Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

На тему:

”Расчет и проектирование оснований и фундаментов пром. зданий”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2008

 

Содержание

 

 

 

1. Состав исходных данных

 

Проектируем фундаменты и выполняем расчет оснований однопролетного одноэтажного промышленного здания с металлическим каркасом, с подвесным крановым оборудованием, с приямком. Длина здания 60 м, шаг колонн каркаса 12 м. Шаг торцевого фахверка 6 м. Остекление здания ленточное (от оси 1 до оси 6 включительно). Остекление торцевых стен не предусмотрено. Габаритная схема здания рис.1.

Параметрыздания

 

Таблица 1

L, м	H, м	Hпр, м	Q, т	tвн, °С	Район строительства	Mt	S0, кПа	W0, кПа
24	16,8	-3,0	15	15	Тавда	62,4	1,0	0,30

 

L – ширина пролета; Н – высота пролета; Q – грузоподъемность кранов; tвн - расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении; Мt – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур наружного воздуха за зиму в данном районе; Sо – снеговая нагрузка;

Wо – давление ветра.

Грунтовые условия заданы 4 разведочными скважинами, пройденные в непосредственной близости от углов проектируемого здания. Глубина расположения УПВ 0,8 мот уровня природного рельефа NL.

Характеристика грунтовых условий

 

Таблица 2

№ грунтового слоя	Тип грунта	Обозн	Отметки устьев скважин и толщина слоев грунта; м.
			скв.1 65,4	скв.2 66,3	скв.3 64,9	скв.4 65,6
1	почвенно-растительный слой	ho	0,3	0,3	0,3	0,3
2	глина	h1	5, 20	5,00	5,30	4,90
3	суглинок	h2	1,70	1,95	1,50	1,70
4	глина	h3	Толщина слоя бурениемдо глубины 20 м не установлена

 

Показатели физико-механических свойств грунтов

 

Таблица 3

№ слоя	Тип грунта	rn, т/м3	rI, т/м3	rII, т/м3	rs, т/м3	W,%	WL,%	Wр,%
2	Глина	1,77	1,72	1,74	2,76	33	40,2	22,2
3	Суглинок	1,83	1,78	1,80	2,72	31,4	35,6	21,6
4	Глина	1,84	1,79	1,81	2,76	26,2	41,4	22,4

 

N слоя	Тип грунта	kf,см/с	E, МПа	cI,кПа	cII,кПа	jI, град	jII, град
2	Глина	2,5×10 –8	8,0	19	29	6	7
3	Суглинок	1,0×10 –7	6,0	9	14	13	14
4	Глина	2,8×10 –8	16	29,0	44	16	18

 

Состав подземных вод по данным химического анализа

Таблица 4

Показатель агрессивности воды-среды	Значение показателя
Бикарбонатная щелочность ионовHCO3, мг-экв/л Водородный показатель pH Содержание, мг/л агрессивной углекислоты CO2 аммонийных солей ионов NH4+ магнезиальных солей, ионов Mg2+ щелочей, г/л сульфатов, ионов SO42– хлоридов, ионов Cl –	- 3,8 10 15 360 36 190 990

 

 

2. Определение нагрузок на фундаменты

 

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундаментов по оси А от нагрузок и воздействий, воспринимаемых рамой каркаса

 

Таблица 5

Усилия и ед. изм.	Нагрузки
	Постоянные (1)	Снеговые (2)	Ветровые (3)	Крановые (4)
Nn, кН	876,3	144,0	0	338,1
Mn, кН×м	-319,0	0	-503,8	-60,5
Qn, кН	-19,0	0	-66,2	-3,7

 

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундамента для основных сочетаний нагрузок

 

Таблица 6

Усилия и ед. изм.	Индексы нагрузок и правило подсчета
	(1) + (2)	(1) + (3)	(1) + (4)	(1) + 0,9 [(2) +(3) +(4)]
Nn, кН	1020,3	876,3	1214,4	1310, 19
Mn, кН×м	-319,0	-822,8	-379,5	-826,87
Qn, кН	-19	-85,2	-22,7	-81,91

 

Наиболее неблагоприятным является сочетание из постоянной (1) и всех кратковременных 0,9 [(2) + (3) + (4)] нагрузок.

Для расчетов по деформациям (γf = 1):

Ncol, II= Nn× γf = 1310,19 × 1 = 1310,19 кН

Mcol, II = Mn× γf = 826,87×1 = 826,87кН×м

Qcol, II = Qn× γf = 81,91× 1 = 81,91 кН

Для расчетов по несущей способности (γf = 1,2):

N col, I =Nn ×γf = 1310,19 × 1,2 = 1572,22кН

M col, I =Mn ×γf= 826,87× 1,2 = 922,24кН×м

Q col, I = Qn ×γf = 81,91× 1,2 = 98,29 кН

 

 

3. Оценка инженерно – геологических и гидрогеологическихусловий площадки строительства

 

Планово-высотная привязка здания на площадке строительства приведена на рис.2. (размеры и отметки в метрах). Инженерно-геологические разрезы, построенные по заданным скважинам, показаны на рис.3.1, 3.2

Вычисляем необходимые показатели свойств и состояния грунтов по приведенным в таблице 3 исходным данным. Результаты вычислений представлены в таблице 7.

Показатели свойств и состояния грунтов (вычисляемые).

 

Таблица 7

Тип грунта	rd,т/м3	n, %	e	Sr	Ip, %	IL	gI, кН/м3	gII, кН/м3	gs, кН/м3	gsb, кН/м3
Глина	1,33	51,81	1,075	0,84	18	0,60	16,85	17,05	27,04	8,21
Суглинок	1,39	48,89	0,956	0,89	14	0,60	17,44	17,64	26,65	8,51
Глина	1,45	47,46	0,903	0,80	19	0, 20	17,54	17,73	27,04	8,95

 

Плотность сухого грунта: rd = rn /(1 + 0,01×W)

Пористость: n = (1 – rd /rs) ×100%

Коэффициент пористости: e = n/(100 – n)

Степень влажности: Sr = W×rs/(e×rw), гдеrw = 1 т/м3 – плотность воды

Число пластичности: Ip = WL – Wр

Показатель текучести: IL = (W – Wр) /(WL – Wр)

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

gI = rI×ggII = rII×ggs = rs×g

Удельный вес грунта, расположенного ниже УПВ, с учетом взвешивающего действия воды:

gsb = (gs- gw) /(1+e), где gw = 10 кН/м3 – удельный вес воды

Для определения условного расчетного сопротивления грунта по формуле (7) СНиП 2.02.01-83* принимаем условные размеры фундамента d1 = dусл = 2 м и bусл =1 м (п.1.3.4) и установим в зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания коэффициенты gc1; gc2; k; Mg; Mq; Mc.

Слой №2: Глина

По табл.3 СНиП 2.02.01-83*gc1 = 1,0 для (IL> 0,5); gc2 = 1 для зданий с гибкой конструктивной схемой; k = 1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01-83*. При jII = 7° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,12; Mq = 1,47; Mc = 3,82.

Удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента до глубины dw = 0,80 м принимаем без учета взвешивающего действия воды gII = 17,05 кН/м3, а ниже УПВ, т.е. в пределах глубины d = dусл - dw = 1,20 м и ниже подошвы фундамента, принимаем

gsb = 8,21 кН/м3; удельное сцепление cII = 29 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

= (1,0·1) ·(0,12·1·1·8,21+1,47· [0,8·17,05+(2-0,8) ·8,21] +3,82·29) =146,29 кПа.

Полное наименование грунта слоя № 2 по ГОСТ 25100– 95Глина мягкопластичная. Этот грунт может быть использован как естественное основание, поскольку имеет достаточную прочность. (Е = 8 МПа > 5 МПа).

Слой №3: суглинок

Толщина слояh1 = 4,90. По табл.3 СНиП 2.02.01-83* gc1 = 1,0 для (IL> 0,5); gc2 = 1 для зданий с гибкой конструктивной схемой.

При jII = 14° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,26; Mq = 2,05; Mc = 4,55.

Удельный вес грунта gsb = 8,51 кН/м3; удельное сцепление cII = 14 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

= (1,0·1) ·(0,29·1·1·8,51+2,17· [0,8·17,05+(4,90-0,8) ·8,21] +4,69·14) = 171 кПа

Полное наименование грунта слоя№3 по ГОСТ 25100–95 суглинок мягкопластичный.

Слой №4: глина

Толщина слояh2 = 1,70. По табл.3 СНиП 2.02.01-83* gc1 = 1,25 для (IL< 0,25); gc2 = 1 для зданий с гибкой конструктивной схемой.

При jII = 17° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,39; Mq = 2,57; Mc = 5,15.

Удельный вес грунта gsb = 8,51 кН/м3; удельное сцепление cII = 14 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

= (1,25·1) ·(0,43·1·1·8,95+2,73· [0,8·17,05+(4,90-0,8) ·8,21+1,70·8,51] +5,31·44) =506 кПа

Полное наименование грунта слоя № 4 по ГОСТ 25100– 95 глина мягкопластичная.

 

Заключение

 

В целом площадка пригодна для возведения здания. Рельеф площадки спокойный снебольшим уклоном в сторону скважин 1 и 3. Грунты имеют слоистое напластование, с выдержанным залеганием пластов (уклон кровли не превышает 2%). Все грунты имеют достаточную прочность, невысокую сжимаемость и могут быть использованы в качестве оснований в природном состоянии. Грунтовые воды расположены на небольшой глубине, что значительно ухудшает условия устройства фундаментов: при заглублении фундаментов более 0,80 м необходимо водопонижение; возможность открытого водоотлива из котлованов, разработанных в суглинке, должна быть обоснована проверкой устойчивости дна котлована (прорыв грунтовых вод со стороны слоя глина); суглинок, залегающий в зоне промерзания, в соответствии с табл.2 СНиП 2.02.01-83 является пучинистым грунтом, поэтому глубина заложения фундаментов наружных колонн здания должна быть принята не менее расчетной глубины промерзания суглинка, а при производстве работ в зимнее время необходимо предохранение основания от промерзания.

Целесообразно рассмотреть следующие возможные варианты фундаментов и оснований:

1) фундамент мелкого заложения на естественном основании - глина

2) фундамент на распределительной песчаной подушке (может быть достигнуто уменьшение размеров подошвы фундаментов и расчетных осадок основания)

3) свайный фундамент из забивных висячих свай; несущим слоем для свай может служить глина (слой 4).

Следует предусмотреть срезку и использование почвенно-растительного слоя при благоустройстве и озеленении застраиваемого участка (п.1.5 СНиП 2.02.01-83).

 

4. Расчет и проектирование варианта фундамента на естественном основании

 

Проектируется монолитный фундамент мелкого заложения на естественном основании по серии 1.412-2/77 под стальную колонну, расположенную по осям А - 5, для исходных данных, приведенных выше.

 

4.1 Определение глубины заложения фундамента

 

Первый фактор - учет глубины сезонного промерзания грунта. Грунты основания пучинистые, поэтому глубина заложения фундамента d от отметки планировки DL должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Для tвн = 15° и грунта основания, представленного глиной, по 2.28 СНиП 2.02.01-83:

d³df=Kh×dfn=Kh×d0 =0,7×0,23 = 1,27 м.

Kh=0,7 –коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения, принят как уточненный при последующем расчете в соответствии с указаниями примечания к табл.1 СНиП 2.02.01-83 (расстояние от внешней грани стены до края фундамента

af = 1,1 м > 0,5 м).

dfn – нормативная глубина промерзания

d0 – величина, принимаемая равной для глины - 0,23 м

Второй фактор - учет конструктивных особенностей здания. Требуется подколонник площадью сечения 1500х1200 мм. Минимальныйтипоразмер высоты фундамента для указанного типа подколонника Hф=1,5м. Таким образом, по второму фактору требуется d =Hф+0,7=2,2 м.

Третий фактор - инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный достаточно прочнымсуглинком. Подстилающие слои 3 и 4 по сжимаемости и прочности не хуже среднего слоя. В этих условиях, учитывая высокий УПВ, глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную, однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований.

С учетом всех трех факторов, принимаем глубину заложения от поверхности планировки (DL) с отметкой 65,40 м d = 2,05 м, Нф = 1,5 м. Абсолютная отметка подошвы фундамента (FL) составляет 63,35м, что обеспечивает выполнение требования о минимальном заглублении в несущий слой. В самой низкой точке рельефа(см. рис.3. скв.1) заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа (NL) составляет: 64,90 - 0,3 – 63,35 = 1,25 м > 0,5 м.

 

4.2 Определение площади подошвы фундамента