Основание и фундаменты курсовая. ОИФ. 2 Основания и фундаменты

• Название: 2 Основания и фундаменты
• Анкор: Основание и фундаменты курсовая
• Дата: 19.06.2022
• Размер: 375.17 Kb.
• Имя файла: ОИФ.docx
• Тип: Документы; #604161

2 Основания и фундаменты
2.1 Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки
Основным направлением экономического и социального развития города предполагается значительное увеличение объемов капитального строительства, так как возведение жилых зданий сопровождается сооружением общественных зданий, школ, предприятий общественного питания и бытового обслуживания. Уменьшение затрат на устройство оснований и фундаментов от общей стоимости зданий и сооружений, может дать значительную экономию материальных средств. Однако, добиваться снижения этих затрат необходимо без снижения надежности, т.е. следует избегать возведения недолговечных и некачественных фундаментов, которые могут послужить причиной частичного или полного разрушений зданий и сооружений. Необходимая надежность оснований и фундаментов, уменьшения стоимости строительных работ в условиях современного градостроительства зависит от правильной оценки физико-механических свойств грунтов, слагающих основания, учета его совместной работы с фундаментами и другими надземными строительными конструкциями.

В данном проекте рассматривается устройство ленточных фундаментов. Ленточные фундаменты обычно возводят при строительстве зданий с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также в случаях, когда под домом устраивают подвал или теплое подполье.

За условную отметку 0,000 принят уровень чистого пола первого этажа, что соответствует абсолютной отметке 319,500 на генплане.

Согласно материалов об инженерно-геологических изысканиях, выполненных на строительной площадке выявлены следующие грунты с характеристиками:

- известняк-ракушечник низкой прочности, от размягчаемого до не размягчаемого в воде с маломощными прослоями шламового известняка: Рн=1,61 г/см³; R_сжн=2,9 Мпа (в естественном состоянии); R_сжн=2,2 Мпа (в замоченном состоянии). R_сжр=1,9Мпа (в замоченном состоянии).

- известняк-ракушечник очень низкой прочности, размягчаемый в воде с глубины 5,7-6,0 м пористый, с шламовым заполнителем: Рн=1,29 г/см³; R_сжн=0,9 Мпа (в естественном состоянии); R_сжн=0,35 Мпа (в замоченном состоянии). R_сжр=0,26Мпа (в замоченном состоянии).

Грунты незасоленные по содержанию сульфатов (до 1520 мг/кг – сильноагрессивные по отношению к бетонам на портландцементе, по содержанию хлоридов (до 730 мг/кг) – среднеагрессивные к железобетонным конструкциям.

Грунтовые воды не обнаружены.

Разработку котлована производить непосредственно перед устройством фундаментов, не допуская замораживания, замачивания и выветривания грунтов основания.

Устройство фундаментов производить по бетонной подготовке толщиной 100 мм из бетона кл. В10.

Боковые поверхности монолитных конструкций, соприкасающиеся с грунтом, обмазать горячим битумом БН 70/30 по ГОСТ 6617-76 за два раза по холодной битумной грунтовке.

Обратную засыпку наружных и внутренних пазух котлована выполнять незасоленной гравийно-песчаной смесью равномерно со всех сторон фундаментов, с послойным уплотнением и доведением объемного веса грунта до гр=1,65 кг/см3 в соответствии с требованиями СНиП РК 5.03-37-2005.

Бетонные работы выполнять в соответствии с указаниями СНиП РК 5.03-37-2005 «Несущие и ограждающие конструкции» СНиП РК 1.03-05-2001 «Охрана труда и техника безопасности в строительстве».

Ленточные фундаменты бетонировать совместно со столбчатыми. Арматуру ФЛм3 (поз.20), заводить в плитную часть столбчатых фундаментов на 500 мм для обеспечения совместной работы конструкций.

В геологическом строении исследуемой территории принимают участие аллювиальные и делювиальные отложения, перекрытые с поверхности почвами и насыпными грунтами.

На основании полевых и лабораторных исследований по типам, видам и разновидностям выделено 4 инженерно-геологических элементов (ИГЭ). Физико-механические характеристики грунтов представлены в таблице 2.1.

ИГЭ-1. Насыпные грунты не слежавшиеся, представлены почвами со строительным и бытовым мусором, насыпями щебенисто-насыпных дорог, навалами грунта (на площадке идут строительные работы, отрыта траншея). Мощность насыпных грунтов не велика, их физико-механические свойства не изучались.

ИГЭ-2. Песок пылеватый, суглингок.

ИГЭ-3. Песчано-гравийная смесь. Суглинок текучепластичный, водонасыщенный, легкий.

ИГЭ-4. Глина комковая, твердая.

Грунты, на изученной территории, набухающими свойствами не обладают.

Грунты ИГЭ-2, 3 обладают слабой степенью агрессивного воздействия для бетонов на портландцементе, шлакопортландцементе по ГОСТ 10178-76 и сульфатостойких цементах по ГОСТ 22266-76 по содержанию хлоридов в перерасчете на CI-. Подземные воды обладают слабой степенью агрессивного воздействия на арматуру ж/б конструкций при периодическом смачивании по содержанию хлоридов в перерасчете на CI-. Подземные воды обладают средней степенью агрессивного воздействия на металлические конструкции по суммарному содержанию сульфатов и хлоридов и водородному показателю рН.

Грунты в верхней части геологического разреза до глубины 8,0м к бетону марки W4 по содержанию СГ SO42 неагрессивны.

Гидрогеологические условия:

- Глубина УГВ: гидрогеологические условия участка характеризуются наличием надморенного водоносного горизонта. Водовмещающими грунтами надморенного водоносного горизонта являются флювиогляциальные пески, супеси, суглинки, глины. Водоупором служат моренные суглинки и глины.

За прогнозируемые отметки надморенного водоносного горизонта могут приняты отметки, замеренные при бурении с превышением на 1.0 м

Рисунок 2.1 - Инженерно-геологический разрез

2.2 Оценка инженерно-геологических условий
Проектирование оснований и фундаментов начинается с изучения и общей оценки всей толщи и отдельных входящих в нее слоев. Оценка производиться по геологическим картам, разрезам, колонкам, которые приводятся в отчетах по инженерно- геологическим изысканиям.

По данным инженерно-геологического разреза, здание расположено на площадке которая имеет спокойный рельеф.

Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов. Верхний растительный слой покрывает площадку слоем мощностью до 0,5м.

Ниже в интервале от 0,5 до 2м залегает песок пылеватый.

С глубины 2м залегает галечниковый грунт с песчаным заполнителем.

Галечниковый грунт является несущим слоем.

Подземные воды встречены на глубине 3м.

Нормативная глубина сезонного промерзания для г. Астаны составляет 2,9 м.

Категория грунтов по сейсмическим воздействиям - II.

2.3 Обоснование возможных вариантов фундамента и их анализ, выбор наиболее рационального решения
При выборе типа фундаментов рассматривались следующие возможные варианты:

ленточный фундамент – из сборных железобетонных подушек и бетонных стеновых блоков;

свайный фундамент – из железобетонных свай с обвязкой их монолитным железобетонным ростверком;

монолитная плита – сплошной монолитный железобетонный фундамент, соответствующий размерам здания в плане.

Ленточный фундамент – наименее трудоемкий, при этом, наиболее простой и экономичный вид конструктива. Однако данный тип фундамента не приемлем для слабых грунтов.

Свайный фундамент – применяется при возведении зданий на слабых грунтах. Довольно трудоемкий и дорогой тип фундаментов.

Монолитная плита – трудоемкий, дорогой фундамент, требующий сложного расчета. Применяется на грунтах слабой и средней несущей способности, с целью равномерного распределения усилий.

Согласно инженерно-геологическим изысканиям основанием под фундаменты служат плотные галечниковые грунты. Следовательно, выполнение свайного фундамента технически не возможно. Из двух оставшихся видов фундаментов вариант монолитной плиты является более трудоемким и требует необоснованного превышения затрат на строительство. Таким образом, окончательно к расчету принимаем вариант ленточного фундамента, как самый экономичный и наименее трудоемкий.

2.4 Расчет фундаментов под наружную стену
Проектирование фундаментов с учетом сейсмических воздействий должно выполнятся на основе расчете по несущей способности на особое сочетание нагрузок, определяемых в соответствие с требованиями СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия [14], а также СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах [2]. Предварительные размеры фундаментов допускаются определять расчетом основания по деформациям на основное сочетание нагрузок (без учета сейсмических воздействий), согласно требованиям раздела 2 [15].

Здание – с подвалом, поэтому глубина заложения фундамента принята из конструктивных соображений, отметка подошвы фундамента – 2,70.
2.4.1. Сбор нагрузок под наружную стену
Делаем сбор нагрузок на фундамент под наружную стену в табличной форме.
Таблица 2.1

Сбор нагрузок

Вид нагрузки	Нормативные нагрузки		Коэффициент надежности по нагрузке, f , /7/	Расчетные нагрузки, кН
	на единицу площади, кН/м2	от грузовой площади, кН
Постоянные нагрузки
Керамзит	0.119	1,071	1.2		1,28
Цементно-песчаная стяжка	0,045	0,4	1.1		0,44
Ж/Б ферма	7,2	7,2	1.1		7,92
Кирпичная стена 640мм	12,6	12,6	1.1		13,86
Плиты перекрытия	3	18	1.1		19,8
От бетонного пола по перекрытию	3,75	33,75	1,3		43,87
Фундаментные блоки	4,95	4,95	1.1		5,44
Итого	–	77,97	–		92,61
Временные нагрузки
На 1 м2 проекции кровли от снега (для 3го снегового района (прил.5/7/) s0=1кН/м2, табл.4 /7/, m=1,25∙0,857=1,07 (прил.5 /7/))	1.070	9,63	1.6		15,4
в т. ч. длительнодействующая (с понижающим коэффициентом 0,3)	0.321	2,9	1.6		4,6
Кратковременная на 1 м2 перекрытия (табл.3 /7/)	0.7	6,3	1.3		8,2
Итого	–	18,83	–		28,2
Полная нагрузка		96,8			120,8

2.4.2. Расчет фундаментов
Глубина заложения фундамента h=2,7 м, высота фундамента hф=1,5 м, нагрузка в уровне верха фундамента Nо=120,8 кН/м. Расчетное сопротивление грунта основания по табл. 45 /16/ RО=600 кПа –галечниковый грунт с песчаным заполнителем.

Ориентировочные размеры фундамента найдем в

предположении, что он является центрально-сжатым.

Ширина подошвы фундамента по формуле (41)/16/, приняв γmt=20 кН/м².

F=b·1=Nо/(R0 –γmth)=120,8/(600-20·1,5)=0,21 м.

Учитываем влияние глубины заложения фундамента и его ширины на величину расчетного давления по прил. 3/21/.

Для оснований, сложенных крупнообломочными грунтами k1=0,125; k2=0,25.
R=Ro[1+k1(b-b1)/b1]·((h+h1)/2h1)=600[1+0,125(0,23-1)/1]·((1,3+1,5)/2·1,5)=506,1 кПа.
По расчетному давлению снова определяем ширину фундамента:
F=120,8/(506,1-20·1,5)=0,27 кПа.
Выберем фундаментные блоки ФБС 24.6.6 шириной b=0,6 м по конструктивным соображениям.

По табл. 26 /16/ для гравелистых грунтов находим jn=43° и сn=0,002 МПа. Затем по табл. 44 /16/ для jII=43° находим безразмерные коэффициенты Мg=3,12; Мq=13,46 и Mc=13,37.

Определим соотношение L/H=36/9=4 и по табл. 43 /16/ найдем значение коэффициентов условий работы gC1 =l,4 и gC2 = 1,2. Так как расчетные характеристики jII и cII получены по таб­личным данным, т. е. косвенно, принимаем значение коэффициента k=1,1.

Определим удельный вес грунта несущего слоя gII = 10´1810=0,0181 МН/м3 и грунта, залегающего выше подошвы фундамента,

Найдем расчетное сопротивление грунта основания по формуле (33) /16/:

Так как R=594 кПа, найденное по заданным характеристикам грунта, оказалось больше R=506,1 кПа, найденного по Rо, то ширину фундамента можно уменьшить. Но т.к. ширина стен 640 мм, то по конструктивным соображениям этого не следует делать.
Рср=(120,8+20·2·0,8)/0,8=191 кПа.
Условие Рср≤R выполнено, так как 191<594.

По формуле:

определим равнодействующую активного давления грунта на 1 м стены фундамента: Т= 0,02

Найдем приведенную высоту слоя грунта и расстояние от подошвы фундамента до точки приложения равно­действующей активного давления грунта:
hпр= 0,01/0,0181=0,552 м


Момент относительно центра тяжести подошвы фундамента от равнодействующей активного давления грунта:
Мт= 0,02·1,1 =0,022 МН·м.
Вес 1 м стены фундамента найдем, используя данные таб.II.2 /17/


Вес грунта на обрезе фундамента:
Gгр =0,0181·0,05·1,0·1,0·2=0,00181 МН.
Момент относительно центра тяжести подошвы фундамента от веса грунта на его обрезе:
Мгр =0,00181(0,3/2+0,3)=0,0008 МН·м.
Определим краевые напряжения под подтипом фундамента:




Условие Pmax = 0.44 МПа < 1.2·0,795 = 0,95
Pmin  0 выполняется, поэтому принимаем фундаментные блоки ФБС 24.6.6 b = 0,6 м l = 2,4 м h = 0,6 м.

Напряжения в грунте под подошвой фундамента у грани стены от нормативных нагрузок:

Изгибающий момент у грани стены от нормативных нагрузок:


n = = 210000/27000 = 7.78

 =

= 0.57 / 100·30 = 0.00019 = 0.019 %

Wpl= =

[0.292+0.75(0+2·0.00019·7.78)]0.6·0.3 = 0.05 м3
По табл. V.2./17/ найдем значение расчетного сопротивления бетона растяжению при расчете по второй группе предельных состоянии R_btn = l,6 МПа и определим момент трещинообразования сечения фундамента:
= = 1,6·0,05 = 0,08 МН м.
Проверяем выполнение условия:


0,008= 0,08 МН м.
Ус­ловие выполняется, следовательно, трещины в теле фундамента не возникают.

2.5 Расчет фундаментов под колонну
2.5.1 Сбор нагрузок под колонну
Делаем сбор нагрузок на фундамент под колонну в табличной форме.

Таблица 2.2

Сбор нагрузок

Вид нагрузки	Нормативные нагрузки		Коэффициент надежности по нагрузке, f , /7/	Расчетные нагрузки, кН
	на единицу площади, кН/м2	от грузовой площади, кН
Постоянные нагрузки
Цементно-песчаная стяжка	0,045	1,62	1.1		1,78
Ж/Б колонна	1,4	1,4	1.1		1,54
Плиты перекрытия	3	108	1.1		118,8
От бетонного пола по перекрытию	1,25	45	1,3		58,5
Ж/Б ригель	4,95	4,95	1.1		5,44
Итого	–	160,97	–		186,06
Временные нагрузки
Кратковременная на 1 м2 перекрытия (табл.3 /7/)	1,4	50,4	1.3		65,52
Итого	–	50,4	–		65,52
Полная нагрузка		211,37			251,58

2.5.2 Расчет фундаментов
Вертикальная нагрузка на уровне спла­нированной отметки земли N=251,58 кН, Nn=211,37 кН.

Условное расчетное сопротивление основания, сложенного гравийно-галечниковым грунтом, определяем по табл. 45/16/ Ro = 0.6 МПа.

Вес единицы объема фундамента на его обрезах γmt=20 кН/м³.

Бетон тяжелый класса В 20; Rbt=0,9МП; Rb=11,5 МПа; γb2=1;

арматура класса А-II; Rs=280 МПа.

Высоту фундамента предварительно принимаем равной 40 см, глубину заложения фундамента 40 см.

Площадь подошвы фундамента определяем по формуле 2.6[13]:
А=N/(R0 –γmth)=251,58/(0,6·103-20·0,9) = 1,34 м2.
Размер стороны квадратной подошвы а=√1,34=1,15м.

Фундаментную плиту принимаем из монолитного железобетона площадью А=1,21,2=1,44 м2.

Вес фундаментной плиты:

Gф=Аф·h·=1,44·0,4·25=14,4 кН.
Вес грунта на обрезах фундамента:
Gгр=(1,2·1,2-0,4·0,4)·0,5·21=23,1кН.
Среднее давление под подошвой фундамента определяем по формуле 2.24[13]:
Рср=N+ Gф+ Gгр/Аф=211,37+14,4+23,1/2,56=98,97 кН/м2.
Определяем расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на его обрезах:
Gфр=сGф=1,1·14,4=15,84 кН.

Gгрр=1,2·23,1=27,72 кН.
Среднее расчетное давление под подошвой фундамента определяем по формуле 2.24[13]:
рсрp=Nр+ Gфр+ Gпр+ Gгрр/Аф=251,58+15,84+27,72/1,44=204,9 кН/м2.
Поперечная сила у грани колонны определяем по формуле 2.25[13]:
Q_I= рсрp·b·(l-lк/2)=204,9·1,2· (1,2-0,4/2)=245,88 кН;
Расчет на действие поперечной силы можно не производить если выполняются условия 2.26[13]:
QI b3·Rbt·b·ho, где

b3=0,6 – коэффициент для тяжелого бетона;

Rbt=0,9 МПа (см п. 2.2.);

ho=0,4 м,

QI=245,88 кН  0,6·0,9·103·1,2·0,4=259,2 кН.
Принимаем окончательно фундамент высотой 40 см,

При увеличении толщины плиты условие выполняется, следовательно, установка рабочей арматуры не требуется, и расчет на поперечную силу не производится.

При проверке условия 2.27[13]:
Q= рсрp[0,5(l-lк)-c]·b 1,5·Rbt·b·ho2/c, где

с=0,5(l-lk-2ho)=0,5(1,6-0,4-2·0,86)=-0,26– длина проекции рассматриваемого наклонного сечения.

Получили что с0, следовательно, фундаментной плите наклонные трещины не образуются.

Расчет на продавливание выполняем по формуле 2.28[13]:
F bRbt·houm, где

F=Nр- рсрp·A= 251,58-245,88·1,44  0
А=(lк+2ho)(bк+2ho)=(0,4+2·0,4)(0,4+2·0,4)=1,44 м2 – площадь основания пирамиды продавливания.

Так как продавливающая сила F 0, это означает, что размер пирамиды продавливания больше размеров фундамента, то есть прочность фундамента на продавливание обеспечена.

Определяем расчетные изгибающие моменты в сечениях по формуле 2.31[13]:
MI=0,125 рсрp (l- lк)2b=0,125·245,88(1,2-0,4)2·1,2=23,6 кН·м;
Площадь сечения арматуры
ASI=MI/0,9h0RS=23,6·105/0,9·40·280(100)=7,33 см2;
Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой из 8 стержней Æ12 A-II с шагом s=15 см (AS=9,05 см²).

Процент армирования расчетных сечений
mI=ASI·100/bI·h0=9,05·100/120·40=0,17 0,05%;
Упругопластический момент сопротивления сечения фундамен­та у грани колонны по формуле 2.37[13] равен:
Wpl=

Wpl=[0,292+0,75(0+2·1,7·10-3·7.78)]·1,2·0,42=0,256 м³.
По табл.4.4[8] находим расчетное сопротивление растяжению для второй группы предельных состояний Rbtn = 1,4 МПа.

Момент трещинообразования:
МcrcI = 1,4 · 0,256 = 0,358 МН·м
Проверяем выполнение условия 2.39[13] :
M  Mcrc, где
М – момент в поперечном сечении фундамента от нормативной нагрузки.
МI=0,125·204,9(1,2-0,4)2·1,2=19,67 кН·м  МcrcI= 0,358 МН·м.
Следовательно, трещины в теле фундамента не возникают.

2.5.3 Расчет основания по деформациям
Расчет основания по деформациям производим исходя из условия:
,
где S – совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;

S_u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения,

Для определения осадок используем метод послойного суммирования осадок. Для этого, построим эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта (эпюру _zg) и дополнительных вертикальных напряжений (эпюра _zp).

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта:
,
где  ‘– удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

d_n – глубина заложения фундамента;

 _i, h_i – соответственно удельный вес и толщина i–го слоя;

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора:

,
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента:
,

где  – коэффициент, принимаемый по таблицам СНиП в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения его сторон и относительной глубины, равной  = 2z/b;

p₀ = p – _zg0 – дополнительное вертикальное давление на основание;

p – среднее давление под подошвой фундамента;

_zg0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Разбиваем грунт на слои толщиной h_i=0,46=0,4×0,6=0,24м, Р_о=251,9 кПа, _zg0=22,6 кПа.

Расчет осадок проводим по формуле:
,

где  – безразмерный коэффициент,  = 0,8;

_zp,i – среднее значение дополнительного вертикального напряжения в

i–том слое;

h_i,E_i – соответственно толщина и модуль деформации i–того слоя грунта.

Расчет ведем до тех пор пока _zp0.2_zg
Таблица 2.3

Расчет осадки ленточного фундамента

Z, м	= 2Z/b		zp, кПа	zg, кПа	0,26zg, кПа	Е, МПа	Si (см)
0	0	1	251,9	22,6	4,5	15	-
0,24	0,8	0,881	222	27,0	5,4	15	0,38
0,48	1,6	0,642	161,7	31,6	6,3	15	0,31
0,72	2,4	0,477	120,2	36,1	7,2	15	0,225
0,96	3,2	0,374	94,2	10,6	8,1	18	0,143
1,2	4,0	0,306	77,1	45,3	9,0	18	0,114
1,44	4,8	0,258	65	50,10	10,0	18	0,095
1,68	5,6	0,233	58,7	54,6	10,9	18	0,082
1,92	6,4	0,196	49,4	59,2	11,8	18	0,072
2,16	7,2	0,175	44,1	63,9	12,8	18	0,062
2,4	8,0	0,158	39,8	68,5	13,7	18	0,056
2,64	8,8	0,143	36	73,1	14,6	18	0,05
2,88	9,6	0,132	33,2	77,7	15,5	18	0,046
3,12	10,4	0,122	30,7	82,4	16,5	18	0,043
3,36	11,2	0,113	28,4	87,0	17,4	18	0,04
3,6	12,0	0,106	26,7	91,6	18,3	18	0,036
						Si=	1,75см

Из таблицы 2.3 следует, что граница нижней сжимающей толщи не достигается, но даже в этом случае S=S_i=0,8×1,75=1,4смS_п=10см – для зданий с несущими стенами.

Выводы:
Анализ ТЭП показал, что наиболее выгодным является вариант ленточного монолитного фундамента.

Но так как сборный фундамент по материальным и трудовым затратам отличается незначительно и является более индустриальным, то выбираем второй вариант.

По конструктивному решению фундаменты ленточные сборные под все стены здания, выполнены из сборных ж/б блоков с подушкой.