Основания и фундаменты

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  «РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ГОРОДСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА И ХОЗЯЙСТВА

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основания и фундаменты»

 

 

Выполнила:

ст.группы ЭУН-522

Кузнецова Е.А.

 

Проверил:

проф. Кузнецов М.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Ростов-на-Дону

2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1. Введение………………………………………………………………
2. Проектирование фундамента под железобетонную колонну…..…
3. Проектирование ленточного фундамента…………………………..
4. Проектирование свайного фундамента…………………………    ..
5. Список используемой литературы………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Основания и  фундаменты зданий и сооружений служат для восприятия нагрузок от строительных конструкций, технологического оборудования и нагрузок на полы. Как отмечается в литературе, надежность оснований и фундаментов и снижение стоимости работ  по их устройству существенно зависят от умения правильно оценить инженерно-геологические условия площадок строительства, свойства грунтов и совместную работу этих грунтов с деформирующимися фундаментами и конструкциями сооружения.

Проектирование  оснований и фундаментов осуществляют в соответствии с действующими строительными нормами и правилами (СНиП), инструктивной и технической литературой.

Основание - это  напластование грунтов, воспринимающее давление от сооружения. Фундамент - подземный конструктивный элемент сооружения, предназначенный для передачи давления на грунты основания, обычно расположенные на некоторой глубине. Грунтами называют горные породы коры выветривания литосферы. Грунты оснований должны именоваться в отчетах по инженерно-геологическим изысканиям, проектах оснований, фундаментов и других подземных конструкций сооружений согласно ГОСТ 25100-82*. Классификацию грунтов производят по комплексу признаков, выделяй классы, группы, подгруппы, типы, виды и разновидности.

В соответствии с нормами и ГОСТ 27751-88 (СТ СЭВ 384-87) основные положения расчета по методу предельных состояний направлены на обеспечение безотказной работы конструкций и оснований с учетом изменчивости свойств материалов, грунтов, нагрузок и воздействий, геометрических характеристик конструкций, условий их работы, а также степени ответственности и народнохозяйственной значимости проектируемых объектов, определяемой материальным и социальным ущербом при нарушении их работоспособности.

 

2. Проектирование фундамента под железобетонную колонну.

Место строительства -  г. Калуга относится к III снеговому району по снеговой нагрузке. В соответствии с нормами сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму для Калуги  М_t = 30,9(см.прил.2).

В результате проведенных  инженерно-геологических изысканий  установлен геолого-литологический разрез грунтовой толщи:

слой №1 (от 0 до 0,2 м) - почвенно-растительный;

слой №2 (от 0,2 до 3,6 ... 4,0 м) – суглинок светло-коричневый, делювиальный, верхнечетвертичного  возраста;

слой №3 (3,6….4,0 м и до разведанной глубины 16,5 м)- глина темно-коричневая, делювиальная, среднечетвертичного возраста;

Подземные воды до глубины 16,5 м не встречены. Их подъем не прогнозируется.

Статистический  анализ физических показателей грунтов  позволил выделить, в толще инженерно-геологические элементы (ИГЭ). Поскольку слой №1, который заведомо должен быть прорезан фундаментами, находится выше глубины промерзания и не оказывает существенного влияния на результаты расчетов то его объединяем со слоем №2 в один инженерно-геологический элемент ИГЭ-1, распространяющийся от поверхности до глубины 3,6-4,0 м. Ниже находится глина темно-коричневая  ИГЭ-2, глубину распространения которого принимаем от 7,0 м до разведанной глубины. Обобщенные физико-механические характеристики грунтов представлены в табл. 1.1

Для пылевато-глинистых  грунтов при классификации используется число пластичности J_p и показатель текучести J_L.

 

Таблица 2.1

Физико-механические характеристики грунтов 

 

Номер слоя	ρII	ρs	W	Wp	WL	e	С1	φ1	СII	φII
	т/м3	т/м3					кПа	град.	кПа	град.
ИГЭ-1 ИГЭ-2	1,72 1,8	2,72 2,72	0,15 0,18	0,16 0,26	0,28 0,45	0,82 0,78	13   33	20   15	19      48	24   17

 

ИГЭ-1. Число  пластичности J_p = (0,28-0,16)100% = 12%.

Так как 7 < J_р =12< 17, то грунт является суглинком. Показатель текучести J_L = (0,15-0,16)/(0,28-0,16)= -0,083 . При J_L=0  суглинок имеет твердую консистенцию.

Дополнительно по СНиП 2.02.01-83* [4] или прил.11 определяют значение модуля деформации Е = 17600 кПа (в запас надежности принято для  е =0,82).

Расчетное сопротивление R₀  определяем по прил.13 или СНиП 2.02.01-83* используем формулу двойной интерполяции.

Для суглинка, имеющего J_L=0 и е = 0,82, получаем R₀=230 кПа;

ИГЭ-2. Число  пластичности J_p = (0,45-0,26)100% = 19%.

Так как  J_р =19, то грунт является твердой глиной. Показатель текучести J_L = (0,18-0,26)/0,19= -0,45 . При J_L=0  глина имеет твердую консистенцию.

Дополнительно по СНиП 2.02.01-83* [4] или прил.11 определяют значение модуля деформации Е = 20970 кПа (в запас надежности принято для  е =0,78).

Расчетное сопротивление R₀  определяем по прил.13 или СНиП 2.02.01-83* используем формулу двойной интерполяции.

Для глины, имеющей J_L=0 и е = 0,78, получаем R₀=320 кПа;

Анализ техногенного назначения и конструктивного решения здания.

 Необходимо  запроектировать фундаменты для  одноэтажного двухпролетного цеха, относящегося ко II классу ответственности. Коэффициент надежности по назначению, согласно СНиП 2.01.07-85 для II класса γ_b =0.95 [14]. В цехе осуществляется сборка сельскохозяйственных машин и в каждом пролете расположены по два технологических мостовых крана грузоподъемностью по 30 т при круглосуточной работе. Режим работы кранов 7К [14]. Предельный относительный эксцентриситет приложения равнодействующей в подошве фундамента -1/6. Технологическое оборудование и заглубленные помещения не оказывают — влияния на фундаменты.

Среднесуточная  температура воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам цеха, в зимний период равна 10° С. Нагрузки на полы цеха вблизи колонн крайнего ряда отсутствуют.

Проектируемое одноэтажное производственное здание имеет полный железобетонный каркас. Предельная осадка для такого здания S_u = 8 см, предельный крен не нормируется. В надземной части здания не предусмотрены специальные конструктивные мероприятия по приспособлению к восприятию усилий от деформации основания, поэтому конструктивная схема здания - гибкая. Полы в цехе - бетонные по грунту.

Проектируется фундамент под типовую сборную  двухветвевую колонну крайнего ряда с размерами = 500 х 1000 мм, отметка пяты колонны - 1,050, шаг колонн 6 м.

Нагрузки на фундамент определяем в уровне его  обреза в невыгодных сочетаниях для расчетов по первой и второй группам предельных состояний.

Нагрузки могут  быть определены в результате статического расчета рамы. В настоящем примере  в качестве исходных данных представлены нагрузки от собственного веса: снеговые, крановые и ветровые, полученные при расчете рамы. Причем кратковременные нагрузки принимают различные значения и направления [14]. Необходимо, используя соответствующие коэффициенты сочетаний и надежности по нагрузке, составить невыгодные сочетания нагрузок [10]. Результаты определения нагрузок в различных сочетаниях даны в табл.2.4.

Таблица 2.4

Нагрузки в  обрезе фундамента

 

Группа предельного  состояния, в кот. используются нагрузки	Номер сочетания	Значение нагрузок (знак + соответствует  следующим направлениям)
		М, кНм	N, кН	Q, кН
I (первая)	3 4	88,9 -591,6	562,9 1019,2	32,1 -73,8
II (вторая)	1 2	81,8 -530,8	518,4 896,7	29,1 -66,7

   На фундамент передается нагрузка и от кирпичной стоны толщиной и высотой H₁ =12,15 м. (Н₁=0,150+10,8+1,2=12,15 м)

Значение нагрузки oт веса стены

G₁=H₁+b₀+n+γ₁+K_п+ γ_n

где n=6м шаг колонн; =18 кН/м³ -удельный вес кирпичной кладки; К_n = 0,85 - коэффициент проемности; γ_n = 0,95 - коэффициент надежности по назначению

G₁ = 12,15*0,51*6*18*0,85*095=540,4кН.

Проектирование  малозаглубленных железобетонного  фундамента сжатого типа под колонну  крайнего ряда цеха.

 Глубина  заложения фундамента d из условий прорезки почвенно-растительного слоя должна быть больше 0,6 м (d > 0,6 м).

Нормативная глубина  сезонного промерзания грунтов по формуле:

d_m = 0,23* √30,9= 1,27 м.

    Расчетная глубина сезонного промерзания при температуре в помещении 10С c полами по грунту по формуле

D_f= K_h* d_fn

D_f= 08* 1,27 = 1,01 м.

Из конструктивных требований к заделке колонны в стакан высота фундамента по формуле

hf≥d_c+h_g+0,05

d_c≥l_c[1-0,8(l_c-0,9)]

Принимаем, согласно табл. 2.1, для промзданий h_f 1,5 м.

При совпадающих  отметках планировки обреза фундамента имеем d=h_{f .} Из всех условий выбираем наибольший размер глубины заложения:

d=h_f = 1,5 м.

При этом высота фундамента кратна 300 мм.

  Определение размеров подошвы фундамента.

В первом приближении  площадь подошвы фундамента:

А=N_II/(R₀-γ_mt*d)

А = 1437,1/(230-1,5*20)=7,2 м².

Задаваясь соотношением сторон m= 0,75 (b/l=0,75 [0,6….0,85]), получим

  L=√A/0,75=√7,2/0,75=3,1 м

 B=0,75l=0,75*3,1=2,3 м

В соответствии с модулем 300 мм полагаем l= 3,3 м, b = 2,4 м.

Находим нагрузки в подошве фундамента и эксцентриситеты  отн. точки O_1.

G_f=l*b*(d+0,15)* γ_mt

G_f= 3,3*2,4 (1,5 + 0,15) 20* 0,95 = 248 кН.

   Для первого сочетания нагрузок:

∑N_{II 1}=518,4+540,4+248=1294,1 кН;

∑M_{II 1}=81,8+29,1*1,5+540,4*(0,51+0,1)/2=290,25кНм;

e₁=290,25/1294,1=0,22 м;

ε₁=0,22/3,3=0,07

Для второго  сочетания нагрузок:

∑N_{II 2}=896,7+540,4+248=1672,4кН;

∑M_{II 2}= -530,8+(-66,7*1,5)+540,4*(0,5+0,1)/2=-466,05 кНм;

e₂=-466,05/1672,4=0,28 м;

ε₂=0,28/3,3=0,09

Сравниваем  с ε_к=l/b (ε₁=0,07≤ ε_к=0,16; ε₂=0,09≤ ε_к=0,16)

P_II=∑N_II/b*l

P_II1=1294,1/3,3*2,4=181,5 кПа

P_II2=1672,4/3,3*2,4=234,6 кПа

P_II max=P_II*(1+6 ε₁)

P_II1 max=181,5*(1+6*0,07)=257,7 кПа

P_II2 max=234,6*(1+6*0,09)=361,3 кПа

Определяем  расчетное сопротивление.

R= (γ_с1* γ_с2/K)*[ М_γ*K_z*b*γ_II+ М_q*d* γ_II’+ М_с*C_II)

Коэффициент К =1, так как прочностные характеристики определены инженерно-геологическими изысканиями: при 22° согласно прил.7.

K_z=1,0; C_II=19 кПа

Коэффициенты  γ_с1=1,25 и γ_с2=1,0 согласно прил.25

  М_γ.= 0,72, М_q =3,87, М_с =6,45.

R= (1,25*1,0/1,0)*[ 0,72*1*2,4*17,2+ 3,87*1,5*17,2₊ 6,45*19)=556,1 кПа

Давление в  подошве фундамента определяем ∆=(Р-R)/R;  ∆=(P_max-1,2R)/1,2R

для первого  сочетания 

∆₁=(181,5-556,1)/556,1=-0,67=67%;  ∆₁=(257,7-667,32)/667,32=-0,61

для второго  сочетания

∆₂=(234,6-556,1)/556,1=-0,58=58%;  ∆₂=(361,3-667,32)/667,32=-0,46

Т.к. условия  не вып-ся, то уменьшаем размеры фундамента l=2,4 м, b=1,8 м

G_f= 2,4*1,8* (1,5 + 0,15) 20* 0,95 = 142,56 кН.

   Для первого сочетания нагрузок:

∑N_{II 1}=518,4+5404+142,56=1201,36 кН;

∑M_{II 1}=81,8+29,1*1,5+540,4*(0,51+0,1)=290,25кНм;

e₁=290,25/1201,36=0,24м;

ε₁=0,1

Для второго  сочетания нагрузок:

∑N_{II 2}=896,7+540,4+142,56=1579,66 кН;

∑M_{II 2}= -530,8+(-66,7*1,5)+540,4*(0,5+0,1)/2=-466,05 кНм;

e₂=-466,05/1579,66=0,3 м;

ε₂=0,12

Сравниваем  с ε_к=l/b (ε₁=0,1≤ ε_к=0,16; ε₂=0,12≤ ε_к=0,16)

P_II=∑N_II/b*l

P_II1=1201,3/2,4*1,8=278,09 кПа

P_II2=1579,66/24*1,8=365,7 кПа

P_II max=P_II*(1+6 ε₁)

P_II1 max=278,09*(1+6*0,1)=444,9 кПа

P_II2 max=365,7*(1+6*0,12)=628,94 кПа

Определяем  расчетное сопротивление.

R= (1,25*1,0/1,0)*[ 0,72*1*2,4*17,2+ 3,87*1,5*17,2₊ 6,45*19)=556,1 кПа

Давление в  подошве фундамента определяем ∆=(Р-R)/R;  ∆=(P_max-1,2R)/1,2R

для первого  сочетания 

∆₁=(278,09-556,1)/556,1=-0,39=39%;  ∆₁=(449,9-667,32)/667,32=-0,23

для второго  сочетания

∆₂=(365,7-556,1)/556,1=-0,24=24%;  ∆₂=(628,94-667,32)/667,32=-0,06

         Недонапряжение, в наиболее невыгодном  случае составляет

что допускается  в инженерных расчетах (при этом 0,06 < 1/6 =)

Таким образом, l=2,4 м и b =1,8 м; для расчета осадки принимаем

р= mах(182; 228) = 228 кПа.

Расчет осадки основания фундамента

Сначала разбиваем основание ниже подошвы фундамента на элементарные слои h =-0,4b = 0,4*1,8 = 0,72 м. Таких слоев принимаем в пределах ИГЭ-1 в количестве трех, частично захватываем подстилающий ИГЭ-2

 

 

Таблица 2.2

К расчету осадки основания фундамента

z, см	ς=2*z/b	η	α	σzg, кПа	0,2*σzg, кПа	σzp, кПа	σzgi, кПа	hi
72	0,8	1,33	0,848	27,04	5,41	288,24	234,5	0,72
144	1,6	1,33	0532	51,8	10,4	180,83	145,7	0,72
216	2,4	1,33	0325	88,95	17,8	110,5	100,45	0,72
250	2,77	1,33	0,266	131,95	26,39	90,4	нижняя граница  сжимаемой толщи
288	3,2	1,33	0,210	183,79	36,76	71,4
36о	4	1,33	0,145	248,59	49,72	49,3
432	4,8	1,33	0,105	326,35	65,27	35,7
504	5,6	1,33	0,079	417,07	83,4	26,9
576	6,4	1,33	0,062	520,75	104,15	21,1