Кафедра строительных конструкций, оснований

Кафедра строительных конструкций, оснований

И надежности сооружений

 

Пояснительная записка

К курсовому проекту

по дисциплине «Основания и фундаменты»

 

 

Выполнил студен гр. ПГС 11

Бондарев А.А

Проверил

Муравьева Л.В.

 

 

Волгоград 2014

 

Содержание:

Исходные данные

Анализ инженерно-геологических условий

Строительной площадки

Сбор нагрузок

Расчет фундаментов мелкого заложения

Список литературы

 

Исходные данные

 

Для выполнения курсовой работы необходимо иметь:

- основные данные по проектируемому объекту: план здания, его разрез, этажность, материалы которые будут использованы при возведении сооружения, его конструктивная схема и назначение

- инженерно-геологические особенности строительной площадки и основные характеристики грунтов

 

Таблица 1. Нормативные нагрузки.

Нагрузка	Постоянная	Временная
q 1 кН/м^2	2,5	0,7
q 2 кН/м^2	4,5	5,5

 

Обозначения	L	B	b	h 1	h 2	h 3	d	δ
Величина	6,0	6,0	3,0	3,0	2,0	1,8

 

Таблица 2. Размеры, м.

 

 

 

П р и м е ч а н и я:

1. Стены здания кирпичные (ρ = 1,8 т/м³).

2. Ригели, колонны и плиты перекрытий – железобетон.

3. Фундаменты – железобетонные.

4. Здание пятиэтажное, высота этажа h ₁, высота технического этажа h ₂.

5. Место строительства – г. Волгоград.

№ слоя	Описание грунта	Глубина от поверхности, м	Расчетные значения при a = 0,85	Прочие сведения
от	до	W	r кН/м^3	rs кН/м^3	WL	WP	j	C кН/м^2	E мПа	R0 кН/м^2
	Чернозем		0,5		13,5								WL =9,35 м.
	Глинистый макропористый	0,5	3,6	24,4	15,3	27,1	44,3	28,7
	Глинистый	3,6	9,3	28,7		27,9	50,8	29,6
	Песчаный	9,3	13,6		21,3	26,4		0,20
	Глинистый	13,6	18,85	36,2	18,8	27,6	60,8	22,3

 

Таблица 3. Геотехнические данные строительной площадки г. Волгоград

 

2. Анализ инженерно-геологических условий

Строительной площадки

В исходных геотехнических данных отсутствуют величины условного расчетного сопротивления грунтов (R ₀), которые необходимо определить по СНиП [1].

R ₀ – условное расчетное сопротивление грунта, кН/м², которое помогает рассчитать условную площадь подошвы фундамента (А).

Для получения этих характеристик по таблицам СНиП [1] необходимо рассчитать дополнительные характеристики грунта е и I_L, отсутствующие в геотехнических данных.

Слой 2 – глинистыймакропористый

1. Необходимо дать точное наименование грунта и определить, в каком состоянии он находится (твердом, пластичном, текучем). Для этого необходимо найти: I_p – число пластичности; I_L – показатель текучести.

Затем по ГОСТ 25100-95 приложения 1 в конце примера дать точное определение грунта:

I_p = W_L – W_p,

где W_L – влажность на границе текучести;

W_р – влажность на границе раскатывания; (взяты из исходных данных)

I_p = 0,443-0,287 = 0,156 – согласно табл. 4 прил. 1 грунт относится к суглинкам

,

где W – природная влажность грунта (дана в исходных данных),

 

,

Согласно табл. 5 прил. 1 супесь твердая

2. Для получения R ₀ по СНиП [1] необходимо знать e – коэффициент пористости грунта:

где - в исходных данных;

- плотность сухого грунта, определяется по формуле

где r и W – в исходных данных,

т/м³, тогда .

По табл. 3, прил. 3 [1] определяем условное расчетное сопротивление грунта:

R ₀ = = 208 кН/м² (по интерполяции).

Слой 3 – глинистый

Необходимо определить e – коэффициент пористости грунта и S_r – коэффициент водонасыщения, который указывает, какая часть пор в грунте занята водой.

где = т/м³,

.

По табл. 3, прил. 3 [1] определяем условное расчетное сопротивление грунта:

R ₀ = = 260 кН/м² (по интерполяции).

 

Слой 4 – песчаный

= т/м³,

– песок плотный, табл. 2 прил. 1.

– песок насыщен водой, табл. 3 прил. 1.

По табл. 2, прил. 3 [1] определяем условное расчетное сопротивление грунта: R ₀ = 5 кг/см².

Слой 5 – глинистый

Необходимо определить e – коэффициент пористости грунта и S_r – коэффициент водонасыщения, который указывает, какая часть пор в грунте занята водой.

где = т/м³,

.

По табл. 3, прил. 3 [1] определяем условное расчетное сопротивление грунта:

R ₀ = = 217 кН/м² (по интерполяции).

 

инженерно-геологический разрез строительной площадки

 

 

Сбор нагрузок

Согласно СНиП 2.02.01-83 «Основания изданий и сооружений» основания под фундаменты мелкого заложения рассчитываются по 2-й группе предельных состояний, т. е. по деформациям (допустимым осадкам грунта под фундаментами). Все расчеты по подбору площади подошвы фундаментов и их осадки производятся на нормативные нагрузки (g _f = 1).

Нагрузки, приходящиеся на фундаменты в выбранных сечениях, собираются в табличной форме.

Конструктивная схема здания представлена в виде несущих кирпичных стен (наружных) и двух колонн внутри здания. Поэтому выбраны два разных по грузовой площади сечения: 1 - 1 под колонну и 2 - 2 под стену.

Грузовая площадь – это площадь, с которой нагрузка от собственного веса перекрытий, покрытия и временной нагрузки на них передается на несущую конструкцию сооружения (колонна или стена) и далее на фундамент – грунт (основание).

Основная задача курсовой работы – правильно рассчитать площадь подошвы фундамента, чтобы давление, передаваемое на грунт от несущих конструкций сооружения, не превысило бы допустимого (Р _ср £ R), а осадка, возникающая под фундаментом, была бы в пределах допустимой по СНиП [1].

Правило определения грузовых площадей

Сечение 1-1, под колонну. На консоли колонны (Рис. 3) с двух сторон опираются балки-ригели на которые, в свою очередь, укладываются плиты перекрытий и покрытия.

Половину нагрузки от плит перекрытий с пролета L воспринимает стена, половину – ригель (см. задание). Поэтому на консоли колонн нагрузка от перекрытий будет передаваться через грузовую площадь, равную

м² и с другой стороны =27 м².

На рис. 3 показана схема передачи нагрузки на колонну от перекрытий в уровне технического этажа. На схеме приняты следующие обозначения:

N 1 N 1 N   l 1 l 2 e 1 h 2   bk   hсf d hf   FL   b   Рис. 3. Расчетная схема в сечении 1-1

N – нагрузка от колонны и покрытия; N 1 – нагрузка от перекрытий с =27 м^2; l 1 – длина консоли колонны l 1 = 0,15 м; l 2 – длина опирания ригеля на консоль, l 2 = 0,12 м; е 1 – эксцентриситет приложения силы N 1 по отношению к оси колонны м; bk – ширина колонн; d – глубина заложения фундамента; hf – высота фундамента; hcf – толщина пола; FL – отметка подошвы фундамента.

 

Таблица 4

Сбор нагрузок в сечении 1-1

Вид сечения в плане	Вертикальная нагрузка N, кН	Эксцентриситет е	Момент от внецентренного приложения нагрузки М, кН·м
N   N 1(л) N 1(п)   e 1 е 1     N x N 1(л) N 1(п) y e 1 е 1     Итого	Постоянная N – нагрузка от собственного веса колонны и покрытия с грузовой площадью А 1=27 м^2, N = Nk + N пок; Nk = ak · bk · (h 2+5 h 1) ·rж/б = 0,4·0,4· (2+3·3) ·25 = 108 кН; Nпок = А 1· q 1 = 27·2,5=67,5 кН; N 1(п) = А 1^ê· q 2· n = 27·4,5·3 = = 364,5 кН; N 1(л) = 0 кН. Временная N 1(п) = А 1^ê· q 2· n = 27·5,5·3 = =445,5 кН; N 1(л) = 0 кН. N (от снега) = S 0· A 1 = 0,7·27 = =18,9 кН S N = 1003,9 кН	- - е 1(п) = 0,31 е 1(л) =-0,31     е 1(п) = 0,31 е 1(л) =-0,31	- -   112,995 -112,995     138,105 -138,105     S М = 0

 

П р и м е ч а н и е: Нагрузка на покрытие от снега S ₀ = 0,7 кН/м² взята из СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» для г. Волгограда [2].

Сечение 2-2. Нагрузка на стену от перекрытий и покрытий.

Грузовую площадь от нагрузок, воспринимаемых стеной, принято считать: с одной стороны – расстояние между опорами (необходимо вычесть вес окон из общего веса стен), с другой стороны – половина нагрузки от перекрытий, воспринимаемых ригелем, т. е. м².

Нагрузка от перекрытий, опирающихся через ригель на стену от верхних этажей, распределяется по кладке стены и приходит к фундаменту как центральная. Исключение составляет перекрытие первого этажа, нагрузка от него приложена с эксцентриситетом. Схема передачи нагрузок в сечении 2-2 показана на рис. 4, где обозначены:

N 1   N 1 l 1 e 1 2 h 2 bс     d ФС hf   FL ФЛ   b   Рис. 4. Расчетная схема в сечении 2-2

N – нагрузка от стены (1), четырех перекрытий и покрытия; N 1 – нагрузка от перекрытия над техническим этажом; l 1 – величина опирания ригеля (2) на стену, l 1 = 0,12 м; е 1 – эксцентриситет приложения силы N 1. м; bс – ширина стены; d – глубина заложения фундамента (по расчету); ФЛ – ленточный фундаментный блок (b по расчету).

Таблица 5

Сбор нагрузок в сечении 2-2

Вид сечения в плане	Вертикальная нагрузка N, кН	Эксцентриситет е	Момент от внецентренного приложения нагрузки М, кН·м
N   N 1(п)     е 1     N x N 1(п) y е 1   Итого	Постоянная N = N с + N пок + N пер; N с – нагрузка от собственного веса стены за вычетом оконных проемов. Nс = [d·(h 2+ n · h 1)· L - d·(b · n 1· h 3)]· ·r= [0,5·(2+3·3)·6-0,5· ·(3·1,8·1,8)]·18 = 457,164 кН; n -количество этажей, n 1-количество окон. N пок = А 2· q 1 = 27·2,5 = 67,5 кН; N пер = А 2· q 2· n = 27·4,5·3 = 364,5 кН; N пер^ç- нагрузка от перекрытия над подвалом. N пер^ç = А 2· q 2 = 121,5 кН   Временная N пер= А 2· q 2· n = 27·5,5·3 = 445,5 кН; N пер^ç = А 2· q 2 = 148,5 кН; N (от снега)= S 0· A 2=0,7·18=18,9 S N = 1623,564 кН	-     е 1=-0,215     е 1(п)=0,215	-     19,44     23,76   S М = 43,2

 

П р и м е ч а н и е: нагрузка собиралась на участок стены, длиной L = 6 м. Расчет площади подошвы ленточного фундамента ведется на нагрузку с 1 пог.м., поэтому в расчет принимается нагрузка кН;

М = 7,2 кН·м.

 

 

4. Расчет фундаментов мелкого заложения

Расчет осадки

Расчет осадки грунта под подошвой фундамента является основным условием проектирования

S _ф £ S_u,

где S _ф – фактическая осадка под фундаментом;

S_u – допустимая осадка по СНиП [1] согласно прил. 4 [1] S_u =10 см. Для предлагаемой к расчету конструктивной схемы здания

S _ф = S S_i

где S_i – осадка элементарного слоя грунта под подошвой фундамента

(h_i = 0,4 b _ф).

,

где – среднее дополнительное напряжение под подошвой фундамента в элементарном слое h_i (от сооружения);

Е_i – модуль деформации слоев грунта, в которых происходит осадка.

где – ордината напряжений от дополнительного давления, возникающего

Рис.7. Эпюры природного и дополнительного давлений

 

Откладываем (в заранее выбранном масштабе) величину на нижней границе этого слоя

кН/м².

Откладываем эту величину на нижней границе следующего слоя.

кН/м²

кН/м².

Полученные точки соединяем прямыми линиями.

Для построения эпюры дополнительного давления все слои под подошвой фундамента разбивают на участки h_i = 0,4× b, т. е. h_i = 0,4×2,63 = 1,052 м, а полученные ординаты этой эпюры откладывают на нижней границе каждого элементарного слоя h_i.

, кН/м²,

где кН/м², это значение откладываем вправо от оси фундамента, на линии подошвы фундамента.

Для определения a используем графу 1 (табл.1 прил. 2[1]).

a₁ = 0,756 ® x= ;

кН/м²;

a₂ = 0,390 ® x= ;

кН/м²;

a₃ = 0,214 ® x= ;

кН/м²;

a₄ = 0,13 ® x= ;

кН/м²;

a₅ = 0,087 ® x= ;

кН/м².

Граница сжимаемой толщи (ВС) определяется из условия: или ; ВС находится на глубине –8,36 м (точка пересечения эпюры с эпюрой )

z, м	x=	a				Еi
			Р 0=149,0	131,4
1,052	0,8	0,756		130,5
85,7
2,104	1,6	0,390	58,4
45,2
3,156	2,4	0,214
4,208	3,2	0,130	19,5
5,26	4,0	0,087

 

Подсчитываем осадку по формуле S_ф = S S_i:

S _ф =2,84 см < S_u =10 см.

 

 

Аналогично подсчитываем осадку в сечении 2-2.

S _ф £ S_u,

где S _ф – фактическая осадка под фундаментом;

S_u – допустимая осадка по СНиП [1] согласно прил. 4 [1] S_u =10 см. Для предлагаемой к расчету конструктивной схемы здания

S _ф = S S_i

где S_i – осадка элементарного слоя грунта под подошвой фундамента

(h_i = 0,4 b _ф).

,

где – среднее дополнительное напряжение под подошвой фундамента в элементарном слое h_i (от сооружения);

Е_i – модуль деформации слоев грунта, в которых происходит осадка.

где – ордината напряжений от дополнительного давления, возникающего

Рис.8. Эпюры природного и дополнительного давлений

 

Откладываем (в заранее выбранном масштабе) величину на нижней границе этого слоя

кН/м².

Откладываем эту величину на нижней границе следующего слоя.

кН/м²

кН/м².

Полученные точки соединяем прямыми линиями.

Для построения эпюры дополнительного давления все слои под подошвой фундамента разбивают на участки h_i = 0,4× b, т. е. h_i = 0,4×1,6 = 0,64 м, а полученные ординаты этой эпюры откладывают на нижней границе каждого элементарного слоя h_i.

, кН/м²,

где кН/м², это значение откладываем вправо от оси фундамента, на линии подошвы фундамента.

Для определения a используем графу 1 (табл.1 прил. 2[1]).

a₁ = 0,881 ® x= ;

кН/м²;

a₂ = 0,0,642 ® x= ;

кН/м²;

a₃ = 0,477 ® x= ;

кН/м²;

a₄ = 0,374 ® x= ;

кН/м²;

a₅ = 0,306 ® x= ;

кН/м².

a₅ = 0,258 ® x= ;

кН/м².

a₅ = 0,223 ® x= ;

кН/м².

a₅ = 0,196 ® x= ;

кН/м².

a₅ = 0,175 ® x= ;

кН/м².

a₅ = 0,158 ® x= ;

кН/м².

 

Граница сжимаемой толщи (ВС) определяется из условия: или ; ВС находится на глубине 9,2 м (точка пересечения эпюры с эпюрой )

z, м	x=	a				Еi
0				142		9
0,64	0,8	0,881		115	130,5
1,28	1,6	0,642		84,5
1,92	2,4	0,477		64,25
2,56	3,2	0,374	56,5	51,25
3,2	4,0	0,306		42,5
3,84	4,8	0,258		36,35
4,48	5,6	0,223	33,7	31,65
5,12	6,4	0,196	29,6
5,76	7,2	0,175	26,4	25,2
6,4	8,0	0,158

 

Подсчитываем осадку по формуле S_ф = S S_i:

S _ф =4,41 см < S_u =10 см.

 

 

Вид полученных в результате расчета фундаментов, представлен на рис. 8, 9.

Сечение 1–1

План Разрез I–I

d =1,4

I

I

0,95

Рис. 9. План и разрез рассчитанного фундамента

СБ

Сечение 2 – 2

Ф14

СБ

Ф14

 

 

 

1,6

Рис. 10. План расположения ленточных блоков и разрез

 

В сечении 1 – 1 (под колонну) необходима проверка на допустимый вылет консоли плитной части фундамента l _к = (2,63–0,95)/2 = 0,84 м.

Допустимый вылет консоли определяется по формуле:

C _max = ,

где k = 3 – бетон класса В15;

h ₀ = h_n – 5 см, где h ₀ – полезная высота плитной части фундамента, а 5 см. защитный слой арматуры. h_n = 30 см, h ₀ = 25 см, C _max = 0,75 < 0,84 м.

Необходимо уменьшить вылет консоли, увеличив высоту плитной части фундамента. Принимаем h_n = 45 см, h ₀ = 40 см, C _max=1,2 > 0,84 м.

Выполняем плитную часть фундамента из монолитного железобетона. При этом увеличивается h_f до 1,45 м. Это идет в запас прочности.

Сечение 2-2 (по стену). Вылет консоли l _к = (1,6-0,5)/2 = 0,55 м. Допустимый вылет консоли C _max = 0,75 м.

 

Требуемое расстояние между сваями принимаем 1,7 м. Максимально допустимое расстояние между сваями 1,8 м.

Проверяем фактическую нагрузку на сваю.

Нагрузка с 1,7 м стены и ростверка: N^р =334×1,7 = 501 < = 571,2 кН.

Расчет выполнен верно.

Список литературы

1. СНиП 2.02.01-83. Основания изданий и сооружений / Госкомиздат СССР. М., 1985. 40 с.

2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия / Госкомиздат СССР. М., 1988. 34 с.

3. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госкомиздат СССР. М., 1986. 45 с.

4. Берлинов М. В. Примеры расчета оснований и фундаментов / Ягупов Б.А., Берлинов М. В. М.: Стройиздат, 1986. 172 с.

5. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов / Стройиздат. М., 1990. 304 с.

 

Кафедра строительных конструкций, оснований

И надежности сооружений

 

Пояснительная записка

К курсовому проекту

по дисциплине «Основания и фундаменты»

 

 

Выполнил студен гр. ПГС 11

Бондарев А.А

Проверил

Муравьева Л.В.

 

 

Волгоград 2014

 

Содержание:

Исходные данные