МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра промышленного и гражданского строительства
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Методические указания к курсовому проектированию
КУРСК 2006
Составитель С.П.Иванов
УДК. 624.15.04
Рецензент
Кандидат технических наук, доцент кафедры ПГС Е.Г. Пахомова.
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ: Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Основания и фундаменты»/ Курск.гос. техн.ун-т; Сост. С.П.Иванов- Курск, 2006. 32 с.
Соответствуют требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 653500 «Строительство», специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» и рабочего учебного плана специальности 270102 КурскГТУ.
В методических указаниях изложены состав и объем расчетной играфической частей проекта. Представлены необходимые указания по выполнения каждого этапа проектирования, расчету и проектированию различных типов фундаментов и оснований (на естественном, искусственном основаниях и свайных), оформлению и компоновке основных чертежей.
|
|
В приложениях представлены необходимые для расчета и проектирования таблицы.
Указания предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 270102 "Промышленное и гражданское строительство".
Табл. 4. Ил. 6. Библиогр.: 10 назв.
Текст печатается в авторской редакции
Компьютерная верстка и макет Н.В.Комардиной
Лицензия на издательскую деятельность ИД № 06430 от 10.12.01.
Подписано в печать Формат 60x84 1/16.Печать офсетная.
Усл.печ.л..Усл.-изд.л. Тираж 100 зкз. Заказ. Бесплатно.
Курский государственный технически университет.
Издательско-полиграфический центр Курского технического университета. 305040 Курск, ул. 50 лет Октября,94.
3.
1. Общие положения
Курсовое проектирование – наиболее важное звено учебного процесса, способствующее приобретению углубленных теоретических и практических знаний студентов, приобретению навыков работы с нормативной и справочной литературой, а так же с учебными пособиями.
Задачи проектирования оснований и фундаментов имеют множество качественно различных решений. Вариантности проектирования фундаментов в курсовой работе уделяется большое место. Студентам предлагается рассчитать и запроектировать несколько возможных (2-3) вариантов фундаментов, произвести технико-экономическое сравнение и детально разработать два более экономичных и принципиально отличающихся.
a. Исходные данные для проектирования.
Исходные данные состоят из задания на проектирование, инженерно-геологических данных строительной площадки, конструктивной схемы здания или сооружения с вариантами нагружения в заданных расчетных сечениях.
|
|
Геологические характеристики строительной площадки представлены в виде таблицы физико-механических свойств нескольких слоёв грунтового основания с указанием отметок кровли по трем скважинам.
Конструктивная схема здания представляет собой разрез и план здания с указанием расчетных сечений, а так же двух вариантов нагрузок от надземной части здания в заданных расчетных сечениях.
По желанию студента ему может быть выдано задание на реальное курсовое проектирование, содержащее в основе реальные геологические условия строительной площадки и конструктивную схему реально-проектируемого или взятого за основу в дипломном проекте объекта.
1.2.Состав и объём курсовой работы.
Курсовая работа должна содержать подробную расчетно-пояснительную записку и чертежи, размещенные на 4-5-и листах формата А3.
4.
Пояснительная записка должна содержать: титульный лист, задание на курсовое проектирование, содержание, введение, основную часть, заключение, список использованных источников.
В основной части пояснительной записки необходимо:
1. Дать исчерпывающую инженерно-геологическую характеристику участка застройки в виде заключения о строительных свойствах грунтового основания.
2. Выбрать не менее 2-3х типов фундаментов и произвести их расчет и проектирование в заданных расчетных сечениях по 2-му и, если необходимо, по 1-му предельным состояниям.
3. Произвести технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов.
4. Разработать конструкцию наиболее выгодного варианта в одном сечении.
5. На основе необходимых расчетов представить схемы и указания
к производству работ и устройству гидроизоляции.
В пояснительной записке представляются:
- геологический разрез с вертикальной привязкой фундаментов и планировочными отметками;
- схемы нагрузок, расчетные схемы сечений;
- эпюры давлений в основании фундаментов;
-. схемы производства работ но устройству свай или улучшенных оснований.
Оформление записки должно соответствоватъ общепринятым нормам для технической документации.
Примерный состав чертежей формата A3.
- Лист I. – план (схема) фундаментов на естественном основании в масштабе 1:100, 1:200, спецификация элементов фундаментов, примечании;
- Лист 2. Две развертки стен фундаментов, 3-5 расчетных сечений в проработке чертежей, соответствующих серии АС в масштабе 1:100;
- Лист 3. Схема альтернативного варианта фундаментов (для свайного – схема свайного поля, схема свайных ростверков, для искусственного основания – схема
5.
фундаментов на уплотненном или закрепленном основании), спецификация элементов фундаментов;
- Лист 4. Развертки стен, сечения, узлы и детали второго варианта схем фундаментов в масштабе I: 200, 1: 100 примечания;
- Лист 5. Конструктивные чертежи фундамента более экономичного варианта в одном сечении со спецификациями и армированием выполненные в соответствии с требованиями к чертежам серии КЖ, КЖА.
2. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ НА ПР0ЕКТИР0ВАНИВЕ
2.1. Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки
- При анализе инженерно-геологических условий строительной площадки необходимо определение классификационных характеристик всех слоев грунта, построение геологического разреза и составление сводной таблицы физико-механических характеристик, на основе которых составляется заключение.
Инженерно-геологические условия строительной площадки в зaдании на проектирование представлены следующими лабораторными данными по каждому слою грунта: удельным весом грунта в природном состоянии – γ, природной влажностью влажностью на границе раскатывания и текучести W, а так же механическими характеристиками – углом внутреннего трения φ, сцеплением –С и модулем деформации - Е. Кроме этого представлены данные гранулометрического анализа грунтов.
|
|
Для составления заключения необходимо определение следующих величин;
- числа пластичности ЈP= WL – WP, кН/м3 (2.1)
- объемного веса скелета грунта γd= γ / (1+W), кН/м3 (2.2)
- пористости n = (γs /γd -1) 100%, (2.3)
6.
- коэффициента пористости е = 1- γd / γs, (2.4)
- степень влажности Sr = W γs/e γw, (2.5)
- показатель текучести ЈL= W – WP / WL – WP, (2.6)
-удельного веса грунта, взвешенного в воде (для грунтов ниже уровня) γsв =(γs – γw)/(1+e), (2.7)
подземных вод При этом оценивают наличие водоупорных слоев грунта ниже уровня грунтовых вод (WL). Водоупорными по предварительной оценке являются:
- глины с коэффициентом консистенции ЈL < 0,25,
суглинки с коэффициентом консистенции ЈL < 0,15.
Вычисление представленных характеристик необходимо для оценки глинистых грунтов по показателю текучести ЈL, степени влажности - Sr, коэффициенту пористости - е, а также песчаных - по плотности сложения.
При этом необходимо иметь в виду, что не рекомендуется использовать в качестве естественного основания:
- скальные сильно-выветрелые грунты;
.- песчаные рыхлые;
- глинистые текучие или с коэффициентом пористости:
для супесей е>0,7;
суглинков е>1,0;
глин е > 1,1;
- илы, при W > WL и е ≥ 0,9 для супесей,
е ≥ 1,0 для суглинков,
е ≥ 1,5 для глин;
- песчаные и пылевато-глинистые заторфованные грунты содержащие в своем составе от 10 до 50 % по массе органических веществ, торфы — содержащие > 50 % органических веществ;
- насыпные и искусственно-намытые грунты.
При отсутствии в задании механических характеристик φ, С, Е их допускается принимать да таблицам 1-3 приложения I СНиП 2.02.01-83* [1].
7.
Расчетные давления на грунт в предварительных расчетах допускается принимать по [l, Табл.1-5 прил. 3]. При этом более точный результат можно получить, вычисляя Rо по ф-ле 7 [1], при Ь = 0.
Для оценки просадочных грунтов необходимо иметъ величину
начального просадочного давления Рsl и коэффициента относительной просадочности εsl, установить тип грунтовых условий по просадочности (I или II тип).
|
|
Геологический разрез выполняется в вертикальном (1:100) и горизонтальном (1:200 - 1:400) масштабе, который указывается на чертеже.
На разрезе приводятся следующие данные:
а) абсолютные и относительные отметки (от устья скважины), подошвы каждого слоя (справа от оси скважины);
б) WL (пунктирной линией), абсолютные отметки WL;
в) отметки планировки;
г) отметки подошвы фундаментов и ростверков.
Данные обработки представляются в cводной таблице характеристик грунтов.
2.2. Анализ конструктивного решения здания, сбор нагрузок на фундаменты
При выполнении этого этапа работе студенту необходимо разобраться в расположении несущих (стен, колонн) и самонесущих конструкций в плане здания. Используя данные разреза схемы здания и опыт архитектурно-конструктивного решения фундаментных узлов, составить расчетные схемы заданных для проектирования сечений. В расчетных схемах должны быть учтены нагрузки как от надземной, так и от подземной частей здания с возможными эксцентриситетами,
Студенты, выполняющие индивидуальный проект, должны собрать нагрузки на отметке верхнего обреза фундамента, руководствуясь указаниями СНиП "Нагрузки и воздействия " [5 ].
8.
При проектировании одно- или многопролетного промышленного
(с/х) здания необходим расчет рамы с целью получения усилий-(М,N, Q) на уровне верхнего обреза фундамента в виде основного и дополнительного сочетаний расчетных и нормативных нагрузок,
При сборе нагрузок необходимо иметь ввиду, что расчет оснований по деформациям производят на основное сочетание расчетных нагрузок, полученных из нормативных умножением на коэффициент надежности, равный единице [3],[I].
Расчет устойчивости оснований, количества свай в свайных фундаментах, расчет тела фундаментов производят с использованием расчетных нагрузок с коэффициентом надежности по материалу γf >1 или упрощенно γf= 1,2 см. [3].
При привязке здания по высоте необходимо придерживаться следующих правил:
а) за нулевую отметку принимается, как правило, отметка чистого пола 1-го этажа;
б) положение здания по высоте должно быть увязано с отметками
существующих и проектируемых зданий или инженерных коммуникаций и должно соответствовать характеру рельефа местности. При этом имеют в виду, что отметка планировки для гражданских зданий составляет - 0,45 --0,9 м, для промышленных - 0,15 м;
в) нужно стремиться к минимальному объему земляных работ, а также обеспечить их баланс при проектировании вертикальной планировки.
В результате высотного решения привязки здания должны быть четко определены относительные (абсолютные) отметки:
- естественного рельефа;
- планировки;.
- нулевой отметки;
- пола подвала;
- подошвы фундамента.
9.
3.Краткие указания к выполнению работы.
3.1. Вариантность проектирования фундаментов.
Современная тенденция в проектирования фундаментов связана с разработкой нескольких вариантов фундаментных конструкций, даже в хороших грунтовых условиях.
Задание на курсовой работу предусматривает разработку двух- трёх типов фундаментов в любых заданных грунтовых условиях. При этом предлагаются следующее варианты фундаментов:
1. фундаменты на естественном основании - ленточные, отдельные
под колонны, фундаментные плиты (на просадочных и сильно-сжимаемых основаниях). Конструкция их может быть как сборной, так и монолитной (для железобетонных). Конструктивные схемы указанных типов фундаментов приведены в литературе [6, С. 158-157];
2. Свайные фундаменты. Как варианты могут рассматриваться различные типы свай - забивные, буровые, буронабивные, винтовые и т.д. Конструктивные схемы их приведены в работе [6, С.177 ].
3. Фундаменты на искусственном основании:
- фундаменты на грунтовых подушках [6, С.210];
- фундаменты на уплотненных поверхностным трамбованием или грунтовыми сваями основаниях - см, [6, С.2121, [З, С. 263];
- фундаменты в вытрамбованных котлованах - см. [6, С.21][3, С. 245];
- фундаменты на химически закрепленном основании см. [6], [11].
Перед началом работы студенту необходимо ознакомиться с рекомендациями по использованию того или иного тина фундаментов и самостоятельно определить два-три, принципиально отличающихся, варианта для разработки в своей курсовой работе.
3.2. Проектирование фундаментов мелкого заложения на естественном основании.
При проектировании придерживаются следующей последовательности –
10.
-назначают глубину заложения и размеры фундамента;
- уточняют нагрузки в расчетной схеме сечения;
- проверяют достаточность назначенных размеров фундамента
в плане;
- производят расчет деформаций основания;
-производят расчет и конструирование тела фундамента;
-разрабатываются вопросы технологии возведения фундаментов.
Глубина заложения фундамента - d определяется согласно [I, Стр.5].
В зданиях с подвалом, заглубление подошвы фундамента ориентировочно назначается на 0,3 - 0,5 м ниже пола подвала.
3.1. Определение площади подошвы фундамента производится из расчета по деформациям.
S ≤ Su, (3.1)
-где S - расчетная осадка;
- Su - предельная [1, 3].
При этом важно выполнение условия
Р ≤ R, (3.2)
где Р - среднее давление под подошвой фундамента;
R - расчетное давление на грунт, определяемое по [I],
формула (7).
Предварительно площадь фундамента любой формы в плане может быть определена из выражения.
А= N/(R0 -g d), (3.3)
11.
-где Rо – см. [I, приложение 3] или вычисляется по формуле (7) [1] при Ь = 0;
- g- оcредненное значение удельного веса кладки фундамента и грунта на его уступах, g = 20 кН/м3.
Ширина квадратного фундамента b= √ А; прямоугольного-
-b=√ А n.где n= l/b; для ленточного А=bх1, м2. При внецентренном нагружении требуемую площадь, вычисленную по (3.3), увеличивают на 20 % или используют выражения:
а) при трапециевидной эпюре напряжений под подошвой фундамента:
L = е0 [2 +√ (I.055 k -2,5), (3.4)
где е0 =МII/NII;
m = L/b;
k=NII / [(1,2R0 –g d)] e02 /m, (3.5)
б) при треугольной эпюре напряжений под подошвой фундамента
L= 6e0 (1-gd/0,6R), м (3.6)
B = NII /[L(0,6R-g d)], м (3.7)
При этом имеют в ввиду, что для фундаментов промышленных зданий с тяжелыми крановыми нагрузками (G≥50 т) предельной эпюрой давления является трапецеидальная с соотношением Р мах /Р мин ≤4, для остальных - треугольная. Назначение размеров фундамента в плане А=l х bпроизводят с учетом общестроительного модуля - 0,1 м для монолитных фундаментов, или размеров сборных фундаментных блоков.
3.2. Определение требуемой высоты и размеров уступов фундаментов.
При назначении высоты фундамента имеют в виду глубину его заложения и конструктивную отметку верхнего обреза.
12.
Для ленточных фундаментов верхний обрез планируют на отметке планировки. Для отдельных фундаментов - на 0,15мниже отметки планировки или соответствующей отметки пола подвала. Для одноэтажных промышленных зданий отметка верхнего обреза фундамента -0,150. Для фундамента под металлическую колонну отметка верхнего обреза определяется размерами траверсы колонны и, как правило, на 0,5м ниже отметки пола (+ 0,000).
Если проектируется сборный фундамент, то его высота определяется размерами блоков, из которых он составляется. Если проектируется монолитный железобетонный фундамент под монолитную железобетонную колонну, то можно назначить экономичную высоту по формуле
H эf = k (b - bк), м, (3.8)
или H эf = k(L - lк), м, (3.9)
Где lк и bк – размеры сечения колонны;
K – коэффициент экономичности, определяемый из таблицы 3,1.
Таблица 3.1. Зависимость коэфф. К от давления под подошвой фундамента.
Р, МПа | 0,1 | 0,125 | 0,15 | 0,175 | 0,20 | 0,225 | 0,250 | 0,275 | 0,3 |
k | 0,28 | 0,31 | 0,32 | 0,33 | 0,34 | 0,35 | 0,36 | 0,37 | 0,38 |
Если проектируется фундамент под сборную железобетонную колонну при центральном нагружении, то его высота составит
Hf = bk +250,мм, (3.10)
При внецентренном нагружении
Hf = 1,5 bk +250,мм, (3.11)
Для фундамента под металлическую колонну
Hf = la +100, мм, (3.12)
13.
Где la - глубина анкеровки анкерного болта, определяемая из расчета на выдергивание, диаметра и принимаемая не менее 600 мм.
Разбивка фундамента на уступы производится в зависимости от принятой высоты и размеров в плане. При этом вначале необходимо назначить размеры подколонной части фундамента в плане, а затем использовать конструктивный подход в назначении количества уступов.
При высоте фундамента до 0,4м принимают один уступ, при высоте - до 0,9м – 2 уступа, при высоте более 0,9м – 3 уступа. Высота уступа принимается равной 0,3-0,4м до 0,6м. Отношение заложения уступа к высоте принимают:
- для нижнего уступа – а/h≥ 1;
- для среднего - а/h= 1;
- для верхнего - а/h < 1, в том числе, если проектируется фундамент под сборную колонну и а/h≥ 2/3, то армирование стенок стакана не требуется. В прочих случаях (а/h ≤ 2/3) ориентируются на конструктивную схему опирания фундаментной балки или имеют ввиду минимальную толщину стенок стакана а=200мм и уширение стакана от грани колонны минимум на 75 мм в каждую сторону. Таким образом минимальная ширина подколонной части составит -
B1 = bк + 400+150 мм,
Высоту и площадь фундамента при наклонном залегании несущего слоя грунта рекомендуется корректировать, изменяя размеры нижнего и верхнего уступов и не меняя при этом отметку верхнего обреза фундамента.
Среднее давление под подошвой фундамента определяют с учетом суммарных нагрузок, действующих на уровне подошвы фундамента по формуле
Р= ΣNII/ А = (NII +Nf +Ng)/А, (3.13)
Где NII - суммарная нагрузка от надземной части здания
Nf - собственный вес фундамента;
Ng - собственный вес грунта на уступах фундамент,
А - площадь подошвы фундамента. При расчете внецентренно-
14.
нагруженного фундамента добиваются выполнения условия:
Рмах = ΣNII/А +ΣМII0/W ≤ 1,2R, (3.14)
Рмин = ΣNII/А - ΣМII0 /W≥ 0,
Р = ΣNII/А ≤ R.
Здесь ΣМII0 - суммарный расчетный момент относительно центра подошвы фундамента;
W - момент сопротивления подошвы в направлении момента.
Для прямоугольного фундамента W=bl2/6, (3.15)
Для ленточного W=1b2/6, (3.16)
Где b – ширина фундамента; l – длина в направлении момента.
Для круглого W = πD3/ 32, (3.17)
Где D- диаметр круга.
Для кольцевого фундамента
W= π D b/{4 [ (D2 + b2 )/ (D + b )]}, (3.18)
Где D- средний диаметр кольца, м;
B – ширина кольца, м.
Таким образом, для определения Р и R необходимо назначить предварительно размеры фундамента в плане и глубину заложения, которые в процессе проектирования уточняются в условиях (З.1З), (3.14).
3.2.1. Последовательность определения размеров фундаментов при вариациях расчетных схем
15.
Рис. 3 1. Расчетная схема I
Определяют:
1. Определяют R0 и параметры площади А=1,2 N/(R0 -g d) или по ф-лам (3.3)-(3,7).
2. Назначают размеры фундамента в плане А= b · l
3. Назначают высоту фундамента, количество и размеры уступов из условия (3.8) - (3.12).
4. Определяют собственный вес фундамента Nf II = Vf · γжб · 0,95,
5. Определяют собственный вес фундаментной балки и цокольной панели
По ф-лам N бII = Vб · γжб ·0,95, Nп II = Vп · γжб· 0,95,
6. Определяют собственный вес грунта на уступах фундамента NgII =Vg · γII '·0,95,
7. Определяют сумму вертикальных нагрузок на уровне подошвы фундамента
ΣNII = NII +NfII + N бII + Nп II +NgII,
8. Определяют эксцентриситеты вертикальных сил относительно центра подошвы фундамента
еб = bк/2 +(20-30мм)+ bб/2,
9. Определяют суммарные моменты относительно центра подошвы фундамента
ΣМII0 = МII0 + QII ·hf - (N бII + Nп II) еб,
10. Вычисляют R по [1,Формула (7)].
16.
11. Проверяют условие (3.14)
Рмах = ΣNII/А +ΣМII0/W ≤ 1,2R
Рмин = ΣNII/А - ΣМII0 /W≥ 0
Р = ΣNII/А ≤ R
При выполнении всех условий и одного – любого в пределах 5% точности определение площади фундамента выполнено.
Расчетная схема 2.
Для ленточных фундаментов в подвальной части здания. В расчете используют нагрузки на 1 м. пог. длины.
Рисунок 2.2 Расчетная схема 2.
Фундамент рассматривают как подпорную стенку, если обратная засыпка производится до устройства перекрытия.
Определяют:
I. Требуемую площадь А =b·1= N/(R0 -g d) или ширину фундамента - b
17.
Назначают фундаментный блок шириной b и число рядов стеновых блоков - n.
2. Определяют нагрузку от собственного веса фундаментного и стеновых блоков
Nf II + Ncт II =Q f /l +Q ст n/l,
где Q f и Q cт - вес блоков, n - число рядов стеновых блоков.
3. Определяют собственный вес грунта на уступах фундамента.
NgII =0,5(b – bст)(d – hf)γIII,
5. Определяют приведенную высоту эпюры активного давления
dпр = g/ γIII , где g= 10 кН/м3, (3.19)
6. Определяют активное давление грунта на стену подвала на 1 м.пог. длины по формуле
E = 0,5 γIII d(d+2 dпр) tg2(45-φ/2), (3.20)
Где φ=200.
7. Определяют R по формуле 7[1].
8. Определяют сумму нагрузок на уровне подошвы фундамента
ΣNII = NII +NfII + N fII + Nст II +NgII,
9. Определяют сумму моментов относительно центра подошвы фундамента
ΣМII0 = Еа ·hа - N gII · еg,
где hа = d/3 [(d+3 dпр)/(d+2 dпр)], (3.21)
10. Проверяют условие (3.14)
Рмах = ΣNII/А +ΣМII0/W ≤ 1,2R
Рмин = ΣNII/А - ΣМII0 /W≥ 0
Р = ΣNII/А ≤ R
Добиваются выполнения всех условий и одного - любого в пределах 5% точности. Если используются сборные фундаментные блоки, то оставляют блок с шириной обеспечивающей выполнение этих условий даже с бо'льшим запасом.
Расчетная схема 3.
Если обратная засыпка устраивается до монтажа надподвального перекрытия,
18.
то расчет ведут в последовательности схемы №2, при этом
ΣМII0 = Еал ·hал - Еап ·hап - N gII · еg + N пII · еп + N 1II · е1,
Где N 1II = 30-40 кН/ м. пог.(в курсовом проектировании).
е1 – эксцентриситет силы N 1II.
Рис.2.3. Расчетная схема 3.
Расчетная схема 4.
Pис. 2.4. Расчетная схема 4.
19.
Назначение размеров, определение веса фундамента и грунта на его уступах производится так же как и в расчетной схеме №2 и №3. Если обратная засыпка производиться после монтажа надподвального перекрытия то приближенно момент относительно центра подошвы фундамента можно определять по формуле
ΣМII0 = σ(d+ dпр)2/15 + N 1II · е1 /2 - N gII · еg,
Где максимальное горизонтальное давление σ= γIII(d+ dпр) tg2(45-φ/2), (3.22)
Далее проверяется условие (3.14)
Расчётная схема 5
Для отдельного внецентренно-нагруженного фундамента под крайнюю колонну здания с подвалом при глубине подвала до 2 м от поверхности планировки.
Pис. 2.5. Расчетная схема 5.
20.
σ1= γIII dпр tg2(45-φ/2), (3.23)
σ 2= γIII (dпр +С)tg2(45-φ/2), (3.24)
Фундамент считают защемленным в грунте. Нагрузку на стену раскладывают на равномерно-распределенную и треугольную. При шаге колонн L получают
g1 = σ1 · L, g2 = (σ2 - σ1) · L,
Момент в заделке, т.е. по подошве находим как для статически-неопределимой балки при ξ= с/d, где d глубина заложения,
М а = М1+М2= g1C2/8 [2-ξ2] + g2C2/30 [5-3ξ2], (3.25)
Далее определяем суммарные усилия на уровне подошвы фундамента
ΣNII = N0II +NкII + N fII + Nст II +NgII,
ΣМ0II = МII0 + М а + T0II ·d - М g - М ст,
Затем поверяют выполнение условия (3.14)
Рмах = ΣNII/А +ΣМII0/W ≤ 1,2R,
Рмин = ΣNII/А - ΣМII0 /W≥ 0,
Р = ΣNII/А ≤ R.
3.2.2. Расчет деформаций основания
В курсовой работе возможно использование различных методов расчета осадки основания. Применение их должно быть обосновано. В качестве основного метода рекомендуется метод послойного суммирования [I].
Последовательность расчета осадки методом послойного суммирования:
1. Вычерчивается геологическая колонка и контуры фундамента
в масштабе М1:100;
2. Строится эпюра природных давлений по формуле
σzgi= σzgi-1+ γihi, (3.26)
Ниже уровня подземных вод WL в формуле используют γsb, (см.формулу 2.6).
21.
При наличии водоупорного слоя (см. п. 2.1) определяют гидростатическое давление воды на его кровлю
Ргидр = γw hw, (3.27)
где γw = 10 кН/м3;
hw - высота столба вода.
3. Строится эпюра дополнительных давлений по формуле см. [1, c.30].
σzр=α(Р- σzgф), (3.28)
Расчет давлений и осадок основания рекомендуется производить в табличной форме. (см.табл.3.2.).
Таблица 3.2. Расчет осадки методом послойного суммирования
z | ξ= 2z/b | α | σzр=αР0 | 5 σzр | σzg | σzрi | Ei | Si |
По результатам вычислений строят эпюры давлений (см. pис.3.5).
4.Определяют нижнюю границу сжимаемой толщи из условия 5 σzр = σzg,
5. В пределах сжимаемой толщи определяют величину осадки по формуле см.(1, с.28) S= βΣ σzрi hi/Ei, (3.29)
6. Расчетную осадку Sсравнивают с предельно-допустимой, принимаемой по приложению 4 [ I ], S ≤ Su,
7. Если условие не выполняется - изменяют размеры фундамента (площадь или глубину заложения, что более эффективно) и повторяют расчет.
8. При наличия слабого подстилающего слоя (при Е< 5 МПа)
необходима его проверка по условию
σzр +σzg ≤ Rz, (3.30) 9. При проектировании фундаментов на просадочннх грунтах.
производят расчет просадки Sslс учетом возможного замачивания
22.
основания [I, с. 33], [3, с. 218] при суммарном давлении под подошвой
фундамента σzр +σzg>Psl больше начального просадочного давления грунта Psl по формуле
Ssl = Σεsl k sl hi , (3.31)
обозначения формулы - см. [1. с,33].
10. Определяют суммарную осадку и проверяют условие
S + Ssl< Su. (3.32)
а).
б).
Рис. 3.5. Эпюры напряжений для расчета осадки основания. а) схема к расчету осадки фундамента на естественном основании;
б) схема к расчету осадки фундамента свайного.
23.
3.3. Проектирование фундаментов на искусственном
основании.
. Обоснование необходимости искусственного улучшения оснований выполняется с учетом анализа геологических условий строительной площадки. Улучшение оснований производится при наличии просадочных, насыпных или иных сильно-сжимаемых грунтов. Расчет оснований и фундаментов в этом случае производится в том же порядке и по той же методике, что и для фундаментов на естественном основании. В расчет вводятся коррективы в связи с изменением параметров физико-механических свойств после улучшения основания. Новые расчётные характеристики устанавливаются по рекомендациям, изложенным в работах [6 ],[3], [11] для различных способов улучшения основания:
а) при уплотнении трамбованием тяжелыми трамбовками
[6. с.212], [3, с.238];
б) при применении песчаных подушек
[6. с. 210], [3, с. 242];
в) при уплотнения песчаными сваями
[6, с. 215], [3, с 263];
г) при проектировании фундаментов в вытрамбованных котлованах [3,с.246];
д) при проектировании инъекционных способов закрепления
[8. с. 257], [П. с. 310].
При этом необходимо произвести расчет следующих основных параметров:
I. Для поверхностного уплотнения:
- Определить требуемую глубину уплотнения приближенно
Hs= k d, (3.33)
где d - диаметр трамбовки;
k = 1,8 - для супесей суглинков; k = 1,5 -.для глин.
- Определить размеры уплотняемой площади при уплотнении
с целью устранения просадочных свойств
24.
Bs = b + 0,5(b - d), (3.34)
l s = l + 0,5(l - d), (3.35)
Bs и l s - ширина и длина уплотненной площади;
d - диаметр трамбовки;
b и l - ширина и длина фундамента.
-Определить величину недобора грунта
(3.36)
- плотность сухого грунта до уплотнения;
-среднее значение плотности грунта в пределах уплотненного слоя.
2. Для грунтовых свай необходимо определить:
- Размеры уплотняемой площади с учетом расстояния между осями грунтовых свай l и размеров фундаментов.
(3.37)
где d - диаметр свай; d= 0,5м при проходке станками ударно-канатного бурения;
- плотность сухого грунта природного сложения;
-средняя плотность сухого грунта в уплотненном массиве, принимаемая для грунтов I типа = 1,65 т/м ,
II типа =1,55 -1,7 т/м ,
- Глубину уплотнения для грунтов I-типа просадочности на глубину деформируемой зоны,
для грунтов II типа - на всю просадочную толщу.
Отметка низа грунтовых свай принимается на 1м - выше глубины уплотнения.
- Массу грунтового материала, необходимую для набивки свай.
Для набивки 1мпог. сваи
, (3.38)
25.
-для супесей; - для суглинков и глин;
А п - площадь сечения сваи;
ρds - плотность грунта в теле сваи, ρds = 1,75 т/и3;
Ws– влажность грунта;
3. Для грунтовых подушек - толщина грунтовых подушек для просадочных грунтов:
hs =(Р-Рsl)b/ Рsl, (3.39)
где р - среднее давление под подошвой фундамента;
Рsl - начальное просадочное давление подстилающего слоя;
b - ширина фундамента.
Проверка толщины hs осуществляется по условию (3.30).
- Давление Р по подошве фундамента на грунтовую подушку при просадочных грунтах
Р = Рsl(hs / b +1), (3.40)
- Размеры грунтовых подушек в плане – ширина (bs) и длина (ls) подушки по низу
bs = b(1+2kh), (3.41)
ls = l(1+ 2b kh), (3.42)
kh = 0,3 при P = 150 - 200 кПа
kh = 0,35 при P = 250 - 300 кПа
kh = 0,4 при P = 350- 400 кПа
где b и l - размеры фундамента.
Плотность сухого грунта подушки должна быть не менее ρ= 1,6 т/м3 для ликвидации просадочных свойств и ρ = 1,7 т/м3для водонепроницаемого экрана.
3.4. Последовательность проектирования свайных фундаментов.
В курсовом проектировании рекомендуются наиболее часто применяемые свайные фундаменты с вертикальными сваями и низкими свайными ростверками.
1.Назначается глубина заложения ростверка в зависимости от сезонного
26.
промерзания пучинистых грунтов и конструктивных особенностей здания с учетом минимального заглубления на 0,5 м от поверхности планировки и 0,3 - 0,5м от уровня пола подвала.
2. Определяется минимальная требуемая длина свай в подвальной бесподвальной частях здания, из расчета заделки нижних концов свай в один слой малосжимаемого грунта основания минимум на.1 м и заделки в ростверк на 0,1-0,3м.
3. С использованием каталогов или пособия [10] назначается типовая железобетонная забивная или иная свая (погруженная известными способами или буронабивная).
4,. Определяется допускаемая нагрузка на сваю по материалу конструкции из выражения
Рсвм= φ(m Rb Ab + Rs As), (3.43)
Где m – коэффициент условиия работы, m =0,85 для свай сечением 0,3 х 0,3м и m = I для свай большего сечения;
Rb – расчетное сопротивление бетона сжатию (для бетона забивных свай – класс –В20, см. СНиП Железобетонные конструкции. Нормы проектирования.);
Ab - площадь поперечного сечения сваи;
φ- коэффициент продольного изгиба, для низкого свайного ростверка φ=1;
Rs – расчетное сопротивление арматуры (СНиП Железобетонные конструкции. Нормы проектирования.);
As- площадь арматуры сваи (см. каталог свай или [10]).
5;. Определяется допускаемая нагрузка на сваю по грунту согласно [ 2 ] по формулам:
для сваи- стойки
Рсвгр= γcRA/k, (3.44)
Для висячей сваи
Рсвгр= γc/k(γcR RA+ u∑ γcf fi li), (3.45)
27.
Для дальнейших расчетов принимают меньшую Рсв, вычисленную в двух последних пунктах.
6. Определяется требуемое количество свай в фундаменте под колонну
n = N I/ Рсв, (3.46)
где N I = (1,15-1,2) N II
При внецентренном нагружении
n = (1,2-1,3) N I/ Рсв, (3.47)
Под стену определяют требуемый шаг свай по формуле:
Lш = Рсв / N I, (3.48)
7. Располагают сваи в кусте под колонну или рядами под стену, учитывая что минимальное расстояние между осями соседних свай должно быть ≥3d, а максимальное ≤ 6 d.
8. Назначает размеры ростверка. При назначении толщины ростверка пользуются конструктивными требованиями к заделке колонны имея ввиду, что минимальная толщина ростверка составляет 0,3 м. для ленточного и 0,4м - для отдельного; При назначении размеров ростверка в плане учитывают что минимальный свес ростверка 100-150 мм для отдельного ростверка на куст свай и 50-100 мм для ленточных свайных ростверков. Расположение свай в плане конструкция ростверков представлено на рис, З.б.
9. Определение расчетных нагрузок на уровне подошвы ростверка, производят с учетом собственного веса свай - NсвI , ростверка - NрI , фундаментных балок - NбfI, грунта обратной засыпки - NgI, нагрузок от надземной части здания - NI, суммарных моментов на уровне подошвы ростверка - ∑М0.
10. Проверяется фактическая нагрузка на сваю по формулам:
а) под колонну
Рсвф= ∑ NI/nсв ± ∑М0х y/∑yi2 ±∑М0y X/∑xi2 ≤ Рсв, (3.49)
28.
Разница между максимальным и минимальным нагружением сваи не должна превышать отношения 3:1;
б) под стену
Рсвф = lш (NI + NрI + NgI + NстI) + NсвI ≤ Рсв , (3.50)
11. Проверяют напряжения в уровне острия свай по условию
- для кустов свай
Р= (NII + NмII)/Aм ≤ Rz, (3.51)
Где NмII , Aм – вес и площадь условного фундамента (грунто-свайного массива), определяемого по рекомендациям [2],[4].
Rz – расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного грунто-свайного массива, определяемое при размерах условного фундамента bм и dм по формуле 7 [1];
- для ленточных свайных фундаментов вертикальные плоскости массива проходят по наружным граням крайних рядов свай. Напряжения в активной зоне определяются по методике, представленной в [2], [4, с. 46] по формуле
σz = Рαn/πL, (3.52)
где Р – погонная нагрузка на ленточный ростверк, кг/см;
L– глубина погружения свай;
αn – коэффициент, принимаемый по [4, Табл.22].
Напряжение σz в уровне острия свай не должно превышать расчетных давлений, т. Е должно быть выполнено условие
σz ≤ Rz , (3.53)
где Rz = γc1 γc2/k[1,1Мγkzb γII + 1,1Мg d1 γIII +(Мg -1) db γIII +3 Мc CII], (3.54)
Обозначение формул и методику расчета см. [2],[4, глава7].
12. Определяют осадку свайных фундаментов:
а) для кустов свай по методике фундаментов на естественном основании см. п. 3.2.2.
б) для ленточных (однорядных - многорядных) свайных фундаментов по
29.
формуле:
S= Рδ0/πE1, (3,55)
При этом обязательно выполнение условия
S≤Su,
Обозначения формулы (3,57) представлены в документе [1] и литературе [4,с. 46).
3.5. Проектирование конструкций фундаментов.
1.,Для отдельных фундаментов на естественном основании необходимо:
- назначить размеры фундамента;
- проверить условие на продавливание плитной части фундамента
- проверить высоту нижней ступени фундамента;
- рассчитать армирование плитной части фундамента.
2. Для ростверков кустов свай:
-произвести проверку на продавливание по условиям:
при b>а+2/h0 по формуле
Р/[(a+h0)h0] ≤ kRbt, (3.56)
при b≤а+2/h0 по формуле
Р/[0,5(a+b)h0] ≤ kRbt, (3.57)
Где Р – продавливающая сила, равная сумме реакций свай за пределами пирамиды продавливания;
a – сторона колонны в плоскости продавливания;
b – сторона подошвы ростверка параллельная грани пирамиды продавливания;
h0 – рабочая высота ростверка (при толщине стенок стакана менее 2/3 высоты верхней ступени h0 принимается от оси нижней арматуры до дна стакана
k - коэффициент в зависимости от С/ h0 (С –расстояние по горизонтали от грани колонны до грани рассматриваемого ряда свай в плоскости продавливания) выбирают по таблице 3.3.
30.
Таблица 3.3. Коэффициент К для расчета ростверков.
С/ h0 | 1,0 | 0,9 | 0.8 | 0.7 | 0.6 | 0.5 | 0.4 | 0.3 | 0.2 |
k | 0,75 | 0,79 | 0,84 | 0,9 | 0,97 | 1,051 | 1,14 | 1,25 | 1,38 |
- Расчет на изгиб производится как для консоли на действие реактивных
- нагрузок (Рсвф) от свай.
- Расчет на образование наклонных трещин (как консоли) производится по одной из формул:
при b> а+h0 Р = (а+ h0) h0Rbt, (3.58)
при b≤а+h0 Р = b h0Rbt, (3.59)
где Р - суммарное реактивное усилие в сваях, расположенных с одной стороны колонны.
3. Для ленточных свайных ростверков при расчете конструкции на изгиб и по поперечным силам используют методику, представленную в [4,с. 130].
3,6. Разработка технологической схемы производства работ.
В этом разделе необходимо дать рекомендации по способу разработки грунта, предусмотреть мероприятия по сохранению структуры грунта и обеспечению устойчивости откосов котлована. Для глубоких котлованов предусмотреть
крепление откосов. При наличии грунтовых вод предусмотреть при необходимости водоотлив или водопонижение с представлением схемы производства работ.
Для искусственных оснований представить необходимые технические указания по их устройству.
Для свайных фундаментов выбрать тип молота и определить проектный отказ сваи [ 6], [7. Стр. 151], [4, 10].
31.
3.7. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов.
Сравнение вариантов фундаментов производится в табличной форме. В таблице приводятся укрупненная стоимость (см. ФЭР и т.д.) на основные виды работ по устройству фундаментов, подсчет объемов работ для каждого из вариантов фундаментов. Обосновывается выбор варианта фундаментов.
Таблица 3.4 Форма таблицы сравнения вариантов:
№№ | Наименование работ по варианту | Ед. Изм. | Стоимость единицы, руб. | Объём работ | Общая стоимость, руб. |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ.
1. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. М: Стройиздат, 2003.
2. СНиП 2.02.03-85*. Свайные фундаменты. Нормы проектирования. М.: Стройиздат, 2001.
3. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений. (к СНиП 2.02.01-83) НИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР.[Текст]/ М: Стройиздат1986 г.415 с.
4, Руководство по проектированию свайных фундаментов. НИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР[Текст]/М. Стройиздат 1980 г.
5. СНиП 2,01.07-85*. Нагрузки и воздействия. ГОССТРОЙ России 2003г.
6. Далматов Б.И. Основания и фундаменты. [Текст]/М. Высшая школа,2001.
7. Веселов В,А, Проектирование оснований и фундаментов. [Текст]/М;Стройиздатв 2001.
8. Берлинов М.В., Основания я Фундаменты. М.; Высшая школа, 2003.
9. Костерин Э.В. Основания и фундаменты. [Текст]./ М: Высшая школа, 1990,
10. Сваи и свайные фундаменты. Справочное пособие [Текст]/Н.С.Метелок
и др. Киев: Будивельник, 1977.
Рецензия
на методические указания к курсовому проектированию по курсу «Основания и фундаменты» для студентов специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» доц. каф. ПГС КурГТУ А.М. Крыгиной.
Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Основания и фундаменты» соответствуют требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 653500 «Строительство», специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» и рабочего учебного плана специальности 270102 КурскГТУ.
В методических указаниях изложены состав и объем расчетной играфической частей проекта. Представлены необходимые указания по выполнения каждого этапа проектирования, расчету и проектированию различных типов фундаментов и оснований (на естественном, искусственном основаниях и свайных), оформлению и компоновке основных чертежей.
В методических указаниях представлены расчетные схемы фундаментов при различных условиях нагружения и дана четкая последовательность расчета с применением необходимых формул и известных методик. В методических указаниях использованы ссылки на имеющуюся в библиотеке КурГТУ нормативную и учебную литературу с указанием конкретно глав и страниц издания, где студент может найти информацию и методику расчета или нормативные требования.
Текст методических указаний изложен в доступной и методически понятной форме. Рекомендую издание методических указаний для использования в учебном процессе для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 270102 "Промышленное и гражданское строительство".
Доц. каф. ПГС