Основания и фундаменты зданий, сооружений

Содержание

Исходные данные

1.          Определение физико-механических характеристик грунта основания ИГЭ-1, ИГЭ-2

2.          Определение грузовых площадей для характерных сечений в здании

3.          Сбор нагрузок на обрез фундамента

3.1 Сечение 3–3. Сбор нагрузок на обрез фундамента под внутреннюю центрально нагруженную колонну в бесподвальной части здания

3.2 Сечение 2–2. Сбор нагрузок на обрез фундамента под внутреннюю несущую стену в бесподвальной части здания

4.          Определение размеров подошвы фундаменты мелкого заложения на естественном основании. Сечение3–3

5.          Определение размеров подошвы фундаменты мелкого заложения на естественном основании. Сечение 2–2

6.          Расчёт осадки основания фундамента мелкого заложения на естественном основании

6.1                  Расчет осадки основания фундамента мелкого заложения под внутреннюю несущую стену в бес подвальной части здания. Сечение 2–2

6.2                  Расчет осадки основания отдельно стоящего фундамента мелкого заложения на естественном основании под центрально нагруженную колонну здания. Сечение 3–3

7.          Расчет и конструирование свайного фундамента

7.1                  Расчет и конструирование свайного отдельно стоящего фундамента под центрально нагруженную колонну здания. Сечение -3–3

7.2                  Расчет и конструирование свайного фундамента под внутреннюю несущую стену в части здания без подвала. Сечение 2–2

8.          Расчет осадки основания свайного фундамента под внутреннюю несущую стену в бесподвальной части здания. Сечение 2–2

8.1 Расчет осадки основания свайного отдельно стоящего фундамента под центрально нагруженную колону здания. Сечение 3–3

Вывод

Список литературы

Исходные данные

Инженерно геологический элемент ИГЭ-1: мощность слоя 9 м,

ρ = 2,1 г/, ω =20%,  = 2,7 г/, = 14%,  = 22%,  = 15 кПа,

Ꝭ = 23°, E = 16 МПа.

Инженерно геологический элемент ИГЭ-2: мощность слоя 11 м,

ρ = 1,98 г./, ω =21%,  = 2,71 г./, = 19%,  = 31%,  = 18 кПа,

Ꝭ = 22°, E = 18 МПа.

Конструкционные данные:

●                   число этажей – 3;

●                   высота этажа – 3,0 м;

●                   толщина внутренних стен – 0,38 м;

●                   толщина внешних стен – 0,51;

●                   отметки устьев скважин: 1 – 90,6; 2 – 90,25; 3 – 90,4; 4 – 90,8; 5 – 90,15;

●                   расстояние между скважинами – 30 м;

●                   мощность слоёв грунта по скважинам: верхний слой – 9, нижний слой –11;

●                   материал несущих стен – полнотелый керамический кирпич;

●                   высота подвала – 2,40 м;

●                   толщина перегородок – 0,12 м;

●                   материал перегородок – полнотелый керамический кирпич;

●                   уровень ответственности здания – II;

В рамках курсового проекта для сбора нагрузок принимаем:

●             вес конструкции кровли – 1,1 кН/;

●             вес железобетонных плит – 2,5 кН/;

●             вес кирпичной кладки стены – 18,0 кН/;

●             вес конструкции пола – 1,0 кН/;

●                   район строительства г. Самара.

●                   Обратная засыпка выполняется местным грунтом, который является неагрессивным и непучинистым, суглинка, суспес.

Рис. 1 Расчётная схема

1.                  Определение физико-механических характеристик грунта основания ИГЭ-1

1)                 Плотность сухого грунта:

ИГЭ-1: =  = = 1,755 г./.

2)                 Удельный вес грунта природного сложения:

ИГЭ-1:γ = g* = 9,81 * 2,1 = 20,601 кН/.

3)                 Удельный вес твёрдых (минеральных) частиц грунта:

ИГЭ-1: = g * = 9,81 * 2,7 = 26,487 кН/.

4)                 Удельный вес сухого грунта:

ИГЭ-1: = g * = 9,81 * 1,755 = 17,216 кН/.

5)                 Пористость:

ИГЭ-1: n = 1 = 1 = 0,35 д. ед.

6)                 Коэффициент пористости:

ИГЭ-1:e =  =  = 0,53 д. ед.

7)                 Степень влажности (водонасыщения):

ИГЭ-1: =  =  = 0,0101 д. ед. – водо-насыщений грунт.

8)                 Число пластичности:

ИГЭ-1: = 0,14  0,22 = 0,08 д. ед. – суглинок.

9)                 Показатель текучести:

ИГЭ-1: =  =  = 0,25 д. ед.

10) Коэффициент пористости при влажности на границе текучести:

ИГЭ-1: =  =  = 0,378 д. ед.

10)            Удельный вес насыщенного водой грунта:

ИГЭ-1:= = 26,487 (1–0,35) + 0,35*10 = 17,22 кН/.

11)            Удельный вес грунта с учётом взвешивающего действия воды:

ИГЭ-1:  = () (1 – n) = (26,487 – 10) (1 – 0,35) = 17,210 кН/.

Определение физико-механических характеристик грунта основания ИГЭ-2.

12)            Плотность сухого грунта:

ИГЭ-2: =  = = 1,63 г./.

13)            Удельный вес грунта природного сложения:

ИГЭ-2:γ = g* = 9,81 * 1,98 = 19,42 кН/.

14)            Удельный вес твёрдых (минеральных) частиц грунта:

ИГЭ-2: = g * = 9,81 * 2,71 = 26,585 кН/.

15)            Удельный вес сухого грунта:

ИГЭ-2: = g * = 9,81 * 1,63 = 15,99 кН/.

16)            Пористость:

ИГЭ-2: n = 1 = 1 = 0,398 д. ед.

17)            Коэффициент пористости:

ИГЭ-2:e =  =  = 0,661 д. ед.

18)            Степень влажности (водонасыщения):

ИГЭ-2: =  =  = 0,86 д. ед. – насыщенный водой грунт.

19)            Число пластичности:

ИГЭ-2: = 0,19  0,31 = 0,12д. ед. – суглинок.

20)            Показатель текучести:

ИГЭ-2: =  =  = 0,916 д. ед. – текуче пластичный

10) Коэффициент пористости при влажности на границе текучести:

ИГЭ-2: =  =  = 0,51 д. ед.

21)            Удельный вес насыщенного водой грунта:

ИГЭ-2:= = 26,585 (1–0,398) + 0,398*10 = 16, кН/.

22)            Удельный вес грунта с учётом взвешивающего действия воды:

ИГЭ-2:  = () (1 – n) = (26,585 – 10) (1 – 0,398) = 15,998 кН/.

Сводная ведомость показателей физико-механических свойств грунтов

2. Определение грузовых площадей для характерных сечений в здании

Рис. 2. Расчётная схема для определения грузовых площадей

– для сечения 2–2:  = 1 п.м. * () = 4,4 .

– для сечения 3–3:  = 3  (3+1.5) = 27,0 .

Определение глубины заложения подошвы фундаментов.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта м, вычисляется по формуле

,

где  – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых зданий (без подвала с полами, устраиваемыми по грунту, при температуре 20  и более);  – нормативная глубина промерзания, м

,

где – для суглинков; 16,39 – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемый по СП 131.13330.

Таким образом,

;

3. Сбор нагрузок на обрез фундамента

3.1 Сечение 3–3. Сбор нагрузок на обрез фундамента под внутреннюю центрально нагруженную колонну в бесподвальной части здания

3.2 Сечение 2–2. Сбор нагрузок на обрез фундамента под внутреннюю несущую стену в бесподвальной части здания

4. Определение размеров подошвы фундаменты мелкого заложения на естественном основании

4.1 Сечение 3–3

Вычислим предварительную площадь подошвы фундамента:

.

Определим предварительную ширину подошвы фундамента:

.

Вычислим предварительное сопротивление грунта под подошвой фундамента:

.

Уточним площадь подошвы фундамента:

.

Уточним ширину подошвы фундамента:

.

Уточним величину расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента:

 310КПа

Определим давление на грунт основания от веса сооружения, тела фундамента и грунта на его уступах:

.

.

Выполним проверку:

 – условие выполняется.

.

Рис. 3. Сечение 3–3 Конструкция монолитного фундамента под колонну

5. Определение размеров подошвы фундаменты мелкого заложения на естественном основании. Сечение 2–2

Вычислим предварительную площадь подошвы фундамента:

.

Определим предварительную ширину подошвы фундамента:

.

Вычислим предварительное сопротивление грунта под подошвой фундамента:

.

Уточним площадь подошвы фундамента:

.

Уточним ширину подошвы фундамента:

Уточним величину расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента:

.

Определим давление на грунт основания от веса сооружения, тела фундамента и грунта на его уступах:

.

.

Выполним проверку:

;

 – условие выполняется.

Рис. 4. сечение 2–2 Конструкция подземной части здания под внутреннюю несущую стену

6. Расчёт осадки основания фундамента мелкого заложения на естественном основании

6.1             Расчет осадки основания фундамента мелкого заложения под внутреннюю несущую стену в бес подвальной части здания. Сечение 2–2.

Для выполнения расчета основания по деформациям необходимо разбить рассматриваемый грунтовой массив на слои, в уровне которых будем находить напряжения.

Определим высоту слоя:

Определим вертикальное напряжение от собственного веса грунта обратной засыпки на уровне подошвы фундамента FL:

.

Вычислим дополнительное давление на грунт основания зависящее от веса здания под подошвой фундамента на уровне FL:

.

Вычислим вертикальное напряжение от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта под подошвой фундамента на уровне FL с учетом грунта обратной засыпки:

Расчитаем вертикальные напряжения от внешней нагрузки , на глубине  от подошвы фундамента, по уровням (условным слоям). Расчеты производим поэтапно, определяя относительную глубину 𝜉:

;  0,800.

.

;  0,642

.

;  0,477.

.

;  0,374.

.

;  0,306.

.

;  0,258.

.

; 0.223.

.

;  0,196.

.

;  0,175.

.

;  0,158.

.

;  0,143.

.

Расчитаем вертикальные напряжения от собственного веса выше расположенных слоев грунта по уровням (условным слоям). При вычислении напряжений  необходимо отслеживать границы инженерно-геологических элементов и уровнем грунтовой воды (при наличии):

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Расчитаем вертикальные напряжения от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта на глубине  от подошвы фундамента:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

На глубине 4,28 м от подошвы фундамента выполняется следующее условие:

, т.е. ;

 – условие выполняется.

Определим величину осадков основания во всех деформируемых слоях и просуммируем полученные значения:

, см.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Суммарная величина осадки по слоям равна:

.

Выполним проверку условия:

;

 – условие выполняется.

Результаты расчетов осадков основания отдельно стоящего фундамента на естественном основании под колонну по сечению 2–2.

По полученным величинам напряжения строи эпюры напряжений в рассматриваемом грунтовом массиве.

Рис. 5. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве в основании фундамента мелкого заложения по сечению 2–2

6.2 Расчет осадки основания отдельно стоящего фундамента мелкого заложения на естественном основании под центрально нагруженную колонну здания. Сечение 3–3

Для выполнения вычисления основания по деформациям необходимо разбить рассматриваемый грунтовый массив на слои в уровне которых будем находить напряжения.

Определим высоту слоя:

Вычислим вертикальное напряжение от собственного веса грунта обратной засыпки на уровне подошвы фундамента FL:

.

Вычислим дополнительное давление на грунт основания от веса здания под подошвой фундамента на уровне FL:

.

Вычислим вертикальное напряжение от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта под подошвой фундамента, на уровне FL:

.

Вычислим вертикальные напряжения от внешней нагрузки , на глубине  от подошвы фундамента, по уровням (условным слоям). Расчеты производим последовательно, определяя относительную глубину 𝜉:

;  0,881

.

;  0,449.

.

;  0,257.

.

;  0,160.

.

; 0,108.

.

Вычислим вертикальные напряжения от собственного веса выше расположенных слоев грунта по уровням (слоям). При расчете напряжений  следует наблюдать за границами инженерно-геологических элементов и уровнем грунтовой воды (при наличии):

.

.

.

.

.

Определим вертикальные напряжения от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта на глубине  от подошвы фундамента:

.

.

.

.

.

На глубине  м от подошвы фундамента выполняется условие:

, т.е. ;

 – следовательно условие выполняется.

Рассчитаем величину осадков основания во всех деформируемых слоях и просуммируем полученные значения:

 см.

Итоговая величина осадков по слоям равна:

.

Проведем проверку условия:

;

 – условие выполняется.

Результаты вычислений при расчете осадки основания ленточного фундамента 2–2.

По полученным значениям напряжения строим эпюры напряжений в рассматриваемом грунтовом массиве.

Рис. 6. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве в основании фундамента мелкого заложения по сечению 3–3

7.                  Расчет и конструирование свайного фундамента

7.1             Расчет и конструирование свайного отдельно стоящего фундамента под центрально нагруженную колонну здания. Сечение -3–3.

При расчетах будем использовать сборную железобетонную забивную сваю заводского изготовления с размерами поперечного сечения 300300 мм, длиной 4,0 м, погружаемую без выемки грунта с помощью дизель-молота.

Определение несущей способности сваи по боковой поверхности

Расчитаем несущую способность висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимаемую нагрузку:

.

Расчитаем расчетное сопротивление несущей способности сваи в составе фундамента по несущей способности грунтов основания:

.

Рис. 7. Расчётная схема для определения сопротивления i-го слоя грунтов по боковой поверхности сваи для сечения 3–3

Вычислим необходимое количество свай в ростверке с учетом минимального расстояния между сваями:

.

Принимаем для дальнейшего расчета 2 сваи.

Вычислим нагрузку , приходящуюся на одну сваю с учетом веса ростверка и грунта обратной засыпки на его поверхности:

, где

Проверим условие:

;

 – условие не выполняется. Отсюда  следует, что нужно увеличить количество свай до 3 шт., выполнить перерасчёт.

Используем для дальнейшего расчета 3 сваи.

Отсюда вычислим нагрузку , приходящуюся на одну сваю с учетом веса ростверка и грунта обратной засыпки на его поверхности:

Проверим условие:

;

 – следовательно условие выполняется.

Рис. 8. Разрез по внутренней колонне. Сконструированный свайный фундамент для сечения 3–3

7.2             Расчет и конструирование свайного фундамента под внутреннюю несущую стену в части здания без подвала. Сечение 2–2

При расчетах будем использовать сборную железобетонную забивную сваю заводского изготовления с размерами поперечного сечения 300300 мм, длиной 7,0 м, погружаемую без выемки грунта с помощью дизель-молота.

Определение несущей способности сваи по боковой поверхности

Рассчитаем несущую способность висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимаемую нагрузку:

.

Рассчитаем необходимое сопротивление несущей способности сваи в составе фундамента по несущей способности грунтов основания:

.

Рис. 9 Расчётная схема для определения сопротивления i-го слоя грунта по боковой поверхности сваи для сечения 2–2

Вычислим необходимое количество свай в ростверке с учетом минимального расстояния между ними:

.

Расчитаем нагрузку , приходящуюся на одну сваю с учетом веса ростверка и грунта обратной засыпки на его поверхности:

, где

Проверим условие:

;

 – условие выполняется.

Рис. 10 Фрагмент Плана свайного фундамента для сечения 2–2

Рис. 11 Разрез по несущей стене. Сконструированный свайный фундамент для Сечения 2–2

8.                  Расчет осадки основания свайного фундамента под внутреннюю несущую стену в бес подвальной части здания. Сечение 2–2

Для выполнения расчета основания по деформациям необходимо разбить рассматриваемый грунтовый массив на слои в уровне которых будем находить напряжения.

Определим высоту слоя:

Высчитаем вертикальное напряжение от собственного веса грунта обратной засыпки:

.

Высчитаем дополнительное давление на грунт основания от веса здания под подошвой фундамента:

,

Высчитаем вертикальное напряжение от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта под подошвой фундамента:

.

Высчитаем вертикальные напряжения от внешней нагрузки , на глубине  от подошвы фундамента, по уровням (условным слоям). Вычисления производим последовательно, определяя относительную глубину 𝜉:

;  0,881

.

;  0,642.

.

; 0,477.

.

;  0,374.

.

;  0,306.

.

Проведем расчет вертикального напряжения от собственного веса выше расположенных слоев грунта по уровням (слоям). При расчете напряжений  необходимо следить за границами инженерно-геологических элементов и уровнем грунтовой воды (при наличии):

.

.

.

.

.

Высчитаем вертикальные напряжения от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта на глубине  от подошвы фундамента:

.

.

.

.

.

На глубине  от нижней границы условного фундамента выполняется условие:

, т.е. ;

 – условие выполняется.

Определим осадки основания во всех деформируемых слоях и просуммируем полученные значения:

 см.

Итоговая величина осадки по слоям равна:

.

Выполним проверку условия:

;

 – условие выполняется.

Результаты вычислений при расчете осадки основания свайного фундамента 2–2.

По полученным значениям напряжения строи эпюры напряжений в рассматриваемом грунтовом массиве.

Рис. 12. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве в основании свайного фундамента по сечению 2–2

8.1             Расчет осадки основания свайного отдельно стоящего фундамента под центрально нагруженную колону здания. Сечение 3–3

8.2             Для выполнения расчета основания по деформациям необходимо разбить рассматриваемый грунтовый массив на слои в уровне которых будем находить напряжения.

Вычислим высоту слоя:

Вычислим вертикальное напряжение от собственного веса грунта обратной засыпки:

.

Вычислим дополнительное давление на грунт основания от веса здания под подошвой фундамента:

,

Вычислим вертикальное напряжение от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта под подошвой фундамента:

.

Вычислим вертикальные напряжения от внешней нагрузки , на глубине  от подошвы фундамента, по уровням (условным слоям). Вычисления производим последовательно, определяя относительную глубину 𝜉:

;  0,881

.

;  0,449.

.

; 0,257.

.

Вычислим также вертикальные напряжения от собственного веса выше расположенных слоев грунта по уровням (слоям). При расчете напряжений  необходимо следить за границами инженерно-геологических элементов и уровнем грунтовой воды (при наличии):

.

.

.

Вычислим вертикальные напряжения от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта на глубине  от подошвы фундамента:

.

.

.

На глубине  от нижней границы условного фундамента выполняется условие:

, т.е. ;

 – условие выполняется.

Определим осадки основания во всех деформируемых слоях и просуммируем полученные значения:

 см.

Суммарная величина осадки по слоям равна:

.

Выполним проверку условия:

;

 – условие выполняется.

Результаты вычислений при расчете осадки основания свайного фундамента 3–3.

По полученным значениям напряжения строи эпюры напряжений в рассматриваемом грунтовом массиве.

Рис. 14. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве в основании свайного фундамента по сечению 3–3

фундамент заложение сечение основание

Вывод

На основании проведённых расчётов наиболее целесообразно использовать фундамент котлованного типа, так как при использовании свайного фундамента используется большой перерасход материалов и финансовых средств.

Так же в свою очередь не стоит забывать, что при строительстве здания или сооружения в этом регионе следует произвести расчеты глубины промерзания по формулам, или же просто воспользоваться картой. Последний способ не является наиточнейшим. Но при этом его можно назвать сложным. Согласно СНиП 2.01.01-82, для Самарской области уровень промерзания земли составляет 160 см. Это больше, чем, к примеру, в Калининграде (70 см) и даже в Москве (140 см), но меньше, чем в Оренбурге (180 см), Омске (200 см) и Ханты-Мансийске (240 см).

Известно, что мелкий песок промерзает обычно на меньшую глубину, чем крупный и гравелистый, и на большую, чем суглинки. Для Самарской области глубина промерзания грунта, в зависимости от его типа, будет такой:

суглинки — 1.54 м;

мелкий песок и супесь — 1.88 м;

крупный и гравелистый песок — 2.01 м.

Таким образом, ориентироваться на средний показатель по Самарскому региону в 160 см можно далеко не во всех местностях. Прежде следует определить на участке тип грунта. В некоторых случаях подошву фундамента, возможно, нужно будет опустить пониже, а в других — поднять ее в целях экономии материала и трудовых затрат.
В своих расчетах не стоит забывать и о природных климатических условиях, которые в свою очередь вносят весомую лепту в стоимость выполненных работ, а также при использовании рабочей силы, техники.

Список используемой литературы

1.                 СП 47.13330.2012 «Инженерные изыскания для строительства. Общие положения».

2.                 СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика Дата актуализации: 01.01.2021

3.                 ГОСТ 25100–2011 «Грунты. Классификация».

4.                 СП 22.13330–2016 «Основания здания и сооружений».

5.                 СП 24.13330–2014 «Свайные фундаменты».

6.                 СП 20ю13330–2016 «Нагрузки и воздействия».

7.                 ГОСТ 21.302–2013 «СПДС. Условные графические обозначения в документации по инженерно-геологическим изысканиям».

8.                 ГОСТ 13580–85 «Плиты железобетонные ленточных фундаментов».

9.                 «Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения». Под редакцией Е.А. Сорочана – М.: Стройиздат, 1985.

10.              «Расчет и конструирование фундаментов промышленного здания на естественном основании». Учебное пособие / Сост.: Д.В. Попов, Е.В. Савинова, А.В. Мальцев – СамГТУ. Самара 2021.-120 с.

11.             «Основания и фундаменты зданий. Реконструкция фундаментов», Никифорова Hадежда Cергеевна, Электронная книга. ISBN 978-5-7264-2188-9, НИУ МГСУ, 2020г.

12.             «Основания и фундаменты. Учебное пособие для вузов» ISBN 978-5-507-48438-6, 180 страниц, 2024 год., изд. Лань.

13.             «Механика грунтов, основания и фундаменты.» Шведовский Петр Владимирович, Клебанюк Дмитрий Николаевич, ISBN 978-5-972-90767-0, год издания 2024.

Размещено на Allbest.ru