Курск 2006

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 Ј_P= W_L – W_P, кН/м³ (2.1)

- объемного веса скелета грунта γ_d= γ / (1+W), кН/м³ (2.2)

- пористости n = (γ_s /γ_d -1) 100%, (2.3)

6.

- коэффициента пористости е = 1- γ_d / γ_s, (2.4)

- степень влажности S_r = W γ_s/e γ_w, (2.5)

- показатель текучести Ј_L= W – W_P / W_L – W_P, (2.6)

-удельного веса грунта, взвешенного в воде (для грунтов ниже уровня) γ_sв =(γ_s – γ_w)/(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 Ј_L < 0,25,

суглинки с коэффициентом консистенции Ј_L < 0,15.

Вычисление представленных характеристик необходимо для оценки глинистых грунтов по показателю текучести Ј_L, степени влажности - S_r, 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 > W_L 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 R_о по ф-ле 7 [1], при Ь = 0.

Для оценки просадочных грунтов необходимо иметъ величину
начального просадочного давления Р_sl и коэффициента отно­сительной просадочности ε_sl, 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 γ_f >1 или упрощенно γ_f= 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 ≤ S_u, (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 =М_II/N_II;

m = L/b;

k=N_II / [(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 = N_II /[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

H_f = b_k +250,мм, (3.10)

При внецентренном нагружении

H_f = 1,5 b_k +250,мм, (3.11)

Для фундамента под металлическую колонну

H_f = l_a +100, мм, (3.12)

13.

Где l_a - 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 = b_к + 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= ΣN_II/ А = (N_II +N_f +N_g)/А, (3.13)

Где N_II - суммарная нагрузка от надземной части здания

N_f - собственный вес фундамента;

N_g - собственный вес грунта на уступах фундамент,

А - площадь подошвы фундамента. При расчете внецентренно-

14.

нагруженного фундамента добиваются выполнения условия:

Рмах = ΣN_II/А +ΣМ_II0/W ≤ 1,2R, (3.14)

Рмин = ΣN_II/А - ΣМ_II0 /W≥ 0,

Р = ΣN_II/А ≤ R.

Здесь ΣМ_II0 - 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 N_{f II} = V_f · γ_жб · 0,95,

5. Определяют собственный вес фундаментной балки и цокольной панели

По ф-лам N _бII = V_б · γ_жб ·0,95, N_{п II} = V_п · γ_жб· 0,95,

6. Определяют собственный вес грунта на уступах фундамента N_gII =V_g · γ_II '·0,95,

7. Определяют сумму вертикальных нагрузок на уровне подошвы фундамента

ΣN_II = N_II +N_fII + N _бII + N_{п II} +N_gII,

8. Определяют эксцентриситеты вертикальных сил относительно центра подошвы фундамента

е_б = b_к/2 +(20-30мм)+ b_б/2,

9. Определяют суммарные моменты относительно центра подошвы фундамента

ΣМ_II0 = М_II0 + Q_II ·h_f - (N _бII + N_{п II}) е_б,

10. Вычисляют R по [1,Формула (7)].

16.

11. Проверяют условие (3.14)

Рмах = ΣN_II/А +ΣМ_II0/W ≤ 1,2R

Рмин = ΣN_II/А - ΣМ_II0 /W≥ 0

Р = ΣN_II/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

N_{f II} + N_{cт 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.

N_gII =0,5(b – bст)(d – h_f)γ_II^I,

5. Определяют приведенную высоту эпюры активного давления

d_пр = g/ γ_II^I , 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 γ_II^I d(d+2 d_пр) tg²(45-φ/2), (3.20)

Где φ=20⁰.

7. Определяют R по формуле 7[1].

8. Определяют сумму нагрузок на уровне подошвы фундамента

ΣN_II = N_II +N_fII + N _fII + N_{ст II} +N_gII,

9. Определяют сумму моментов относительно центра подошвы фундамента

ΣМ_II0 = Е_а ·h_а - N _gII · е_g,

где h_а = d/3 [(d+3 d_пр)/(d+2 d_пр)], (3.21)

10. Проверяют условие (3.14)

Рмах = ΣN_II/А +ΣМ_II0/W ≤ 1,2R

Рмин = ΣN_II/А - ΣМ_II0 /W≥ 0

Р = ΣN_II/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

ΣМ_II0 = Е_а^л ·h_а^л - Е_а^п ·h_а^п - N _gII · е_g + N _пII · е_п + 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

ΣМ_II0 = σ(d+ d_пр)²/15 + N _1II · е₁ /2 - N _gII · е_g,

Где максимальное горизонтальное давление σ= γ_II^I(d+ d_пр) 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= γ_II^I d_пр tg²(45-φ/2), (3.23)

σ ₂= γ_II^I (d_пр +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

ΣN_II = N_0II +N_кII + N _fII + N_{ст II} +N_gII,

ΣМ_0II = М_II0 + М а + T_0II ·d - М g - М ст,

Затем поверяют выполнение условия (3.14)

Рмах = ΣN_II/А +ΣМ_II0/W ≤ 1,2R,

Рмин = ΣN_II/А - ΣМ_II0 /W≥ 0,

Р = ΣN_II/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

σ_zgi= σ_zgi-1+ γ_ih_i, (3.26)

Ниже уровня подземных вод WL в формуле используют γ_sb, (см.формулу 2.6).

21.

При наличии водоупорного слоя (см. п. 2.1) определяют гидростатическое давление воды на его кровлю

Ргидр = γ_w h_w, (3.27)

где γ_w = 10 кН/м³;

h_w - высота столба вода.

3. Строится эпюра дополнительных давлений по формуле см. [1, c.30].

σ_zр=α(Р- σ_zgф), (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 σ_zр = σ_zg,

5. В пределах сжимаемой толщи определяют величину осадки по формуле см.(1, с.28) S= βΣ σ_zрi h_i/E_i, (3.29)

6. Расчетную осадку Sсравнивают с предельно-допустимой, принимаемой по приложению 4 [ I ], S ≤ S_u,

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

σ_zр +σ_zg ≤ R_z, (3.30) 9. При проектировании фундаментов на просадочннх грунтах.

производят расчет просадки S_slс учетом возможного замачивания

22.

основания [I, с. 33], [3, с. 218] при суммарном давлении под по­дошвой

фундамента σ_zр +σ_zg>P_sl больше начального просадочного давления грунта P_sl по формуле

S_sl = Σε_sl k _sl h_i , (3.31)

обозначения формулы - см. [1. с,33].

10. Определяют суммарную осадку и проверяют условие

S + S_sl< S_u. (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

H_s= 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.

B_s = b + 0,5(b - d), (3.34)

l _s = l + 0,5(l - d), (3.35)

B_s 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;

ρ_ds - плотность грунта в теле сваи, ρ_ds = 1,75 т/и³;

W_s– влажность грунта;

3. Для грунтовых подушек - толщина грунтовых подушек для просадочных грунтов:

h_s =(Р-Р_sl)b/ Р_sl, (3.39)

где р - среднее давление под подошвой фундамента;

Р_sl - начальное просадочное давление подстилающего слоя;

b - ширина фундамента.

Проверка толщины h_s осуществляется по условию (3.30).

- Давление Р по подошве фундамента на грунтовую по­душку при просадочных грунтах

Р = Р_sl(h_s / b +1), (3.40)

- Размеры грунтовых подушек в плане – ширина (b_s) и длина (l_s) подушки по низу

b_s = b(1+2k_h), (3.41)

l_s = l(1+ 2b k_h), (3.42)

k_h = 0,3 при P = 150 - 200 кПа

kh = 0,35 при P = 250 - 300 кПа

k_h = 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

Р_св^м= φ(m R_b A_b + R_s A_s), (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;

R_b – расчетное сопротивление бетона сжатию (для бетона забивных свай – класс –В20, см. СНиП Железобетонные конструкции. Нормы проектирования.);

A_b - площадь поперечного сечения сваи;

φ- коэффициент продольного изгиба, для низкого свайного ростверка φ=1;

R_s – расчетное сопротивление арматуры (СНиП Железобетонные конструкции. Нормы проектирования.);

A_s- площадь арматуры сваи (см. каталог свай или [10]).

5;. Определяется допускаемая нагрузка на сваю по грунту согласно [ 2 ] по формулам:

для сваи- стойки

Р_св^гр= γ_cRA/k, (3.44)

Для висячей сваи

Р_св^гр= γ_c/k(γ_cR RA+ u∑ γ_cf f_i l_i), (3.45)

27.

Для дальнейших расчетов принимают меньшую Р_св, вычисленную в двух последних пунктах.

6. Определяется требуемое количество свай в фундаменте под колонну

n = N _I/ Р_св, (3.46)

где N _I = (1,15-1,2) N _II

При внецентренном нагружении

n = (1,2-1,3) N _I/ Р_св, (3.47)

Под стену определяют требуемый шаг свай по формуле:

L_ш = Р_св / 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 - N_свI , рост­верка - N_рI , фундаментных балок - N_бfI, грунта обратной засыпки - N_gI, нагрузок от надземной части здания - N_I, суммарных моментов на уровне подошвы ростверка - ∑М₀.

10. Проверяется фактическая нагрузка на сваю по формулам:

а) под колонну

Р_свф= ∑ N_I/n_св ± ∑М_0х y/∑y_i² ±∑М_0y X/∑x_i² ≤ Р_св, (3.49)

28.

Разница между максимальным и минимальным нагружением сваи не должна превышать отношения 3:1;

б) под стену

Р_свф = l_ш (N_I + N_рI + N_gI + N_стI) + N_свI ≤ Р_св , (3.50)

11. Проверяют напряжения в уровне острия свай по условию

- для кустов свай

Р= (N_II + N_мII)/A_м ≤ R_z, (3.51)

Где N_мII , A_м – вес и площадь условного фундамента (грунто-свайного массива), определяемого по рекомендациям [2],[4].

R_z – расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного грунто-свайного массива, определяемое при размерах условного фундамента b_м и d_м 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

σ_z = Рα_n/πL, (3.52)

где Р – погонная нагрузка на ленточный ростверк, кг/см;

L– глубина погружения свай;

α_n – коэффициент, принимаемый по [4, Табл.22].

Напряжение σ_z в уровне острия свай не должно превышать расчетных давлений, т. Е должно быть выполнено условие

σ_z ≤ R_z , (3.53)

где Rz = γ_c1 γ_c2/k[1,1М_γk_zb γ_II + 1,1М_g d₁ γ_II^I +(М_g -1) d_b γ_II^I +3 М_c C_II], (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≤S_u,

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] ≤ kR_bt, (3.56)

при b≤а+2/h₀ по формуле

Р/[0,5(a+b)h₀] ≤ kR_bt, (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 (Р_свф) от свай.

- Расчет на образование наклонных трещин (как консоли) производится по одной из формул:

при b> а+h₀ Р = (а+ h₀) h₀R_bt, (3.58)

при b≤а+h₀ Р = b h₀R_bt, (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;Стройиздат_в 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