Проектирование оснований и фундаментов

γ_C2 – коэффициент условий работы сооружений, – при ;

k_n – коэффициент, равный k_n=1,0 при использовании в расчетах прочностных характеристик грунта, полученных испытаниями;

k_z – коэффициент при b<10 м равен 1,0;

M_γ, M_q, M_с – коэффициенты зависящие от угла внутреннего трения, при φ=26˚:

b_усл – ширина подошвы условного фундамента, м;

c_II – сцепление грунта подстилающего слоя, равен c_II =1.0 кПа;

g^II = 18,3 кН/м³;

– удельный вес грунта под подошвой фундамента.

 – приведенная глубина заложения фундамента при наличии подвала.

- расстояние от поверхности  грунта до пола подвала 

– условие выполняется.

5.3 Расчет осадки фундамента на песчаной подушке

Расчет будем  вести по СНиП 2.02.01-83*  «Основания зданий и сооружений».

Определение осадки методом послойного суммирования

Расчёт выполняется по формуле :   S<S_пред

4. на расчётной схеме строим эпюру бытового давления  

5. строим эпюру   

6. строим эпюру

№ точки	z, м	x=2z/b	a	szp, кН/м2
1	0	0	1	561,58
2	0,2b	0,4	0,960	539,12
3	0,4b	0,8	0,800	449,26
4	0,6b	1,2	0,606	340,32
5	0,8b	1,6	0,449	252,15
6	1b	2,0	0,336	188,69
7	1,2b	2,4	0,257	144,33
8	1,4b	2,8	0,201	112,88
9	1,6b	3,2	0,160	89,85
10	1,8b	3,6	0,131	73,57
11	2b	4,0	0,108	60,65
12	2,2b	4,4	0,091	51,1
13	2,4b	4,8	0,077	43,24
14	2,6b	5,2	0,067	37,63
15	2,8b	5,6	0,058	32,57
16	3b	6,0	0,051	28,64

 

 

4)  Нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ) на отметке -9,600, ее толщина равна 5,5 м.

      5)  Найдем осадку S = ∑ S_i в пределах сжатой толщи Н_сж

,

По табл. 1 прил. 4 СНиП 2.02.01 – 83     Su =8 см .Su =8 см > S=5,4 см    → Осадка фундамента не превышает нормативного значения

6. Проектирование свайного фундамента

Принимаем марку  свай С 9-30по ГОСТ 19804-91.

Рабочая длина  сваи h = L – 0,1 = 9 – 0,1 = 8,9 м

Расчетная схема:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.1 Определение числа свай

Из геологического анализа основания можно сделать  вывод, что сваи будут работать как  висячие. Расчётное сопротивление  висячей сваи по грунту находят как  сумму сопротивлений, оказываемых  грунтами основания под нижним концом сваи и по её боковой поверхности:

, где

γ_с – коэффициент условий работы сваи (γ_с = 1),

к_n – коэффициент надёжности по нагрузке (к_n = 1,4),

R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяется по табл. 1 СНиП 2.02.03-85. (R= 7980кПа, при глубине погружения нижнего конца сваи от природной поверхности равной 12,8 м).

А – площадь поперечного сечения сваи, 0,3 х 0,3 = 0,09 м².

U – периметр поперечного сечения сваи, 4 х 0,3 = 1,2 м.

f_i – расчётное сопротивление i–го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи (кПа) – по табл. 2 СНиП 2.02.03-85.

h_i – толщина i – го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м (h_i ≤ 2м). 

 

γ_CR, γ_Cf – коэффициенты условий работы грунта под нижним концом и по боковой поверхности свай, учитывающие влияние способа погружения свай.

(При погружении  дизельным молотом γ_CR и γ_Cf = 1) – по табл. 2 СНиП 2.02.03-85.

Разбиваем толщу  грунта согласно расчётной схеме  на слои:

№ слоя.	Толщина слоя hi, м	Средняя глубина расположения слоя грунта, м	Грунт (IL)	fi, кН/м2	hi х fi ,кН/м
1	1,8	4,8	Песок средней крупности	55,4	99,72
2	2	6,7	Супесь (IL=0,67)	12,505	25,01
3	2	9,7	Супесь (IL=0,67)	12,7	25,4
4	2	10,7	Супесь (IL=0,67)	12,7	25,4
5	0,5	11,95	Супесь (IL=0,67)	12,7	6,35
6	0,6	12,5	Песок крупный	68,5	41,1
	∑=8,9				∑=222,98

 

Определяем  несущую способность сваи по грунту:

Определим необходимое  число свай:

 

; ;

Определим размеры ростверка:

где а_р и в_р – соответственно длина и ширина ростверка, m_y и m_x – соответственно количество свай, размещённых вдоль оси Y и X, t_y и t_x – соответственно шаг свай по оси Y и X, d – поперечный размер сваи.

Подбор ширины ступеней:

b₀ = b_кол+2·0,15= 0,5+0,3=0,8 м

.

a₀ = a_кол+2·0,15= 0,5+0,3= 0,8 м

.

 

 

 

 

 

 

 

Подбираем 1 ступень с высотой h = 0,7 м.

 

Уточняем нагрузку, действующую на сваю:

 

 

Свая действующую  нагрузку выдержит.

Недогрузка:

6.2 Проверка прочности грунта

Определяем  размеры условного фундамента:

 – средний угол внутреннего трения от подошвы ростверка до подошвы условного фундамента.

Размеры условного фундамента будут равны:

По табл. 3 [1] принимаем – для песка средней крупности, – при .

 – характеристики получены  по данным испытания грунтов.

 – ширина фундамента менее  10 метров.

M_γ, M_q, M_с – коэффициенты зависящие от угла внутреннего трения, при φ=35˚: M_γ=1,68; M_q=7,73; M_с=9,60;

– удельный вес грунта под подошвой фундамента.

 –  удельный вес грунта в пределах глубины заложения фундамента.

 – приведенная глубина заложения фундамента при наличии подвала:

- расстояние от поверхности  грунта до пола подвала

₌₂ - расчётное значение удельного сцепления.

 

,

 

Грунт выдержит передаваемое на него давление.

6.3 Расчет осадки фундамента методом эквивалентного слоя.

 

 , где

h_э – толщина эквивалентного слоя, определяется по формуле:

; здесь – коэффициент Цытовича, подбираем по таблице (для песка ).

 – коэффициент относительной  сжимаемости слоя грунта под  концом сваи;

 – напряжение бытового давления на уровне подошвы условного фундамента;

 

(По табл. 1 прил. 4 СНиП 2.02.01 – 83     S_перед =8 см .)

Таким образом, максимально возможная осадка не превышает предельно допустимой.

 

7. Технико-экономическое обоснование выбора основного варианта

№ п/п	Наименование работ	Ед. измерения работ	Стоимость единицы измерения усл.руб	Объём работ	Прямые затраты, усл.руб
Фундамент мелкого заложения на естественном основании
1	Земляные работы	м3	0,93	4,97	4,622
2	Крепление стен котлованов	п.м.	0,65	9,4	6,11
3	Бетонирование фундаментов	м3	24,4	2,571	62,73
Итого по фундаменту мелкого заложения					73,46
Фундамент мелкого заложения на песчаной подушке
1	Земляные работы	м3	0,93	7,6	8,94
2	Крепление стен котлованов	п.м.	0,65	8	4,03
3	Бетонирование фундаментов	м3	24,4	1,98	48,31
4	Устройство песчан. подушки	м3	4,5	6,4	28,8
Итого по фундаменту мелкого заложения  на песчаной подушке					90,08
Свайный фундамент
1	Земляные работы (под ростверк)	м3	0,93	4,75	4,42
2	Крепление стен котлованов	п.м.	0,65	9,2	5,98
3	Бетонирование ростверка	м3	24,4	4,75	115,95
4	Стоимость и забивка свай	м3	78,6	5,67	445,66
Итого по свайному фундаменту					572,01

 

Таким образом, видно, что наиболее экономичным  является фундамент мелкого заложения на естественном основании.

 

8. Расчёт узлов фундамент мелкого заложения на естественном основании.

8.1 Узел 1

 

Глубина заложения  фундамента должна быть больше глубины промерзания грунтов , для исключения пучения.

Место строительства  город Барнаул. Сумма среднемесячных отрицательных температур:.

Для здания с подвалом:  

 – для крупных и средних песков;

Для здания без подвала: 

 – табл.1 [1], при t=

Глубину заложения  принимаем равной h=4,1 м, от нулевой отметки.

Ленточный фундамент. Глубину заложения фундамента принимаем  равной  4,1 м. Фундамент нагружен внецентренно, поэтому a=1м; в=?  σ_max 1,2R

Площадь подошвы  фундамента

Давление, передаваемое на основание под фундаментом:

 

 

момент сопротивления  подошвы фундамента 

Момент от ветровой нагрузки:

 

Момент от активного давления грунта:

 

При глубине  заложения подошвы фундамента 3,2  м получаем:

– удельный вес грунта под подошвой фундамента.

- усредненный  угол внутреннего трения от  поверхности грунта до подошвы фундамента

Момент от перекрытия над подвалом:

 

 

 

 

Расчётное сопротивление  грунта под подошвой фундамента:

  _{- здание с  подвалом}

 

d_в -глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала (d_в = 2 м)

При глубине  заложения подошвы фундамента 4,1  м получаем:

– удельный вес грунта под подошвой фундамента.

  -  приведённая глубина заложения со стороны подвала

_{толщина слоя грунта выше подошвы  фундамента со стороны  подвала}

_{- удельный вес  грунта для рабочего  слоя}

_{- величина сцепления  рабочего слоя}

Определяем  ширину подошвы фундамента графическим  методом.

Построим графики функций зависимости  σ_max и 1,2*R от ширины подошвы b.

 

 

При  b=1м -

     

При b=2м -

      

При  b=0,9м -

      

 

 

 

 

Принимаем размер b = 0,9 м, а = 1  м.

σ_max = 541,39кПа <1,2 R 542,51кПа.

 

 

 

 

 

8.2 Узел 3

Ленточный фундамент. Глубину заложения фундамента принимаем  равной  4,1 м. Фундамент нагружен центрально, поэтому a=1м; в=?  σ_max R

Площадь подошвы  фундамента

Давление, передаваемое на основание под фундаментом:

 

Расчётное сопротивление  грунта под подошвой фундамента:

  _{- здание с  подвалом}

d_в -глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала (d_в = 2 м)

При глубине  заложения подошвы фундамента 4,1  м получаем:

– удельный вес грунта под подошвой фундамента.

  -  приведённая глубина заложения со стороны подвала

_{толщина слоя грунта выше подошвы  фундамента со стороны  подвала}

_{- удельный вес  грунта для рабочего  слоя}

_{- величина сцепления  рабочего слоя}

 

Определяем  ширину подошвы фундамента графическим  методом.

Построим графики функций зависимости  σ_max и R от ширины подошвы b.

 

 

 

 

При  b=1м -

     

При b=2м -

      

При  b=1,1м -

      

 

 

 

 

 

 

Принимаем размер b = 1,1 м, а = 1  м.

σ_max = 426,95кПа <R = 427,9кПа.

8.3 Узел 4

 

Глубина заложения фундамента должна быть больше глубины промерзания грунтов , для исключения пучения.

Место строительства  город Барнаул. Сумма среднемесячных отрицательных температур:.

Для здания с подвалом:  

 – для крупных и средних песков;

Для здания без подвала: 

 – табл.1 [1], при t=

Глубину заложения  принимаем равной h=1,8 м, от нулевой отметки.

Ленточный фундамент. Глубину заложения фундамента принимаем  равной  1,8 м.

Фундамент нагружен внецентренно, поэтому a=1м; в=?  σ_max 1,2R

Площадь подошвы  фундамента

Давление, передаваемое на основание под фундаментом:

 момент сопротивления подошвы фундамента 

Момент от ветровой нагрузки:

 

Момент от активного давления грунта:

 

Момент от пoкрытия:

 

 

При глубине  заложения подошвы фундамента 1,8  м получаем:

– удельный вес грунта под подошвой фундамента.

- усредненный  угол внутреннего трения от  поверхности грунта до подошвы фундамента

 

 

 

Расчётное сопротивление  грунта под подошвой фундамента:

  _{- здание без подвала}

 

При глубине  заложения подошвы фундамента 1,8  м получаем:

– удельный вес грунта под подошвой фундамента.

_{- удельный вес  грунта для рабочего  слоя}

_{- величина сцепления  рабочего слоя}

Определяем  ширину подошвы фундамента графическим  методом.

Построим графики функций зависимости  σ_max и 1,2*R от ширины подошвы b.

 

 

 

 

 

При  b=1м -

     

При b=2м -

      

При  b=0,75м -

      

 

 

 

 

Принимаем размер b = 0,75 м, а = 1  м.

σ_max = 353,9кПа <1,2 R =368,58кПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Список литературы

 

1. СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений».
2. СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».
3. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».
4. СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика».
5. ТСН 50-301-99 РМЭ «Основания и фундаменты зданий и сооружений», Пилягин А.В., г. Йошкар-Ола.
6. Долматов Б.И., Морарескул Н.Н., Науменко В.Г. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений: Учебное пособие для судентов вузов. – М.: Высш. Шк., 1986.
7. Лапшин Ф.К. Основания и фундаменты в дипломном проектировании: Учебное пособие для вузов. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1986.