коэффициент,  определяется  по  п.1.7, литературы 5:





 Расчётное  значение  длительной  снеговой  нагрузки

а)  для  расчёта  оснований  по  второй  группе  предельных  состояний



 – коэффициент  сочетаний в основных сочетаниях для длительных нагрузок : ;

– коэффициент надежности по нагрузке: ;

;

б)  для  расчёта  фундаментов  по  первой  группе  предельных  состояний

;

 – коэффициент   сочетаний  в  основных  сочетаниях  для  кратковременных  нагрузок: ;

;

.

2.Временная нагрузка на 1 м2 пола.

а) Временная расчетная нагрузка для расчета по первому предельному состоянию:

нормативная полная кратковременная нагрузка:

– аудитории ;

– лестницы ;

Коэффициент сочетания временных нагрузок по этажности:

  ,

 Где коэффициент сочетаний для ленточного фундамента

 – число этажей проектируемого здания;

;

Коэффициент надежности по нагрузке:

– квартиры ;

– лестницы ;

Коэффициент сочетания двух кратковременных нагрузок:               .

Тогда временная расчетная нагрузка:

– квартиры ;

– лестницы  .

б) Расчетная нагрузка для расчета оснований по деформациям (по второму предельному состоянию):

нормативная длительная нагрузка (пониженное значение):

– аудитории ;

– лестницы ;

коэффициент надежности по нагрузке: ;

коэффициент сочетания двух временных длительных нагрузок.

Тогда расчетная нагрузка:

– квартиры ;

– лестницы .

























	4.3. Нагрузки, действующие в расчетном сечении

	

Таблица 4. Сбор нагрузок, действующих в расчетных сечениях.

	№ пп

	Виды нагрузок

	1 – 1 





	2 – 2 



	

	

	3 – 3 



	

	4 – 4 



	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	1

	2

	3

	4

	5

	6

	7

	8

	9

	10

	Постояные:

	1

	Кирпичная кладка

	188,00

	170,91

	473,42

	430,38

	124,15

	112,86

	124,15

	112,86

	2

	Оконное заполнение

	-

	-

	10,51

	9,56

	-

	-

	-

	-

	3

	Крыша

	-

	-

	37,07

	32,18

	-

	-

	30,79

	26,73

	4

	Между-

	этажное перекрытие

	-

	-

	139,76

	122,18

	-

	-

	116,08

	101,48

	5

	Лестница

	-

	-

	-

	-

	31,35

	28,50

	-

	-

	6

	Перегородки

	-

	-

	9,95

	8,30

	-

	-

	8,44

	7,04

	Итого:

	188,00

	170,91

	670,71

	602,60

	155,5

	141,36

	279,46

	248,11

	Временные:

	1

	Снег

	-

	-

	10,49

	3,58

	-

	-

	8,71

	2,97

	2

	Нагрузка на междуэтажное перекрытие

	-

	-

	39,90

	18,39

	-

	-

	33,84

	15,59

	3

	Нагрузка на лестницы

	-

	-

	-

	-

	15,26

	6,70

	-

	-

	Итого:

	-

	-

	50,39

	21,97

	15,26

	6,70

	42,55

	18,56

	Всего:

	188,00

	170,91

	721,10

	624,57

	170,76

	148,06

	322,01

	266,67

	

	

Таблица 5. Расчетные усилия.

	1-1

	2-2

	3-3

	4-4

	

	

	

	

	

	

	

	

	170,91

	188,00

	188,69

	217,85

	148,06

	170,76

	266,67

	322,01

	

	

	

	

	

5. Определение размеров подошвы фундамента на естественном основании в наиболее нагруженном расчетном сечении



Ширину подошвы ленточного фундамента определяем по формуле



а площадь подошвы столбчатого фундамента определяем по формуле



где  и  – соответственно расчетные усилия по второму предельному состоянию на 1 п.м. ленточного или сосредоточенное на столбчатый фундамент, приложенные к их верхнему обрезу (при коэффициенте надежности по нагрузке γf = 1), кН;

R – расчетное сопротивление грунта основания; подставляется R0 для предварительного определения размеров фундаментов, кПа;

γmg – средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах, принимаемый равным 20 кН/м3;

d – глубина заложения фундамента от уровня планировки, м.

Требуется определить ширину подошвы фундамента наружной стены кирпичного дома. Характеристики грунтов и конструктивные особенности фундамента представлены на расчетной схеме (рис. 5).

Ширину подошвы фундамента определяем методом последовательных приближений. 

1) Предварительная ширина подошвы фундамента определится:



2) Однако, значение расчетного сопротивления грунта R0 является условным, относится к фундаментам, имеющим ширину b = 1 м и глубину заложения d = 2 м и не учитывающим прочностные характеристики грунта. Поэтому производим уточнение значения R с учетом конструктивных особенностей фундамента по формуле:



где   γс1 и γс2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по указаниям (табл. п. 3,3[2]) , ; 

– коэффициент; при b < 10 м принимается , при b ≥ 10 м принимается ;

К – коэффициент; принимаемый равным: К = 1 – если прочностные характеристики грунта (φII и СII) определены непосредственным испытанием и К = 1,1 – если они приняты по таблицам [3, приложение 1, табл.1,2,3];



Рисунок 5. Расчетная схема к определению ширины подошвы фундамента.



Mγ, Mg, Mc – коэффициенты принимаемы в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения [3, таб. 4] или табл. п. 3.2 [2] для : , , ;

γII и γII/  - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) , ; 

СII – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;

dI – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала, определяемая по формуле:



где hs – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала – 1,22 м; hcf – толщина конструкции пола – 0,08м; γcf – расчетное значение удельного веса конструкции пола – 22кН/м3; 

db – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола – 1,40м.

Расчетное сопротивление грунта при b =1,084м   и d =2,70м  определяется



Уточняем ширину подошвы фундамента:

.

Так как разность двух значений «b» превышает 10%

, 

уточнение необходимо продолжить.

Расчетное сопротивление грунта при b =0,700м   и d =2,70м  определяется



Уточняем ширину подошвы фундамента:

; 



Так как разница последних двух значений «b» менее 10%, дальнейшее уточнение не делается.

Принимаем стандартную ширину 800мм для уменьшения осадки основания.

Подбор стеновых и фундаментных блоков по ГОСТ.

Проверка давления на грунт под подошвой фундамента  производится по формуле



где   Р11 – давление под подошвой фундамента, кПа

Gf11 – собственный вес фундамента длиной 1 п.м. определяется как произведение удельного веса материала фундамента (железобетон – 24 кН/м3) и объема материала фундамента ( 1,44м3) – 24 х 1,44= 35,04 кН;

Gg11 – вес грунта на уступах фундамента, определяемый, как произведение удельного веса грунта (17,32кН/м3)  и объема грунта;

А – площадь 1 п.м. подошвы фундамента, принятых размеров.



тогда  

Следовательно, принятая ширина подошвы фундамента достаточна.







6. Конструирование поперечного сечения фундамента.



Сборные фундаментные плиты:

Определив размеры подошвы фундамента, по ГОСТ 13580 – 85 подбираем стандартные фундаментные плиты ближайшего большего размера.

ФЛ 8.24

B = 800 мм; L = 2380 мм; H = 300 мм; m = 1,40 т                

     Сборные фундаментные блоки:

По ГОСТ 13579 – 79 подбираем фундаментные блоки:  ФБС 24.4.6 – Т

l = 2380 мм; b = 400 мм; h = 580 мм; m = 1,30 тс

     Предварительное конструирование фундамента: Расчетная схема представлена на рис. 7.

Определяем высоту стенки подвала: 3600 – 300 – 300 = 3000 мм

Определяем количество стеновых фундаментных блоков

Принимаем 5 стандартных блоков ФБС 24.4.6 – Т.





Рисунок 6. Конструирование фундамента.

7. Расчет осадки основания



Расчет оснований по деформации производится, исходя из условия

S ≤ Su

где S – величина совместной деформации основания и сооружения, определяется расчетом;

Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое по [3,п.п.2.51-2.55 прилож. 4] или по табл. п.6 [2].

Выбор расчетной схемы производится согласно приложениям [3, пункт 2,40 и прилож. 2]. 

Совместная деформация основания и сооружения определяется расчетом по указаниям [3, прилож. 2]методом послойного суммирования осадков отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи основания по формуле



где   S – конечная осадка основания; n – число слоев, на которые разделена сжимаемая толщина основания; hi – толщина i–го слоя грунта; σzp.i – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i–ом слое грунта; β – безразмерный коэффициент, равный 0,8.



Определение осадки:

1) Строим эпюру вертикальных напряжений от собственного веса грунта – эп. σzg .

На глубине Z от подошвы фундамента его величина определяется по формуле



На границах выделенных слоев грунта

σzg.1 = γII.I hI = 16,8∙1,0=16,8кПа

σzg.2 = γII.I hI + γII.2 hII =16,8∙1,0+17,5∙1,0=34,30кПа

σzg.3 = γII.I hI + γII.2 hII + γII.3 hIII =16,8∙1,0+17,5∙1,0+17,8∙1,0=52,10кПа

В уровне подошвы фундамента

σzg.0 = 16,8∙1,0+17,5∙1,0+17,8∙0,7=46,76кПа

2) Определяем дополнительное давление (давление от сооружения) на уровне подошвы фундамента: σzрg.0 = Р0 = РII - σzg.0 =301,71-46,76=254,95кПа

где Р11 – среднее давление под подошвой фундамента.

3) Строим эпюра дополнительного вертикального напряжения от сооружения – эп. σzр ; при этом дополнительное вертикальное напряжение на глубине z от подошвы фундамента (по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента)  определяется по формуле

σzр = α·Р0  

где  α – коэффициент, принимаемый по [3, таб. 1] или по табл. п. 5.1. [2] в зависимости от формы подошвы и относительной глубины z = 2z / b.

Для построения эпюры дополнительного давления толщина грунтов ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои толщиной hi ≤ 0,4 b: hi=32см.

	z – глубина залегания подошвы каждого элементарного слоя грунта, ниже подошвы фундамента на расчетной схема проставляются соответствующие значения α и σzg.

4) Строим эпюра 0,2 σzр.

5) Определяем глубину сжимаемой толщи; нижняя ее граница принимается на глубине z = Hc, где выполняется условие

σzр = 0,2σzg (точка пересечения эпюры σzр и эпюры 0,2σzg)

Вычисления сводим в таблицу 6.

Таблица 6. Расчет осадки.

№ элемен.слоя











Е

0 – 1

0,32

0,8

0,881

224,61

10,78

20355

1 – 2

0,64

1,6

0,642

163,68

12,20

20355

2 – 3

0,96

2,4

0,477

121,61

13,62

20355

3 – 4

1,28

3,2

0,374

95,35

15,05

20355

4 – 5

1,60

4,0

0,306

78,01

16,47

20355

5 – 6

1,92

4,8

0,258

65,78

17,90

20355

6 – 7

2,24

5,6

0,223

56,85

19,32

20355

7 – 8

2,56

6,4

0,196

49,97

20,74

20355

8 – 9

2,88

7,2

0,175

44,62

22,17

20355

9 – 10

3,20

8,0

0,158

40,28

23,59

20355

10 – 11 

3,52

8,80

0,144

36,71

25,02

20355

11 – 12 

3,84

9,60

0,132

33,65

26,44

20355

12 – 13 

4,16

10,40

0,122

31,10

27,86

20355

13 – 14 

4,48

11,2

0,113

28,81

29,29

20355

14 – 15 

4,80

12,0

0,106

26,81

30,71

20355

6) Определяем осадку основания, складывающуюся из осадок слоев грунта, входящих в сжимаемую толщину. Провидим полное их суммирование.





Вывод: осадка допустима.





Рисунок 7. Расчетная схема для определения осадки фундамента по методу послойного суммирования

























8. Расчет и конструирование свайного фундамента

8.1. Определение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю.

﻿ 

Длина сваи подбирается из условия погружения нижнего конца сваи на 1-2 метра в ниже залегающий более прочный грунт (несущий слой). В соответствие с этим составляется расчетная схема к  определению несущей способности сваи.





Рисунок 8. Расчетная схема к определению несущей способности свай.

Несущая способность забивной висячей сваи Fd определяется как сумма сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле



где  γс – коэффициенты условий работы сваи в грунте, принимаемый γс = 1 [4];

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа, определяемое по СНиП [4. табл.1] или по табл. 8.1 [2];

А – площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто, или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру или по площади сваи – оболочки нетто;

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

fi – расчетное сопротивление i–го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, определяемое по СНиП [4, табл. 2] или по табл. п. 8.2. [2];

hi – толщина i–го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м;

γcR, γcf – коэффициенты условия работы грунта соответственно под нижнем концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта, определяемые по СНиП [4, табл. 3] или по табл. п.8.1. [2]; 

Значение R согласно СНиП [4] определяем по таблице для глубины Н. Величина fi определяется по таблице для глубин заложения середин слоев грунта, соприкасающихся с боковой поверхностью сваи – h1, h2, h3, h4; пласты грунтов расчленяются на однородные слои толщиной не более 2 метров.

В соответствии с расчетной схемой несущая способность сваи определяется



Значение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, определяется по формуле



где γk – коэффициент надежности, принимаемый по СНиП [4, п.4.3]; при определении несущей способности сваи расчетом  





8.2. Определение расстояния между сваями и выполнение плана расстановки свай.



Расстояние между сваями под стены здания определяется  по формуле



где  N – расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН;

n1 – расчетная нагрузка на 1 м фундамента (с учетом веса ростверка и грунта на его обрезах), кН.

Значение расчетной нагрузки в наиболее нагруженном сечений n1.4=271,71кН, расстояния между сваями при однорядном расположении определяются:

в сечение 4 – 4  .

Принимаем при расстановке до 1,200 м. 









9. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов 5-ти этажного кирпичного здания.



Здание строится в городе Смоленск. С учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и задания на проектирование при рассмотрении вариантов фундаментов выявлены следующие рациональные:

1 вариант – ленточный сборный фундамент;

2 вариант – свайный фундамент. 

Результаты расчета технико-экономических показателей для сравнения сведены в таблицу 8.

Сметная стоимость строительно-монтажных работ определяется по формуле:



где  Vi – объем i – ой  работы по соответствующему варианту;

Сi – показатель единичной стоимости i – ой работы в ценах 1984 года, в рублях;

Нр – коэффициент, учитывающий накладные расходы (Нр = 1,2);

КП.Н – коэффициент, учитывающий плановые накопления (КП.Н = 1,08);

КИ.И – коэффициент, учитывающий изменения цен по индексу 1984 года (в данной работе принят равным 11,75)

 – прямые затраты по сравниваемым вариантам фундаментов в ценах 1984 г. (таб.7), в рублях.

Трудоемкость выполнения работ (таб. 7) включает дополнительные затраты труда на обслуживание строительного процесса (Ко = 1,25) и строительной площадки (Кп = 1,07).



где Зi – затраты труда на единицу работ, чел/час.

Ко, Кп – коэффициенты, учитывающие затраты труда на обслуживание строительного процесса и площадки.

Продолжительность производственной работы определяется по формуле:



где Н – численность рабочих в день (в примере принято Н = 6 чел.)

230 – плановое число рабочих дней в году.











Таблица 7. Прямые затраты по сравниваемым вариантам фундаментов 6-ти этажного кирпичного жилого дома (1 секция) в ценах 1984 г.

№

п/п

Виды работ



Нормативы на единицу измерения

Вариант I

Сборный фундамент

Вариант II

Свайный фундамент







Стоим.

(руб.)

Трудоем.

ч/час.

Объем работ

Стоим.

(руб.)

Трудоем.

ч/час.

Объем работ

Стоим.

(руб.)

Трудоем.

ч/час.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

Разработка грунта I группы экскаватором



0-131

0,06

5,12

0,671

0,307

2,48

0,325

0,149

2

Монтаж железобетонных фундаментных плит



51-40

0,331

0,3

15,42

0,10

-

-

-

3

Погружение дизель-молотом на тракторе железобетонных свай длиной до 6 м в грунт I группы



69-62

2,016

-

-

-

0,12

8,35

0,24

4

Устройство монолитных железобетонных ростверков



37-08

1,426

-

-

-

0,21

7,79

0,30

5

Горизонтальная изоляция – цементный раствор состава 1:2



0-77

0,32

0,4

0,308

0,128

0,4

0,308

0,128

6

Монтаж стеновых панелей цокольной части



64-74

2,152

1,08

69,9192

2,32416

1,08

69,9192

2,32416

7

Монтаж железобетонных плит перекрытия



72-60

1,547

1,17

84,942

1,80999

1,17

84,942

1,80999

8

Боковая обмазочная гидроизоляция стен фундаментов битумной мастикой в 2 слоя



0-90

0,31

0,023

0,0207

0,00713

0,023

0,0207

0,00713

9

Засыпка пазух



0-015

-

2,34

0,0351

-

2,52

0,0378

-

10

Бетонный подстилающий слой толщиной 80 мм



34-73

2,28

0,42

14,5866

0,9576

0,42

14,5866

0,9576

11

Цементный пол толщиной 20 мм



0-63

0,13

0,11

0,0693

0,0143

0,11

0,0693

0,0143

12

Асфальтовые отмостки и тротуары



2-09

0,375

1,0

2,09

0,375

1,0

2,09

0,375



Итого:









188,06

6,02



188,44

6,30



№

п/п

Наименование показателя

Един. изм.

Величина показателя







Вариант I

Вариант II

1

Объем работ

п.м.

1

1

2

Сметная стоимость строительно-монтажных работ

руб.





3

Трудоемкость выполнения работ

ч/дн.





4

Продолжительность производства работ

год









Наиболее экономичный вариант фундаментов определяется

Э = (2869,56 –2863,78) + 0,15·2869,56 (0,00076 – 0,00073) = 576руб.

Экономический эффект достигается от внедрения второго варианта фундаментов – сборного фундамента, который и принимается к разработке, проектированию и выполнению.

Вывод: более экономным является сборный фундамент.







10. Расчет и конструирование ленточных фундаментов для остальных 3 – х расчетных сечений.

10.1. Определение ширины подошвы фундамента

 

Сечение 1-1:



где 

; 





Расчетное сопротивление грунта при b =0,695м   и d =2,7м  определяется



Уточняем ширину подошвы фундамента:



Так как разность двух значений «b» превышает 10%



Уточнение необходимо продолжить.

Расчетное сопротивление грунта при b =0,453м   и d =2,7м  определяется



Уточняем ширину подошвы фундамента:





Так как разница последних двух значений «b» менее 10%,дальнейшее уточнение не делается.



Сечение 2-2:



где 

; 





Расчетное сопротивление грунта при b =0,767м   и d =2,7м  определяется



Уточняем ширину подошвы фундамента:



Так как разность двух значений «b» превышает 10%



Уточнение необходимо продолжить.

Расчетное сопротивление грунта при b =0,499м   и d =2,7м  определяется



Уточняем ширину подошвы фундамента:





Так как разница последних двух значений «b» менее 10%, дальнейшее уточнение не делается.



Сечение 3-3:



где 

; 





Расчетное сопротивление грунта при b =0,602м   и d =2,7м  определяется



Уточняем ширину подошвы фундамента:



Так как разность двух значений «b» превышает 10%



Уточнение необходимо продолжить.

Расчетное сопротивление грунта при b =0,393м   и d =2,7м  определяется



Уточняем ширину подошвы фундамента:







Так как разница последних двух значений «b» менее 10%, дальнейшее уточнение не делается.





10.2. Конструирование ленточного фундамента из сборных железобетонных элементов.



Сборные фундаментные плиты:

Определив требуемые размеры подошвы фундаментов в сечении 1 – 1, 2 – 2, 3 – 3  по ГОСТ 13580 – 85 подбираем стандартные фундаментные плиты ближайшего большего размера.

ФЛ 6.24

B = 600 мм                 m = 1,00 т

L = 2380 мм               H = 300 мм



Сборные фундаментные блоки:

По ГОСТ 13579 – 79 подбираем фундаментные блоки для сечения 1 – 1, 2 – 2 :  ФБС 24.6.6 – Т

l = 2380 мм                   h = 580 мм

b = 600 мм                    m = 1,96 тс

Определяем высоту стенки подвала

3600 – 300 – 300 = 3000 мм

Определяем количество стеновых фундаментных блоков: принимаем 5 стандартных блоков ФБС 24.6.6 – Т.



По ГОСТ 13579 – 79 подбираем фундаментные блоки для сечения 3 – 3:  ФБС 24.4.6 – Т

l = 2380 мм                   h = 580 мм

b = 400 мм                    m = 1,30 тс

Определяем высоту стенки подвала

3600 – 300 – 300 = 3000 мм

Определяем количество стеновых фундаментных блоков: принимаем 5 стандартных блоков ФБС 24.4.6 – Т.



Рисунок 9. Конструирование фундамента в сечении 1 – 1, 2 – 2



Рисунок 10. Конструирование фундаментов в сечении 3 – 3 

10.3. Проверка напряжений под подошвой фундамента



Проверка давления на грунт под подошвой фундамента  производится по формуле



где   Р11 – давление под подошвой фундамента, кПа

Gf11 – собственный вес фундамента длиной 1 п.м. определяется как произведение удельного веса материала фундамента (железобетон – 24 кН/м3) и объема материала фундамента;

Gg11 – вес грунта на уступах фундамента, определяемый, как произведение удельного веса грунта (17,23кН/м3)  и объема грунта;

А – площадь 1 п.м. подошвы фундамента, принятых размеров.



Сечение 1 – 1:



тогда 



Следовательно, принятая ширина подошвы фундамента достаточна.



Сечение 2 – 2:



тогда 



Следовательно, принятая ширина подошвы фундамента достаточна.



Сечение 3 – 3:



тогда 



Следовательно, принятая ширина подошвы фундамента достаточна.









Список литературы



Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. – Л.: Стройиздат, 1988.

Канаков Г.В., Прохоров В.Ю. Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий. Учебное пособие. Нижний Новгород, издание МИПК ННГАСУ, 1999 г.

СНиП 2.02.01 – 83 Основания зданий и сооружений. – М.: Стройиздат, 1984

СНиП 2.02.03 – 85 Свайные фундаменты. – М.: Стройиздат, 1985

ГОСТ 25100 – 95 Грунты. Классификация

СНиП 2.01.07 – 85* Нагрузки и воздействия

СНиП 2.01.01 – 82 Строительная климатология

СНиП 2.03.01 – 84 Бетонные и железобетонные конструкции

28