Фундаменты и основания. КР Онования и фундаменты (. проектирование свайных фундаментов под колонны промышленного здания

• Название: проектирование свайных фундаментов под колонны промышленного здания
• Анкор: Фундаменты и основания
• Дата: 13.03.2022
• Размер: 1.49 Mb.
• Имя файла: КР Онования и фундаменты (.docx
• Тип: Курсовая; #394976

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФИЛИАЛ ЮЖНО - УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО

УНИВЕРСИТЕТА В Г. НИЖНЕВАРТОВСК
Кафедра «ГЕНТД»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основания и фундаменты»
Тема: «ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

ПОД КОЛОННЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ»


Выполнил студент:

группа НвФл 427

Спирина В.С.
Дата защиты:
_______________________
Оценка после защиты:
_______________________

Руководитель:

ст. преподаватель

Гриценко В.А.
______________________


г. Нижневартовск - 2021 г.




АННОТАЦИЯ

Спирина Валентина Сергеевна

Проектирование свайных фундаментов

под колонны промышленного здания

Нижневартовск: филиал ЮУрГУ,

НвФл-427, 2021, 42 с.

библиографический список 8 наим.


Настоящий документ представляет пояснительную записку к курсовой работе, тема «Проектирование свайных фундаментов под колонны промышленного здания».

Документ содержит расчеты оснований и свайного фундамента под колонны промышленного здания в г. Воронеж.


Содержание
Введение.......................................................................................................................5

1.ОЦЕНКА ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ ЗДАНИЯ ………………………..................................................................................6

1.1. Построение инженерно-геологического разреза……………….. …............6

1.2. Оценка грунтов основания……………,,,………………………...................9

2.НАГРУЗКИ НА УРОВНЕ ОБРЕЗА ФУНДАМЕНТА………………................12

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ РОСТВЕРКА...............................12

3.1.Учет глубины сезонного промерзания грунтов............................................13

3.2.Конструктивные требования............................................…………..............13

4. ВЫБОР ДЛИНЫ СВАИ........................................................................................16

5.ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВИСЯЧЕЙ СВАИ ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ ГРУНТА ...............................................................................17

6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА СВАЙ.............................................................19

6.1.Предварительное определение количества свай в фундаменте и их размещение при центральной нагрузке...................................................................19

6.2.Уточнение количества свай в фундаменте и их размещение…..................20

6.3.Проверка усилий в сваях…………………………………………...........…..22

6.4.Определение степени использования несущей способности сваи.............24

6.5. Подбор марки свай.........................................................................................24

7.РАСЧЕТ КОНЕЧНОЙ ОСАДКИ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА.....................27

7.1.Расчет осадки свайного куста…………………………….............................27

Библиографический список......................................................................................42
ВВЕДЕНИЕ

Цель курсовой работы состоит в приобретении практических навыков по дисциплине «Основания и фундаменты» на примере проектирования свайных фундаментов под колонны промышленного здания.

Исходные данные для курсовой работы приведены в задании.

При выполнении курсовой работы необходимо: оценить грунтовые условия строительной площадки, определить глубину заложения ростверка и выбрать длину сваи, определить несущую способность и количество свай для фундаментов под среднюю колонну промышленного здания, а также рассчитать осадку фундамента.

Научиться пользоваться нормативной литературой по вопросам про­ектирования фундаментов зданий и сооружений, приме­нять ЭВМ.

Проектирование фундаментов рекомендуется вести в такой последовательности, в которой изложены разделы методических указаний.

1. 
   ОЦЕНКА ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ
   

СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ ЗДАНИЯ


24,0

24,0

1.1 Построение инженерно-геологического разреза

Исходными данными для оценки грунтовых условий строительной площадки служат мате­риалы инженерно-геологических изысканий:

Таблица 1 – Варианты отметок основания площадки строительства

№ варианта	Подошва первого слоя основания	Подошва второго слоя основания	Уровень подземных вод
4	-2,9	-6,3	-1,7

Таблица 2 – Физические характеристики грунтов основания

№	Номера слоев	Плотность грунта II, т/м3	Плотность частиц грунта s т/м3	Коэффициент пористости е, д.е.	Показатель текучести, , д.е.
		по II группе II
7	1.Суглинок 2.Песок мелкий 3.Глина	1,99 2,05 1,98	2,70 2,68 2,73	0,71 0,52 0,72	0,57 0,20 0,17

Таблица 3 – Варианты конструктивных характеристик здания

№ варианта

Пролет L, м

Отметка низа строитель ной фермы, м

Грузоподъемность крана, т

Вес покрытия с кровлей, кН/м2

Шаг колон, м

Сечение колон, мм

Сечение сваи, мм

Район строительства

По крайней оси

По средней оси

Крайнее

Среднее

7

24

14,4

10

7

6

12

600х400

1000х400

300х300

Воронеж

Таблица 4 – Варианты нагрузок на уровне обреза фундамента

№ варианта	Колонна	Основное сочетание I			Дополнительное сочетание II
		NI, кН	MI, кН∙м	QI, кН	NII, кН	MII, кН∙м	QII, кН
1	Средняя крайняя	5187,3 3338,0	90,0 234,7	13,6 21,8	2474,0 1981,4	485,0 604,4	33,4 64,3

Мощность третьего слоя основания принимается неограниченным.

По этим данным строится инженерно-геологический разрез площадки строительства. Расстояние между скважинами С-1 и С-2 принимается равным 40 м, размеры контура здания –­ 2Lх 36 м, где L – пролет здания в осях А-Б и Б-В, м. Здание не имеет подвала.

В проекте следует условно принять, что грунтовая среда не агрессивна по отношению к железобетонным конструкциям.

Классифицируем глинистые грунты по показателю текучести J_L (извлечение из ГОСТ 25100-2011):

• 
  ИГЭ1 суглинок, J_L=0,57→ текучепластичный;
  
• 
  ИГЭ2 супесь, J_L=0,20 → пластичная;
  
• 
  ИГЭ3 глина, J_L=0,17 → полутвёрдая.
  

Выполняем расчет удельного веса грунта и удельного веса грунта во взвешенном состоянии, для каждого ИГЭ:

• 
  ИГЭ1: суглинок текучепластичный
  

кН/м3

• 
  ИГЭ2: супесь пластичная
  

кН/м3

• 
  ИГЭ3: глина полутвёрдая
  

кН/м3



Определяем механические характеристики грунтов основания (извлечение из ГОСТ 22.13330-2016):

• 
  ИГЭ1: суглинок текучепластичный
  

при J_L=0,57 и е=0,71: C=22 кПА, =18,4град,Е=14 Мпа.

• 
  ИГЭ2: супесь пластичная
  

при J_L=0,20 и е=0,52: C=18,2 кПА, =29,3 град,Е=26,4 Мпа.

• 
  ИГЭ3: глина полутвёрдая
  

при J_L=0,17 и е=0,72: C=58,2 кПА, =19,3 град,Е=21,9 Мпа.


Рис. 1. Исходные данные к определению расчетного сопротивления грунтов

основания и их оценке.

1.2. Оценка грунтов основания

Оценку грунтов основания необходимо выполнять послойно сверху вниз, используя инженерно-геологический разрез основания I-I, построенный по скважинам С-1 и С-2 проектируемого фундамента.

Разновидность грунтов для глинистых грунтов уточняют по числу пластичности J_L состояние грунта по показателю текучести J_L.

Исходные данные к определению расчетного сопротивления грунтов основания показаны на рис.1.
Таблица 5

Нормативные и расчетные значения физико-механических характеристик грунтов основания

№ ИГЭ	Индекс	Описание ИГЭ	Статистическая характеристика	Показатель текучести	Плотность грунта в природном состоянии, г/см3	Плотность частиц грунта, г/см3	Модуль деформации при природной влажности, МПа	Угол внутреннего трения при природной влажности, град.	Удельное сцепление при природной влажности, кПа
1	aQIII	суглинок мягкопласт.	Xn 0,85 0,95	0,57	1,99	2,70	14	18,4 18,4 16	22 22 14,7
2	aQIII	супесь пластичная	Xn 0,85 0,95	0,20	2,05	2,68	26,4	29,3 29,3 25,5	18,2 18,2 12,1
3	aQIII	глина полутвёрдая	Xn 0,85 0,95	0,17	1,98	2,73	21,9	19,3 19,3 16,8	58,2 58,2 38,8

Xn – нормативные значения характеристик; значения характеристик

при доверительной вероятности 0,85; значения характеристик при

доверительной вероятности 0,95.
Так как проектируемое здание не имеет подвала (db=0), то для каждого ИГЭ (инженерно-геологического элемента) основания, расчетное сопротивление грунта R_i определяется по формуле:



где γ_c1, γ_c2 – коэффициенты условий работы, принимаются по [10], в зависимости от разновидности грунта;

k – коэффициент, принимаемый равным = 1,1;

М_γ , М_q, М_c – коэффициенты, принимаемые по [11], в зависимости от угла внутреннего трения φ_II (град.);

kz – коэффициент (для предварительной оценки грунтов основания), принимается равным 1,0 (при b <10 м);

b – ширина подошвы фундамента, м, (для предварительной оценки грунтов основания, в задаче принимается b=1м);

γ_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3;

d₁ – глубина заложения фундамента сооружения (от уровня планировки);

– осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды – ), кН/м3;

с_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа.

Определяем расчетное сопротивление грунта R1 на глубине d1=1,5м:

• 
  ИГЭ1. Суглинок мягкопластичный: J_L=0,57
  

• 
  ИГЭ2. Суглинок мягкопластичный: J_L=0,57
  

• 
  ИГЭ3. Супесь пластичная: J_L=0,20
  

• 
  ИГЭ4. Глина полутвёрдая: J_L=0,17
  

Вывод: На основе анализа, полученных значений расчетного сопротивления грунтов основания R_1-4 и значений модуля деформации E_1-3, можно сделать следующий вывод: грунт, обладающий максимальной несущей способностью – ИГЭ 3 (глина полутвердая, R₄=761,44 кПа). Наименьшей сжимаемостью, исходя из послойного анализа значений модуля деформации, обладает ИГЭ1 (суглинок мягкопластичный E=14 МПа)

2.НАГРУЗКИ НА УРОВНЕ ОБРЕЗА ФУНДАМЕНТА



Рис.2. Схема приложе­ния нагрузок от стеново­го ограждения:

N_cm.п, – вес стеновых панелей, кН;N_Ф.б – вес фундаментных балок, кН;

е– эксцентриси­тет приложения на­грузки, м; – момент от стенового ограждения и фундаментной балки, кН·м
Варианты нагрузок на уровне обреза фундамента даны в таблице 4.

3. ОПРЕДЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ РОСТВЕРКА

Для фундаментов под крайние и средние колонны глубина заложения ростверка зависит от 2-х факторов: расчетной глубины сезонного промерзания грунтовd_f и конструк­тивных требований Н_кон.

Для фундаментов под внутренние колонны зданий, с положительными температурами помещений, отметка подошвы ростверка определяется исключительно его конструктивной высотой.

3.1. Учет глубины сезонного промерзания грунтов

Подошва ростверка должна располагаться на уроне или ниже расчетной глубины сезон­ного промерзания грунтовd_f,определяемой по формуле:



где k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаем k_h=1,1;

d_fn – нормативная глубина сезонного промерзания, м:



где d₀ для суглинков – 0,23;

M_t – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в городе Воронеж, принимается по таблице [18].




3.2. Конструктивные требования

Для обеспечения конструктивных требований необходимо, чтобы глубина заложения ростверка под средние колонны принималась не менее конструктивных требований Н_{кон ср} и не менее расчетной глубины сезонного промерзания грунта d_f, формула (5).

Верх монолитного стакана фундамента должен находиться ниже от­метки пола как минимум на 0,15 м. Отметки подошвы ростверков под среднюю колонну должна быть на одном уровне.


Рис.3. Схема ростверка под среднюю колонну.



Конструктивное решение ростверка под среднюю колонну







где . Принимаю , тогда



h_cm– высота стакана вычисляется отдельно для средней колоны, м.

Для средней колонны:



где h_{k ср} – большая сторона сечения средней колоны, по заданию 1,0 м.

Высота ростверка под среднюю колонну: Н_{ф ср} = 0,80+0,83=1,63 м.

Глубина заложения ростверка: Н_{кон. ср}= 0,15+1,63=1,78м


Рис.4. Схема ростверка под крайнюю колонну.

0,75 м

м


4. ВЫБОР ДЛИНЫ СВАИ

Длина сваи L_свдолжна быть достаточной для того, что­бы прорезать слабые грунты основания с заглублением на минимальную ве­личину ∆h в несущий слой и определяется по формуле (10) (рис. 5).


Рис.5. Схема к выбору длины сваи
Длину сваи L_св определяем по формуле:



где

0,05м – шарнирная заделка сваи в ростверк;

h₁ – мощность первого слоя грунтового основания от подошвы ростверка до кровли второго слоя основания = 0,15м;

h₂ – мощность второго слоя грунтового основания =6,30 м;

∆h – заделка сваи в несущий слой = 0,50 м;

Значение ∆hпринято в зависимости от показателя текучести пылевато-глинистого грунта, ИГЭ 3 I_L= 0,17, при условии и конструкции типовых свай, длина которых должна быть кратной 1,0 м, принимаю

Тогда длина сваи:

Отметка концов свай на уровне – 9,7 м.
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВИСЯЧЕЙ СВАИ ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ ГРУНТА
Несущая способность сваи определяется по формуле:



где – коэффициент условия работы сваи в грунте;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимается по [6];

А – площадь опирания на грунт сваи, м²;

u – периметр поперечного сечения сваи, м;

f_ij– расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое согласно [6];

h_i – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, принимается 1,0 м с учетом естественного залегания слоев основания от подошвы ростверка до конца сваи;

и – коэффициенты условия работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи.

Таблица 6

Расчет силы трения по боковой поверхности сваи (рис.6).

Номер слоя	hij,,м	dij,,м	fij,,кПа	cf fij hij, кН/м
1	0,15	1,78	40,46	6,069
2	1	3,40	50	50
3	1	4,40	54,2	54,2
4	1	5,40	56,8	56,8
5	1	6,40	58,8	58,8
6	1	7,40	60,8	60,8
7	1	8,40	62,6	62,6
8	0,3	9,05	63,575	19,07
9	0,5	9,45	64,175	32,09
Сумма:				400,429

Рис.6. Схема к определению несущей способности сваи


Расчетное сопротивление сваи по грунту вычисляют по формуле:



где ₀ – коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, при кустовом расположении свай – 1,15;

_n– коэффициент надежности по назначению сооружения, для сооружений II-го уровня ответственности – 1,15;

_k –коэффициент надежности по грунту определённых расчетом – 1,4.



Для определения количества свай в фундаменте необходимо вычис­лить расчетное сопротивление сваи, уменьшенное на значение её собственного веса (полезную несущую способность сваи):



где g_с – собственный вес сваи, кН,определяемый по формуле:



где – коэффициент надежности по нагрузке – 1,1;

А – площадь попе­речного сечения сваи, м²;

L_р – расчетная длина сваи без учета величины заделки сваи в ростверк, м;

γ_b – удельный вес железобетона, равный 25кН/м³.




6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА СВАЙ

6.1. Предварительное определение количества свай в фундаменте и их размещение при центральной нагрузке

В первом приближении число свай определяется как для центрально нагруженного фундамента без учета действующего момента. При центральной нагрузке усилия между сваями фундамента распределяются равномерно (рис.4).

Количество свай п под ростверк средних колонн определяется с последующим округлением до целого числа в большую сторону:



где N_max – максимальное расчетное усилие, кН;

t_min – минимальное расстояние между осями свай, принимаемое

равным 3d_c, м;

d_c– сторона сечения сваи (по заданию), м;

H_p– глубины заложения ростверков, м;

_ср – осредненный объемный вес бетона ростверка со стаканом и

грунтом на уступах ростверка, 20 кН/м³;

_f – 1,1 – коэффи­циент надежности по нагрузке.




Рис.7. Схема к определению предварительного количества свай

в ростверках под средние и крайние колонны, соответственно

6.2. Уточнение количества свай в фундаменте и их размещение

Расчету фундамента предшествует выбор положения центра тяжести свайного поля относительно оси над фундаментной части сооружения. При висячих сваях центр тяжести свайного поля целесообразно совмещать с точкой приложения равнодействующей постоянных и длительных нагрузок.

На фундамент действуют несколько сочетаний нагрузок, как правило, заранее неизвестно, какое из этих сочетаний является невыгодным. По­этому на начальном этапе одно из сочетаний нагрузок (произвольно) при­нимается за невыгодное. По нему находят число свай и размеры ростверка, а потом выполняют проверочные расчеты на другие сочетания нагрузок (см. рис. 4).

Количество свай определяем по формуле:



где М_у⁰_ср – обобщенный момент, определяемый по формуле



где М_{у ср,},Q_{x ср,} , N_{max ср}– основные сочетания I для средней колон;



– коэффициент, зависящий от числа рядов свай по оси х, вычисляется по формуле:





где т_{х ср,кр} – число рядов свай по оси х;

- расстояние между осями крайних свай (0,9 и 1,8 м соответственно).

Количество свай будет равно:









Окончательно принимаю для среднего ростверка 5 свай, для крайнего 3 сваи (рис.8).


Рис.8. Схема к окончательному размещению свай

в ростверках под средние и крайние колонны, соответственно
6.3. Проверка усилий в сваях

Усилие в свае средней колонны от основного сочетаний нагрузок в плоскости действия момента М_унаходится по формуле:



где – расстояние от оси сваи до оси у, м;

n– число свай, формула;

J_у^о – момент инерции свайного поля определяем по формуле:





G_{p ср,} – вес ростверка, определяется по формуле:





гдеa_p – расчетная длина ростверка, м;

b_p – расчетная ширина ростверка, м;

H_p – глубина заложения ростверка, от дневной поверхности, м;

– усредненный удельный вес бетона – 20 кН/м²;

– коэффициент надежности –1,1.

Усилие в максимально нагруженной свае:



Усилие в минимально нагруженной свае:



В принятой при проектировании схеме размещения свай усилия в сваях должны отвечать следующим условиям:
1) 



где – усилие в свае, кН.





2)  1,2  801,24

3)  0  0

4. 
   Определение степени использования несущей способности сваи.
   

Степень использования несущей способности свай средней колоны определяется по формуле:




При этом степень перегрузки свай (при δ<0) не должна превышать 5 %, степень недогрузки (при δ>0) допускается принимать не более 15 %.

7. РАСЧЁТ КОНЕЧНОЙ ОСАДКИ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

Осадка запроектированного фундамента должна удовлетворять условию:



где S – совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;

S_u – предельное значение совместной деформации

основания и сооружения.
7.1. Расчет осадки свайного куста

Нагрузка на одну сваю будет равна: Здесь значения переводим в МН, делим на 1000.





где – суммарная нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

n _ср, – количество свай под средний ростверк, шт.

– коэффициент определяемый по формуле:





здесь – осреднённое значение коэффициента поперечной деформации по выражению:





где (принимаем ) осреднённый коэффициент поперечной деформации в пределах глубины заложения сваи, (принимаем ) в пределах несущего слоя ниже концов свай.

– осреднённый модуль сдвига, Мпа, определяемый по формуле в пределах глубины погружения сваи до несущего слоя:



– модуль общей деформации по задаче;

– коэффициент поперечной деформации;


– модуль сдвига, МПа, определяемый по формуле в пределах от концов свай:





– модель деформации слоя, в котором определяется ;

За единичную сваю принимаем 4.

Для среднего куста а при расчете  будет: сваи 4-1, 4-2 = 1,27 м;

сваи 4-3, 4-5 = 1,80 м;

сваи 4-6,4-8,4-9,4-10 = 2,01 м.

сваи 4-7=0,9м
– коэффициенты, рассчитываемые в зависимости от расстояния измеряемого между i-й и j-й осями свай определяются исходя из условий:



– полная длина сваи, м.









– расчётный диаметр для свай некруглого сечения, в частности стандартных забивных свай заводского изготовления, вычисляется по формуле:





здесь – площадь поперечного сечения сваи, м²;


– относительная жёсткость сваи, по выражению:





здесь – модель упругости бетона – 20000Мпа;

- коэффициент для основания с характеристиками грунта и по формуле:





где – коэффициент при :




- коэффициент, соответствующий абсолютно сжатой свае , определяется по выражению:




– коэффициент, определяемый по формуле:





– осадка одиночной сваи без уширения пяты, м:


здесь – вертикальная нагрузка на сваю, МН;

м = 0,7 см



м = 2,27 см
Предельные деформации основания фундаментов объектов нового строительства принимается по таблице 23 и составляет 10 см.
Вывод: S≤S_u– 2,27 см≤10,0см - условие выполняется.


Библиографический список
1. СП 47.13330.2018 Инженерные изыскания для строительства.

Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96. Введ.

2017-07-01. – М.: Стандартинформ, 2017.-169 с.

2. ГОСТ 25100–2011. Грунты. Классификация. Введ. 2013-01-01. – М.:

Стандартинформ, 2013.-38 с.

3. СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01–83*. Введ.2017-06-17. – М.: Стандартинформ, 2017.–228 с.

4. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция

СНиП 2.01.07-85*. Введ. 2017-06-04. – М.: Стандартинформ, 2016.- 86 с.

5. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция. СНиП 23-01-99* (с Изменением N 2). – Введ. 2013-01-01. – М.: Стандартинформ, 2013.- 120 с.

6. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакцияСНиП 2.02.03-85 (с Изменением N 1). – Введ. 2011-05-20. – М.: Минрегион России, 2011.- 90 с.

7. СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов. Введ. 2003-06-21. – М.: Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004. – 91 с.

8. ГОСТ 5180–2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. Введ. 2016-04-01.– М.:Стандартинформ, 2016.-23с.