Дипломная работа: Основание и фундаменты

1.Исходные данные

Рис.1

§ Геометрические размеры и другие характеристики здания:

- Тип здания - жилой дом серии I-335.

- Число этажей - 5.

- Полная длина здания в осях - 40 м.

- Полная высота наружных стен - H=13,5 м.

- Пролет здания - L = 5,8 м.

- Глубина подвала - 2,1 м.

- Длина подвала - 20 м.

- Стены наружные - панельные.

- Толщина стен - 35 см.

§ Расчетные значения нагрузок на фундаменты:

- По несущей способности в сечениях:

I-I: 456 кН;

II-II: 900 кН;

III-III: 1728 кН;

IV-IV: 1944 кН;

V-V: 24 кН.

- По деформациям в сечениях:

I-I: 380 кН;

II-II: 750 кН;

III-III: 144 кН;

IV-IV: 162 кН;

V-V: 20 кН.

§ Дополнительно:

- Место строительства - Санкт-Петербург.

- Тепловой режим здания (1 этаж) - неотапливаемое здание.

- Конструкция полов 1-го этажа - полы на лагах по грунту.

- Тепловой режим в подвале - +15 С.

- - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных температур за зиму в данном районе.

§ Топографические и инженерно-геологические условия стройплощадки:

§ Характеристики физико-механических свойств грунтов

Таблица 1

2.Посадка здания

Рис.2

3.Обработка физико-химических характеристик

- насыщенный водой

§ модуль деформации

§ расчетное сопротивление грунта основания

4.Инженерно-геологический разрез

Рис.3

5.Определение глубины сезонного промерзания грунта

§ Нормативная глубина сезонного промерзания грунта

§ Расчетная глубина сезонного промерзания грунта в сечении с подвалом

kh = 0,5 - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, для сооружений с подвалом или тех подпольем. Определяется по таблице № 1 СНиП 2.02.01-83* .

§ Расчетная глубина сезонного промерзания грунта в сечении без подвала

- по таблице № 1 СНиП 2.02.01-83*.

6.Выбор оптимального варианта фундамента

Схемы вариантов фундамента

Рис.4

7.Расчет фундамента на естественном основании

фундамент топографический строительный

§ Расчетная схема:

Рис.5

§ Определяем размеры подошвы фундамента

Принимаем высоту подошвы равной 0,3 м.

Необходимая площадь подошвы фундамента определяется по формуле:

- вертикальная нагрузка на обрез фундамента по 2 ГПС;

- условное расчетное сопротивление грунта основания;

- средний удельный вес материала фундамента и грунта на уступах;

- глубина заложения фундамента;

Фактическая площадь подошвы:

, тогда, учитывая, что фундамент монолитный под колонны (жилое каркасное здание), получаем:

, принимаем .

§ Расчетное сопротивление грунта основания

- коэффициенты условий работы несущего грунта, принимаются по СНиП 2.02.01-83*;

- коэффициент, принимаемый равным ;

- угол внутреннего трения;

М= 1,15; Mq =5,59; Мс = 7,95 - коэффициенты, принимаемые по СНиП 2.02.01-83* в зависимости от ( угол внутреннего трения), ;

- коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента, кz = 1 (b?10м)

- ширина подошвы фундамента;

- приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

- толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала;

- толщина конструкции пола подвала;

- среднее расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;

- глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 .

Рис.6

где - удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды

- то же, для грунтов, залегающих выше подошвы

- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, определяется по СНиП 2.02.01-83*.

§ Среднее давление под подошвой фундамента

Проверка прочности:

(26,58%)

Изменяем длину и ширину подошвы фундамента:

Принимаем b = l = 1,1м, тогда:

Проверка прочности:

(1,7%)

Окончательно принимаем b = l = 1,1м.

§ Проверка подстилающего слоя

Рис.7

Проверяем грунт № 16: =165кПа, МПа

Необходимо проверить следующее условие:

, где

- вертикальные нормальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента, от внешнего давления;

б - коэффициент, который зависит от ; и принимается по СНиП

2.02.01-83* по приложению 2, таблице 1.

При и = 0,099 - по интерполяции.

-дополнительное давление:

- среднее давление под подошвой фундамента, = 362,05кН;

- напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

- вертикальные нормальные напряжения от собственного веса грунта на глубине z под подошвой фундамента:

- расчетное сопротивление слабого слоя грунта на глубине z от подошвы фундамента:

где

и - коэффициенты условия работы, принимаемые по таблице № 3 СНиП 2.02.01-83* для слабого слоя: =1 =1;

K=1,1- коэффициент зависящий от способа определения прочностных характеристик ( и ), прочностные характеристики принятый по таблице 1-3 приложение 1 СНиП 2.02.01-83*;

- коэффициент зависит от ширины подошвы условного фундамента;

Принимаем при : =1.

- ширина подошвы условного фундамента

- площадь подошвы условного фундамента;

где

=380 кН/м, вертикальная нагрузка на обрез фундамента (по II группе предельных состояний);

- вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента, от нагрузки на фундамент; =35,63кПа

- приведенная глубина заложения фундамента:

, где

=4,0м-расстояние от низа пола подвала до слабого слоя грунта № 16;

- средний удельный вес конструкции пола подвала. Принимаю для бетонного пола =22кН/м3;

=0,2м - толщина пола подвала;

=1,1м - глубина подвала определяется по схеме, от поверхности грунта до верха пола подвала;

=11,0 кПа - удельное сцепление грунта, пониженной прочности (№ 16);

- средний удельный вес грунтов, залегающих выше подошвы условного фундамента;

Рис.8

- средний удельный вес грунтов залегающих ниже подошвы условного фундамента:

- условие выполняется.

§ Расчет осадки фундамента

Осадка основания S определяется методом послойного суммирования

- Все основание делится на слои мощностью :

> , где

- ширина подошвы фундамента;

- - расстояние от подошвы фундамента до поверхности -го слоя;

-- осадка поверхности -го слоя:

, где

-мощность -го слоя;

- модуль деформации -го слоя;

- напряжение от внешнего давления по середине -го слоя;

- - в пределах сжимаемой толщи

- для метода послойного суммирования;

Чтобы определить сжимаемую толщу надо построить три эпюры:

- эпюра напряжений от внешнего давления.

- эпюра напряжений от собственного веса грунта.

- (при Е > 5 МПа) или (при Е ? 5 МПа).

Su - предельно допустимая осадка (по СНиП 2.02.03-83* приложение 4) Su=8см для колонн;

Осадку рассчитываем в табличной форме:

Таблица 2

- условие выполняется.

Рис.9

8.Расчет свайного фундамента

Расчетная схема:

Рис.10

hi - толщина i-го слоя грунта (<2м);

d- сечение сваи (0,35м)

zi - расстояние от природного рельефа до середины i-го слоя;

ZR - расстояние от природного рельефа до острия сваи;

dp - глубина заложения ростверка.

§ Принимаем железобетонную сваю сплошного квадратного сечения 35х35см:

lсв = 6,5+0,05=6,55м - длина сваи;

Способ погружения - забивной дизельмолотом.

§ Определение несущей способности сваи по материалу

(для ж/б свай сечением 0,35х0,35м).

§ Определение несущей способности сваи по грунту

, где

- коэффициент условия работы сваи в грунте, для забивной сваи сплошного квадратного сечения = 1;

= 1 - коэффициент условия работы грунта под нижним концом сваи (по таблице 3 СНиП 2.02.03-85* «Свайные фундаменты»;

R- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по таблице № 1 СНиП 2.02.03-85* «Свайные фундаменты» в зависимости от ZR и вида грунта, залегающего под острием сваи: R = 3565 кПа

А = d2 =0,352=0,1225м2 - площадь опирания сваи на грунт;

- наружный периметр поперечного сечения сваи;

- коэффициент условия работы грунта по боковой поверхности сваи, принимается по таблице 3 СНиП 2.02.03-85* «Свайные фундаменты», в зависимости от способа погружения и вида грунта на боковой поверхности сваи;

- расчетное сопротивление -го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, принимается по таблице 2 СНиП 2.02.03-85* «Свайные фундаменты», в зависимости от Zi и вида грунта;

- толщина -го слоя грунта основания;

Таблица 3

§ Определение несущей способности сваи

Поэтому будем вести дальнейшие расчеты, исходя из прочности сваи по грунту

§ Определение количества свай

,где

= 1,4 - коэффициент надежности по грунту, определяется по СНиП «Нагрузки и воздействия»;

= 456 кН, вертикальная нагрузка на обрез фундамента по I группе предельных состояний;

= 20 кН/м3, среднее значение удельного веса материала ростверка, фундаментных блоков и грунта на уступах;

- ширина ростверка;

- длина ростверка;

= 2,4 м, глубина заложения ростверка определяется по схеме расстояние от поверхности грунта(земли) до низа ростверка;

§ Конструирование ростверка

Так как n <1, то nфакт = 1

Рис.11

§ Проверка фундамента

- условие выполняется

§ Расчет осадки свайного фундамента

S Su

Расчет осадки производим методом эквивалентного слоя.

S =

he - толщина эквивалентного слоя:

, где

- коэффициент эквивалентного слоя, определяется по учебнику Далматова Б.И. “ Механика грунтов, основания и фундаменты”. 1988 г в зависимости от вида грунта, который залегает под острием сваи и отношения

- размер подошвы условного фундамента.

- среднее значение угла внутреннего трения:

Рис.12

Р0 - дополнительное давление:

- среднее давление под подошвой условного фундамента:

, где

- вертикальная нагрузка на обрез фундамента по II группе предельных состояний;

-средний удельный вес материала сваи, ростверка, фундаментных блоков и грунта выше подошвы условного фундамента;

- глубина заложения условного фундамента.

- вертикальные нормальные напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента:

где - удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды;

- средний удельный вес грунтов:

- коэффициент относительной сжимаемости грунта основания:

- коэффициент сжимаемости для самого нижнего грунта (№4);

- коэффициент пористости для самого нижнего грунта (№4).

- условие выполняется.

§ Определение расчетного отказа и выбор оборудования для погружения свай

, где

- min расчетная энергия удара молота;

, где

- принятая расчетная нагрузка, допускаемая на сваю;

=25 Дж/кH - коэффициент;

=1,4 - коэффициент надежности;

= 757,96кН - несущая способность сваи;

Принимаю сваебойный трубчатый дизель-молот С-995:

-=33кДж - расчетная энергия удара;

- масса молота - 2,6т;

- масса ударной части - 1,25т;

- Н = 2,3м -высота подъема цилиндров или ход поршня.

= 12,5 кН- масса ударной части;

- масса сваи и наголовка:

=2 кН - масса подбабка;

Величина расчетного (контрольного) отказа:

, где:

q =1,4 - коэффициент надежности по грунту;

= 1500 кН/м2- коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи ( ж / б свая с наголовником);

M = 1 - коэффициент ( при забивке молотами ударного действия );

A = 0,1225 м2 - площадь поперечного сечения сваи;

N = 541,4 кН - расчетная нагрузка допускаемая на сваю;

- коэффициент восстановления удара (при молотах ударного действия ), 2 = 0,2.

9.Расчет фундамента на грунтовых подушках

Расчетная схема:

Рис.13

§ Материал подушки:

- песок средней крупности

Rs = 250 кПа - расчетное сопротивление песка;

Е = 20 МПа;

sb = 10 кН/м3.

§ Определение размеров подошвы фундамента

Площадь подошвы фундамента:

, где

N0II = 380 кН - вертикальная нагрузка на обрез фундамента по II ГПС;

Rs = 250 кПа - условное расчетное сопротивление грунта основания;

гmII = 16 кН/м3 - средний удельный вес материала фундамента и грунта на уступах;